論文

建物の減衰モデルの改良に向けて、軽量コンクリート(ALC)パネル外壁の力学的挙動をソフトウェアE-Simulatorを用い分析した。防災科学技術研究所E-Defenseの実大４層鋼構造建物震動台実験に関連したロッキング構法ALCパネル外壁の要素実験を再現するため、試験体と加力装置をソリッド要素、剛体梁、線形拘束式でモデル化した。変形角0.02 radまでの静的漸増振幅交番載荷のシミュレーションを行った。ALCパネルの塑性変形と摩擦によるエネルギー消費が変形角0.015 radを超えると顕著に増大することを確認した。

建物－設備連成系の地震被害を低減するため、制震装置のパラメータ設計の枠組みを検討した。供用期間の被害発生確率の最小化に基づく繰り返し計算によって準最適解を導出する方法を提案した。2階と15階にサーバーが設置され、最上階に制震装置を有する15階建てデータセンター建物のモデルを用い、提案手法の有効性を検証した。その結果、数回の繰り返し計算で準最適解が得られることを確認した。

建物の振動を低減するロバスト分散制御法をリャプノフ関数に基づき構築した。柔軟な制御設計を可能にする無次元化パラメータを導入し制御則を構成した。また、フィードバックゲインが有限となるセミアクティブ制御に適した表現を提案した。制御力配置行列が正則である系に対し、性能を解析的に証明し実用的な性能クライテリアを導いた。一自由度系の例に対し、各パラメータが及ぼす影響、クライテリアの有効性、構造パラメータの不確定性に対するロバスト性を検討した。また、二自由度系に対し、制御系設計を行い、その性能の分析を行った。高層建物の縮小試験体の振動台実験を行い、提案手法の有効性を確認した。

同調質量ダンパー(TMD)を有する大空間構造物の形状・制御系の同時最適設計手法を提案した。目的関数はサイン波入力に対する構造物の最大絶対加速度応答により定義される。また，設計意図を考慮するため，最適形状と初期形状の差異を制約とする。非対称ヴォールト構造物に本手法を適用し有効性を検証した結果，最適形状ではサイン波入力だけでなく様々な周期の地震動に対する最大絶対加速度応答が低減できた。また，TMDにより初期形状に近い形状で応答を低減できることが確認できた。

軽量コンクリートパネル外壁の力学的挙動を有限要素解析により分析した。外壁ロッキング構法の試験体をソリッド要素，剛体梁要素，線形拘束式を用いてモデル化した。数値震動台（防災科学技術研究所で開発中の有限要素解析ソフトウェア）を用いて，変形角1/50radまでの静的漸増振幅交番載荷のシミュレーションを行った。Oボルト周辺と，受けアングルに接触するパネルの角部でコンクリートパネルが塑性変形しエネルギーが吸収される様子を詳細に分析した。

屋内におけるロボットを用いた避難誘導について、被験者実験を行い検討した。実験の結果、ロボットによる誘導の有効性が確認された。実験における測定データに基づき、歩行速度や避難路選択にかかる時間の確率分布を考慮したエージェントモデルを構築し、複雑な廊下を持った建物内の避難シミュレーションを行った。エージェントシミュレーションにより、効果的に避難誘導できるロボットの位置を求めることができることを示した。

制振装置付き免震床上にコンピューターサーバーが設置された、最上層に制振装置を有するデータセンターの制御パラメータ設計法を提案した。制御目的は、地震時においてもサーバーの動作を継続するため、サーバーの加速度と免震床の変位の低減とした。線形弾性モデルを構築し、線形二次ガウシアン(LQG)制御の評価関数を定式化した。制御パラメータと地震応答の関係を分析し、得られた知見をもとに、建物とサーバーの双方の応答を効果的に低減するパラメータ設計法を構築した。

慶應義塾大学矢上キャンパスの建物である創想館の制震システムの性能向上を目的として，地震観測記録を用いたシステム同定を行った。地震応答解析の結果，同定されたパラメータを用いて制御系設計をした場合，設計当初のパラメータを用いた場合よりも最大で4%程度の制御性能の向上が確認できた。しかし，制御性能は十分に高いとはいえず，一層の性能向上を目指すために他の制御手法を検討する必要がある。

設備機器の転倒や振動による機能障害は，地震時の深刻な被害の一つである。本研究では，データセンターのサーバーの損傷をその一例として，その被害を低減する建物の最適制御について検討した。まず，典型的なデータセンターとして，制震装置を伴う鉄骨造建物を考え，免震台およびサーバーとの連成系モデルを構築した。次に，時刻歴応答解析によって，サーバー，免震台の応答を求め，フラジリティ評価を行った。最後に，設備機器の被害低減に向けた制御器のパラメータ決定手法について提案した。

PD制御系について白色雑音下の最大制御力の予測式を提案した。まず、変位と速度応答の一次結合で表される応答の最大値を固有値解析結果から導く方法を定式化した。次に、全層にアクティブブレースを有する3階建て建物と25階建て建物の2つのモデルについて、提案式の推定値を時刻歴応答解析の結果と比較し精度を検討した。入力地震動は白色雑音地動と設計用入力地震動をそれぞれ100波用いた。白色雑音下では絶対加速度で一部10%を超える誤差が生じるものの、層間変形と制御力では誤差は10%以下で、設計用入力地震動下でも25階建て建物モデルではいずれの応答も誤差が10%以下であることが確認された。

住宅の耐震補強の効果を避難安全性の観点で評価する新たな定量的評価法を提案した。地震時，倒壊した住宅の瓦礫で道路が閉塞することにより住民が避難できず孤立してしまう確率に基づいて耐震補強する住宅の優先順位を評価した。マルコフ連鎖モンテカルロ法を用い，サンプル抽出法を改善した。また，耐震補強前後の孤立避難者数の期待値の差を取った新たな指標を導入した。

建物の機能停止は地震動による深刻な影響の一つである。データセンター内のコンピューターサーバーに関し，被害を軽減する建物の線形最適制御法について検討を行った。まず，建物最上層にアクティブ制御装置を備え，免震床上にサーバーが設置された建物モデルを構築した。次に，模擬地震動をモデルに入力し，最大応答を求め，サーバーのフラジリティ曲線を評価した。そして，異なる階に設置されたサーバーについて，被害リスクを低減することができる制御パラメータを明らかにした。

制震装置を建物と免震床の双方に持つデータセンターを想定し、制御スキームと制御パラメータを決定する方法を提案する。地震時もコンピューターサーバーのオペレーションを継続するため、サーバーの加速度と免震床の変位を低減することを目的とする。線形弾性モデルと線形二次ガウシアン制御の評価関数を構築し、制御パラメータと応答の関係を分析した。その結果、提案手法が建物とサーバーの両方の応答を最小化するパラメータを導くことができるのを確認した。

設備や非構造部材の被害を低減するためには設計者・技術者間のコミュニケーションが不可欠である。人命保護などの要求性能にはサブ性能のヒエラルキーが存在しており、役割分担と協調のため、性能というコンセプトで展開される技術コミュニケーションが作り手側に求められる。また、構造設計者は、利害関係者の要望を吸い上げ、安全性能を具体化し実現するプロセスにより積極的に関わるべきである。従来の耐震設計などの性能チェックにとどまらず、多分野と連携し、居住性や事業継続性など建築主や社会のニーズに応えた建物を実現する性能設計の普及を期待する。

中間層免震建物の白色雑音外乱における層間変形と床応答加速度を予測するため、複素モード合成と一自由度系の周波数応答に基づく応答予測式を提案した。時刻歴応答解析の結果と比較したところ、予測式は過減衰モードを含む系でも高い精度を有することが確認された。予測式と遺伝的アルゴリズムを用いた中間層免震建物の最適化手法を提案し、最適解では各種応答を許容範囲内に収めながら、加速度応答を低減できることが示された。

体育館の屋根などの大空間建築の構造形状と制御系を遺伝的アルゴリズムを用いて設計する同時最適設計手法を提案した。本研究では，避難施設として指定される学校の体育館などを対象とし，天井落下被害を低減させるために，絶対加速度応答の低減を目的とした。また，制御系としてコストの低いパッシブ制震である同調質量ダンパーを用いた。提案手法により，設計者の望む形状でありかつ地震応答が小さい形状を得ることができた。

4層鋼構造骨組をソリッド要素でモデル化し、防災科学技術研究所E-ディフェンスで開発中の数値震動台により動的崩壊解析を行った。解析コード・解析結果の検証・確認をE-ディフェンスで行われた実大試験体実験の結果との比較により行った。1995年兵庫県南部地震のJR鷹取観測記録の60%と100%加振波の地震応答解析を行ったところ、第1層の層せん断力と層間変形角は良好に一致した。また、塑性座屈による骨組の全体応答と局部の変形がシミュレーションで再現できることを確認した。

免震構造骨組の地震応答解析を行った。鉄筋コンクリート骨組と積層ゴム免震支承は6面体有限要素に分割しモデル化した。ゴムの材料特性にはOgdenモデルを用い、骨組は弾性応答を仮定した。モデルの自由度は300万以上で、地震応答解析は防災科学技術研究所Eディフェンスで開発中のEシミュレーターを用いた。シミュレーションにより全体・局部両方の応答が高い精度で評価できることを示した。

木造建物の地震被害の推定精度を向上する目的で，耐震診断データの確率密度関数により地域的な耐震性能の違いを考慮した被害関数を定式化した。この被害関数は地震動入力に加速度応答スペクトルを用いているため，地震動の周期特性と建物の固有周期の関係を考慮することができる。阪神・淡路大震災の自治体による被害調査データを用い，被害推定精度の検証を行い，既往研究の建物フラジリティ曲線よりも精度が高いことを示した。

西宮市を対象とした阪神・淡路大震災の被害データベースの構築に関し，深層基盤深さ，表層地盤厚さの分布をモデル化し，重複反射理論に基づく１次元等価線形解析により地震動分布シミュレーションを行った。構築したデータベースを用いて地震動強さと建物被害との関係を分析したところ，地表面最大加速度よりも速度との相関が高く，また木造建物の全半壊率は速度応答スペクトルの周期帯0.3秒〜1.0秒の平均と比較的相関が高いことなどが明らかとなった。