JP2007093619A - 地震被害予測装置、地震被害予測方法及び地震被害予測プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる地震被害予測装置、地震被害予測方法及び地震被害予測プログラムを得る。
【解決手段】被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し（ステップ２００）、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析を行い（ステップ２０２、２０４）、前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し（ステップ２０６、ステップ２０８）、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測し（ステップ２１０〜２１８）、当該予測結果を出力する（ステップ２２０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、地震被害予測装置、地震被害予測方法及び地震被害予測プログラムに係り、より詳しくは、地震動による建物の被害状況を予測する地震被害予測装置、地震被害予測方法及び地震被害予測プログラムに関する。

近年、建物の証券化の広がりに伴い、建物の価値を評価するデューデリジェンス業務の重要性が増している。その一方で、近年始まったＰＦＩ（Private Finance Initiative）による事業においても天災等の予測できない事態に対するリスク管理が要求されており、高度なリスク評価技術が求められている。

これに伴い、建物の価値の評価やリスク評価のための重要な指標であるＰＭＬ（Probable Maximum Loss、予想最大損失）値の導出精度の向上が要望されている。また、建築基準法が仕様規定から性能規定に変わったが、新築建物の性能明示、アカウンタビリティのためにもＰＭＬ値は信頼性評価指標として有効なものであり、この意味においても導出精度の向上が要望されている。

なお、ＰＭＬ値は、５０年間の超過確率１０％（再現期間４７５年）の地震により生じるであろう被害額の９０％非超過値を当該建物の再調達価格に対する比で表した値であり、建物の耐震性能を示す指標として広く用いられている。

従来、高精度にＰＭＬ値を導出するための技術として、非特許文献１には、地震波を模擬的に発生させ、これを用いて建物モデルの応答解析を行い、当該解析結果に基づいて損傷度曲線を決定し、当該損傷度曲線に基づいてＰＭＬ値を導出する技術が開示されている。

この技術では、まず、対象とする地域の地盤条件等に基づいて図１１（Ａ）に示すような地震危険度曲線（ハザード曲線）を導出する。

次に、当該地震危険度曲線における各最大加速度値について各値を超える地震のマグニチュードの平均値をハザード適合マグニチュードとして算出し、当該ハザード適合マグニチュードを用いて模擬地震波を生成する。

次に、生成した模擬地震波を用いて建物モデルの応答解析を行い、図１１（Ｂ）に示すように被害程度（同図では、小破、中破、大破の３段階の被害程度）毎の損傷度曲線を導出する。

そして、導出した損傷度曲線から、それぞれの再現期間４７５年の地震動（最大加速度）による損傷確率を求め、当該損傷確率に基づいて損失の確率分布を算出し、当該確率分布に基づいてＰＭＬ値を導出する。
坂本 成弘、他２名，「建物のＰＭＬ値の評価手法および試算例」，大成建設技術センター報，２００２年，第３５号，ｐ．２８−１〜２８−６

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術では、各年超過確率に対応する地震動レベル（当該非特許文献１では、最大加速度）の地震動を生成する場合、マグニチュードは当該最大加速度値を超える地震のマグニチュードの平均値であるハザード適合マグニチュード１つのみであり、必ずしも充分な精度の被害予測ができるとは限らない、という問題点があった。

すなわち、実現象においては、同一の地震動レベルを発生させるマグニチュードは複数存在し得る。また、マグニチュードは地震波の継続時間やエネルギーに大きな関係があるため、マグニチュードの違いは構造物への被害を検討する上で影響を与える大きな要因となる。

従って、マグニチュードとして１つのハザード適合マグニチュードのみを考慮する非特許文献１の技術では、充分な精度の被害予測ができない場合がある。

一方、上記非特許文献１に記載の技術では、模擬地震波による応答解析結果から損傷度曲線を求めているが、建物全体の損傷状態を中破、大破等に分類し、応答値が当該損傷状態のクライテリアを超えた層がある場合に「建物全体」が当該損傷状態になるものとしている。そして、ＰＭＬ値の算出に当たっては、このような建物全体の各損失状態に応じて損失（損失額／建物価格）を与え、各損傷状態となる確率を考慮してＰＭＬ値を算出している。

このように、上記非特許文献１に記載の技術では、層単位の評価にとどまっているため、この点においても、必ずしも充分な精度の被害予測ができるとは限らない、という問題点があった。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる地震被害予測装置、地震被害予測方法及び地震被害予測プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の地震被害予測装置は、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成手段と、前記地震波生成手段により生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測手段と、を備えている。

請求項１記載の地震被害予測装置によれば、地震波生成手段によって被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波が、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成され、予測手段によって当該複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度が予測される。

すなわち、同一の地震動レベルを発生させるマグニチュードは複数存在することは前述した通りであるが、上記非特許文献１に記載の技術では、単一の平均的なマグニチュード（ハザード適合マグニチュード）のみを用いて解析を行っているため、図９に模式的に示すように当該単一のマグニチュードにおける被害結果のみしか得ることができない。

これに対し、本発明では、地震波を複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、これを用いて建物モデルによる応答解析を行っており、図１０に模式的に示すように複数のマグニチュードにおける被害を加味した地震被害を予測することができ、上記非特許文献１に記載の技術に比較して、より高精度な予測を行うことができる。

このように、請求項１に記載の地震被害予測装置によれば、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測しているので、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記地震波生成手段は、前記複数のマグニチュードを発生頻度に応じて適用して前記地震波を生成することが好ましい。これによって、より高精度な地震被害の予測を行うことができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項３記載の地震被害予測装置は、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成手段と、前記地震波生成手段により生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測手段と、を備えている。

請求項３記載の地震被害予測装置によれば、地震波生成手段によって被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波が、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成され、予測手段により、当該複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態が導出され、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度が予測される。

すなわち、前述したように、上記非特許文献１に記載の技術では、単一の平均的なマグニチュード（ハザード適合マグニチュード）のみを用いて解析を行っているため、図９に模式的に示すように当該単一のマグニチュードにおける被害結果のみしか得ることができない。

これに対し、本発明では、地震波を複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、これを用いて建物モデルによる応答解析を行っており、図１０に模式的に示すように複数のマグニチュードにおける被害を加味した地震被害を予測することができ、上記非特許文献１に記載の技術に比較して、より高精度な予測を行うことができる。

また、本発明では、複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による建物に対する被害程度を予測しており、このような部材毎の損傷状態を考慮せずに予測する上記非特許文献１に記載の技術に比較して、より高精度に予測できるようにしている。

このように、請求項３に記載の地震被害予測装置によれば、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測しているので、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

なお、本発明は、請求項４に記載の発明のように、前記地震波生成手段により生成された複数の地震波を用いて質点系モデルによる動的弾塑性解析を行い、最大層せん断力及び最大層間変形角の少なくとも一方を導出する層間変位導出手段を更に備え、前記予測手段は、前記層間変位導出手段により導出された最大層せん断力及び最大層間変形角の少なくとも一方を用いて立体架構モデルによる静的弾塑性解析を行い、前記部材毎に損傷状態を導出することができる。

これにより、質点系モデルと立体架構モデルの弾塑性解析によって２段階で応答解析を行って各部材毎に損傷状態を導出するので、より高精度に地震動による建物の被害状況を予測することができる。

また、本発明は、請求項５に記載の発明のように、前記部材を、構造部材及び非構造部材とすることができる。なお、上記構造部材には柱、梁、壁が含まれ、上記非構造部材には、内装、天井、非構造床、間仕切り、外装、設備、外構が含まれる。

これにより、これらの構造部材及び非構造部材の損傷状態が個別に加味された高精度な地震被害状況の予測が行える。

また、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記予測手段は、前記被害程度としてＰＭＬ値を予測するものとしてもよい。

また、本発明は、請求項７に記載の発明のように、前記地震波生成手段は、入力された応答スペクトルに適合するように前記地震波を複数生成するものとしてもよい。

更に、本発明は、請求項８に記載の発明のように、被害予測の対象とする位置を示す位置情報及び当該位置における地盤のタイプを示す地盤タイプ情報に基づく地震危険度解析によりＰＭＥ値を算出して表示する手段を更に備えてもよい。

一方、上記目的を達成するために、請求項９記載の地震被害予測方法は、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測するものである。

従って、請求項９に記載の地震被害予測方法によれば、請求項１記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

また、上記目的を達成するために、請求項１０記載の地震被害予測方法は、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測するものである。

従って、請求項１０に記載の地震被害予測方法によれば、請求項３記載の発明と同様に作用するので、請求項３記載の発明と同様に、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

一方、上記目的を達成するために、請求項１１記載の地震被害予測プログラムは、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成ステップと、前記地震波生成ステップにより生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測ステップと、をコンピュータに実行させるものである。

従って、請求項１１に記載の地震被害予測プログラムによれば、コンピュータに対して請求項１記載の発明と同様に作用させることができるので、請求項１記載の発明と同様に、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

更に、上記目的を達成するために、請求項１２記載の地震被害予測プログラムは、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成ステップと、前記地震波生成ステップにより生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測ステップと、をコンピュータに実行させるものである。

従って、請求項１２に記載の地震被害予測プログラムによれば、コンピュータに対して請求項３記載の発明と同様に作用させることができるので、請求項３記載の発明と同様に、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

請求項１に記載の地震被害予測装置、請求項９に記載の地震被害予測方法、及び請求項１１に記載の地震被害予測プログラムによれば、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測しているので、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる、という効果が得られる。

更に、請求項３に記載の地震被害予測装置、請求項１０に記載の地震被害予測方法、及び請求項１２に記載の地震被害予測プログラムによれば、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測しているので、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明が適用された地震被害予測システム１０の構成を説明する。

同図に示すように、本実施の形態に係る地震被害予測システム１０は、ＷＷＷ（World Wide Web）サーバ２０と、並列計算サーバ３０と、を備えている。

ＷＷＷサーバ２０及び並列計算サーバ３０は、地震被害予測システム１０の提供者が所有するもので、ＷＷＷサーバ２０はインターネット上に設けられており、並列計算サーバ３０はＷＷＷサーバ２０からアクセス可能に設けられている。

並列計算サーバ３０は地震被害の予測を並列処理によって高速に実行するものであり、地震被害予測システム１０の核となるものである。また、ＷＷＷサーバ２０は、地震被害予測システム１０のユーザが所有する情報端末装置４０（本実施の形態では、パーソナル・コンピュータ）と並列計算サーバ３０との間の橋渡しの役割を有するものである。

本実施の形態に係る地震被害予測システム１０では、ユーザにより情報端末装置４０によってＷＷＷブラウザ（Browser）を介してインターネット上のＷＷＷサーバ２０がアクセスされると、ＷＷＷサーバ２０はアクセス元の情報端末装置４０に対して各種データを入力するための画面データを送信する。

これに応じて情報端末装置４０はＷＷＷサーバ２０から受信した画面データに基づく画面を表示するので、ユーザは当該画面上で必要なデータを入力する。

これに応じてＷＷＷサーバ２０は並列計算サーバ３０に対し、ユーザによって入力されたデータを送信すると共に、当該データを用いて地震被害の予測を実行することを依頼する。

当該依頼を受けた並列計算サーバ３０は、後述する地震被害予測処理プログラムを実行することにより地震被害の予測を実行し、当該予測結果をＷＷＷサーバ２０に送信する。また、並列計算サーバ３０は、アクセス元の情報端末装置４０の所有者であるユーザに対して、地震被害の予測が終了した旨を通知するための処理を行う。

当該通知を受け取ったユーザは、情報端末装置４０によってＷＷＷサーバ２０を再びアクセスし、ＷＷＷサーバ２０から上記予測結果をダウンロードする。

このように、本実施の形態に係る地震被害予測システム１０は、ＡＳＰ（Application Service Provider）として構成されている。

次に、本実施の形態に係る地震被害予測システム１０の作用を説明する。まず、図２を参照して、ＷＷＷサーバ２０において実行される地震被害予測サービス処理について説明する。なお、図２は、何れかのユーザにより情報端末装置４０によって地震被害予測サービスを利用する旨が入力されたときに、これに応じてＷＷＷサーバ２０により実行される地震被害予測サービス処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該プログラムはＷＷＷサーバ２０に内蔵された不図示のハードディスクに予め記憶されている。

まず、ステップ１００では、予め定められた地震危険度解析画面を示す画面データをアクセス元の情報端末装置４０にインターネットを介して送信し、次のステップ１０２では、当該情報端末装置４０からの所定情報の入力待ちを行う。上記ステップ１００の処理によって、アクセス元の情報端末装置４０のディスプレイに地震危険度解析画面が表示されることになる。

図３には、当該ディスプレイ４０Ａに表示された地震危険度解析画面の一例が示されている。同図に示すように、本実施の形態に係る地震危険度解析画面では、予測対象とする位置を示す情報（以下、「位置情報」という。）と、当該位置における地盤のタイプを示す情報（以下、「地盤タイプ情報」という。）と、が入力できるようになっている。

なお、同図に示すように、地震被害予測システム１０では、上記位置情報を、予め記憶されている地点リストの地点名を当該画面に一覧表示させて、表示された地点名から所望のものを指定することにより入力することもできるし、緯度及び経度を入力することにより入力することもできる。また、同図に示すように、地震被害予測システム１０では、上記地盤タイプ情報として、「硬い」、「普通」、「柔らかい」、「軟弱」の４段階の地盤タイプの何れかを選択的に入力することができる。

同図に示されるような地震危険度解析画面がディスプレイ４０Ａに表示されると、ユーザは、情報端末装置４０に設けられた不図示のマウス等のポインティング・デバイスやキーボードの操作によって位置情報及び地盤タイプ情報を入力する。これによって、これらの情報がＷＷＷサーバ２０に転送され、上記ステップ１０２が肯定判定となってステップ１０４に移行する。

ステップ１０４では、情報端末装置４０から入力された位置情報及び地盤タイプ情報に基づく地震危険度解析によって、５０年で１０％の確率で発生する地震動を示すＰＭＥ（最大速度）値を算出する。なお、ＰＭＥ値の算出は従来既知の技術で行うため、ここでの詳細な説明は省略する。

次のステップ１０６では、算出したＰＭＥ値を地震危険度解析画面に表示することのできる画面データをアクセス元の情報端末装置４０に送信し、次のステップ１０８では、当該情報端末装置４０からの所定情報の入力待ちを行う。上記ステップ１０６の処理によって、当該情報端末装置４０のディスプレイ４０Ａには算出したＰＭＥ値が一例として図３に示すように表示されるので、ユーザは当該ＰＭＥ値を参照して特に問題等がなく、引き続き地震被害の予測を実行させる場合には、地震危険度解析画面に表示されている「損傷度解析へ」ボタンを不図示のマウスにて指定する。これによって、上記ステップ１０８が肯定判定となってステップ１１０に移行する。

ステップ１１０では、予め定められた損傷度解析画面を示す画面データをアクセス元の情報端末装置４０にインターネットを介して送信し、次のステップ１１２では、当該情報端末装置４０からの所定情報の入力待ちを行う。上記ステップ１１０の処理によって、アクセス元の情報端末装置４０のディスプレイ４０Ａに損傷度解析画面が表示されることになる。

図４には、ディスプレイ４０Ａに表示された損傷度解析画面の一例が示されている。同図に示すように、本実施の形態に係る損傷度解析画面では、後述する地震被害予測処理において地震波を生成する際に適合させる応答スペクトルを示すスペクトル情報と、複数の地震動レベルを解析対象としたい場合の各地震動レベルを示す地震動レベル情報と、１地震動レベル当たりの生成する地震動数を示す地震動数情報と、が入力できるようになっている。

また、当該損傷度解析画面では、予測対象とする建物の構造に関する建物構造情報と、当該建物における各種部材の再調達価格を示す再調達価格情報と、当該建物の非構造部材に関する非構造部材情報と、も入力できるようになっている。

なお、同図に示すように、地震被害予測システム１０では、上記スペクトル情報として、「告示」、「入力地震動技術指針」、「耐専」の３種類の何れかを選択的に入力することができる。また、上記建物構造情報には、予測対象とする建物の構造種別、建物用途、建物階数、延べ床面積、建築面積の各情報が含まれる。更に、上記非構造部材情報には、間仕切り壁、非構造床、天井、外装（外壁仕上げ、サッシ）、設備機器、設備配管の各々に関する情報が含まれる。

同図に示されるような損傷度解析画面がディスプレイ４０Ａに表示されると、ユーザは、情報端末装置４０に設けられた不図示のマウス等のポインティング・デバイスやキーボードの操作によって、スペクトル情報、地震動レベル情報、地震動数情報、建物構造情報、再調達価格情報、非構造部材情報を必要に応じて入力する。これによって、入力された情報がＷＷＷサーバ２０に転送され、上記ステップ１１２が肯定判定となってステップ１１４に移行する。

ステップ１１４では、上記ステップ１１２において入力された各種情報と、上記ステップ１０４において算出したＰＭＥ値と、当該情報を用いて地震被害の予測を実行する旨を指示する実行指示情報と、を並列計算サーバ３０に送信することにより、当該並列計算サーバ３０に地震被害予測処理の実行を依頼した後、本地震被害予測サービス処理プログラムを終了する。

一方、上記実行指示情報を受信すると、並列計算サーバ３０では、当該実行指示情報と共に受信した各種情報を用いて地震被害予測処理を実行する。

次に、図５を参照して、本実施の形態に係る地震被害予測処理について説明する。なお、図５は、このとき並列計算サーバ３０によって実行される地震被害予測処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該プログラムは並列計算サーバ３０に内蔵された不図示のハードディスクに予め記憶されている。なお、ここでは、錯綜を回避するために、上記地震動レベル情報を用いずに、上記地震被害予測サービス処理プログラムのステップ１０４の処理によって算出されたＰＭＥ値を用いる場合について説明する。

同図のステップ２００では、ＷＷＷサーバ２０から入力されたＰＭＥ値により示される最大速度レベルの地震波を、地震動数情報で示される数だけ生成する。

ここで、当該地震波は、マグニチュードの分布を考慮し、ＷＷＷサーバ２０から入力されたスペクトル情報によって示される応答スペクトルに適合するように生成する。なお、この地震波の生成に当たって、位相は乱数を用いて一様分布でランダムに生成する。また、上記マグニチュードの分布は、最大地動速度を文献「Saburoh Midorikawa,Masashi Matsuoka,and Koichi Sakugawa.Site effects on strong-motion records observed during the 1987 chiba-ken-toho-oki,japan earthquake.第９回日本地震工学シンポジウム，ｐｐ．Ｅ０８５−Ｅ０９０，１９９４」に従って基盤の最大加速度に変換し、文献「安中正，山崎文雄，片平冬樹．気象庁８７型強震記録を用いた最大地震および応答スペクトル推定式の提案．第２４回地震工学研究発表会講演論文集，ｐｐ．１６１−１３２，１９９７」における距離減衰式を用い、次の（１）式により設定する。

ここで、ｗ（Ｍｉ，Ｖｊ）は最大速度ＶｊにおけるマグニチュードＭｉ（ｉ＝１，・・・，ｍ）の割合を、Δ（Ｍｉ，Ｖｊ）は当該マグニチュードで最大速度Ｖｊを発生させる距離（震央距離）を、Ｎ（Ｍｉ）はマグニチュードＭｉの年間の頻度を、各々表す。

なお、Ｎ（Ｍ）は、以下のＧｕｔｅｎｂｅｒｇ−Ｒｉｃｈｔｅｒの式である（２）式に従うものとし、ｂの値は標準的な地域を想定して１．０とする。なお、（２）式は、地震はマグニチュードが低いものほど発生しやすい、ということを示している式である。

次のステップ２０２では、上記ステップ２００において生成した何れかの地震波を用いて、建物構造情報に基づいて作成される質点系モデルによる動的弾塑性解析を行い、建物の各層の最大加速度、最大層せん断力及び最大層間変形角を算出する。

すなわち、ここでは、対象とする建物の立体架構モデルを作成し、荷重増分法による弾塑性解析（プッシュオーバー解析）を行う。なお、当該解析に当たっては、自重による初期応力を考慮する。そして、解析の結果得られた各層の荷重変形関係をトリリニアーに近似することで、立体架構モデルを質点系モデルに変換し、このモデルに上記ステップ２００において生成した何れかの地震波を入力して動的弾塑性解析を実行する。

この解析の過程で各層の最大加速度、最大層せん断力及び最大層間変形角を得ることができる。

次に、上記ステップ２０２において得られた各層の最大加速度、最大層せん断力及び最大層間変形角に基づいて建物の被害額（復旧費用）を推定する。

このため、まず、次のステップ２０４では、躯体の被害を推定するために、建物構造情報に基づいて作成した立体架構モデルに上記ステップ２０２において得られた最大層せん断力又は最大層間変形角を入力して静的弾塑性解析を行い、個々の柱、梁、壁（耐震壁）要素の損傷状態を判定する。

そして、次のステップ２０６にて、当該損傷状態の程度、例えば、曲げひび割れが生じたときにはエポキシ樹脂注入だが、せん断降伏したときは鉄板補強、というように補強方法を仮定し、それに基づいて復旧費用を算定する。なお、損傷状態と復旧費用については、文献「神田順．損失費用モデルを用いた最適信頼性に基づく設計用地震荷重，１９９８．」を参考に設定し、次の（３）式により躯体の復旧費用を算出する。

ここで、Ｒｓは躯体復旧費用を、ｆｓｃ（ｚ）は柱被害関数を、ｆｓｂ（ｚ）は梁被害関数を、ｆｓｗ（ｚ）は壁被害関数を、ｚは損傷状態を、各々表す。

次のステップ２０８では、非構造部材の損傷状態の判定、及び復旧費用の算定を次のように行う。

まず、躯体の被害に伴って発生する仕上げ（内装）の復旧費用を、算出した躯体の被害に比例して算定する。また、その他の内装の復旧費用は、各部の特性に応じて算出する。天井と非構造床は各層の加速度により、また、間仕切りは各層の各柱の層間変形角に基づいて損傷状態を判定し、各損傷状態別に設定した被害関数により再調達価格に係数を乗じた額を（４）式に示すように復旧費用とする。

ここで、Ｒｉは内装復旧費用を、Ｃｃ，Ｃｆ，Ｃｐは各々天井，非構造床，間仕切りの再調達価格を、ｆｃ，ｆｆ、ｆｐは各々天井，非構造床，間仕切りの被害（損傷度）関数を、Ａｉは各層の最大加速度を、θｊは各柱部の層間変形角を、各々表す。

外装は壁面とサッシに分け、外壁に相当する柱各部の層間変形角に応じて各々の損傷状態を判定し、内装と同様に壁サッシ別各損傷状態別に設定した被害関数により再調達価格に係数を乗じた額を（５）式に示すように復旧費用とする。

ここで、Ｃｅｗ，Ｃｅｓは各々壁面，サッシの再調達価格を、ｆｅｗ，ｆｅｓは各々壁面，サッシの被害（損傷度）関数を、θｉは外壁部各柱の層間変形角である。

設備は、縦配管は層間変形角に、横配管と機器は加速度により損傷状態を判定し、同様に各損傷状態別に設定した被害関数により各層毎に再調達価格に係数を乗じた額を（６）式に示すように復旧費用とする。

ここで、Ｃｆｈ（ｉ），Ｃｆｖ（ｉ）は各層の横配管・機器，縦配管の再調達価格を、ｆｆｈ，ｆｆｖは被害（損傷度）関数を、各々表す。

次のステップ２１０では、以上のように算出した各復旧費用に、再調達価格における割合に応じた外構復旧費を加え合わせることにより、建物全体の復旧費用を算出し、次のステップ２１２では、算出した建物全体の復旧費用を建物全体の再調達価格で除算することにより損失率を算出する。

そして、次のステップ２１４では、上記ステップ２００において生成した全ての地震波について上記ステップ２０２〜ステップ２１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ２０２に戻って再びステップ２０２〜ステップ２１２の処理を実行し、肯定判定となった時点でステップ２１６に移行する。なお、上記ステップ２０２〜ステップ２１４の処理を繰り返して行う際には、それまでに適用しなかった地震波を適用する。

ステップ２１６では、上記ステップ２０２〜ステップ２１４の処理によって得られた全ての地震波における損失率の分布を標準β分布で近似し、その９０％非超過確率からＰＭＬ値を算出し、次のステップ２１８では、算出したＰＭＬ値における躯体、内装、外装、設備、及び外構の内訳比率を算出する。

そして、次のステップ２２０にて、算出したＰＭＬ値と内訳比率を示す情報をＷＷＷサーバ２０に出力し、次のステップ２２２にて、アクセス元の情報端末装置４０の所有者であるユーザに対して、地震被害の予測が終了した旨を通知するための処理を行った後に本地震被害予測処理プログラムを終了する。

なお、ユーザは当該通知を受け取ると、情報端末装置４０によってＷＷＷサーバ２０にアクセスし、ＷＷＷサーバ２０から上記ＰＭＬ値と内訳比率を示す情報とが表示できる画面データをダウンロードする。

この結果、当該情報端末装置４０のディスプレイ４０Ａには、一例として図６に示すように、上記ＰＭＬ値及び内訳比率を示す画面が表示される。なお、同図に示す予測結果は、本実施の形態に係る地震被害予測システム１０による、兵庫県南部地震で被災した地下１階、地上９階ＳＲＣ造の事務所ビルの実被害データによるパラメータチューニングを経た後の予測結果である。

ユーザは、当該画面を参照することにより、ＰＭＬ値と、設備の被害の割合が大きいこと等を把握することができる。

なお、上記地震被害予測処理プログラムのステップ２００による地震波を生成する処理は並列処理で実行したとしても長時間を要するため、本実施の形態に係る並列計算サーバ３０では、生成した地震波を示す情報を所定期間（ここでは、１年間）保存するようにしている。このため、予測対象とする建物が同一であり、かつ損傷度解析画面（図４参照。）で設定する各種情報を変更して再度地震被害の予測を行う際には、当該情報を入力することのみによって、短時間で予測結果を得ることができる。

例えば、１回目の予測結果が図６に示すものであった場合、設備の被害の割合が大きいことが把握できたため、設備に重点的な対策を施すとして損傷度関数を変更し、再度予測を行った結果が図７に示すものとなった場合、この対策によってＰＭＬ値が２０以下となったことがわかり、当該対策の有効性が把握できる。

図８には、本実施の形態に係る地震被害予測システム１０による予測処理の流れがまとめられている。

同図に示すように、地震被害予測システム１０では、まず、ＰＭＥ値を算出することによって地震危険度の解析を行う（地震被害予測サービス処理プログラムのステップ１００〜ステップ１０４の処理に対応。）。

次に、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、当該地震波を用いて質点系モデルによる動的弾塑性解析を行うことによって最大層せん断力及び最大層間変形角を導出する（地震被害予測処理プログラムのステップ２００〜ステップ２０２の処理に対応。）。

次に、導出した最大層せん断力及び最大層間変形角の何れかを用いて立体架構モデルによる静的弾塑性解析を行うことにより部材毎に損傷状態を導出する（地震被害予測処理プログラムのステップ２０４の処理に対応。）。

最後に、導出した損傷状態に応じて地震動による建物に対するＰＭＬ値を導出する（地震被害予測処理プログラムのステップ２０６〜ステップ２１６の処理に対応。）。

地震被害予測処理プログラムのステップ２００の処理が本発明の地震波生成手段及び地震波生成ステップに、ステップ２０２の処理が本発明の層間変位導出手段に、ステップ２０４〜ステップ２１６の処理が本発明の予測手段及び予測ステップに、各々相当する。

以上詳細に説明したように、本実施の形態では、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測しているので、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

また、本実施の形態では、前記複数のマグニチュードを発生頻度に応じて適用して前記地震波を生成しているので、より高精度な地震被害の予測を行うことができる。

また、本実施の形態では、被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を複数生成し、生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測しているので、地震動による建物の被害状況を高精度に予測することができる。

また、本実施の形態では、前記部材を、構造部材及び非構造部材として適用しているので、構造部材及び非構造部材の損傷状態が個別に加味された高精度な地震被害状況の予測が行える。

更に、本実施の形態では、生成した複数の地震波を用いて質点系モデルによる動的弾塑性解析を行い、最大層せん断力及び最大層間変形角の少なくとも一方を導出し、当該最大層せん断力及び最大層間変形角の少なくとも一方を用いて立体架構モデルによる静的弾塑性解析を行って前記部材毎に損傷状態を導出しているので、質点系モデルと立体架構モデルの弾塑性解析によって２段階で応答解析を行って各部材毎に損傷状態を導出することができ、より高精度に地震動による建物の被害状況を予測することができる。

なお、立体架構モデルによる動的弾塑性解析によっても本実施の形態と同程度の予測結果を得ることができるが、この場合、並列計算を行ったとしても現実的な時間では解析を行うことができないため、ここでは、質点系による動的弾塑性解析と立体架構モデルによる静的弾塑性解析とを組み合わせて適用している。

なお、本実施の形態において示した（１）式〜（６）式は各々一例であり、各数式とも本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態で示した地震被害予測システム（図１参照。）の構成は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることも言うまでもない。

例えば、本実施の形態では、地震被害予測システムをインターネット上のサービスとして実現した場合について説明したが、インターネットを介さず、地震被害の予測を直接行うサービスとして実現することもできる。また、本実施の形態では、ＷＷＷサーバ２０と並列計算サーバ３０による分散処理によって地震被害の予測を実行した場合について説明したが、１台のコンピュータ単体によって予測を行う形態とすることもできる。この場合の形態としては、当該コンピュータにより、地震被害予測サービス処理プログラムで行っていたＰＭＥ値の算出も含めた形で地震被害予測処理プログラムを実行する形態を例示することができる。これらの場合にも、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。

更に、本実施の形態で示した地震被害予測サービス処理プログラム（図２参照。）及び地震被害予測処理プログラム（図５参照。）の各処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

実施の形態に係る地震被害予測システム１０の構成を示す模式図である。 実施の形態に係る地震被害予測システム１０のＷＷＷサーバ２０により実行される地震被害予測サービス処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 地震危険度解析画面の表示例を示す概略図である。 損傷度解析画面の表示例を示す概略図である。 実施の形態に係る地震被害予測システム１０の並列計算サーバ３０により実行される地震被害予測処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 地震被害の予測結果を示す画面の表示例を示す概略図である。 地震被害の再予測結果を示す画面の表示例を示す概略図である。 実施の形態に係る地震被害予測システム１０による予測処理の流れを示す模式図である。 従来技術の問題点の説明に供する模式図である。 本発明の効果の説明に供する模式図である。 従来技術の説明に供するグラフである。

符号の説明

１０ 地震被害予測システム
２０ ＷＷＷサーバ
３０ 並列計算サーバ
４０ 情報端末装置
４０Ａ ディスプレイ

Claims (12)

1. 被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成手段と、
   前記地震波生成手段により生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測手段と、
   を備えた地震被害予測装置。
2. 前記地震波生成手段は、前記複数のマグニチュードを発生頻度に応じて適用して前記地震波を生成する
   請求項１記載の地震被害予測装置。
3. 被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成手段と、
   前記地震波生成手段により生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測手段と、
   を備えた地震被害予測装置。
4. 前記地震波生成手段により生成された複数の地震波を用いて質点系モデルによる動的弾塑性解析を行い、最大層せん断力及び最大層間変形角の少なくとも一方を導出する層間変位導出手段を更に備え、
   前記予測手段は、前記層間変位導出手段により導出された最大層せん断力及び最大層間変形角の少なくとも一方を用いて立体架構モデルによる静的弾塑性解析を行い、前記部材毎に損傷状態を導出する
   請求項３記載の地震被害予測装置。
5. 前記部材を、構造部材及び非構造部材とした
   請求項３又は請求項４記載の地震被害予測装置。
6. 前記予測手段は、前記被害程度としてＰＭＬ値を予測する
   請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の地震被害予測装置。
7. 前記地震波生成手段は、入力された応答スペクトルに適合するように前記地震波を複数生成する
   請求項１乃至請求項６の何れか１項記載の地震被害予測装置。
8. 被害予測の対象とする位置を示す位置情報及び当該位置における地盤のタイプを示す地盤タイプ情報に基づく地震危険度解析によりＰＭＥ値を算出して表示する手段
   を更に備えた請求項１乃至請求項７の何れか１項記載の地震被害予測装置。
9. 被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、
   生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測する
   地震被害予測方法。
10. 被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成し、
    生成した複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、
    当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測する
    地震被害予測方法。
11. 被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成ステップと、
    前記地震波生成ステップにより生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測ステップと、
    をコンピュータに実行させる地震被害予測プログラム。
12. 被害予測の対象とする建物が建てられている地域の地震波を、複数のマグニチュード毎に乱数を用いて位相を変化させることにより複数生成する地震波生成ステップと、
    前記地震波生成ステップにより生成された複数の地震波を用いた建物モデルによる応答解析によって前記建物に用いられている部材毎に損傷状態を導出し、当該損傷状態に基づいて地震動による前記建物に対する被害程度を予測する予測ステップと、
    をコンピュータに実行させる地震被害予測プログラム。

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