地震・津波作用下における津波避難ビルの動的解析

Dynamic Analysis of Tsunami Refuge Building Subjected to Earthquake and Tsunami

Abstract

　2011年の東北地方太平洋沖地震では，多くの鋼構造建物が損壊し，柱脚部の破壊や1階の層崩壊，杭の破壊や引き抜きによる転倒などの被害が見られた．地震動を受けた鋼構造建物に津波が押し寄せ，建物に作用する荷重が増加したことで被害が拡大したものと考えられている．この震災を受け，構造上安全性の高い津波避難ビルの必要性が高まり，高台が近くに存在しない海岸地域では，多くの自治体で避難ビルの設置を検討している．また，各関係機関は，津波避難ビル等の構造上の要件に係わる暫定指針を提案した．この指針では，浮力や津波荷重の設計式の提案，建物の倒壊や転倒などの複合的な被害に対して検討されており，指針に基づいて津波避難ビルの具体的な設計例も示された．このように，津波避難ビルの設置に向けて様々な自治体や機関が多角的な検討を行っている．しかし，津波の被害を受ける建物に対して地震の影響を定量的に評価することは困難である点，漂流物の衝突力の統一的な評価方法が確立されていない点など，依然として多くの課題が存在すると考えられている．そこで，董らは，津波に先立ち発生する地震の影響を考慮し，数値解析によって地震力，流体力および漂流物の衝突力のそれぞれが建物の倒壊被害に与える影響について調査した．しかし，地震による建物の損傷を考慮し，浮力と津波荷重それぞれが建物の倒壊や転倒などの複合被害に及ぼす影響を詳細に検討した例はない．　本稿では，東北地方太平洋沖地震で観測されたデータを利用し，鋼構造建物の津波避難ビルに対して地震力と流体力を連続的に作用させる動的解析を実施した．得られた解析結果から，浮力および津波荷重のそれぞれが建物の倒壊・転倒被害に及ぼす影響を数値的に評価し，津波避難ビルの安全性を検討した．なお，数値解析には，大規模骨組構造の構造解析において最小限のコストで精度の高い解析が可能である，ASI-Gauss法を基に開発された有限要素解析コードを利用する．

Since the 2011 Great East Japan Earthquake, the need for tsunami refuge buildings which contribute to protect human lives during tsunami disasters has been increased. The main objective of this study is to carry out safety evaluation of a tsunami refuge building by dynamic analysis using the Adaptively Shifted Integration (ASI)-Gauss code. This code is a finite element code that provides higher computational efficiency than the conventional code and can cope with strong non-linear and discontinuous behaviors such as member fracture and elemental contact. In this study, the following two load conditions were considered; a seismic excitation, a fluid force which contains buoyant force and tsunami force. By performing the analysis with the loads consecutively applied to the tsunami refuge building, it was confirmed that a tsunami load had a great effect on the damage of the building.