JP7212818B1 - 自宅の庭、学校、工場、魚市場等の敷地に設置する高床式津波等避難シェルター - Google Patents
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Abstract
Description
そこで庭、敷地に、避難シェルターを設置するとする。ところが多くの住宅は庭が狭く、命が助かるとわかっていても庭にそのスペースを割く発想に至らないと考えられる。ただ多くの住居の庭には、すでに駐車場、車庫のカーポートがあり、車という利便性が居住性を上回り、納得すればスペースを割いていると考える。しかし命が助かるというだけでは、100%来るかどうか不明な津波に、自分だけは大丈夫というバイアスが働き、庭の狭いスペースを新たに割くという判断に至らないと思われる。2022年1月のトンガ火山噴火に伴う真夜中の津波警報、注意報ではほとんど人が避難していない。真冬の深夜ということがあり、逃げるのが面倒、億劫、寒いから動きたくない、大した津波でないだろうというバイアス、勝手な判断だ。笛吹けど踊らず。これでは、危機管理を謳う政府としてもどうしようもない。一つには、100%助かるという避難のイメージができていないこと、来たら仕方ないというあきらめが先行していること、避難場所が近くにないことも影響している。
一般に津波避難シェルターは、家族分、住民分の水中での生存必要空気量の体積を確保するとなると大規模で、かつ津波の大きさに耐えるには特別の対策を要する。シェルターとしての要件は、津波の波力に破損しない、転倒しない、滑動しない、浮きあがらない、沈下しない、漂流物の衝突に耐える、水中となっても水圧に耐え、生存必要空気量を保持できることなどである。しかし、特別に頑丈なハッチ扉、密閉構造体の大きなシェルターとすればこれらの条件は満足するが、特段に高価であり、一般の狭い庭、敷地に設置するにはかなりの無理がある。
そこで、シェルターは、開口部を設ける非密閉構造体とする。構造体は箱状、ドーム状で、壁に開口部を設ける。開口部の出入り口4を側面壁5に設ける一般的タイプの地上式シェルター1では、その奥の内部に漂流物防止壁8が必要で、そのため生存必要空気量が前面側は有効でないので、結果、シェルターの外形は大きくなる。また、漂流物防止壁を乗り越えて奥に入るために窮屈で、迅速避難に劣る。また、単にシェルターをそのまま2階に上げる嵩上式2では、出入り口4を側面壁5からとすると相変わらず窮屈さが残り、迅速避難に劣る。そこで、出入り口4を下面壁7に設けると避難が早いと考えた。下面に地面があるのでシェルターを2階とする必要がある。2階とすると、波圧による転倒モーメントが大きくなるので基礎を兼ねた下に空間のある高床式シェルター3とする。アルキメデスの原理で水中の軽い空気は上昇するので箱状の上部に溜まる。ボイルの法則で例えば水深10m、20mとなれば内部空気体積は1/2、1/3に圧縮されるが必ず容積内上部に残る。パスカルの原理で外水圧と内水圧が等しいので側壁、天井壁には深い水深による特別のモーメントがかからない。すなわち、壁の厚みはそれほど厚くなくてよい。海底30mの石がつぶれないのと同じ原理である。ただし、津波の横方向からの波圧は同様にかかる。出入り口を下面に設けることで内空の全体積が生存必要空気量を保持するのに有効に使え、シェルターの外寸法を小さくできる。下面の出入り口は広くとってもその上の生存必要空気量は同じなので複数の人の同時避難も可能となる。側面壁高さを低くもでき、津波の横波力を受ける側面積が少なくなり、転倒モーメントが小さくなる。すなわち、上が小さくなれば下も小さくできるということであり、基礎となる一階部分を小さくすることができる。このことは、設置ための必要面積、所要占用面積が小さくなるということであり、狭い庭、敷地を縮小、圧迫しないという課題が解決できる。ここで側壁高を低く設計する。低くすると津波の横力に対して抵抗モーメントが大きくなるメリットがある。しかし反面、天井が低くなり窮屈となる。シェルターの下面の出入り口高さは、低ければ低いほど津波の波力の影響が少ないが、地面から上がり込みやすいように例えば地面から50cm以上とし、出入り口の下には、踏み台、脚立、はしご、タラップ、ステップ階段を用意する。引き潮時には、2階の下部の出入り口からの水はけが素早く直下に抜ける。津波の1波、2波、その次の波の合間に空気の入れ替えが素早くできる。そのために高床式シェルター3の底面高さは、地域の津波の引き潮高さ以上とする。シェルター内の結露対策でも下部の出入り口から容易に滞水が落下するので、維持管理の手間がかからない。波圧をできるだけ受けない構造的な工夫として1階の基礎部では津波の波圧を受けない方向に向け、すなわち、海岸方向に向け波が筒抜けとなるトンネル中空状の壁面壁、または波圧を受け流す、抜けやすいスリット状の構造を考える。
次のステップとして、住民の合意を得る必要がある。
カーポートの建坪、スペースを利用することで、狭い庭のスペースを割かなくても済む方法を考える。そうすれば住民を説得できるはず。すなわち、カーポートと同じ面積かやや大きいスペースを活かし、2階に立体的に有効利用するとすれば、シェルターを庭に構築することで合意、納得を得るという課題を解決できる。1階がカーポート、2階が避難シェルターの構造で、有効利用した兼用工作物といえる。カーポート以外にも、住民が納得しやすい提案でもよい。一戸建て住宅では、カーポートのほかに倉庫、作業室、勉強部屋、ピアノ消音室、温室栽培室など、マンションでは、集会所、小会議場、料理教室、趣味教室、清掃用具庫、備蓄倉庫でもよい。工場では、資材置き部屋、休憩室、会議室、娯楽室など、小学校では、清掃用具庫、着替え室、部活室など、各家庭、学校、職場に応じた用途、メニューがあれば話は前に進みやすい。その施設、用途に応じた空間を1階に確保する。その幅、奥行き、高さを有する空間を確保する基礎構造、またはそれら前記施設の周囲を覆う基礎構造とすることにより、シェルターの波圧に対する抵抗が広い面積から得られ基礎部空間を有効利用することができる。工事期間中は、横に駐車できないときは、近くの駐車場を借りてもらうことで、工事スペースの確保の課題が解決できる。もしくは、カーポートの底地面積の直近外側に、カーポートを使いながら整備する方法として構造物で覆う形式でもよい。工事期間を短縮するには、プレキャストコンクリート製とし、クレーンで組み上げる。ここで、下に有効利用するとなると高床式のシェルター高さはその分、高くなることを理解してなくてはならない。既にあるカーポートの面積を利用することができれば庭の面積は減らないので、特別な抵抗感はあまりない、むしろそれならと歓迎されると考える。カーポートほどの大きな底面積があれば、家族用シェルターの転倒に対して十分に抵抗する設計ができる。とはいっても、カーポートの中には車があり、それなりの高さも必要とする。そこで、高さ方向に立体利用する。2階に構造物であるシェルターを設置し、1階は車を収納できる空間、中空を確保しつつ、兼ねて避難シェルターの基礎構造とする。シェルターの荷重を支えるためにも一体構造とすることで、カーポートに必要とされる広い平面積が有効に荷重分散に働き、転倒抵抗モーメントが大となり、転倒しない。高床式とすれば、波力を受ける津波の浸水深さがその高さ分少なくなり、浸水圧力も減少し、引き潮で内水が吐けるので浸水継続時間も短くなり身体への負荷の課題も解決できる。2階のシェルターでは、地面から下面までの嵩上げ高さ相当分の水圧が軽減され、津波の引き潮となる水位低下に伴い、浸水した水も同期して排出されるので、当然に内部の水はけがよくなり、周辺水位が出入り口高さより低くなると、開口部からいち早く内部空気が入れ替わり、新鮮な空気を吸うことができ、閉塞空間での息苦しさを軽減するという課題を解決できる。結露による内部滞水も自然落下で吐けるので維持管理上の手間もない。1階を基礎として利用することで、地上のシェルターの基礎部分が省略、または兼用できる。1階を壁構造にするか、スリットのある壁、柱にするか選択する。前者は頑丈であるが波圧を大きく受ける。この場合の壁は、筒状で、筒の設置方向を海岸からの波が抜ける方向に、すなわち海岸方向に向かって波圧を受けない空洞、筒抜け構造とすれば転倒モーメントの影響はほとんどない。後者も設置の向きを同じ考え方とするが、比較的全方向に波圧を受け流すので構造負担は少ないが、漂流物の衝突で部分破損はありうる。ただ、1本の柱が破損し多少傾斜しても、2階のシェルターの性能にはほとんど影響ない。壁構造にするにしても、カーポートとしての車出し入れの用途を妨げてはならない。入り口には、シャッターがあるとして、奥側にも全面壁でなく大きな窓とかが良い。シャッター、窓ともに、津波の波力で破壊され、波流は中の車とともに筒抜けとなるので2階のシェルターには転倒の影響がない。スリットのある壁、柱構造では、通風性がある。壁間、柱間のスリットに、ガラス窓を挿入しておけば、津波に無抵抗で破壊され、本体の転倒に影響があるほどでなく、採光を望む多用途に最適となる。自宅の勝手口ドアから、飛行機搭乗用のような覆いのあるタラップを通れば、真冬の寒い真夜中でも、億劫がらずに迅速に避難できる。シェルターの中に暖房を用意してもよい。ただし、一酸化炭素中毒にならないよう、カイロか、ダウンジャケットなど。安全に配慮するなら、内容積を人数分の2倍にする。このことで酸素が2倍となり浸水したままで2倍時間生存できる。酸素ボンベを中に準備することでもよい。また、高床式津波等避難シェルター3は、異常気象による洪水、高潮や、堤防決壊の水害に対しても有効である。
住宅、学校、工場等の庭、敷地に設置する高床式津波等避難シェルター3であって、1階を基礎部、2階を前記シェルター部とし、コンクリートを主材とする基礎一体型構造で、1階の基礎部は、津波の波力による2階の前記シェルターを含む全体の転倒モーメントに対して十分な底面積を有することとし、波力を筒抜けとするトンネル状の壁構造、または波力を受け流すスリット壁、柱としたスリット構造でなる構造10とし、2階の前記シェルター構造は、箱状、ドーム状、円筒状の非密閉型の壁構造で、側壁5と天井壁6に開口部、窓を設けず、下面壁7にのみ出入り口4を設け、1階の天井部から貫通する開口とすることで、前記シェルターは密閉構造のような厚い壁を必要とせず、内空体積の全てが水中での生存必要空気量として活かせるので、前記シェルターの容積、壁高さを小さくでき、このことで波圧による転倒モーメントを軽減でき、また下面部の開口部は広くとっても内部の生存必要空気量は同じなので広い開口とでき、複数人の避難が同時にでき、さらに津波水位低下時に空中となる開口部により内水の落下を促進し新鮮な空気に入れ替わりやすいことを特徴とする。
津波の来襲は昼夜を問わずなので、
家族用のシェルターの大きさは、4人家族、1m3/時間・人として、内空気体積として、1.7mの仮立方体を想定する。1.7*1.7*1.7=4.913m3。 図1に示す地上式シェルター1は、出入り口4が側壁5となるシェルターで、壁厚0.25mとし、内部に漂流物衝突防止壁8を有するのでその前空間は空気保持に有効でないとすると、底面積は、横(0.25+0.75+1.7+0.25)*奥行き(0.25+1.7+0.25)=2.95*2.2=6.49m2、津波は図の右側から来るとして、津波の波圧による横方向力を受ける外面積は2.2m*2.2m=4.84m2で受け、転倒モーメントが大きい。図2に示すそのまま嵩上げた側壁出入り口の嵩上げ式2としても、相変わらず側壁5の出入り口では避難が迅速でない。内部の漂流物衝突防止壁8を乗り越えての避難になるので内空高さ1.7mを縮小することができないので受ける横方向力は同じく大きい。
図3、図4、図7、図8に家庭用高床式のシェルター3を示す。出入り口4をシェルターの下面壁7に設けるとすれば、漂流物衝突防止壁が必要でなくシェルターの全体的スケールを小さくでき、波圧を受ける面積も小とすることができる。下面に出入り口の高床式の場合、地上式と同じ内空体積、底面積として必要高さを求める。内空高さ=4.913m3/(0.75+1.7)m*1.7m=1.180mで、津波の波圧による横方向力は外面積2.2m*(0.25+1.18+0.25)m=3.696m2で受け、地上式の4.84m2よりかなり面積が小さく、転倒モーメントを小さくできる。ただし、内空高さは1.5m程度に上げるほうが現実的といえ、この場合でも 津波の波圧による横方向力は外面積2.2m*(0.25+1.5+0.25)m=4.4m2<4.84m2で受け、転倒モーメントを小さくできる。このときの内空体積は、1.5*1.5*2.25=5.06m2と増え余裕ができる。高床式の出入り口を下面に設けると漂流物衝突防止壁を乗り越える必要がないので避難も迅速である。
図13、図14、図17、図18に高床式の多人数用のシェルター3を示す。出入り口4をシェルターの下面7に設けるとすれば、漂流物衝突防止壁が必要でなくシェルターの全体的スケールを小さくでき、波圧を受ける面積も小とすることができる。下面に出入り口の高床式の場合、地上式と同じ内空体積、底面積として必要高さを求める。内空高さ=60m3/(6+1)m*5m=1.714mで、津波の波圧による横方向力は外面積5.5m*(0.25+1.714+0.25)m=12.177m2で受け、地上式の13.75m2より面積が小さく、転倒モーメントを小さくできる。内空高さ1.714mは現実的といえる。出入り口を下面に設けると漂流物衝突防止壁が必要ないので、同じ内空積で壁高を低くでき津波の波圧による横方向力を受ける面積を少なくでき、転倒モーメントが小さく有利となる設計が可能である。避難も迅速である。
生存必要空気体積は、下面7より上の空気体積となるので、出入り口を広くしても生存必要空気量が減ることがないので多人数の同時避難が可能であり、迅速であるメリットは大きい。就寝中のマンションの多くの住民も即避難できるように日ごろの訓練が大切だ。マンションに上層階があれば特に逃げる必要がない場合もある。
各家庭、マンションに設置となれば、夜間の100万人の犠牲者が救われる。32万人の命が助かる。
庭の高床は50cmから1m程度の高さであるが、カーポートと有効利用すると2m以上の嵩上げを必要とする。ただし、庭の面積は減らない、まさしく有効利用、立体利用である。高床の1階基礎部をトンネル状の壁構造として車庫のシャッター方向を海に向けば波が抜け波圧を軽減できる。もともとの道路の塀の壁位置に設けても、それなりに波を避け、あるいは抜けて波圧が減少する可能性がある。シェルターが大きな波力を受けてもその下の基礎構造が縦長、幅広の余裕があるので、逆に十分な転倒抵抗が得られる。
下にマンションの集会所を設ける有効利用では、図15、図16、図19、図20のように集会所の天井壁とシェルターの底面壁を兼ねることができる。集会所の天井壁とシェルターの底面壁が一致した開口部の出入り口で、下の集会所から階段などで上りいち早く3か所の出入り口に分散して避難する。学校では、高床の空間を体育道具入れ倉庫として有効利用できる。シェルターの空間中にも掃除用具を保管して、躊躇せず放り出す。工場では、清掃具倉庫、道具倉庫として有効利用できそう、発想は無限だ。高床式は、助かる希望とともに設置場所の施設との有効利用で楽しみが広がる。
2嵩上式津波等避難シェルター
3高床式津波等避難シェルター
4出入り口、開口部
5側壁
6天井壁
7下面壁,底面壁
8漂流物衝突防止壁
9嵩上げ柱
10トンネル状の壁式基礎、またはスリット壁、柱の基礎
11カーポート、車
12窓ガラスの大きい集会所、天井がシェルターの下面壁と兼用
13空気保持独立体、ポリ袋、ビニール袋、ゴム袋
14ゴムホース管
15アンカー
16ロープ
17地面、地盤面
Claims (1)
- 自宅の庭、学校、工場、魚市場等の敷地に設置する高床式津波等避難シェルター(3)であって、1階を基礎部、2階をシェルター部とし、コンクリートを主材とする前記シェルター部と前記基礎部の一体型構造で、1階の基礎部は、津波等の波力による2階の前記シェルター部を含む全体の転倒モーメントに対して十分な底面積を有することとし、波力を筒抜けとするトンネル状の壁構造、または波力を受け流すスリット壁、柱としたスリット構造でなる構造(10)とし、2階の前記シェルター部は、箱状の非密閉型の壁構造で、側壁(5)と天井壁(6)に開口部、窓を設けず、下面壁(7)に出入り口(4)を設け、1階の天井部から貫通する開口とし、津波等の水平方向からの波力に対して一体型構造として、前記1階の基礎部の底面積を前記2階のシェルター部の底面積より大きくしたことを特徴とする自宅の庭、学校、工場、魚市場等の敷地に設置する高床式津波等避難シェルター。
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