20144

日本建築学会大会学術講演梗概集（北陸） 2010年 9 月

発破解体計画のためのキーエレメント特定
正会員
同発破解体キーエレメント○勝 拓也*1
磯部 大吾郎*2

ASI-Gauss 法

1. 緒言

する必要がある。その際，本稿では以下の手法を用いた。

高度成長期に多数建設された高層ビル群は，その竣工当時

図-1 に示すように，健全な骨組構造の全接合部に対し，均から長い年月が経過しており，老朽化や都市の再開発などに等に鉛直下方への荷重を増分的に与える。解析ステップが進より，その解体需要が今後高まることが予想される。欧米に行し，荷重が増加するといずれ崩壊に至るが，構造によっておいて，しばしばこの様なビルの解体に用いられる手段が発は一部において部分崩壊が生じることがある。しかし本稿で破解体工法である。これは爆薬を用いて部材の接合部等を爆は，そのような部分崩壊は構造全体の崩壊に繋がるものでは破し，重力を利用して建築物全体を一度に取り壊す工法であないと見なし，全体崩壊への直接的な要因として構造最下層り，比較的短期間かつ低コストで行うことが可能である。危部の柱に降伏現象が起きる瞬間に着目した。最下層部の柱の険な作業も不要である等の利点を持つ反面，部材の飛散や建内，いずれか 1 本に降伏が生じた瞬間に構造に与えられてい築物が予測しなかった崩壊挙動を示すことによるリスクも懸る荷重を最下層崩壊荷重 PG と定義し，この時の PG を部材感念される。よって発破解体を行う際には，事前にその崩壊過度の基準として用いる。

程を入念に検証し，解体の安全性と確実性を確認する必要が次に，任意の部材を消失させた際の最下層崩壊荷重 PG’をある。欧米に複数存在する解体施工業者においてもその様な数値解析により求める。前節で述べた発破アルゴリズムによ検証は独自のノウハウにより行われており，定量的な判断基り任意の部材を欠損させた骨組構造に対し，鉛直下方への荷準は現在まで周知されていない。また効率的な発破箇所の特重を与える（図-2）。特に上層部の柱を欠損させた場合，構造定についても同様で，未だ経験則の範疇を出るものではない。 の偏りから部分崩壊が生じる可能性が高いが，前述の通りこ
本稿では，大井ら 1)によって言及された部材消失に伴う構れには着目せず，最下層部の柱の内いずれか 1 本が降伏した造物の荷重支持能力に対する感度について着目し，効率的な瞬間の荷重を PG’とする。ここで算出された PG’は部材の欠損

発破解体を行う際に鍵となる要素（キーエレメント）を定量による構造の荷重支持能力低下のために PG と比べ小さい値的に特定する手法について検討する。本手法においては，発となることが考えられる。ここで，PG を PG’で除した値

破解体への適用性を向上させるため，部分崩壊ではなく全体PG/PG’を部材感度指数として定義する。

崩壊に至る過程を重要視した。数値解析には崩壊解析におい提案する手法は，骨組構造の全接合部に対し載荷する点がて実績のある ASI-Gauss 法 2)を用い，得られた結果から 3 次

特徴的であり，これは構造に対する床荷重が時間と共に全体元骨組構造のキーエレメントに関する新たな指標を提案する。 的に増加していく状況を想定すると捉えやすい。この手法を用いると，部材感度指数が低い部材，例えば構造最上層部の2. 部材破断と発破アルゴリズム

部材を消失させたことにより比較的低い荷重で構造の一部に本稿では部材を完全弾塑性体と仮定し，その破断は部材を部分崩壊が生じたとしても，健全な低層部に対してはそのま構成する 2 つの要素において次式のいずれかの条件を満たしま載荷され続ける。よってこの時に算出される PG’は PG に限た場合に判定する。

りなく近い値を取ることになり，部材感度指数の高い部材を

κx=1
κ x0or

κy=1
κ y0or⎛ εz ⎞⎟⎟ = 1⎜⎜⎝ ε z0 ⎠orγ xz=1γ xz 0or

γ yz=1γ yz 0

消失させた場合との差異がより明確に現れる。
(1)

4. 3 層 3 スパンモデルによる解析

ここで κx、κy は x, y 軸回りの曲率，εz は引張り軸ひずみ，γxz、

図-3 に示す 3 層 3 スパンの小規模なモデルに対する試解析

γyz は x, y 軸方向のせん断ひずみである。添え字“0”が付いたを行った。幅・奥行き・高さはそれぞれ 3 m となっており，値は破断臨界値であり，継手の静的加力試験結果 3)を用いる。 部材には JIS G 3136 の SN490B 鋼材を用いた。寸法形状は破断が判定されると，断面に作用していた断面力が数値解析上の次ステップにおいて瞬時に解放される。一方，発破現象については，(1)式を用いることなく指定した要素の端を強制的に破断することによって表現する。

3. 3 次元骨組構造における部材感度の算出
キーエレメントを探索するために，3 次元骨組構造の支持荷重能力に対する部材ごとの感度（以下，部材感度）を算出

図-1

図-2

健全な構造に対する載荷部材欠損構造に対する載荷

Specification of Key Elements for Blast Demolition
Planning

Takuya KATSU and Daigoro ISOBE―287―基準とし，結果を整理したものを
表 2 に示す。やはり荷重支持において低層部柱の方がより重要であることが確認できる。また前節のモデルと同様に，キーエレメントは 1Floor，C-C であると判断でき
図-3

図-4

3 層 3 スパンモデル

柱の分類（平面図）

表1Floor
C-C

O-C

I-Cる。さらに，例えば 1F の I-C よりは 4F の C-C の部材感度指数が3 層 3 スパンモデルでの解析結果
PG’[kN]

図-5高いことなどが分かるため，建物15 層 3 スパンモデルの全体崩壊を重要視する発破解体計画を立てる上で，本手法は発破箇所を選定する判断材料を健全モデル比 部材感度指数提供できるものと考える。

141.037×1058.1%

1.722

241.307×1073.2%

1.366

31.585×10

488.8%1.126

11.252×104

70.1%

1.427

1.468×104を算出し部材感度指数を求めることにより，発破箇所の選定

282.2%

1.217に必要な情報を数値として表す手法を示した。今後はさらに

3

1.634×10491.5%

1.093

複雑なモデルを用いての手法の検証，そして本来の目的であ

11.444×104

80.8%

1.237

る発破解体工法における効率の良い発破箇所選定への応用に

2

4

1.615×10

90.5%

1.105

向け，複合的な評価指標の構築が課題となる。

3496.5%1.036

1.723×10

6. 結言
本稿では，構造最下層の柱が降伏する際の最下層崩壊荷重

参考文献
柱・梁共に BOX 鋼□-200*200*6*6 としている。このモデルの1)

全接合部に対し鉛直下方に荷重を加える。1 つの接合部につき 250 N の荷重増分を与えるものとし，全 48 接合部に一様度，理論応用力学講演会講演論文集，Vol. 54，2005，pp.249-250
2)磯部，リン：飛行機の衝突に伴う骨組鋼構造の崩壊解析，日本

3)平島 他：高温時における高力ボルトの剪断変形性状に関する実に載荷した。なお，本稿では解析を行うに当たり柱を図-4 に示 す よ う に 3 種 類 に 分 類 し た 。 こ れ 以 降 ， ① を Corner

大井，伊藤，李：部材消失に対する骨組構造の荷重支持能力感

建築学会構造系論文集，第 579 号，2004，pp. 39-46.

Column (C-C)，②を Outside Column (O-C)，③を Inner Column

験的研究，建論，第 621 号，2007，pp.175-180.

(I-C)と呼ぶ。
表2

解析の結果，このモデルに対する PG は 1.786×104 kN であった。これを基準とし，1～3 層の柱 1 本ずつを欠損させたモ

Floor

デルで解析を行い，PG’を算出して整理したものを表 1 に示す。部材感度指数に関しては，低層部柱の方が高層部柱よりも数値が大きいことが分かる。またこれらの結果より，このモデルにおけるキーエレメントは 1Floor，C-C であると判断

C-Cでき，これは大井ら 1)の結果と同様であることが確認された。

5. 15 層 3 スパンモデルによる解析
次に，図-5 に示す 15 層 3 スパン高層モデルを用いてキーエレメントの特定を行った。幅・奥行きは 1 スパン当たり 6O-Cm ， 高 さ は 各 層 3.6 ｍ で あ る 。 部 材 に は JIS G 3136 のSN490B 鋼材を用い，寸法形状は 1 層部分の柱を BOX 鋼□430*430*13*13，梁を H331×825.7×18.4×13.2 とし，それらの太さを上層方向へ進むにつれ細くなるように設定した。
前節と同様，全接合部に対し鉛直下方へ各 2500N の荷重増分を加えた。高層部の柱は支持荷重能力には影響が少ないこI-Cとが予想されるため，本解析では 5 層目までの柱に着目した。
5

本高層モデルにおける PG は 1.722×10 kN であった。これを*1: 筑波大学大学院生*2: 筑波大学大学院准教授

15 層 3 スパンモデルでの解析結果
PG’[kN]

健全モデル比 部材感度指数11.272×10

573.9%

1.353

2

1.326×105

77.0%

1.298

3

1.362×10

579.1%

1.264

4

1.380×10

580.1%

1.247

5

1.398×10

581.2%

1.231

11.368×10

579.4%

1.258

2

1.398×10

581.2%

1.231

3

1.440×10

583.6%

1.195

4

1.458×105

84.7%

1.181

5

5

1.494×10

86.8%

1.152

11.392×10

580.8%

1.237

2

1.428×10

582.9%

1.205

3

1.494×10

586.8%

1.152

4

1.542×10

589.5%

1.116

5

1.584×105

92.0%

1.087

*1: Graduate student, University of Tsukuba
博（工）*2: Dept. of Eng. Mech. and Energy, University of Tsukuba, Dr. Eng.

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