津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波避難ビルの構造設計法

平成23年度
平成23年度 建築基準整備促進事業
建築基準整備促進事業4040番
番 「津波危険地域における建築基準等の整備に資する検討」において 東京大学生産技術研究所と（独）建築研究所のの整備に資する検討」において、東京大学生産技術研究所と（独）建築研究所の共同研究として実施

構造研究グループ：：構造研究グループ
国際地震工学センター：
国際地震工学センター：
東京大学 生産技術研究所：

福山 洋、 奥田泰雄
奥田泰雄、、 加藤博人
加藤博人、
、田尻清太郎、田尻清太郎、 壁谷澤寿一
石原 直
中埜良昭

津波避難ビルの構造設計法

1

平成２３年度建築研究所講演会

本日の内容
１） 津波による被害パターンの分類
２） 現地調査結果の分析３）） 津波避難ビルの構造設計法
津波避難ビ
構造設計法

2

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

鉄筋コンクリート造（RC鉄筋コンクリート造（RC造）建築物の被害造）建築物の被害

3

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

多くのRC
多くのRC造建築物は構造的にほぼ無被害で残存造建築物は構造的にほぼ無被害で残存・・・ ただ、一部で大きな被害も見られた

陸前高田市

4

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

（１）倒壊

5

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（２）１階の崩壊

津波
波力
２F（壁）
柱

１F

柱

6

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

（３）転倒
（３）
転倒

開口が小さいこの塀を乗り越えて転倒した→ 大きな浮力が作用した

7

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

転倒のメカニズム
浮力
津波荷重

自重

転倒させる力

転倒に抵抗する力

回転中心

杭の抵抗
8

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

（３）転倒
（３）
転倒

杭基礎の建築物でも転倒したものが見られた→ 自重と杭による抵抗よりも、津波荷重により転倒させる力の方が大きかった

99

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会浮力に影響する空気溜まり

天井下に空気溜まりが存在 → 構造設計で考慮が必要

10

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（４）壁の破壊
構造耐力上主要な部分である耐力壁や柱は、第２波、第３波の津波や、余震に対して有効に抵抗する必要があるため破壊させてはならない

11

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（５）洗堀

洗掘は、建築物のコーナー部で顕著に見られる

12

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（５）洗堀、傾斜洗掘により直接基礎の建築物が傾斜した例

津波避難ビルの構造設計法

13

平成２３年度建築研究所講演会（６）滑動滑動を防ぐには、杭基礎とすることが有効

14津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（７）漂流物の衝突

開口部からの大木の突入

構造耐力上主要な部分である耐力壁の破壊
15

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

鉄骨造（S
鉄骨造（S造）建築物の被害

16

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（１）露出型柱脚の破壊

アンカーボルト、ベースプレート、もしくは柱とベースプレートとの溶接部の破断
17

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（２）柱頭接合部の破壊

18

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会（３）転倒

外装材がほとんど残存したため、大きな波力と浮力が作用したものと推測される

津波避難ビルの構造設計法

19

平成２３年度建築研究所講演会（４）全面的な内外装材の破壊・流出（５）大きな残留変形20津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波避難ビルの構造設計法
津波避難ビルの構造設計法
に関する検討＜津波避難ビルの位置付け
津波避難ビルの位置付け＞＞
・ 津波の際には高台避難が原則
・ 高台が近くに無い海岸地域では、高台が近くに無い海岸地域では、津波避難ビルが津波避難ビルが高台に代わって人命を守る
高台に代わ て人命を守る・ 津波避難ビルには、避難と構造について十分な安全性が求められる
21
21

津波避難ビルの構造設計法平成２３年度建築研究所講演会

背景
2003.52003
52003.12

東海地震対策大綱 （中央防災会議）
東南海・南海地震対策大綱 （中央防災会議（中央防災会議））

2004年度
2004
年度 津波避難ビルに関する調査検討（（財）日本建築センター）

2004.12.26
2004 12 26 スマトラ島沖地震津波（インド洋大津波スマトラ島沖地震津波（インド洋大津波））
2005.6

津波避難ビル等に係るガイドライン （内閣府）（巻末資料② 構造的要件の基本的な考え方構造的要件の基本的な考え方））
22津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

目的
内閣府 「ガイドライン」 に示された構造設計法 （津波波圧＝ 設計用浸水深の3浸 深 3倍の高さの静水圧）を被害の実態に基づき検証
被害 実
検証
計用浸水深の→ 必要な見直しを行う → 流勢に応じた場合分け
津波波圧
津波波圧
3η

3h

建物
建築物

設計用浸水深
設計用浸水深

ρ：水の単位体積質量 (t/m3)
g：重力加速度 (m/s2)
h：設計用浸水深 (m)

ηh

3ρgh
3ρgη
23

津波避難ビルの構造設計法

朝倉らの実験

平成２３年度建築研究所講演会

護岸を越流した津波による波力に関する実験的研究、
海岸工学論文集第47巻、土木学会、2000年

水路を使った実験に基づき、遡上する津波によって陸上構造物に作用する波力の評価手法を提案
実験因子：斜面勾配、波高、周期、初期位相、護岸先端から構造物までの距離

α=3

非分裂波の最大波圧分布

Fr=umax／√(gηmax)
αとFrFr（フルード数）の関係（フルード数）の関係

24

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

現地調査結果の分析 （検討対象構造物の例）

層崩壊した建築物（陸前高田市，RC造平屋）

残存する建築物（女川町，RC造4階）

崩壊したブロック塀（亘理町，CB造）

残存するRC塀（大船渡市，RC造）崩壊した鉄道橋（田野畑村，RC造）崩壊した柱（亘理町，CB造）

転倒した石碑（亘理町，石造）崩壊・転倒した防潮堤（山田町，RC造）

津波避難ビルの構造設計法

25

平成２３年度建築研究所講演会

津波波圧算定式の検討方法
１） 「浸水深の「浸水深の33倍の静水圧」の 3 を a（水深係数） と置く
現地調査で、構造物の水平耐力を算定
調、構 物 水平耐力を算定
算定２） 現地調査で、構造物の３） 水平耐力＝波力となる a（水深係数） を逆算（破壊したものはそれ以上のa、未破壊のものはそれ以下のa）
４） 破壊（破壊（××）と未破壊（○）ではさみうち。境界で）と未破壊（○）ではさみうち。境界でaaを判断

3η
η

津波波圧
津波波圧

ah

建築物
建物設計用浸水深
設計用浸水深η

h

a3ρgη
ρgh

波力＝a2ρgh2/226

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

水深係数a
水深係数
aと被害程度のと被害程度の関係
関係 （遮蔽効果の有無）16161414*310*1 津波進行方向と平行な工作物*2 側面開口が大きく建物内部へ津波流入*3 浸水深ηmの不確定性が高い*28

無被害（塀な無被害（塀などの工作物）作物）
傾斜（塀などの工作物）
崩壊（塀などの工作物）
残存（建築物）
崩壊（建築物）

6*14212m

12計測浸水深η (m)(m)
計測浸水深m

計測浸水深(m)
計測浸水深η (m)崩壊（塀などの工作物）

水深係数 aa =1.0=1.0程度
程度で被害／無被害で被害／無被害が区分される

64

遮蔽効果：無／小

00
1.0
2.0
水深係数a（構造物耐力相当時の浸水深／計測浸水深）82

遮蔽効果：有0.0

10

3.00.01.02.0水深係数a（構造物耐力相当時の浸水深／計測浸水深）3.0

水深係数 aa =1.5=1.5以上以上で被害／無被害で被害／無被害が区分される
27

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

遮蔽物の影響

津波来襲
方向

28

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

遮蔽物の影響、海岸からの距離の影響● 遮蔽物有り

遮蔽物なし

ｘ 1.5

遮蔽物あり

a=3a=2（流勢が弱まる）

遮蔽物なし（実験結果等を参照）

÷ 1.5
15

● 海岸から海岸から500m500m以上離れると、さらに流勢が弱まる
以上離れると、さらに流勢が弱まる
a = 1.529

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波波圧の算定
津波波圧を、設計用浸水深に水深係数a を掛けた高さの静水圧として算定

津波波圧
3η

a：水深係数ahh：設計用浸水深(m)ρ ：水の単位体積質量(t/m3)
g ：重力加速度(m/s2)

建物

設計用浸水深ηha3ρgηρg h
遮蔽物あり
海岸や河川等からの距離
水深係数 aの設定

500m以遠1.5

遮蔽物なし

500m未満 距離によらず

2330

津波避難ビルの構造設計法

a=1.5*

平成２３年度建築研究所講演会

a=2.0

津波来襲
方向

a=3.0500m
遮蔽物
遮蔽物

a=1.5*

海

津波来襲
方向

a=2.0

500500m
海遮蔽物*a =1.5への低減は津波の流速増加がない地域を対象とする

津波避難ビルの構造設計法

31

平成２３年度建築研究所講演会

津波避難ビルの構造設計法（設計目標）
１）倒壊しない）倒壊しないことこと
２）転倒しない）転倒しないこと
こと
３）滑動しない）滑動しないことこと※ 外側にある壁や柱は、津波波圧外側にある壁や柱は、津波波圧にに対して破壊対して破壊しないことしないことをを確認
32

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波避難ビルの構造設計法（設計の流れ）①

津波波圧の算定②

津波波力の算定③

各層せん断力の算定

浮力の算定a)上部構造b) 基 礎 の 設の設計に用計に用いる
いる浮力
浮力

④

⑤

耐圧部材の設計⑥

漂流物に対する検討⑦

洗掘に対する検討⑧倒壊の検討⑨転倒の検討⑩滑動の検討⑪基礎梁の設計

津波避難ビルの構造設計法

33

平成２３年度建築研究所講演会① 津波波圧
津波波圧の算定の算定
津波波圧を、設計用浸水深に水深係数a を掛けた高さの静水圧として算定

津波波圧
3η

a：水深係数ahh：設計用浸水深：設計用浸水深(m)(m)
ρ ：水の単位体積質量：水の単位体積質量(t/m(t/m3)
2
g ：重力加速度：重力加速度(m/s(m/s )建物

η

設計用浸水深

h

a3ρgη
3ρg h
遮蔽物あり
海岸や河川等からの距離

500m以遠500m以遠水深係数
水深係数 a1.5

遮蔽物なし

500m未満500m
未満 距離によらず

2334津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会② 津波
津波波力、波力、 ③各層せん断力の算定
・ 津波波圧
津波波圧をを高さ高さ方向に積分方向に積分して津波波力を算定して津波波力を算定・ 各階に作用する津波波力は各階の床位置に集中して働くものと各階に作用する津波波力は各階の床位置に集中して働くものとし、し、下の階の中央高さから当該階の階の中央高さから当該階の中央の中央高さまでの波圧より算定高さまでの波圧より算定
Qz = ρ ｇ（ah - z）B dz

Qz： 構造設計用の進行方向の津波波力（kN）
B ： 当該部分の受圧面の幅（m）
z1： 受圧面の最小高さ（0≦z1≦z2）（m）
z2： 受圧面の最高高さ（z1≦z2≦ah）（m）

津波波圧分布

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

開口
開口による開口による津波波力
津波波力のの低減低減を考慮できるを考慮できる（津波波圧は、開口を除く受圧面で受けると考える）
低減された
低減
された波力は、開口が無い場合の波力は、開口が無い場合の７７割を下限とする割を下限とする
Ci
42.2

津波力

368 %

1.5（ ×107N）

2ピロティ構造

10.6
27 %

0020

40

6080

建築物前面の開口面積比(％)

0.0

10036

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会④ 浮力の算定
柱と杭の軸力が最小となる 以下の２種類の浮力を算定
柱と杭の軸力が最小となる、以下柱と杭の軸力が最小となる、以下の２種類の浮力を算定する
するa) 上部
上部構造の設計に用いる浮力構造の設計に用いる浮力 （倒壊の検討
倒壊の検討））
開口から建築物内部に水が十分に流入した
開口から建築物内部に水が十分に流入した状態
状態→ 構造体
構造体に働く浸水深以下のに働く浸水深以下の躯体体積分の浮力と、床下の空気躯体体積分の浮力と、床下の空気溜まりによる浮力の和として溜まりによる浮力の和として求める
求めるb) 基礎の設計に用いる浮力 （転倒や滑動の検討
転倒や滑動の検討））
建築物の周囲が浸水しても、内部に水が流入していない状態→ 建築物
建築物容積分の浮力が基礎底に作用容積分の浮力が基礎底に作用する
するととして求める37

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会⑤ 耐圧部材の設計
柱と耐力壁が柱と耐力壁が波力によって破壊しないことを確認
曲げとせん断に対して、波力曲げとせん断に対して、波力にによる力よる力 ≦ 部材の部材の終局終局強度
強度

38

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会⑥ 漂流物に対する検討（流木、自動車、コンテナ、船舶、倒壊した建築物の一部など
流木、自動車、コンテナ、船舶、倒壊した建築物の一部など））

漂流物によっては柱・壁部材の破壊を防止するのは困難
漂流物によっては柱・壁部材の破壊を防止するのは困難

外部に面する柱等
外部に面する柱等が漂流物により破壊しが漂流物により破壊しても、そのても、その軸力支軸力支持能力を喪失しない（持能力を喪失しない（大梁大梁等等を介して伝達できるを介して伝達できる））→ 漂流物の衝突により建築物が局部崩壊しないことを漂流物の衝突により建築物が局部崩壊しないことを確認
確認

津波避難ビルの構造設計法

39

平成２３年度建築研究所講演会⑦ 洗掘に対する検討
洗掘に対して、上部構造が傾斜しないよう杭基礎とする（もしくは、周辺の地盤を（もしくは、周辺の地盤を十分な舗装十分な舗装で固める等の洗掘防止策を検討するで固める等の洗掘防止策を検討する））

直接基礎

杭基礎

40

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会⑧ 倒壊の検討
各階の水平耐力
各階の水平耐力 > 津波によるせ津波によるせん断力
ん断力
各階の水平耐力を、各階の水平耐力をの水平耐力を、津波
津波波力を外力分布
波力を外力分布ととし浮力を考慮した荷重増分解析により算定した荷重増分解析により算定

41

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会⑨ 転倒の検討
引張杭
引張杭

杭の引張引張軸力
軸力 ≦ 極限引抜抵抗力（杭体の引張耐力と杭周面の摩擦力の小さい方）
摩擦力の小さい方）

圧縮杭
圧縮
杭

杭の圧縮
圧縮軸力
軸力 ≦ 極限
極限支持力
支持力

42

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会⑩ 滑動の検討
杭の水平耐力 ≧ 杭に作用する津波荷重⑪ 基礎梁の設計
上部構造による応力に加え、杭による応力を累加した応力上部構造による応力に加え、杭による応力を累加した応力に対して、基礎梁を設計
43

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波に対し構造耐力上安全な建築物の設計法等に係る技術的助言
設計法等に係る技術的助言（国住指第2570（国住指第2570号号（平成（平成2323年年1111月月1717日）日）））「津波避難ビル等の構造上の要件に係る暫定指針「津波避難ビル等の構造上の要件に係る暫定指針」」

津波防災地域づくりに関する法律
津波防災地域づくりに関する法律（平成23（平成23年年1212月月2727日施行）
日施行）

津波災害警戒区域 ・・・ 知事が指定知事が指定することができる
することができる→ 指定避難施設 ・・・ 市町村長が指定市町村長が指定することができる
することができる
国土交通省令で定める技術基準 に適合するものであること
告示 （平成平成2323年度国交告第年度国交告第13181318号号） 「津波
津波浸水想定を設定す浸水想定を設定する際に想定した津波にる際に想定した津波に対して安全な構造対して安全な構造方法を定める方法を定める件
件」

44津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波避難ビルに要求される条件
津波避難ビルに要求される条件（RCRC造共同住宅の上部構造の場合）
造共同住宅の上部構造の場合）
浸水深ごとに建築物に要求される張間方向
浸水深ごとに建築物に要求される張間方向（長さ（長さ12m12mと仮定）と仮定）の強度（強度（CCB）
浸水深と建築物の階数

5 （4F5m4F））◎◎◎

10 （5F10m5F））

15 （7F15m7F））

△○
◎

△
△
○

a = 3.0

CB=0.97

CB=2.83

CB=4.56

a = 2.0

CB=0.38

CB=1.44

CB=2.42a = 1.5

CB=0.3

CB=0.78

CB=1.36◎ ： 従来の耐震設計による断面や配筋等で対応可能なレベル （杭・基礎は要検討）○ ： 強度を高める工夫を要するがほぼ対応可能なレベル （杭・基礎は要検討）
45△ ： 強度を大きく高めるための特別な工夫を要するレベル （杭・基礎は要検討）

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

設計例

浸水深10m
浸水深10m，，a = 2.0

・ 柱・梁の配筋をやや多くした・ 妻面の耐力壁を厚くした（230
230→→350350mmmm））
基準階平面図・ 杭径を大きくした （13001300Φ
Φ→1900
1900Φ
Φ）

46

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

津波避難ビルの設計
津波避難ビルの設計

10mを超える浸水深では、設計で考える地震の力10mを超える浸水深では、設計で考える地震の力よりも、津波の力の方が大きくなることがある
従来の耐震設計よりも強い建築物
9 壁を厚く、 柱・梁の配筋を多く
9 杭を太く、長く→ 従来技術で対応可能

津波避難ビルの構造設計法

47

平成２３年度建築研究所講演会

まとめ
・ 本設計法設計法に基づくに基づく津波避難ビル
津波避難ビルの建設が促進の建設が促進され、海岸され、海岸地域の産業地域の産業の活性化の活性化をはじめとするをはじめとする被災地の一日も早い復興に被災地の一日も早い復興に資することを資することを期待
期待
・ 建研も、建研も 技術的な面からの支援を続ける予定
建研も、技術的な面からの支援を続ける予定48

津波避難ビルの構造設計法

平成２３年度建築研究所講演会

ご静聴
有り難うございました
ざ

Building Research Institute