今後30年以内に震度6以上の地震が発生する確率

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世界の中でも有数の地震国である日本は世界の地震の15%を占めているというデータがあります。

今回は今後も予想される大地震においての話をしていきたいと思います。

 

 

1.今後30年以内にくる大地震

 

出典:ビルも津波で倒され流された(宮城県女川町・2011年3月撮影)

 

 

 

 

日本は地震国であり、近年では2011年の東北地方太平洋沖地震など大きな被害を受けたのも記憶に新しいです。

 

そして、またあの大地震が今後30年以内にも震度6以上の地震が発生が予想されています!

 

 

 

 

予想される大地震とは・・・ 

 

全国的に太平洋側を中心とした

①十勝沖地震     (北海道

②宮城県沖地震    (宮城県)

③東海地震      (静岡県)

④首都直下地震    (東京都)

⑤東南海地震 (静岡~和歌山県)

⑥南海地震  (和歌山~高知県)

がくるとされています!

 

 

上の図は日本政府の地震調査委員会が発表したものをもとに作ったものです。

 

 

 

 

 

2.可能性が低い場所でも大地震の可能性がある

 

①想定外だった過去の大地震の例

・阪神淡路大震災(1995年)

・新潟中越地震(2005年)

 

ほぼ確立1%も満たない状況での大地震であり、誰も予想していない状態で、大きな被害を出しました。

 

②想定内だった過去の大地震の例

・宮城県沖地震(2005年)

・十勝沖地震(2003年)

 

近年で確率的に60%以上の可能性でくるとされていた中での大地震でした。

 

 

 

地震はある程度は予想はできますが、自然災害として突然くる恐れもあり得るので、常に警戒しておくことが重要なのです。

 

 

地震調査委員会の平田委員長
「どこでも大地震が起こる恐れがある」

 

また、この可能性としては他にも長周期成分を卓越した長周期地震動の関係で遠い場所でも大地震の恐れがあります!

 

 

 

 

日本にとって大地震は明日にくるかもしれません。

 

 

耐震設計の歴史

 

日本は地震国のため、耐震設計がより重要視されてきた。

1923年の関東大震災を背景に翌年に耐震規定が定められ、その後、標準層

せん断力係数の0.2に引き上げとともに1950年に許容応力度計算が発表さ

れた。

その後は1981年に保有水平耐力計算、2000年に動的特性が採用された限界

耐力計算、2004年にエネルギー法が発表されている。

 

現在の耐震設計

 

現在の耐震設計は弾性域を考慮した許容応力度計算を1次設計、終局状態を

検証する保有水平耐力計算を2次設計とした2段階検証が主に使われてい

る。

その次に限界耐力計算が使われており、エネルギー法に関しては実施例が

少ない。構造設計者の中でもエネルギー法を理解する者は少ないとされてい

る。また、エネルギー法はダンパーを使った設計に有効であり、具体的な

ソフトはない状況である。

 

 

 

耐震設計法の分類

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各耐震設計法では2段階において検証する必要があり(稀地震・極稀地震)

、それぞれの設計法で考え方が変わってくる。

 

許容応力度計算

弾性域の検討であり、主に部材がもともと持っている応力が外部からの応

力より上回っているか確認する。

建物の考え方は多質点系として捉えられ、表面上の地震動に対しての検討

である。

 

保有水平耐力計算

保有水平耐力計算では終局時の検討であり、建物が持っている保有水平耐力

が必要保有水平耐力を上回るように設計する。

終局時の状態は増分解析などを用いて確認することは可能だが、破断点につ

いては不明である。

 

※許容応力度計算+保有水平耐力計算=許容応力度等計算 とも呼ばれる

ことがあり、この計算法が一般的に使われている。

 

限界耐力計算

限界耐力計算でも稀地震・極稀地震の検討を行う。それぞれ損傷限界時

・安全限界時とする。建物を一質点系と見なし、加速度応答スペクトル

を用いて設計する。動的解析である限界耐力計算ではスペクトルを用いる

ため、より精密な結果を生むことができる。精密な結果を生み出すという

ことは設計自体の結果の数値を小さくすることが可能なため、経済設計に

つながる可能性も生まれてくる。限界耐力計算は考え方としては複雑であ

り難易度的には難しい設計法として扱われる。

 

エネルギー法

他3つの設計法とは考え方は同じであるが、力として捉えていたものを直

接エネルギーとして考える点が他との大きな違いである。応答スペクトル

法を用いて設計する点は限界耐力計算と同じである。この設計法は具体的

なソフトがまだ無く、比較的新しい手法である。

 

 

実施例

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構造種別:鉄骨造

規模:地上9階(高さ35.6m)

地盤概要:第2種地盤

構造形式:X方向(純ラーメン構造)

Y方向(ブレース構造)

使用部材:柱SN490C

 梁SN490B

 ブレースSTKY400B

 

      荷重-変位関係                                              地震力

本建物の平面規模は25.60m×16.0m最高高さ35.5mの平面形状で、平面的立面的にも整形である。

主要用途は事務所で、構造種別は鉄骨造でX方向にブレース付きラーメン構造、Y方向に純ラーメン構造

としている。

左の図は荷重増分による各階の荷重変位関係を示しており、1次設計用C0=0.2とした地震力を右の図で

示す。

 

許容応力度計算

応力図              検定比

応力図を左に、検討比を右に示し、各部材の応力が許容応力度以下になっていることを確認をする。

 

保有水平耐力計算

保有耐力結果             メカニズム図

保有水平耐力との比較を左に示す。右にメカニズム図を示し、梁崩壊型になっていることが分かる。

 

限界耐力計算

入力地震動を安全限界時の設計用加速度スペクトルに基づき作成した模擬地震動とする。

固有周期と応答変位から算出したSa−Sd関係図を左に示し、応答値を求める。 Bdi,siは固

有値解析から算出したものとする。各階の水平方向力と損傷限界・安全限界耐力を比較し

たものを右に示す。

 

 

エネルギー法

入力地震動は設計用速度スペクトルを用いる。建物に作用するエネルギー量

Edに対する損傷限界時までに吸収できるエネルギー量Weの安全比は3.21とな

り大きい結果となった。エネルギーを各階に分配したものを示し(Esi)、保有

累積塑性変形倍数が必要累積塑性変形倍数以下であることを示す。

安全比の比較

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各耐震法法を使った結果を1階・5階・9階に省略して見ていく。尚、今回は安全比に着目する。

限界耐力計算では、特徴でもある想定された地震動での建物を直接評価できる点において入力地震

動による水平力と建物が持つ各階の安全比を近づけることができている。入力地震動に対してスペ

クトル法を用い、精度の高い設計ができることから大地震動の予測とともに安全性を確保できる。

保有水平耐力計算では、安全性としては十分評価できるが、限界状態での評価ができないため過大

設計になる可能性がある。エネルギー法は、安全限界時は各階にエネルギーを分配することは明確

にされているが、建物のエネルギー吸収量は告示にも規定されていない。エネルギー法では、不明

確な点が多く安全性の評価は困難である。また、損傷限界時では余裕を持った安全比となっている。

静的解析法である保有水平耐力計算に比べ、スペクトル法に基づいた動的解析法である限界耐力計

算は計算方法が複雑になるが安全比に関して小さくできるという結果になった。安全面を考慮する

と安全比を抑えたから良いということではないが、経済設計ができると言える。許容応力度計算で

は安全比に関して考慮しないので記載していない。

特徴の比較

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耐震設計法の主な特徴を比較したものを上に示す。許容応力度計算・保有水平耐力計算

である静的解析法に比べ、動的解析を用いた限界耐力計算では設計法への考え方が複雑

になるが、精度が高く最小限で設計できることから、今後の耐震設計法において経済設

計を求めるのであれば動的解析法を使った設計が重要になってくる。エネルギー法の計

算は比較的簡便にでき、設計ができる。具体的なソフトはなく、手計算や、増分解析な

どを行うための一貫構造計算プログラムと表計算ソフトなどがあれば基本的に設計が可

能となる。エネルギー法は不明確な点が多く一般的にまだ実施例が少ない点で設計者に

とって採用しづらい設計法である。また、エネルギー法が発表された後、耐震偽装問題

があり、より構造設計者の確実性が求められた。このことでエネルギー法をさらに採用

しづらくなったという意見もある。「ダンパーを有しない設計」を今課題で取り扱った

が、エネルギー法ではダンパーの設計が可能である。

各耐震設計法の難易度で考えると(許容応力度計算+保有水平耐力計算)が一番簡単で

あり、設計者にとって慣れている。

各耐震設計法にはそれぞれ長所があり、構造設計者は特徴をよく理解しておく必要があ

り、地震国である日本が今後必ず起こる大地震に備えなければならない。