キーエレメント指標を用いた火災時の建物の崩壊危険性予測

Collapse Risk Prediction of Buildings under Fire Using Key Element Index

Abstract

　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り，その際の建築物に残存する余剰強度について系統的に議論することは困難である．過去において，建築物に大規模火災が発生した際の崩壊挙動として次のものが挙げられる．アメリカ同時多発テロ事件におけるニューヨーク世界貿易センタービル(WTC-7)のように，7時間程度燃え続けた後に完全崩壊してしまった例と，2005年にマドリードのWindsorビルで発生した大火災のように，ビルが全焼したにも関わらず骨組だけは残存し，丸一日を経ても全体崩壊には至らなかった例である．高層建築物に大規模火災が発生し長時間燃え続けた，という状況は同じであるにもかかわらず，建物の崩壊挙動は異なっている．他方，米国の研究調査機関NISTが9.11事件についてまとめた報告書では，火災によって建物のキーエレメントとなる柱が損壊したことがWTC-7の崩壊の要因となった可能性が示唆された．建築物の火災崩壊を予防する観点から，建築物の様々な構造パラメータや火災発生箇所・範囲と，火災時の崩壊挙動の関係性について調べる必要がある．本稿では，前述の調査結果を踏まえ，キーエレメント指標（以下KI）火災崩壊形態の関連性を調査することにした．ここで，KIとは，本研究室で考案された，建物の強度に対する柱の寄与度を数値化したものである．建築物の火災崩壊に関する先行研究として，磯部らによる，「火災範囲」「接合部強度」「アウトリガーシステム」「柱の軸力比」の4つに着目して火災崩落解析を行ったものがある．その結果，これら4つの要因全てが建物の崩壊開始時間や崩壊挙動に大きく影響を与えることが明らかになった．KIに関する研究として，日下らによる発破解体に関する研究が行われている．この研究では，建物を発破解体する際，発破箇所を定量的に選定する指標としてKIを用い，これを足し合わせた積算値と崩壊形態の関連について議論した．その結果，KIの積算値と発破解体時の崩壊形態の相関関係が示された．本稿は，KIを用いて火災発生時の建物の崩壊危険性を予測することを目的とする．まず，一般的な鋼構造建築物を1つモデル化し，すべての柱のKIを算出する．次に，様々な火災条件下における建物の崩壊形態をKIを用いて評価する．最後に，建物の崩壊形態とKIの関連性を調査し，火災発生時における建物の崩壊危険性を予測することを目指す．なお，崩壊形態を定量的に表す指標として，本稿では火災発生後の残存物高さの和を用いることとする．また，数値解析には火災崩落解析において実績のあるASI-Gauss法を用いた．

The purpose of this study is to predict collapse risks of buildings under fire using a key element index. We investigated the relationship between the integrated values of key element index in the fire range and the sum of the height of remains after collapse. We applied the numerical code using the ASI-Gauss technique. It is confirmed that the threshold of key element index is present when buildings start to collapse and the capacity of the integrated value of key element index becomes smaller as the fire range increases.