JP5600135B2 - 津波、高潮、洪水対策用退避部屋 - Google Patents
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を設置することとし、前記建物の壁や塔に固定する筒状、箱状の退避部屋で空間が狭い場合は、内部に漂流物衝撃防止機能として、入口頂点高さより高い位置で、天井までの退避ゾーンに、漂流物の直接衝突を防ぎ、危険回避のための足場を設置することとして、ハッチを設けず解放されている構造体内部に漂流物衝撃防止機能のこれら仕切り壁や高床、足場を設置することで、外周の水位上昇とともに濁流が上昇して危険な入口濁流ゾーンと、穏やかに水位上昇するなかでの天井近くまでの呼吸を確保して安全な退避ゾーンに分離したことを特徴とする。本発明でいう建物の壁とは、建物の床、外壁、側壁、中壁、天井、屋上の床の全部を称していう。
活する核シェルターは空気清浄化フィルター付きの通気孔を必要とする。港湾空港技術研究所の大型水路実験による海岸沿いの建物に高波の先端が崩れ激しくぶつかる射流圧力を参考に、構造体の設計耐圧は最低15t/m2とする。ただし、高台や海岸から遠方などで激流を避けられる設置場所では設計条件は緩和される。ハッチを閉めて密閉空間を形成し、生存必要空気量を保持する構造体のハッチは、耐圧防水性とし、浸水しないよう、空気が漏れないようパッキンなどで水密性、気密性を高める。内外への両開きとすると救出に役立つ。透光性、水密性ののぞき穴を設けると救出までの不安が和らぐ。構造体本体との接合部の水密性も必要で、これらは耐圧、防水実験で確認することが重要だ。耐圧性、防水性が保持できないと高い波の場合おおむね水圧が15t/m2以上になるので一挙に浸水する。50mの津波とすると設計水圧は50t/m2になる。固定して設置し、固定重量が浮力に勝ることで浮上せず、かつ水没中の水圧に耐えられる構造体の例を図4に示す。射流による退避部屋の転倒検討を図5に示す。鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物の壁や引き抜き抵抗の大きい鋼管構造の塔に固定する筒状、箱状の退避部屋の場合は、一体的に浮力に抵抗するもので、鋼製、強化プラスチック製、鉄筋、PCコンクリート製でなる (図6参照)。また、鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な退避部屋として単独で設置する場合は主に地面上に設置する(図4参照)。鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物の壁と一体構造体とする場合は(図7、8、9、10、11参照)、主に鉄筋コンクリートで一体化する。既設の鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物と一体構造として増築する場合は耐震補強ともなる。これら構造体には、水没相当の大きな水圧がかかるため、耐えるだけの壁厚計算が必要となる。東日本大震災で観測された津波の最高高さは38.9mであったが、津波の高さが50mとした場合の建物単独の退避部屋の設計例を(実施例2)に示す。設置例を列挙する。学校の例では、図7に示すとおり教室の隣クラスとの壁に一体構造として設置すると耐震補強ともなる。校庭にも必要。屋上に設けると大人数が収容できる。屋上に逃げても水位が上がる恐怖から救われる。状況を見ながら安心して退避ができるメリットは計り知れない。マンションなどでは隣り合わせの壁(図8、9参照)、ベランダ(図10参照)、敷地、屋上(図11参照)にも設置できる。図7、8、9に示すように非常階段の外壁に設けると近所や一般の人にも開放できる。非常階段を開放すれば屋上の退避部屋にも大人数で早くかけ上がることができる。この場合も、耐震補強や安全退避のメリットが大きい。屋上では床荷重の制限からの収容人数が多いと床の補強が必要となる場合もある。木造では敷地に家族、少人数分の退避部屋を設置する。共用には例えば1kmごとに目立つよう、前後左右隣の退避部屋までの距離も明示して地域住民の頭の中に日頃からインプットする。巨大な地震や、古い建物に設置する場合は一体構造体にひび割れが想定される、鋼板で強度補強する場合は、鋼板、強化プラスチックとの一体強化が有効である。すなわち、事前の地震で鉄筋コンクリート造等の密閉構造体にひび割れを生じると、その後の津波等の大水圧や破壊力で密閉性を喪失したり、一挙に崩壊したりする可能性があるが、鋼板等で一体補強することで、ひび割れ貫通が防止でき密閉性が維持され、鉄板や炭素繊維などの強化プラスチックの粘り強さ、変形追従性で崩落が防止できるため、津波が去るまでの時間を耐え抜くことができる。万が一、ひび割れが構造体に入った場合も破壊の形態を想定するのが、退避部屋のそこから逃れようのない大勢の命を守る想定外への備えである。防水性の補強なら、鋼板、強化プラスチック、2層以上の防水シート、これらの組み合わせを本体と離隔して敷設する方法が、外力と共にひび割れないので有効といえる。すなわち、万が一、致命的ひび割れが構造体に入った場合も、内部の生存空気を保持できることを想定するのが想定外への備えである。ひび割れが入れば密閉性は保たれないが、事前に本体と離隔して、床防水とは切り離した床以外の内壁5面沿いに防水性の補強を施していれば、例え地震で本体の壁にひび割れが入ってしまったにしても、本体の壁とは離隔があることで、防水材にはひび割れが伝達されない。退避部屋内壁の天井を頂点として側壁沿いに形状保持がされるので、そこに上に凸の空間ができる。空気は水中では上に逃げる性質がある。一部、退避部屋のひび割れが入った壁沿いの防水材との隙間の空気はすぐ外部に逃げだし、それとともに内部の水圧が上昇する。そのあと、一体性の防水材でできる上に凸の空間には、水圧で下から上昇する水面との中に空気が圧縮されながら漏れずに保持される。ひび割れにより外部の水圧と退避部屋内部の空気圧はバランスするので、防水材に特別な強度を要しない。例えば、空気をはらんで漏らさないパラシュートやスーパーのビニール袋を逆にしたイメージで、その程度の柔らかさで十分である。ただし、塗布系の防水材は膜強度がなく不適当といえる。また、床防水と切り離す理由は、6面の全面に防水性の補強をすると、密閉構造体となり、逆にその6面体に大水圧がかかるので直ちに防水材の一部が破損して水が突入したり、破損しない場合は一挙に体積縮小、例えば10mの津波では空気圧は2気圧となり空気体積は1/2に圧縮され危険に陥るためである。ハッチの周辺に取手を付けると入りやすい。中に入っている人が手助けするとスムーズに収容される。引き潮後、入口の外に泥が堆積することも考え、ハッチは低すぎないような位置にする。内部にスクーバ・タンクを設置しておくのも空気補充で何かと安心につながる。
を参照。ただし、高台や海岸から遠方など激流を避けられる設置場所では設計条件は緩和される。水面でできる密閉空間の構造部分に通気孔があると空気が抜けてしまうので設けてはならない。この場合、密閉空間はボイルの法則によれば気体圧力*体積=pv=一定である。内部の水位は、入口頂点高さまでは周辺の水位と同じ水位となるが、周辺水位がそれ以上の高さになっても、内部の水面は上昇するが密閉空間が確保されていれば空気が圧縮され、水位はその圧縮分までしか上がらない。例えば、図12に示すとおり、10mの津波では空気圧は2気圧となり空気体積は1/2に圧縮され、その分まで外周の水位上
昇に比べて穏やかに水位が上がる。50mの津波の場合の空気圧は6気圧となり空気体積は1/6となり、水位は天井近くまで上がるが生存できる空気は圧縮されて確保されている
。それ以上の津波でも空気は天井近くに必ず確保できている。ちなみに、潜水のスクーバ・タンクの圧縮空気圧は150気圧である。入口が解放されていて外力に抵抗しないので、建物の内側の気圧と外側の水圧が等しく、建物の壁厚を水圧のために厚くする必要はないのも特長である。できるだけ入口頂点高さを低くすると、人は入りにくくはなるが、逆に多くの内部空気量を確保でき構造体をその分小さくできるメリットが大きい。入口の周辺に取手付けると退避がスムーズとなる。入口を広げすぎると濁流や漂流物が流転するので危険である。入口を2つ以上とすると通過流速が速くなるため危険性が増す。鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物の壁や引き抜き抵抗の大きい鋼管構造の塔に固定する筒状、箱状の退避部屋の場合は、一体的に浮力に抵抗するもので、鋼製、強化プラスチック製、鉄筋、PCコンクリート製でなる(図13参照)。空間が狭い場合は、漂流物衝撃防止機能として、濁流物の危険回避のため内部に足場を設ける(図13参照)。筒状の小部屋では、空気量を多く確保するためなるべく下の足元に入口が設けられるが、そのままでは漂流物で足元が危険であるので漂流物衝撃防止機能の足場の上に乗る。あわせて天井近くまで上昇する水面で圧縮された空気を呼吸できるよう、天井近くまで口が届く高さの足場も兼ねる。津波等の来襲時に挿入することも可能。また、鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な退避部屋として単独で設置する場合は主に地面上に設置する(図4参照)。鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物の壁と一体構造体とする場合(図7、8、9、10、11参照)は、鉄筋コンクリートで一体化するほうが経済的である。既設の鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物と一体構造として増築する場合は耐震補強ともなる。浸水時に入口頂点高さより上方から空気が逃げない退避用密閉空間を形成し、入口頂点高さより高い位置で、内部に濁流や漂流物の侵入による漂流物衝撃防止用機能として天井高さから下に人間や穏やかな水位上昇で漏れこぼれる水が通れるよう0.5m以上の隙間、あるいはマンホールを形成した仕切り壁を設け、入口濁流ゾーンと退避ゾーンとを分離する(実施例3、図14、16参照)。入口頂点高さより高い漂流物防止機能の高床のみを設けることもできるが、内部も入口頂点高さまで外の水位と連動するので密閉空間での圧縮される空気量が少なくなり、その分、建物を大きくしなければならない(図15参照)。仕切り壁の後方の退避ゾーンに高床を設けると足元の危険が回避できる(図16参照)。高床は、少なくとも1つは人の呼吸する鼻、口が天井近くまで届く高さの高床、足場とする。足場は組み立て式だと空間余裕が生み出せ、退避環境はさらに良くなる。当然に仕切り壁や高床にタラップや階段を設ける。設置例を列挙する。学校の例では、図7に示すとおり教室の隣クラスとの壁に一体構造として設置すると耐震補強ともなる。校庭にも必要。屋上に設けると大人数が収容できる。屋上に逃げても水位が上がる恐怖から救われる。状況を見ながら安心して退避ができるメリットは計り知れない。マンションなどでは隣り合わせの壁(図8、9参照)、ベランダ(図10参照)、敷地、屋上(図11参照)にも設置できる。図7、8、9に示すように非常階段の外壁に設けると近所や一般の人にも開放できる。非常階段を開放すれば屋上の退避部屋にも大人数で早くかけ上がることができる。この場合も、耐震補強や安全退避のメリットが大きい。屋上では床荷重の制限からの収容人数が多いと床の補強が必要となる場合もある。木造では敷地に家族、少人数分の退避部屋を設置する。共用には例えば1kmごとに目立つよう、前後左右隣の退避部屋までの距離も明示して地域住民の頭の中に日頃からインプットする。巨大な地震や、古い建物に設置する場合は一体構造体にひび割れが想定される、鋼板で強度補強する場合は、鋼板、強化プラスチックとの一体強化が有効である。防水性の補強なら、鋼板、強化プラスチック、2層以上の防水シート、これらの組み合わせを本体と離隔して敷設する方法が、外力と共にひび割れないので有効といえる。入口の周辺に取手を付けると入りやすい。中に入っている人が手助けするとスムーズに収容される。内部にスクーバ・タンクを設置しておくのも空気補充で安心につながる。引き潮後、入口に泥が堆積すると出られないので、内部にスコップを備えておく。日常の管理には、入口に押せば破れる程度の簡易防犯程度で子供が入らないような囲いが必要である。
p=16.70E(t/d)2.5、ここで、E:弾性係数N/mm2、t:板厚、d:球体の直径、したがって、p=16.70*200,000N/mm2*0.00001=3,408tf/m2>15tf/m2で、十分な耐荷力がある。浮体には、回転抑制、衝突防御のために補強リブを張り出すことも考えられる。衝撃吸収材の木片も効果的いえる。
50t/m2の荷重としてかかる。平板の等分荷重を受ける4辺固定板の最大モーメントは、平成5年版土木学会構造力学公式集のp341から、a=4m,b=6mではb/a=1.5で、表より
M=-0.0757・p・a2
ここに M:平板の等分荷重を受ける4辺固定板のモーメント
p:等分荷重(tf/m)
a:短辺(m)
したがって、p:奥行き幅1m当たりでは50tf/m、a:4mで、
M=-0.0757*50*4*4=60.56tf・mとなる。
簡易計算での終局時の必要鉄筋量は、
As=M/σs*(7/8)*d
ここに As:必要鉄筋量(cm2)
σs:降伏点又は0.2%耐力(N/mm2)
d :部材の有効高さ(cm)
したがって、σs: SD345の降伏点又は0.2%耐力=345N/mm2、部材厚35cm、かぶり10cmとすると、d=25cmとなり、As=6,056,000/3,520*(7/8)*25=78.64cm2、すなわち、鉄筋径D32を10本/mを配置すれば79.42 cm2となり、必要鉄筋量は満足できる。したがって、50mの津波でも鉄筋コンクリートの壁厚を35cmとすれば実現可能である。
構造体の中間に隔壁を設けると、モーメントはb=4m,a=6/2=3mではb/a=1.33で、表より補間して、M=-0.0699*50*3*3=31.455tf・mとなり約半減できる。建物の壁や屋上の床と一体構造とする場合、浮力は問題にならないので、建物の一般的な壁厚に合わせて薄い壁で設計できる。壁部材厚25cm、かぶり10cmとするとd=15cmで、As=M/σs*(7/8)*d=3,145,500/3,520*(7/8)*15=68.08cm2となり、鉄筋径D32を9本/mを配置すれば71.478cm2となり、必要鉄筋量は満足できる。ただし、ひび割れがあっては密閉性が保たれないので鋼板とかの強度補強で2重の安全を施すことでより安心につながる。参考として、学校の教室の壁に退避部屋を設ける場合の例を図7に掲げる。生徒40人、子供一人当たりの必要空気量は0.5m3/時として20m3、教室の横幅8m、高さ3mに1m幅の退避部屋を造れば、24m2>20m2で空気量は満足される。マンションの隣との壁に退避部屋を設ける場合の例を図8、9に掲げる。大人2人、子供2人で1時間の必要空気量は3m3、横幅8mの壁を隣どうしで半分にして、高さは3mに0.5m幅の退避部屋を造れば、(8/2)*3*0.5=6m3で空気量は満足できる。図6は鉄筋コンクリート造の重くて堅固な建物の床、中壁、天井に筒状の退避部屋を固定した場合の例である。
堤によらない早期の対策が求められる。退避部屋は、建物の骨組み構造を兼ねることも可能で、さらに耐震補強壁としても設計施工に対応可能である。また、その他地域でも既設建物に退避部屋を設置する増築工事で、より効果的な耐震対策、津波、高潮、洪水など幅広い地域防災対策が可能となる。
2ハッチ(漂流物衝撃防止機能を有す)
3翼による水平回転抑制機能
4衝撃吸収材としての木板
5取手
62点でつないだロープ
7建物の天井
8建物の側壁、外壁
9建物の床 10ハッチを設けない入口
11射流
12射流の水平掃力による転倒モーメント
13重量による抵抗モーメント
14転倒や浮力に抵抗するせん断キー
15筒状の退避部屋
16壁との固定で、ボルト、アンカー類による
17廊下
18教室の隣クラスとの中壁
19教室の隣クラスとの中壁と一体構造として増築した退避部屋
20外壁に一体構造として設置、増築した退避部屋
21非常階段
22隣どうしの中壁と一体構造として増築した退避部屋
23隣どうしの中壁を、2分割で一体構造として新築した退避部屋
24マンションのベランダ
25建物の中壁
26建物の外壁と一体構造としたベランダの退避部屋
27建物の屋上の床
28建物の屋上の床と一体構造の退避部屋
29入口頂点高さまでの水位 h(1/1)=内部の水位で必要空気量が決まる水位
30津波高さ10m、20m、30m、40m、50mの場合の水位上昇、
各h(1/2)、h(1/3)、h(1/4)、h(1/5)、h(1/6)
31内部の足場(漂流物衝撃防止機能を有す)、階段、タラップ
32仕切り壁(までの水位)(漂流物衝撃防止機能を有す)
33高床
34中壁
Claims (4)
- 想定外の津波、高潮、洪水の来襲のときでも常に漂流物衝撃防止機能を有し、密閉空間を維持し、生存必要空気量を保持し、陸上側に設置する退避部屋であって、退避入口にハッチを設け、通気孔は設けない密閉構造体を形成し、水圧による浸水を防止し、固定して設置し、固定重量が浮力に勝ることを利用して水没しても浮上しない前記退避部屋として、水没中の水圧に耐える退避部屋で、鉄筋コンクリート造等の重くて堅固な建物の壁や引き抜き抵抗の大きい鋼管構造の塔に筒状、箱状の退避部屋を固定し、あるいは建物の壁と一体構造として、身近の建物の重さ、堅固さ、高さを有効利用し、あるいはそれ以上逃げようのない屋上の高さ不足を補完したり中空2枚壁構造で耐震補強を兼ねたりして、巨大な設計外力の負担を軽減したことを特徴とする津波、高潮、洪水対策用退避部屋。
- 津波、高潮、洪水の来襲前の巨大地震で、鉄筋コンクリート造等の密閉構造体にひび割れを生じると、その後の想定外の津波、高潮、洪水の来襲で密閉性の喪失や崩壊の可能性があり、事前に前記密閉構造体の床以外の内壁5面に密着して鋼板、強化プラスチックで一体補強することで、ひび割れの内壁側への貫通防止、それによる密閉性の維持、補強材料の粘り強さ、変形追従性からの崩落防止ができることを特徴とする請求項1に記載の津波、高潮、洪水対策用退避部屋。
- 津波、高潮、洪水の来襲前の巨大地震で、前記密閉構造体にひび割れを生じるなどで密閉性を喪失する致命的損傷が発生しても生存必要空気量が保持できるよう、事前に前記密閉構造体の床以外の内壁5面沿いに防水性の補強として鋼板、強化プラスチック、2層以上の防水シート、これらの組み合わせを本体と隔離して敷設することで、本体のひび割れが遮断され、上に凸の空気保持空間が形成できることを特徴とする請求項1、請求項2のいずれかに記載の津波、高潮、洪水対策用退避部屋。
- 想定外の津波、高潮、洪水の来襲のときでも常に漂流物衝撃防止機能を有し、密閉空間を維持し、生存必要空気量を保持し、陸上側に設置する退避部屋であって、退避入口にハッチを設け、通気孔は設けない密閉構造体を形成し、水圧による浸水を防止し、固定して設置し、固定重量が浮力に勝ることを利用して水没しても浮上しない前記退避部屋として、水没中の水圧に耐える退避部屋で、前記密閉構造体と入口解放の退避部屋を組み合わせて、すなわち前記密閉構造体のハッチのある壁を中壁とし、その前面外側に、ハッチと入口解放の退避部屋内の人に対する漂流物衝撃防止機能および圧縮空気保持と安全誘導支援ゾーンの部屋を付加したことを特徴とする津波、高潮、洪水対策用退避部屋。
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