20143

日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010年 9 月

アウトリガートラス構造を有する高層建築物の火災時崩壊開始時間に関する考察○レ ティ タイ タン*1
磯部 大吾郎*2

正会員
同火災崩落

アウトリガートラス構造

崩壊開始時間

1. 緒言
高層建築物の火災を引き起こす要因や火災規模は様々であ素）によって拘束する。この過程により，部材が衝突する際るため，総合的に対応できる低コストの構造対策を構築する要素と同じ断面形状を持つと仮定した。また，接触により蓄のは困難である。世界中を震撼させた 9.11 事件によるニュー積されている 4 つのギャップ要素の変形量がある割合以下にに運動エネルギが伝達される。ギャップ要素は近接する他のヨーク世界貿易センター（WTC）ビルの完全崩壊については， なったときに接触を解除する。接触解除された要素は再び接米国の研究調査機関 FEMA[1]と NIST[2]がまとめた報告書で， 触アルゴリズムを通り，再接触判定を行う。これを繰り返す
風外力に対する補強システムとして上層階に設置されたアウことで，何度でも部材の接触表現が可能となった。さらに，トリガートラス構造が，崩壊開始までの時間を稼ぐのに有効接触解除後すぐに接触判定されないように接触回避時間を設であった可能性が示唆された。また同時に，WTC1 号棟と 2けることで，部材の跳ね返りなども再現可能とした。

号棟で航空機の衝突箇所および火災範囲が異なったことが，部材の温度上昇の時刻歴には，JIS A 1304 の耐火曲線を線それぞれの崩壊開始時間の差異につながったとしている。高形近似した曲線を用い，特定の時間で一般的な火災温度であ層建築物においては，火災範囲が広範囲に渡ると建物内の応る 700℃まで線形的に上昇するものと仮定した。温度上昇に力伝達経路が限られてくるため，集中した応力を冗長的に緩伴う鋼材の耐力低下曲線には，NIST[2]のものを近似した曲線和することが困難となる。その一方で，チューブ構造上部にを使用した。これは，鋼材に耐火被覆を施さない場合のもの

アウトリガートラス構造が設置されていると，応力伝達経路で，火災の一般的な温度である 700℃近辺において，弾性係が増し，外力が緩和され，崩壊開始までの時間が延びること

数は常温時の約 60%，降伏応力は約 10%まで低下する。

も十分に考えられる。いずれにしても，上記項目は高層建築

柱の曲げ塑性耐力に対する強度比を陽に表す接合部強度係物の火災対策にとっても重要な問題であるため，一連のメカ数 Cm を定義し，これを取り入れた以下の降伏関数を用いてニズムを解明する必要がある。

接合部の脆弱性を直接的に表現した。

本稿では，モデル化した 30 層 7 スパンのチューブ骨組構22⎛ Mx ⎞ ⎛ My ⎞ ⎛ N ⎞⎟ +⎜⎟⎟⎟⎟ + ⎜
f y = ⎜⎜⎟ ⎜⎜⎝ Cm M x0 ⎠ ⎝ Cm M y0 ⎠ ⎝ N 0 ⎠造に大規模火災が発生した場合に，その火災範囲，アウトリガートラス構造の強度，接合部強度，柱の軸力比が建物の崩2(1)

壊開始時間や崩壊挙動に及ぼす影響について数値解析を通じ

ここで，Mx，My は x，y 軸回りの曲げモーメント，N は軸力て検証した。その結果，アウトリガートラス構造が火災によである。下添え字”0”は，各断面力成分が単独で部材断面に作る完全崩壊を防止する，あるいは遅延させること，さらには用した場合の全断面塑性値であることを示す。

火災範囲の相違や柱の軸力比が建物の崩壊開始時間に影響を与えることが確認されたので，ここに報告する。

3. モデルの構築と解析条件
解析対象として，30 層 7 スパンのチューブ構造をチモシェ

2. 解析手法
解析には，大規模骨組構造の構造解析において最小限のコンコ梁要素でモデル化した。上層階にアウトリガートラス構ストで計算可能である，ASI-Gauss 法[3]を基に独自開発したる。これは，架構の剛性を高め，転倒モーメントに対抗し，有限要素解析コードを使用した。部材破断の判定条件として外周部をコア部で懸垂することを想定したシステムである。

は，部材を構成する各要素の曲率，引張軸ひずみおよびせん

モデルおよびアウトリガートラス構造の概要を図 1 に示す。

断ひずみによる判定を用いている。これらの破断臨界値は実積載荷重，床スラブ，壁荷重を含んだ設計用床荷重を 10.0

験結果[4]などから入手できるため，信頼性の高い判定を行う

kN/m2 と想定した。部材には SN490 の鋼材を用い，弾性係数，ことが可能である。接触判定には内分ベクトル型接触アルゴ

降伏応力，ポアソン比，密度はそれぞれ 214 GPa；325 MPa；

リズムを用い，接近する 2 本の要素の節点間距離および節点0.3；7.9×10-6 kg/mm3 とした。部材断面寸法は，1 層部分の柱の幾何学的位置関係により判定を行った。接触と判定されたを BOX 鋼□-700×28，梁を H-700×300×13×24 とし，これ要素同士については，節点間に 4 つのギャップ要素（接合要らの太さを上層方向へ 5 層ごとに段階的に細くした。

造を配置し，コアの 30 階にあるフレームにブレースを付け

Investigation on Fire-Induced Collapse Initiation Times ofHigh-Rise Buildings with Outrigger Truss Systems―285―

LE Thi Thai Thanh and Daigoro ISOBE

構築したモデルに対し，火災範囲，接合部強度係数 Cm，ア

参考文献

アウトリガートラス構造

ウトリガートラスの部材強度比，柱の軸力比の 4 つのパラメ[1] ASCE/FEMA,ータを変化させて解析を行った。まず火災範囲は，アウトリWorld

Trade

Center Building

ガートラス構造によって確保される応力伝達経路の影響を調立面図Performance

べるため，図 2 に示す 21 階～24 階の中央火災と外火災の 2Study, 2002.

種類を設定した。次に，接合部強度の影響を比較するため，[2]Cm を 0.1～0.6 の範囲で変化させた。また，アウトリガートラ

NCSTARNIST1:

コア構造

Federal Building

ス構造の有無およびその部材強度の相違による影響を調べる

and Fire Safety

ために，1 層部分の梁材に対するアウトリガートラス部材のtheYWTC

Disaster, 2005.

物の構造強度による影響を調べるため，図 2 の○で囲まれるコア柱の 1 階の軸力比を 0.15～0.50 の範囲で変化させた。解析結果から，火災発生時刻から建物が崩壊を開始する時刻までの時間（崩壊開始時間）を求める。

28m
断面図

Z

Investigation of

強度比を 0.25 から 2.0 まで段階的に変化させた。さらに，建28m

120m

X

[3] 磯 部 ， リ

モデル全体

ン：飛行機の

図1

衝突に伴う骨X

組鋼構造の崩アウトリガートラス構造

モデルの概要壊解析，日本

4. 解析結果
図 3 は 2 種類の火災範囲に対する接合部強度係数およびア

建築学会構造ウトリガートラス部材強度比による崩壊開始時間の相違を示

pp. 39-46.

Y系論文集，第579 号，2004，す。図 4 は，2 種類の火災範囲に対するアウトリガートラス[4] 濱 田構造が有る場合（部材強度比：1.0）および無い場合の軸力比

他：高力ボル外火災

中央火災
図2直之，火災範囲

ト継ぎ手の耐火性に関する実験的研究，日本建築学会大会学術講演による崩壊開始時間の相違を示す。

梗概集 A-2，2006，pp. 105-110.

図 3 および図 4 より，外火災より中央火災の方が崩壊開始時間は長くなる傾向が見られる。これは，中央火災構造の懸垂能力と応力伝達経路が増し，崩壊開始を遅ら1000せたものと考えられる。次に，接合部強度係数 Cm が 0.1 から 0.6 に大きくなるにつれ，中央火災（図 3(a)）では崩壊開始時間が延びる結果となった。さらに Cm が 0.5 以上になると，アウトリガートラスの部材強度比が 0.5 以上のもので建物がCm 0.1
Cm 0.2
Cm 0.3Cm 0.4
Cm 0.5
Cm 0.6800600
400

1200

0

おいては外周構造の耐力が全て低下するため，アウトリガートラス構造の機能が発揮されず，Cm が 0.1 以上では崩壊開始時間がほとんど変わらない結果となった。また図 4 より，柱800
600
400200200

崩壊しなくなる結果となった。しかし，外火災（図 3(b)）にCm 0.1
Cm 0.2
Cm 0.3Cm 0.4
Cm 0.5
Cm 0.61000

崩壊開始時間 [s]1200

崩壊開始時間 [s]が対称火災であるため，非対称火災である外火災と比べ，

00.5

11.5

02

00.5

11.52

アウトリガートラス部材強度比

アウトリガートラス部材強度比(a) 中央火災(b) 外火災

図3の軸力比が大きくなるにつれ崩壊開始時間が早くなること，接合部強度係数およびアウトリガートラス部材強度比による崩壊開始時間の相違

軸力比が小さい領域ではアウトリガートラス構造が崩壊開始

5. 結言
本稿では，ASI-Gauss 法を用いて，30 層 7 スパンのチューブ骨組構造の火災崩落解析を行った。その結果，火災範囲，構造強度によって崩壊開始時間が異なることと，火災に対し崩壊開始時間 [s]

2000

2000
without outrigger truss
with outrigger truss

1500

崩壊開始時間 [s]時間を延ばす傾向があることが確認できた。

without outrigger truss
with outrigger truss

1500

1000

1000

500

500てアウトリガートラス構造が崩壊開始時間を延ばすあるいは0防止する効果も確認できた。今後は，WTC 全体モデルでの検証を通じ，建物の火災崩落防止に対する検討を進めていきたいと考えている。

*1: 筑波大学大学院生*2: 筑波大学大学院准教授

0.2

0.3

0.5

00.2

0.3

0.4

柱の軸力比

(a) 中央火災(b) 外火災

図4

博（工）

0.4

柱の軸力比

0.5

軸力比による崩壊開始時間の相違*1: Graduate student, University of Tsukuba*2: Dept. of Eng. Mech. and Energy, University of Tsukuba, Dr. Eng.

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