論文

個別建物の耐震性能が地域の避難安全性にどの程度寄与しているか定量的に明らかにする手法を構築し、地震防災マップとして可視化する方法を提案した。まず被験者実験に基づき倒壊建物の瓦礫で道路閉塞がある道路網における避難経路の選択モデルを構築し、これを避難シミュレーションのエージェントモデルに組み込んだ。耐震補強の優先順位の評価指標として、単位時間当たりの避難所到着人数に関する建物の耐震補強前後の比を提案した。地域の地震の揺れの大きさとして震度６強を想定した場合、どの道路リンクの建物を補強すべきか明確に判断できることを確認した。

超高層建物に設置されたエレベーターはロープスウェイ問題を引き起こす可能性がある。これを解決するため，複素完全二次結合法により建物‐エレベーター系の応答を調べ，リスク評価を行った。想定震源域は近年被害地震を発生させた新潟県中越地区と千葉県北部である。エレベーターのかごの停止位置によってはロープの固有周期が建物の固有周期とずれることにより被害リスクが低減することが明らかとなった。

超高層建物のエレベータロープの横振動の問題を解決するため，複素完全二次結合法により建物とメインロープの地震被害リスク評価を行った。建物所在地は東京都新宿を想定し，新潟県中越地区と千葉県北西部で地震が発生しうるとして解析した。高さ50～100 mの建物では，エレベータのかごが上層階に位置するときにかごが振動することで被害リスクが高まった。また，高さ50～250 mの建物では，かごまたは釣合い重りの位置が下層階に位置するときにロープの共振が原因で被害リスクが高くなった。

防災科学技術研究所ではEシミュレータを開発するプロジェクトが進行中である。Eシミュレータは，並列計算有限要素解析ソフトウェアであるADVENTUREClusterをプラットフォームとして用いている。2007年9月にEディフェンスで行われた実大完全崩壊震動台実験の試験体である4層鋼構造建物の崩壊挙動のシミュレーションを高精度で解析した結果を報告した。弾塑性動的応答が塑性ヒンジや合成梁効果といったマクロモデルを用いることなく高い精度で推定できた。

CGCG法は，有限要素解析を並列計算によって高速化するために，領域分割法に基づく前処理を導入した繰り返し計算によるサブストラクチャー法である。防災科学技術研究所の数値震動台は，CGCG法を実装した商用コードであるADVENTURECluster (ADVC)をプラットフォームとして開発が行われており，1千万自由度以上の動的非線形問題を解くことができる。仮想震動台実験の例として，鋼構造骨組の動的非線形解析を示した。

防災科学技術研究所で開発が行われているE-シミュレーターは，最終的には全体・局所両方の地震応答をシミュレーションするためのソフトウェア環境を提供することを目指している。このプロジェクトの一部として行った31層鋼構造超高層建物の弾塑性応答解析と実大震動台実験が行われた4層骨組モデルの解析例を示した。細かいメッシュのソリッド要素を用いてシミュレーションすることで，塑性ヒンジなどのマクロモデルを導入することなく全体・局所両方の高精度の応答推定ができた。

容易に様々な形態や内部空間を取ることができる構造として，スナップスルーの原理を用いた多安定点構造を提案した。まず，提案構造の安定形態と応力分布を知るために形態解析法を定式化した。次に，形態変化に必要な外力の大きさを計算する方法に基づき，設計支援システムを提案した。最後に，提案構造の適用性や実現性を示すため，縮小モデルによるいくつかの形態解析例を示した。

本研究では，まずアクティブマスダンパーや連結制震によって制御された超高層建物のエレベータロープの振動特性を明らかにした。最適制御のコスト関数を建物とロープの距離を減らすように定式化した場合，とくに高周波帯域で建物応答が悪化する。この欠点を克服するため，周波数整形LQG制御と可変ゲインフィードバックによる制御方法を提案した。模擬地震動を用いた時刻歴応答解析を行い，提案手法により建物とロープの両方の応答が効果的に低減できることを確認した。

地震動を受ける最適レギュレータ(LQR)で制御された構造システムの同時最適化法を提案する。LQR制御系は等価な非制御系に変換し，固有周期と減衰係数を導出する。地震動は設計用応答スペクトルで考慮し，最大応答と最大制御力を推定する。同時最適化は次の2段階で行う。1) 設計許容領域を評価する。2) 全体系のコストの目的関数を最小化する。数値解析例として，LQR制御された一質点系の同時最適化を行った。

防災科学技術研究所兵庫耐震工学研究センターで2007年9月に行われた実大震動台実験の4層鋼構造骨組の有限要素解析による崩壊挙動シミュレーションについて報告した。解析にはADVENTYRECluster (ADVC)をプラットフォームとした並列有限要素解析ソフトウェアであるE-Simulatorを用いた。塑性ヒンジや合成梁の効果といったマクロモデルに頼ることなく，有限要素解析によりよい精度で弾塑性の動的応答が推定できることを明らかにした。

地震の際，高層建物のエレベータロープの横揺れが問題となっている。建物の地震応答を制御するアクティブバスダンパーを用いてエレベータロープの横揺れを制御することを検討した。制御則には線形二次レギュレータを用いた。建物とロープの相対変位，建物の層間変形，絶対加速度応答について，振動数領域と時間領域の両方に対し数値解析を行った。その結果，ロープの横揺れを考慮した制御は地震動を受けた後のロープの応答を効果的に減少できることがわかった。

不均一地動が多スパン１層木造建物に及ぼす影響について，水平構面の剛性を考慮し分析を行った。不均一地動のシミュレーション波を用いた時刻歴応答解析により柱と水平構面の最大変形角を解析した。その結果，水平構面が剛になるほど，また建物が長くなるほど，とくに柱よりも水平構面で応答が大きくなることがわかった。モード解析により考察を行い，水平構面の変形が大きくなる高次モードの励起が原因であることを示した。

建物の損傷発生を精度よく推定する等価線形モデルの分析を行った。従来法では全層に等価剛性を与えるが，Ai分布に基づく剛性では最下層が損傷しやすい。そこで，最下層のみ剛性低下する，層せん断力等価モデルとエネルギー等価モデルの2種類を検討した。等価減衰は非線形モデルの消費エネルギーと等しくなるよう設定した。入力地震動900波を用い精度を比較した結果，層せん断力等価モデルが高い精度を持つことが明らかとなった。

様々な工業製品の設計解析において，大規模構造計算は重要で現実的なツールになりつつある。有限要素解析における解析の並列化の困難は克服されつつあり，近年の高性能計算機を有効活用できるようになってきている。兵庫耐震工学研究センターの数値震動台（E-シミュレーター）は，解析コードADVENTUREClusterをプラットフォームとしており，コースグリッド共役勾配法を用いた並列解析により陰解法による大規模構造解析を可能にした。これを用いた31層超高層建物の地震応答解析の事例を報告した。

地域的な耐震性能の違いを考慮し木造建物群の被害推定を行うため，耐震診断から得られる耐震性能指標の確率分布モデルを用いた被害関数を提案した。剛性と耐力に関わるパラメータについて，地震観測記録と被害統計に基づき検討を行った。約100棟以上の診断データから良好な近似モデルが推定できることを明らかにした。2次元正規分布モデルを用いる方法が一棟ごとのデータをランダムサンプリングデータとみなす方法と同等の精度が得られることを示した。

領域分割法に基づく大規模並列有限要素法を用い鋼構造骨組の動的崩壊挙動を解析する新たな枠組みを提示した。解析には防災科学技術研究所の数値震動台の一部をなす解析ソフトウェアADVCを用いた。1層ならびに5層骨組の詳細なメッシュの有限要素モデルを構築し，高精度の動的解析により柱や梁の複雑な局部座屈の過程について全体と局部の挙動を同時にシミュレートしている。31層骨組の固有値解析結果は7000万自由度のソリッド要素モデルの動的解析が可能であることを実証している。

地区耐震化を支援するために、住宅の耐震補強効果を定量的に評価する手法を提案した。地震発生後には建物倒壊により道路閉塞が生じうる。本研究ではこの閉塞により孤立する避難者の数に注目して評価地域内の住宅に耐震補強の優先順位を評価した。指標には耐震化前後での評価地域内の避難不能者の合計人数の差を用いた。また、マルコフ連鎖モンテカルロ法を適用することで道路閉塞状況の抽出方法を改良した。提案手法では、震度6強の地震動を想定した際に耐震補強の優先順位を効果的に示すことができる。

強震動は制震システムのセンサやケーブルを損傷しうる。大きな地震動においても制震性能を保証するため、冗長性を持ち、測定誤差や状態量の推定精度の悪化に耐えうる振動制御システムを提案した。センサの精度を監視するため、状態量の推定精度を定量化した信頼性パラメータを導入した。これを用い、建物の地震応答を低減し、冗長性とロバスト性を持った振動制御システムとするため、線形二次ガウス型制御理論に基づく新たなアルゴリズムを設計した。

鋼構造骨組の構成要素である合成梁および合成梁からスラブを除いた純鉄骨を，ソリッド要素を用いた詳細有限要素モデルとしてモデル化することにより，部材実験の静的繰り返し載荷の下での非線形挙動の再現を試みた。その結果，純鉄骨モデル，合成梁モデルとも概ね実験の挙動を追跡できることを示した。また，柱とスラブの接触など局所的な現象が合成梁の挙動に与える影響を考察した。

公的不動産の最適な管理計画を導出するため，地震リスクを考慮したリアルオプション法を用いた最適化手法を提案した。地震リスクをリアルオプションにおける将来の不確実性と考えることで，地震被害を低減し，プロジェクト価値を最大化する計画を導出できた。また，提案手法の有効性を検証するために，教育施設の耐震改修事業を対象としたシミュレーションを行い，地震被害を低減し，プロジェクト価値を最大化する計画を導出できることを示した。