地震時の建物の応答予測方法
【課題】 本発明は、従来は耐力要素として扱われることがなかった非耐力壁を有する建物において、耐力壁とともに非耐力壁の影響をも反映し精度良く、しかも簡易に予測することが可能な地震時の建物の応答予測方法を提供することを可能にすることを目的としている。
【解決手段】 耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における地震時の建物の応答値予測方法であって、建物を構成する各部位のうち耐力壁、帳壁及び内装壁を応答値に影響する耐力要素とみなし、複数のモデルプランにおける建物重量及び前記耐力要素の量と、時刻歴応答解析等の解析方法によって解析された応答値とに基づいて、建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を変数とする応答値予測式を予め設定しておき、予測対象プランにおける建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を前記応答値予測式に代入することによって該予測対象プランにおける地震時の応答値を予測する構成としたことを特徴とする。
【解決手段】 耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における地震時の建物の応答値予測方法であって、建物を構成する各部位のうち耐力壁、帳壁及び内装壁を応答値に影響する耐力要素とみなし、複数のモデルプランにおける建物重量及び前記耐力要素の量と、時刻歴応答解析等の解析方法によって解析された応答値とに基づいて、建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を変数とする応答値予測式を予め設定しておき、予測対象プランにおける建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を前記応答値予測式に代入することによって該予測対象プランにおける地震時の応答値を予測する構成としたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における建物の地震時の応答値を予測する予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に建物の地震時応答値は、地震動情報、建物の力学特性情報を用意し、時刻歴応答解析、応答スペクトルによる等価線形化法などの、理論的解析的方法によって求められている。この方法は、地震動情報を入手することが容易でない上、解析に高度な計算プログラムとコンピュータを要するため実施が容易でない。高い知識をもつ解析者と、時間、費用を要した。
【０００３】
特許文献１では、対象とする建物の構造種別、建物規模から建物タイプを決定し、夫々の建物タイプに対応した最大応答量の簡易予測式に対して、建物階数、想定する地震波の最大加速度と最大速度を代入することによって、特定階及び任意階の最大応答量を予測する簡易評価方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の簡易予測式は、複数の建物モデルについて、予め時刻歴応答解析によって得られた最大応答量を回帰分析して導かれた回帰曲線を表しており、対象とする建物についての地震応答解析を実施することなく、簡便且つ高精度に地震時最大応答量を得ることができるとされている。
【０００６】
しかしながら、この簡易評価方法は、予測の対象となる建物が保有する耐力が考慮されておらず、精度の高い予測値が得られないという問題がある。
【０００７】
更に、架構（耐力壁やラーメン構造における柱梁）自体が有する剛性が比較的小さい（＝他の要素の影響を受けやすい）鉄骨造であり、帳壁がＡＬＣパネル等比較的剛性の高い材料で構成され、更にその用途が事務所や店舗等と比較して内装壁の多い住宅である場合、これらの非耐力壁のボリュームが最大応答量に与える影響が大きく、誤差が大きくなる虞がある。
【０００８】
一方で、２階〜３階程度の中低層建物が大部分を占めている住宅では、建物の固有周期に大きなばらつきがなく、また建築を計画する顧客の最大の関心事は、兵庫県南部地震（いわゆる阪神淡路大震災）規模の極大地震の際にどの程度の被害を受けるかという点にあり、地震波（最大加速度と最大速度）をその都度選択する必要性が小さい。
【０００９】
このように、非耐力壁の影響を受けやすいＡＬＣパネル等からなる帳壁を有する中低層の鉄骨造住宅について最大応答量を予測する場合、より高い精度の高い予測方法が望まれる一方で、より簡易な予測方法も望まれていた。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するものであり、従来は耐力要素として扱われることがなかった非耐力壁を有する建物において、耐力壁とともに非耐力壁の影響をも反映し精度良く、しかも簡易に予測することが可能な地震時の建物の応答予測方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明に係る地震時の建物の応答予測方法の第１の構成は、耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における地震時の建物の応答値予測方法であって、建物を構成する各部位のうち耐力壁、帳壁及び内装壁を応答値に影響する耐力要素とみなし、複数のモデルプランにおける建物重量及び前記耐力要素の量と、時刻歴応答解析等の解析方法によって解析された応答値とに基づいて、建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を変数とする応答値予測式を予め設定しておき、予測対象プランにおける建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を前記応答値予測式に代入することによって該予測対象プランにおける地震時の応答値を予測することを特徴とする。
【００１２】
なお、ここで、「地震時の建物の応答値」とは、建物の層間変位、耐力壁の累積損傷値など、地震によって建物に生じる変位や繰り返しの変形による建物の損傷度合いを示す数値を意味する。
【００１３】
また、本発明に係る地震時の建物の応答予測方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記規格化建物は、鉄骨造、中低層の住宅であり、前記帳壁は、コンクリート系のパネルを連設し、該パネルの目地には湿式シール材を充填して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る地震時の建物の応答予測方法において、本発明の対象となる建物は、耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ個々に異なるプランで設計施工される規格化建物である。つまり、建物の各部位の仕様が同一でプランだけが異なるので、予め各部位の平面的な単位量（単位面積や単位長さ）を求めておき、予測対象プランにおける平面的な長さや面積を計上して掛けあわせることで、応答値に影響する数値である建物重量や、耐力要素の量が計算でき、これらの値と所定の予測式から容易に応答値が予測できる。
【００１５】
また、耐力壁に加えて、従来は耐力要素として扱われることがなかった非耐力壁の影響をも反映して応答値の予測式を設定したので、精度良く予測することが可能である。特に中低層、鉄骨造でＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）パネルの帳壁を有する住宅の場合、非耐力壁である帳壁や内装壁の影響が大きいので、精度良く予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図により本発明に係る地震時の建物の応答予測方法の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る応答値を予測する応答予測式を導出する過程を示すフローチャート、図２〜図４は非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図、図５及び図６は耐力壁倍率と最大層間変形の比との関係を示す図である。
【００１７】
一般に、地震時の建物の応答値は、建物の重量が増すにつれて大きくなり、地震力に対抗する耐力要素の量が増すにつれ小さくなる。従って、本発明に係る地震時の建物の応答値予測方法では、各耐力要素の量を建物の総重量で除して求められる、単位重量あたりの耐力要素の量に基づいて応答値の予測を行うものとしている。
【実施例１】
【００１８】
予測の対象となる建物の構成は、３０５ｍｍの平面モジュールを有する２層または３層の鉄骨造の工業化住宅である。各階の階高は規格化され生産される建物全てについて同一であり、建物を構成する各部位についても以下の通り規格化されている。
【００１９】
「耐力壁」は、２本の柱と柱の間に介在する極降伏点鋼からなる弾塑性エネルギー吸収部とからなり、幅寸法（柱の芯−芯寸法）の異なる２種類（６１０ｍｍと９１５ｍｍ）がある。
【００２０】
「帳壁」は、厚さ７５ｍｍ、幅６１０ｍｍまたは３０５ｍｍのＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）パネルを連設し目地に湿式のシール材を充填したうえで吹付け塗装が施されている。ＡＬＣパネルは地震時に建物の変形に追従しロッキングするように架構に取り付けられている。
【００２１】
「内装壁」は、該内装壁のうち間仕切壁は、軽鉄スタッド下地、厚さ１２．５ｍｍの石膏ボード（両面ビス止め）、ビニールクロス、で構成されている。外周部の内装壁は、帳壁の裏面に１２．５ｍｍの石膏ボードをビス止めして構成されている。
【００２２】
「屋根」は、梁で支持された厚さ１００ｍｍのＡＬＣパネル、下地モルタル、断熱材、塩ビ製防水シート、等で構成されている。
【００２３】
「床」は、梁で支持された厚さ１００ｍｍのＡＬＣパネル、下地モルタル、木質フローリング等の床仕上材、で構成されている。
【００２４】
「天井」は、軽鉄下地、９ｍｍの石膏ボード、ビニールクロスで構成されている。
【００２５】
なお、「本建物」は、ＣＡＤ（Computer Aided Design;コンピュータによる支援設計製図）上で、平面的にプラン情報（建物を構成する各部位の配置情報）を入力することにより、各部位の数量や重量が自動計算され、併せて、構造計算もなされるＣＡＤ一貫システムを利用して設計がなされる。
【００２６】
また、構造計算では、上層の層せん断力の分布係数が割り増しされており、つまり上層の保有する耐力に余裕を持たせており、第１層の耐力壁が上層の耐力壁に先行して降伏するように（すなわち、第１層の損傷が卓越するように）設計がなされるようにプログラミングされている。従って、第１層について応答値を予測し、それが許容される範囲におさまっているか否かをチェックすることで、予測の対象となるプランにおいて建物が安全であるか否かを予測することができる。
【００２７】
本発明に係る応答予測方法でその影響を考慮する耐力要素としては、一般的な耐力壁、及び従来は非耐力壁とみなされて考慮されることがなかった帳壁と内装壁である。
【００２８】
耐力壁の保有する耐力はほぼ幅寸法（平面的な長さ）に比例する。つまり、単位長さあたりの耐力は耐力壁のサイズにかかわらず一定とみなせる。従って、Ｘ、Ｙ夫々の方向について耐力壁の全長を算出し、これに単位長さあたりの耐力を乗じることで耐力壁による耐力が算出できる。
【００２９】
帳壁は比較的厚みと重量のあるＡＬＣパネルからなり、金属板やガラス板の帳壁に比べて剛性が高い。また、ロッキング機構を有していても躯体への取付部に摩擦力が作用し建物の変形を拘束する。更に、湿式シール材がパネル端面に粘着する面積が大きく隣接するＡＬＣパネルどうしのズレを抑制するので、耐力要素として考慮するのが好ましい。
【００３０】
内装壁を石膏ボードをビス止めして構成して高い剛性を有しており、しかも、諸室が小さく区画され事務所や店舗等に比べて内装壁の量が極めて多い住宅では、耐力要素として考慮するのが好ましい。
【００３１】
前述の通り、建物を構成する各部位の材料、寸法等が規格化されているので、予測対象プランにおける建物重量は、各部位の単位量（平面的な長さや面積）あたりの重量を予め算出しておき、この値に予測対象プランにおける各部位の量を乗じて各部位の重量を算出し、さらに各部位の重量を積算することで求められる。
【００３２】
耐力壁については、前述のとおり、平面的な長さでその量と耐力の多寡が把握できる。また、帳壁、内装壁についても、階高が規格化されているので高さ寸法が一定となり、平面的な長さを計上することで量の多寡が把握できる。従って、各耐力要素については平面的な長さを計上し、これを変数として応答値予測式を設定するものとする。
【００３３】
なお、帳壁、内装壁の平面的な長さの計上にあたっては、開口部のない天地丈のもののみ計上して開口部を有する部分については除外しても良いし、開口部を有する部分については開口部の大きさに応じてその長さを低減して算入しても良い。
【００３４】
次に応答値予測式の設定手順について図１を用いて説明する。予測の対象となる建物と同一の工業化住宅の規格に基づいて計画された複数のモデルプランについて、以下のように帳壁長と内装壁長を適宜固定あるは変動させ、夫々のケースでの耐力壁長と変位の関係を時刻歴応答解析によって求める。
【００３５】
なお、時刻歴応答解析の際に用いる地震波は特に限定はされないが、顧客は想定される極大地震時に建物がどのような応答を示すか（被害がどの程度及ぶのかまたは及ばないのか）ということに関心があるため、本実施例では過去に地震波が記録された地震のうち最大級の強さである兵庫県南部地震の地震動を採用している。
【００３６】
図１のステップＳ１において、帳壁長を一定（統計データの平均値）、内装壁長をゼロとして、耐力壁長を変動させた場合の、耐力壁長と時刻歴応答解析によって得られた応答値との関係をプロットし、これに近似する曲線を表す以下の数１式を立てる（ステップＳ２）。尚、以下の数１式において、δmax0は最大応答変位（ｃｍ）、ｘpは耐力壁倍率を示す。
【００３７】
[数１]
δmax0＝１．６ｘp2−１１．８ｘp＋２３．６
【００３８】
次にステップＳ３において、内装壁長をゼロとし、帳壁長を順次変動させた場合の耐力壁長と時刻歴応答解析によって得られた応答値との関係を帳壁長ごとにプロットし、これに近似する曲線を表す以下の数２式を、前記数１式に補正係数を乗ずるかたちで立てる（ステップＳ４）。尚、以下の数２式において、δa maxは最大応答変位（ｃｍ）、ｘpは耐力壁倍率、ｘALCは、「帳壁長の統計データの標準偏差σ」に対する「帳壁長の統計データの平均値と、予測対象建物の帳壁長との差」の比を示す値、つまり、予測の対象となるプランにおける帳壁長は、帳壁長の統計データの標準偏差σの何倍多いか（あるいは少ないか）を示す値である。また、係数部分は、耐力壁長及び帳壁長の平均値からの乖離の度合によって変動するように設定している。
【００３９】
[数２]
δa max＝（０．０２ｘp×ｘALC2−０．１２ｘp×ｘALC＋１．００）×δmax0
【００４０】
次にステップＳ５において、帳壁長を一定（統計データの平均値）とし、内装壁長を変動させた場合の耐力壁長と時刻歴応答解析によって得られた応答値との関係をプロットし、これに近似する曲線を表す以下に示す数３式を前記数２式に補正係数を乗ずるかたちで立てる（ステップＳ６）。尚、以下の数３式において、δmaxは最大応答変位（ｃｍ）、ｘpは耐力壁倍率、ｘGYPは、「内装壁長の統計データの標準偏差σ」に対する「内装壁長の統計データの平均値と、予測対象プランの内装壁長との差」の比を示す値、つまり、予測対象プランにおける内装壁長は、内装壁長の統計データの標準偏差σの何倍多いか（あるいは少ないか）を示す値である。また、係数部分は、耐力壁長及び内装壁長の平均値からの乖離の度合によって変動するように設定している。
【００４１】
[数３]
δmax＝｛−０．０１０ｘp×ｘGYP2−０．０５０ｘp×ｘGYP＋０．３（ｘp−２）2＋ ０．６｝×δa max
【００４２】
実施例１となる最大応答変位の予測方法としては、前述の通り本建物では、第１層の耐力壁が上層の耐力壁に先行して降伏するように（第１層の損傷が卓越するように）予め設計されるので、第１層についてのみ応答値を予測する予測式を設定する。尚、この場合上層は降伏しないから、層間変形は小さく従って被害も軽微に留まる。
【００４３】
従って、以下の説明において、耐力壁長、帳壁長、内装壁長はすべて第１層における長さを建物重量で除した単位重量あたりの値を示している。
【００４４】
予測対象プランにおける耐力壁長は、耐力壁倍率（法令で定められた耐震性能をちょうど満たす耐力壁長を１．０とし、これに対して何倍の耐力壁長があるかを表す値）で示している。
【００４５】
予測対象プランにおける帳壁長（内装壁長）は、実物件（実際に設計施工し販売した建物）の統計データの平均値との乖離を、統計データの標準偏差σの何倍の乖離があるのか、で示している。
【００４６】
直交する２方向夫々について各壁長を求め各方向について応答値を算出する。すなわち、検討する方向に対し直角に配置された各壁は無効とする。
【００４７】
前記ステップＳ２における前記数１式は、帳壁長を実物件の統計データの平均値に固定し、内装壁を無しとした場合の、最大応答変位を表す式である。ｘpは、「必要な耐力壁長」に対する、「予測対象プランにおいて建物が保有する耐力壁長」の比である。
【００４８】
図２に示すように、２層あるいは３層の複数のモデルプランにおいて、耐力壁長（耐力壁倍率）を変動させた場合の最大応答変形を時刻歴応答解析により求めてプロットし、これに近似する耐力壁長と最大応答変形との関係式を前記数１式として設定したものである。
【００４９】
前記数２式は前記数１式に耐力壁長と帳壁長の影響を考慮した補正係数を乗じたものである。
【００５０】
図３及び図４に示すように、２層あるいは３層の複数のモデルプランにおいて、内装壁を無しとし、壁長を統計データの平均値＋２σ、＋σ、−σ、−２σと４段階に変動させ、夫々のケースで耐力壁長（耐力壁倍率）を変動させた場合の最大応答変位を時刻歴応答解析により求めてプロットし、これに近似する耐力壁長と最大応答変位との関係式を前記数２式として設定したものである。
【００５１】
前記数３式は前記数２式に耐力壁長と内装壁長の影響を考慮した補正係数を乗じたものであり、この式で得られるδmaxが最大応答変位の予測式となる。
【００５２】
図５及び図６に示すように、２層あるいは３層の複数のモデルプランにおいて、帳壁長を統計データの平均値に固定し、内装壁長を統計データの平均値＋２σ、＋σ、±０、−σ、−２σと５段階に変動させ、夫々のケースで耐力壁長（耐力壁倍率）を変動させた場合の最大応答変位を時刻歴応答解析により求めてプロットし、これに近似する耐力壁長と最大応答変位との関係式を前記数３式として設定したものである。
【００５３】
前記数３式は帳壁長を統計データの平均値に固定し、内装壁長を統計データを変動させた場合に対応するように設定した予測式であるが、帳壁長、内装壁長の双方を変動させて行った時刻歴応答解析の結果をも精度良く予測する式であることが確認されている。尚、確認結果は説明が長大となる為ここでは省略する。
【００５４】
なお、上記数１式〜数３式で表される予測式は単なる一例であり、該予測式はこれに限定されるものではなく、時刻歴応答解析の結果を近似するものであればいかなるものであっても良い。
【実施例２】
【００５５】
累積損傷値Ｄに関する応答値予測方法（予測式）について、前記実施例１と同様の手法で第１層における累積損傷値Ｄも予測することができる。以下に予測式の一例のみを示す。以下の数４式〜数７式において、ｘpは耐力壁倍率（耐震等級３に対する耐力壁量の倍率）、ｘALCはＡＬＣ(軽量気泡コンクリート）帳壁の耐力データの平均からの変動を表す標準偏差σの係数ｘALC×σ（−２≦ｘALC≦２）、ｘGYPは石膏ボード内装壁の集計データの平均からの変動を表す標準偏差σの係数ｘGYP×σ（−２≦ｘGYP≦２）である。Ｄ0は耐力壁倍率ｘpによる累積損傷値の標準式、ＤaはＡＬＣ(軽量気泡コンクリート）帳壁変動、石膏ボード内装壁なしの場合の累積損傷値の予測式を示す。
【００５６】
［数４］
Ｄ0＝０．５７５ｘp2−２．３ｘp＋２．３２５
【００５７】
［数５］
Ｄa＝（−１．１ｘALC＋１）×Ｄ0 −２≦ｘALC≦０のとき
【００５８】
［数６］
Ｄa＝（−０．１ｘALC＋１）×Ｄ0 ０≦ｘALC≦２のとき
【００５９】
［数７］
Ｄ＝{−０．０６ｘGYP＋０．６３ｘp2−２．３８ｘp＋２．４５}×Ｄa
【００６０】
このようにして得られた応答値予測式を用いることにより、建物重量、耐力壁、帳壁、内装壁といった、容易に計算可能なデータから、容易且つ精度良く応答値を予測することができ、例えば、高度な専門知識を持たない営業担当者が、折衝段階において、顧客に提示するプランについて、兵庫県南部地震のような極大地震に耐え得る建物か否かを、平面図をもとにして手計算で判断し顧客に説明することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の活用例として、本発明の考え方に、経年変化により性能が低下する材料を使用している場合に、経年情報を地震時の応答値の予測式に反映してより精度の高い予測を行うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る応答値を予測する応答予測式を導出する過程を示すフローチャートである。
【図２】非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図である。
【図３】非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図である。
【図４】非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図である。
【図５】耐力壁倍率と最大層間変形の比との関係を示す図である。
【図６】耐力壁倍率と最大層間変形の比との関係を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における建物の地震時の応答値を予測する予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に建物の地震時応答値は、地震動情報、建物の力学特性情報を用意し、時刻歴応答解析、応答スペクトルによる等価線形化法などの、理論的解析的方法によって求められている。この方法は、地震動情報を入手することが容易でない上、解析に高度な計算プログラムとコンピュータを要するため実施が容易でない。高い知識をもつ解析者と、時間、費用を要した。
【０００３】
特許文献１では、対象とする建物の構造種別、建物規模から建物タイプを決定し、夫々の建物タイプに対応した最大応答量の簡易予測式に対して、建物階数、想定する地震波の最大加速度と最大速度を代入することによって、特定階及び任意階の最大応答量を予測する簡易評価方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９４６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の簡易予測式は、複数の建物モデルについて、予め時刻歴応答解析によって得られた最大応答量を回帰分析して導かれた回帰曲線を表しており、対象とする建物についての地震応答解析を実施することなく、簡便且つ高精度に地震時最大応答量を得ることができるとされている。
【０００６】
しかしながら、この簡易評価方法は、予測の対象となる建物が保有する耐力が考慮されておらず、精度の高い予測値が得られないという問題がある。
【０００７】
更に、架構（耐力壁やラーメン構造における柱梁）自体が有する剛性が比較的小さい（＝他の要素の影響を受けやすい）鉄骨造であり、帳壁がＡＬＣパネル等比較的剛性の高い材料で構成され、更にその用途が事務所や店舗等と比較して内装壁の多い住宅である場合、これらの非耐力壁のボリュームが最大応答量に与える影響が大きく、誤差が大きくなる虞がある。
【０００８】
一方で、２階〜３階程度の中低層建物が大部分を占めている住宅では、建物の固有周期に大きなばらつきがなく、また建築を計画する顧客の最大の関心事は、兵庫県南部地震（いわゆる阪神淡路大震災）規模の極大地震の際にどの程度の被害を受けるかという点にあり、地震波（最大加速度と最大速度）をその都度選択する必要性が小さい。
【０００９】
このように、非耐力壁の影響を受けやすいＡＬＣパネル等からなる帳壁を有する中低層の鉄骨造住宅について最大応答量を予測する場合、より高い精度の高い予測方法が望まれる一方で、より簡易な予測方法も望まれていた。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するものであり、従来は耐力要素として扱われることがなかった非耐力壁を有する建物において、耐力壁とともに非耐力壁の影響をも反映し精度良く、しかも簡易に予測することが可能な地震時の建物の応答予測方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明に係る地震時の建物の応答予測方法の第１の構成は、耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における地震時の建物の応答値予測方法であって、建物を構成する各部位のうち耐力壁、帳壁及び内装壁を応答値に影響する耐力要素とみなし、複数のモデルプランにおける建物重量及び前記耐力要素の量と、時刻歴応答解析等の解析方法によって解析された応答値とに基づいて、建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を変数とする応答値予測式を予め設定しておき、予測対象プランにおける建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を前記応答値予測式に代入することによって該予測対象プランにおける地震時の応答値を予測することを特徴とする。
【００１２】
なお、ここで、「地震時の建物の応答値」とは、建物の層間変位、耐力壁の累積損傷値など、地震によって建物に生じる変位や繰り返しの変形による建物の損傷度合いを示す数値を意味する。
【００１３】
また、本発明に係る地震時の建物の応答予測方法の第２の構成は、前記第１の構成において、前記規格化建物は、鉄骨造、中低層の住宅であり、前記帳壁は、コンクリート系のパネルを連設し、該パネルの目地には湿式シール材を充填して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る地震時の建物の応答予測方法において、本発明の対象となる建物は、耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ個々に異なるプランで設計施工される規格化建物である。つまり、建物の各部位の仕様が同一でプランだけが異なるので、予め各部位の平面的な単位量（単位面積や単位長さ）を求めておき、予測対象プランにおける平面的な長さや面積を計上して掛けあわせることで、応答値に影響する数値である建物重量や、耐力要素の量が計算でき、これらの値と所定の予測式から容易に応答値が予測できる。
【００１５】
また、耐力壁に加えて、従来は耐力要素として扱われることがなかった非耐力壁の影響をも反映して応答値の予測式を設定したので、精度良く予測することが可能である。特に中低層、鉄骨造でＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）パネルの帳壁を有する住宅の場合、非耐力壁である帳壁や内装壁の影響が大きいので、精度良く予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図により本発明に係る地震時の建物の応答予測方法の一実施形態を具体的に説明する。図１は本発明に係る応答値を予測する応答予測式を導出する過程を示すフローチャート、図２〜図４は非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図、図５及び図６は耐力壁倍率と最大層間変形の比との関係を示す図である。
【００１７】
一般に、地震時の建物の応答値は、建物の重量が増すにつれて大きくなり、地震力に対抗する耐力要素の量が増すにつれ小さくなる。従って、本発明に係る地震時の建物の応答値予測方法では、各耐力要素の量を建物の総重量で除して求められる、単位重量あたりの耐力要素の量に基づいて応答値の予測を行うものとしている。
【実施例１】
【００１８】
予測の対象となる建物の構成は、３０５ｍｍの平面モジュールを有する２層または３層の鉄骨造の工業化住宅である。各階の階高は規格化され生産される建物全てについて同一であり、建物を構成する各部位についても以下の通り規格化されている。
【００１９】
「耐力壁」は、２本の柱と柱の間に介在する極降伏点鋼からなる弾塑性エネルギー吸収部とからなり、幅寸法（柱の芯−芯寸法）の異なる２種類（６１０ｍｍと９１５ｍｍ）がある。
【００２０】
「帳壁」は、厚さ７５ｍｍ、幅６１０ｍｍまたは３０５ｍｍのＡＬＣ（軽量気泡コンクリート）パネルを連設し目地に湿式のシール材を充填したうえで吹付け塗装が施されている。ＡＬＣパネルは地震時に建物の変形に追従しロッキングするように架構に取り付けられている。
【００２１】
「内装壁」は、該内装壁のうち間仕切壁は、軽鉄スタッド下地、厚さ１２．５ｍｍの石膏ボード（両面ビス止め）、ビニールクロス、で構成されている。外周部の内装壁は、帳壁の裏面に１２．５ｍｍの石膏ボードをビス止めして構成されている。
【００２２】
「屋根」は、梁で支持された厚さ１００ｍｍのＡＬＣパネル、下地モルタル、断熱材、塩ビ製防水シート、等で構成されている。
【００２３】
「床」は、梁で支持された厚さ１００ｍｍのＡＬＣパネル、下地モルタル、木質フローリング等の床仕上材、で構成されている。
【００２４】
「天井」は、軽鉄下地、９ｍｍの石膏ボード、ビニールクロスで構成されている。
【００２５】
なお、「本建物」は、ＣＡＤ（Computer Aided Design;コンピュータによる支援設計製図）上で、平面的にプラン情報（建物を構成する各部位の配置情報）を入力することにより、各部位の数量や重量が自動計算され、併せて、構造計算もなされるＣＡＤ一貫システムを利用して設計がなされる。
【００２６】
また、構造計算では、上層の層せん断力の分布係数が割り増しされており、つまり上層の保有する耐力に余裕を持たせており、第１層の耐力壁が上層の耐力壁に先行して降伏するように（すなわち、第１層の損傷が卓越するように）設計がなされるようにプログラミングされている。従って、第１層について応答値を予測し、それが許容される範囲におさまっているか否かをチェックすることで、予測の対象となるプランにおいて建物が安全であるか否かを予測することができる。
【００２７】
本発明に係る応答予測方法でその影響を考慮する耐力要素としては、一般的な耐力壁、及び従来は非耐力壁とみなされて考慮されることがなかった帳壁と内装壁である。
【００２８】
耐力壁の保有する耐力はほぼ幅寸法（平面的な長さ）に比例する。つまり、単位長さあたりの耐力は耐力壁のサイズにかかわらず一定とみなせる。従って、Ｘ、Ｙ夫々の方向について耐力壁の全長を算出し、これに単位長さあたりの耐力を乗じることで耐力壁による耐力が算出できる。
【００２９】
帳壁は比較的厚みと重量のあるＡＬＣパネルからなり、金属板やガラス板の帳壁に比べて剛性が高い。また、ロッキング機構を有していても躯体への取付部に摩擦力が作用し建物の変形を拘束する。更に、湿式シール材がパネル端面に粘着する面積が大きく隣接するＡＬＣパネルどうしのズレを抑制するので、耐力要素として考慮するのが好ましい。
【００３０】
内装壁を石膏ボードをビス止めして構成して高い剛性を有しており、しかも、諸室が小さく区画され事務所や店舗等に比べて内装壁の量が極めて多い住宅では、耐力要素として考慮するのが好ましい。
【００３１】
前述の通り、建物を構成する各部位の材料、寸法等が規格化されているので、予測対象プランにおける建物重量は、各部位の単位量（平面的な長さや面積）あたりの重量を予め算出しておき、この値に予測対象プランにおける各部位の量を乗じて各部位の重量を算出し、さらに各部位の重量を積算することで求められる。
【００３２】
耐力壁については、前述のとおり、平面的な長さでその量と耐力の多寡が把握できる。また、帳壁、内装壁についても、階高が規格化されているので高さ寸法が一定となり、平面的な長さを計上することで量の多寡が把握できる。従って、各耐力要素については平面的な長さを計上し、これを変数として応答値予測式を設定するものとする。
【００３３】
なお、帳壁、内装壁の平面的な長さの計上にあたっては、開口部のない天地丈のもののみ計上して開口部を有する部分については除外しても良いし、開口部を有する部分については開口部の大きさに応じてその長さを低減して算入しても良い。
【００３４】
次に応答値予測式の設定手順について図１を用いて説明する。予測の対象となる建物と同一の工業化住宅の規格に基づいて計画された複数のモデルプランについて、以下のように帳壁長と内装壁長を適宜固定あるは変動させ、夫々のケースでの耐力壁長と変位の関係を時刻歴応答解析によって求める。
【００３５】
なお、時刻歴応答解析の際に用いる地震波は特に限定はされないが、顧客は想定される極大地震時に建物がどのような応答を示すか（被害がどの程度及ぶのかまたは及ばないのか）ということに関心があるため、本実施例では過去に地震波が記録された地震のうち最大級の強さである兵庫県南部地震の地震動を採用している。
【００３６】
図１のステップＳ１において、帳壁長を一定（統計データの平均値）、内装壁長をゼロとして、耐力壁長を変動させた場合の、耐力壁長と時刻歴応答解析によって得られた応答値との関係をプロットし、これに近似する曲線を表す以下の数１式を立てる（ステップＳ２）。尚、以下の数１式において、δmax0は最大応答変位（ｃｍ）、ｘpは耐力壁倍率を示す。
【００３７】
[数１]
δmax0＝１．６ｘp2−１１．８ｘp＋２３．６
【００３８】
次にステップＳ３において、内装壁長をゼロとし、帳壁長を順次変動させた場合の耐力壁長と時刻歴応答解析によって得られた応答値との関係を帳壁長ごとにプロットし、これに近似する曲線を表す以下の数２式を、前記数１式に補正係数を乗ずるかたちで立てる（ステップＳ４）。尚、以下の数２式において、δa maxは最大応答変位（ｃｍ）、ｘpは耐力壁倍率、ｘALCは、「帳壁長の統計データの標準偏差σ」に対する「帳壁長の統計データの平均値と、予測対象建物の帳壁長との差」の比を示す値、つまり、予測の対象となるプランにおける帳壁長は、帳壁長の統計データの標準偏差σの何倍多いか（あるいは少ないか）を示す値である。また、係数部分は、耐力壁長及び帳壁長の平均値からの乖離の度合によって変動するように設定している。
【００３９】
[数２]
δa max＝（０．０２ｘp×ｘALC2−０．１２ｘp×ｘALC＋１．００）×δmax0
【００４０】
次にステップＳ５において、帳壁長を一定（統計データの平均値）とし、内装壁長を変動させた場合の耐力壁長と時刻歴応答解析によって得られた応答値との関係をプロットし、これに近似する曲線を表す以下に示す数３式を前記数２式に補正係数を乗ずるかたちで立てる（ステップＳ６）。尚、以下の数３式において、δmaxは最大応答変位（ｃｍ）、ｘpは耐力壁倍率、ｘGYPは、「内装壁長の統計データの標準偏差σ」に対する「内装壁長の統計データの平均値と、予測対象プランの内装壁長との差」の比を示す値、つまり、予測対象プランにおける内装壁長は、内装壁長の統計データの標準偏差σの何倍多いか（あるいは少ないか）を示す値である。また、係数部分は、耐力壁長及び内装壁長の平均値からの乖離の度合によって変動するように設定している。
【００４１】
[数３]
δmax＝｛−０．０１０ｘp×ｘGYP2−０．０５０ｘp×ｘGYP＋０．３（ｘp−２）2＋ ０．６｝×δa max
【００４２】
実施例１となる最大応答変位の予測方法としては、前述の通り本建物では、第１層の耐力壁が上層の耐力壁に先行して降伏するように（第１層の損傷が卓越するように）予め設計されるので、第１層についてのみ応答値を予測する予測式を設定する。尚、この場合上層は降伏しないから、層間変形は小さく従って被害も軽微に留まる。
【００４３】
従って、以下の説明において、耐力壁長、帳壁長、内装壁長はすべて第１層における長さを建物重量で除した単位重量あたりの値を示している。
【００４４】
予測対象プランにおける耐力壁長は、耐力壁倍率（法令で定められた耐震性能をちょうど満たす耐力壁長を１．０とし、これに対して何倍の耐力壁長があるかを表す値）で示している。
【００４５】
予測対象プランにおける帳壁長（内装壁長）は、実物件（実際に設計施工し販売した建物）の統計データの平均値との乖離を、統計データの標準偏差σの何倍の乖離があるのか、で示している。
【００４６】
直交する２方向夫々について各壁長を求め各方向について応答値を算出する。すなわち、検討する方向に対し直角に配置された各壁は無効とする。
【００４７】
前記ステップＳ２における前記数１式は、帳壁長を実物件の統計データの平均値に固定し、内装壁を無しとした場合の、最大応答変位を表す式である。ｘpは、「必要な耐力壁長」に対する、「予測対象プランにおいて建物が保有する耐力壁長」の比である。
【００４８】
図２に示すように、２層あるいは３層の複数のモデルプランにおいて、耐力壁長（耐力壁倍率）を変動させた場合の最大応答変形を時刻歴応答解析により求めてプロットし、これに近似する耐力壁長と最大応答変形との関係式を前記数１式として設定したものである。
【００４９】
前記数２式は前記数１式に耐力壁長と帳壁長の影響を考慮した補正係数を乗じたものである。
【００５０】
図３及び図４に示すように、２層あるいは３層の複数のモデルプランにおいて、内装壁を無しとし、壁長を統計データの平均値＋２σ、＋σ、−σ、−２σと４段階に変動させ、夫々のケースで耐力壁長（耐力壁倍率）を変動させた場合の最大応答変位を時刻歴応答解析により求めてプロットし、これに近似する耐力壁長と最大応答変位との関係式を前記数２式として設定したものである。
【００５１】
前記数３式は前記数２式に耐力壁長と内装壁長の影響を考慮した補正係数を乗じたものであり、この式で得られるδmaxが最大応答変位の予測式となる。
【００５２】
図５及び図６に示すように、２層あるいは３層の複数のモデルプランにおいて、帳壁長を統計データの平均値に固定し、内装壁長を統計データの平均値＋２σ、＋σ、±０、−σ、−２σと５段階に変動させ、夫々のケースで耐力壁長（耐力壁倍率）を変動させた場合の最大応答変位を時刻歴応答解析により求めてプロットし、これに近似する耐力壁長と最大応答変位との関係式を前記数３式として設定したものである。
【００５３】
前記数３式は帳壁長を統計データの平均値に固定し、内装壁長を統計データを変動させた場合に対応するように設定した予測式であるが、帳壁長、内装壁長の双方を変動させて行った時刻歴応答解析の結果をも精度良く予測する式であることが確認されている。尚、確認結果は説明が長大となる為ここでは省略する。
【００５４】
なお、上記数１式〜数３式で表される予測式は単なる一例であり、該予測式はこれに限定されるものではなく、時刻歴応答解析の結果を近似するものであればいかなるものであっても良い。
【実施例２】
【００５５】
累積損傷値Ｄに関する応答値予測方法（予測式）について、前記実施例１と同様の手法で第１層における累積損傷値Ｄも予測することができる。以下に予測式の一例のみを示す。以下の数４式〜数７式において、ｘpは耐力壁倍率（耐震等級３に対する耐力壁量の倍率）、ｘALCはＡＬＣ(軽量気泡コンクリート）帳壁の耐力データの平均からの変動を表す標準偏差σの係数ｘALC×σ（−２≦ｘALC≦２）、ｘGYPは石膏ボード内装壁の集計データの平均からの変動を表す標準偏差σの係数ｘGYP×σ（−２≦ｘGYP≦２）である。Ｄ0は耐力壁倍率ｘpによる累積損傷値の標準式、ＤaはＡＬＣ(軽量気泡コンクリート）帳壁変動、石膏ボード内装壁なしの場合の累積損傷値の予測式を示す。
【００５６】
［数４］
Ｄ0＝０．５７５ｘp2−２．３ｘp＋２．３２５
【００５７】
［数５］
Ｄa＝（−１．１ｘALC＋１）×Ｄ0 −２≦ｘALC≦０のとき
【００５８】
［数６］
Ｄa＝（−０．１ｘALC＋１）×Ｄ0 ０≦ｘALC≦２のとき
【００５９】
［数７］
Ｄ＝{−０．０６ｘGYP＋０．６３ｘp2−２．３８ｘp＋２．４５}×Ｄa
【００６０】
このようにして得られた応答値予測式を用いることにより、建物重量、耐力壁、帳壁、内装壁といった、容易に計算可能なデータから、容易且つ精度良く応答値を予測することができ、例えば、高度な専門知識を持たない営業担当者が、折衝段階において、顧客に提示するプランについて、兵庫県南部地震のような極大地震に耐え得る建物か否かを、平面図をもとにして手計算で判断し顧客に説明することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の活用例として、本発明の考え方に、経年変化により性能が低下する材料を使用している場合に、経年情報を地震時の応答値の予測式に反映してより精度の高い予測を行うようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る応答値を予測する応答予測式を導出する過程を示すフローチャートである。
【図２】非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図である。
【図３】非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図である。
【図４】非耐力壁量の多寡による耐力壁倍率と最大層間変形との関係を示す図である。
【図５】耐力壁倍率と最大層間変形の比との関係を示す図である。
【図６】耐力壁倍率と最大層間変形の比との関係を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における地震時の建物の応答値予測方法であって、
建物を構成する各部位のうち耐力壁、帳壁及び内装壁を応答値に影響する耐力要素とみなし、
複数のモデルプランにおける建物重量及び前記耐力要素の量と、時刻歴応答解析等の解析方法によって解析された応答値とに基づいて、建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を変数とする応答値予測式を予め設定しておき、
予測対象プランにおける建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を前記応答値予測式に代入することによって該予測対象プランにおける地震時の応答値を予測することを特徴とする応答値予測方法。
【請求項２】
前記規格化建物は、鉄骨造、中低層の住宅であり、前記帳壁は、コンクリート系のパネルを連設し、該パネルの目地には湿式シール材を充填して構成したことを特徴とする請求項１に記載の応答値予測方法。
【請求項１】
耐力壁、帳壁、内装壁、床等の建物を構成する各部位の仕様が規格化され、且つ任意の間取りで設計施工される規格化建物における地震時の建物の応答値予測方法であって、
建物を構成する各部位のうち耐力壁、帳壁及び内装壁を応答値に影響する耐力要素とみなし、
複数のモデルプランにおける建物重量及び前記耐力要素の量と、時刻歴応答解析等の解析方法によって解析された応答値とに基づいて、建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を変数とする応答値予測式を予め設定しておき、
予測対象プランにおける建物の単位重量あたりの、前記耐力要素の量を前記応答値予測式に代入することによって該予測対象プランにおける地震時の応答値を予測することを特徴とする応答値予測方法。
【請求項２】
前記規格化建物は、鉄骨造、中低層の住宅であり、前記帳壁は、コンクリート系のパネルを連設し、該パネルの目地には湿式シール材を充填して構成したことを特徴とする請求項１に記載の応答値予測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−９６６８７（Ｐ２０１０−９６６８７Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９３４７（Ｐ２００８−２６９３４７）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月２０日 社団法人日本建築学会発行の「２００８年度大会（中国） 学術講演梗概集Ｂ−１ 構造ＩＩ」に発表
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２０年７月２０日 社団法人日本建築学会発行の「２００８年度大会（中国） 学術講演梗概集Ｂ−１ 構造ＩＩ」に発表
【出願人】（３０３０４６２４４）旭化成ホームズ株式会社 (703)
【Ｆターム（参考）】
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