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■地震動応答解析のおはなし
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第12話 「レベル2の目的は?(その1)」


中沢: 「前回で、レベル1における目的についてはわかりました。こんどはレベル2の地震動において、どのような考え方で構造設計すればよいかを教えて下さい。」
島課長: 「以前にレベル2の地震動について話したが(第6話参照)、その目標はと言うと・・・。」
〔レベル2の地震動とは、当該建築物の敷地において、過去及び将来にわたって最強と考えられる地震動を指し、この地震動に対して建物は倒壊したり、あるいは外壁の脱落等の人命に損傷を与える可能性のある破損を生じないことを目標とすること。〕
中沢: 「この文面からすると、まず第一にレベル2の地震動に対して、建物は倒壊しないこととありますが、地震動解析で、倒壊するようなシミュレーションができるのですか?」
島課長: 「数値計算上は完全に解けてしまうから、不安定になったり、解析できなくなるということはないんだ。」
中沢: 「よく保有水平耐力の計算のときなどは、最終的に崩壊するとき不安定になり、解析できなくなるといわれますよね・・・。」
島課長: 「今回は、レベル2の地震動について話しているので、弾塑性の地震動解析となることは知っているよね。この時の各層の剛性はバイリニアやトリリニアの履歴剛性(図1)をもたせるわけだけど、バイリニアの第2勾配やトリリニアの第3勾配はゼロとせずに少しの勾配はもたせているんだ。」
図1
中沢: 「なるほど。この勾配があるから必ず解けて不安定にはならないというわけですね。」
島課長: 「そういうことだ。」
中沢: 「ちょっと疑問がわいてきました。」
島課長: 「なんだね。」
中沢: 「最近、耐震診断ばかりやっているんですが、そこにC-F曲線図(図2参照)がありますね。これは、せん断破壊部材やじん性の低い部材があるために、耐力低下のある履歴を示しているわけですよね。このような履歴の場合にどうモデル化するんですか。」
図2
島課長: 「このような履歴のモデルをどう解析するかという話をすると非常に難しくなるので、中沢君は次のように理解してほしいね。」
「まず、図1のような履歴を仮定したということは、せん断破壊部材はないとしているんだ。すなわちせん断破壊部材をつくらない設計をするということ。もう一つは、十分な塑性回転能力(塑性率)をもつ設計をしてるという暗黙の仮定条件が入っているんだね。」
中沢: 「せん断破壊するような部材はつくらないということですか?」
島課長: 「特に高層建物の場合にはせん断破壊する部材が発生することは許されていない。」
中沢: 「よくわかりました。わかったうえで再度お聞きしますが、通常の建物でどうしてもせん破壊してしまう部材があったらどう解析しますか?」
島課長: 「耐力が低下する建物の解析は難しいんで、次のように対処するね。図3に示すようにレベル2で応答解析した結果の最大の履歴位置が@の点とすると、静的解析時のせん断破壊した位置Aと比較して、せん断力と変形の両方とも手前であるならこの解析は正しいということになるね。」
図3
中沢: 「なるほど。最大応答位置を見ることで判断するわけですね。」
島課長: 「さて、話をもとに戻すと、『レベル2の地震動で倒壊しないこと』とは、最大応答変位の大きさで概ね判断できるが、十分な塑性回転能力を持つ建物ではむしろ、その後に記述されている『外壁の脱落等の人命に損傷を与える可能性のある破損を生じないこと』の方が厳しいことになるね。」
中沢: 「通常は、一次設計時の地震力に対して層間変形角は200分の1以内にしなさいとありますね・・・」。
島課長: 「そうだね。また但し書きとして、建築物の部分に著しい損傷が生ずるおそれのない場合には120分の1以内まで緩和されるとあるね。だから仕上材は200分の1を超えたり、また特別な措置を講じた場合でも120分の1を超えたりしたら破損や脱落する恐れがあるんだ。」
中沢: 「ということは、層間変形角の制限をどのように設定すればいいわけですか。」
島課長: 「特にこの値にしなさいとは決まっていないんだ。設計者の判断ということだね。」
中沢: 「設計者の判断というと困ってしまいますね。通常はどのような値を使っていますか。」
島課長: 「まず、設計クライテリアをどの辺にもつかだ。例えば、レベル1の地震動では、200分の1以内、レベル2の地震動では120分の1以内とするなどはよくやるね。」
中沢: 「設計者の判断ということは100分の1でも90分の1でもいいわけですね。」
島課長: 「もちろん、それなりの説明がつけばいいわけだが、しかし100分の1を超えると別の問題が発生するね。」
中沢: 「別の問題って何ですか?」
島課長: 「P−△(ピーデルタ)効果だ!」
(星 睦廣)


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