竜巻作用下の木造建築物の被害発生メカニズムの解明と検証法の高度化

• Project/Area Number: 24K01034
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 23010:Building structures and materials-related
• Research Institution: National Institute for Land and Infrastructure Management
• Principal Investigator: 喜々津 仁密 国土技術政策総合研究所, 建築研究部, 建築品質研究官 (10370694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高舘 祐貴 国立研究開発法人建築研究所, 構造研究グループ, 主任研究員 (20848311) ; 中川 貴文 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (60414968)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000); Fiscal Year 2026: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 竜巻状気流発生装置 / wallstat / 木造住宅 / 竜巻荷重 / 木造建築物 / 動的解析 / 静的解析

Outline of Research at the Start

本研究では竜巻状気流発生装置と倒壊解析プログラムを活用し，木造建築物モデルを対象に風力の時刻歴を入力データとした動的解析を行い，倒壊まで再現した解析結果と実被害例との比較から解析手法の妥当性を確認する。さらに，動的解析結果を踏まえて静的解析を行うための荷重分布モデルを提案し，竜巻作用と被害形態に応じて適用可能な動的・静的解析による検証法を構築する。以上の検討を通して，竜巻作用下の木造建築物の被害発生メカニズムを解明するとともに，竜巻荷重に対する検証法の高度化を図ることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

近年の竜巻災害では木造建築物の倒壊が確認されたが、その倒壊に至るメカニズムは必ずしも検証されていない。そこで本研究では、竜巻状気流発生装置を活用して竜巻の作用を想定した風圧実験を行い、各部位での風力の時刻歴データを取得する。そして、当該時刻歴データを入力条件として倒壊に至るまでの解析（倒壊解析）を行い、竜巻荷重の形態に応じた木造建築物の被害発生メカニズムを系統的に検証・整理する。この結果を現行の耐風設計や竜巻強さの評定の体系の精緻化・高度化に資することを目的とする。
令和６年度は、木造住宅の風圧模型を用いて竜巻状気流発生装置での実験を実施し、竜巻作用下の倒壊解析に必要な風力の時刻歴データを取得した。その上で、解析ソフトウェアWallstatを用いた倒壊解析についてフィージビリティスタディを行った。具体的には竜巻経路の条件として、旋回流中心と模型中心が経路上で一致する場合と最大接線風速半径に相当する距離だけ模型中心が旋回流中心から離れた場合の２ケース、躯体の構造特性の条件として、層せん断耐力や柱頭柱脚の耐力に応じた４ケースを組み合わせた８ケースについて解析を実施した。解析で得た倒壊風速は日本版改良藤田（JEF）スケールでの建築年代に応じた推定風速と概ね対応しており、解析結果の妥当性を確認した。また、躯体の構造特性に応じた倒壊形態の違いを再現（可視化）することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画どおり、風圧実験と倒壊解析を実施できたため。また、風圧実験で得た時刻歴データを倒壊解析の入力条件として設定することは本研究で期待する結果を得るための前提であり、過去に試みた研究事例がなかったが、その設定手法が妥当なものであることが初年度に確認できたため。

Strategy for Future Research Activity

令和7年度は、6年度の実験結果を補完するための外力条件として、内圧の急激な変化を伴う窓等の大開口が生じた状況を想定した風圧実験、竜巻作用下に時々刻々形状が変化する場合の風圧特性の変化の有無を確認するための風圧実験を実施する。これらの実験結果も反映し、6年度と同様に倒壊解析を実施し、外力条件と構造特性の組み合わせに応じた系統的な被害形態メカニズムの検証を行う。この際、6年度の解析で確認できなかった上部構造の転倒（2012年つくば竜巻で確認された被害形態）の再現可能性についても検証する予定である。また上記と並行して、動的解析と概ね等価な解析結果を与える静的解析（プッシュオーバー解析）のための竜巻荷重モデルの検討に着手する予定である。