安全な家づくりのために

構造性能を確認する必要性の高まり

2016年4月に発生した熊本地震、最大震度7を観測した熊本県益城町では700棟以上が全壊となりました。

被災家屋の多くは、建築基準法で耐震基準が強化された1981年以前に建築されたものと見られています。

しかし一方で、比較的築浅の住宅でも被害が認められたことから、改めて木造住宅の耐震性能を確認する必要性が高まっています。

〜1981年5月:702棟
4.4%
  • 32.1%
  • 17.7%
  • 45.9%
1981年6月〜2000年5月:800棟
  • 9.1%
  • 9.8%
  • 60.3%
  • 20.9%
2000年6月〜:242棟
  • 4.1%
  • 37.6%
  • 55.4%
2.9%
時期不明:196棟
  • 7.7%
  • 52.0%
  • 40.3%
  • d
  • 倒壊・崩壊
  • c
  • 大破
  • b
  • 軽微・小破・中破
  • a
  • 無被害

益城町の悉皆調査に基づく構造別・建築時期別の建築物被害状況
熊本地震における建築物被害の原因分析を行う委員会 第2回委員会資料より

被害の大きかった熊本県益城町中心部では、木造建物の倒壊割合は1981年6月以降2000年5月以前の建物で9.1%、2000年6月以降の建物で2.9%となっています。

倒壊の主な要因は接合仕様が不十分であったことと推測されています。地震の揺れで接合部が破壊され、耐力壁が有効に機能しなかったことが被害を大きくした可能性が高いということです。

熊本地震では前震と本震共に震度7を観測し、前震で耐えた建物が本震で倒壊に至ったというケースもありました。

今回のような繰り返し地震の挙動に関しては、一般的な許容応力度計算では、1回目の地震により受けた影響を各部材に対して与えることは不可能です。


地震の際、建物の揺れをシミュレーションする「wallstat」

wallstat

建築研究所・国土技術政策総合研究所では、木造住宅の耐震性能に関して、振動台を用いた実大実験や応答解析、地震時の木造住宅の挙動に関する多くの知見を活用し、建物全体の地震動時の損傷状況や倒壊可能性を評価するための倒壊解析プログラムの開発を行いました。

wallstat はその研究成果を、木質構造を専門とする方々が使えるようにしたソフトウェアで、これまで困難とされてきた木造住宅の倒壊挙動を再現することが可能になりました。

開発者:中川貴史氏 国土技術政策総合研究所 建築研究部 基準認証システム研究室 主任研究官

wallstatの操作画面

wallstatによるシミュレーション

対象の木造住宅

パソコン上での三次元モデル化

解析モデルに地震動を加える

計算結果をアニメーションで表示

パソコン上で数値解析モデルを作成し、振動台実験のように地震動を与えた場合の挙動をシミュレーションすることで、変形の大きさや倒壊の有無を視覚的に確認することができます。

  • 破損
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

破損状況の表示

家の中からの視点

Wallstatは下記のURLより無料にてダウンロードできます。
木造住宅倒壊解析ソフトウェアwallstat
http://www.rish.kyoto-u.ac.jp/~nakagawa/


CEDXMとwallstatの連携によって広がる可能性

CEDXMを活用すればwallstatへの入力作業を省力化できます。

プレカットCADのCEDXMデータ

プレカットCADのCEDXMデータ

wallstatへインポート

wallstatへインポート

モデルの確認

モデルの確認

計算結果

計算結果

プレカット工場で作成した構造情報をCEDXM変換し、そのデータを活用することで、
wallstatへのデータ入力を大幅に短縮することが可能になりました。

倒壊シミュレーション

新耐震2000年基準(仕様規定)の住宅が阪神・淡路大震災の地震動で倒壊するまでの過程

対象とする木造住宅の平面図、立面図から解析モデルを作成します。耐震要素に応じた耐力を選択し、 地震波を入力して、シミュレーションを実行します。 自分で入手した耐震要素の実験データや、地震波形を利用することもできます。

巨大な地震動が生じた際の木造住宅の倒壊安全性の確認や、実験が難しい建物の振動台実験シミュレーション等、 幅広い活用方法が考えられます。

  • 破損
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4

同一のプランで、耐震性能の異なる複数のパターンを同時に揺らし、その挙動を比較することもできます。

wallstat:壁強さ80%~230%の木造住宅の地震応答解析(入力波: JR鷹取)

「壁強さ80%~230%の木造住宅の地震応答解析(入力波: JR鷹取)」より

設計へのフィードバック

倒壊プロセスを検証し、構造的に脆弱な部分を設計段階で把握・改善することができ、住宅取得者への耐震性能のアピールといった営業的な活用も考えられます。

wallstatによる検証事例

阪神・淡路大震災の地震動によるシミュレーション。損傷を受けた箇所の石膏ボードを構造用合板に変更することで、より強い地震動でも倒壊しないようになったことがわかります。

地震動:JMA神戸(阪神・淡路大震災)
地震動:JMA神戸(阪神・淡路大震災) x 1.2

資料:株式会社益田建設

Youtubeの動画で確認

wallstatアタックガイド

wallstat studioを初めて使用される方に向けた使い方ガイドです。
基本的な入力操作、解析モデルの確認方法、CEDXMを使った解析モデルの作成の3部で構成されています。

wallstatアタックガイド

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