津波荷重の算定方法を、例題を通して確認する

この記事の要点

津波荷重は津波の水位と構造物の受圧面積から算定し、波力＝静水圧の約3倍相当として扱うのが基本です。

建物の幅が大きいほど受ける津波荷重は大きくなり、ピロティや軽量外壁など荷重を逃がす設計が有効です。

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東日本大震災が起きて７年経ちますが、まだ私たちの記憶・脳裏に焼き付いている災害の１つが津波です。

他の地震と違って特筆すべきは、なんといっても津波による被害でしょう。過去に、同規模の地震はありましたが、これほどまでに大きな津波はなかったのです。

しかも被害のほとんどが津波によるもので、その破壊力に構造設計者は虚無感を覚えました。

さて、それから数年経って今では津波避難ビルとか、津波タワーの設計を行うようになりました。津波荷重に対する国の指針もでています。

そこで今回は、地震より巨大な津波荷重を算定してみましょう。

津波荷重の特徴

地震力が建物の自重に起因するものなら、津波荷重は建物の幅が関係しています。それは風荷重に近いものがあります。

ですから、軽い鉄骨造が、津波にとって格好の餌食になるわけです（自重が軽い鉄骨造では、地震力が小さいので部材が細くなりがち、しかし津波荷重は自重に無関係）。

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津波荷重の設定で重要な２つの係数

津波荷重を算定するためには２つの係数が必要です。

１つは、「水深係数α」。これは、想定する津波高さを余分に見込むための係数です。通常２～３倍とします。今回は、３倍を想定します。

次に、「設計用浸水深」です。これは、想定する津波高さで、各自治体や地方の決めがあるので確認しましょう。ここでは、ｈ＝4.5ｍとします。

津波荷重の算定

いよいよ津波荷重を算定します。まずα＝3.0倍、ｈ＝4.5ｍより、設計用津波高さ＝3.0×4.5＝13.5ｍです。

要は13.5ｍの津波がくる、と考えるのです。

次に単位体積重量＝1.0t／m³、重力加速度＝9.81です。これより、津波荷重をSI単位系に直すと、

ｗ＝1.0（t／m³）×9.81(m/s2)＝10kN／m³

です。

津波荷重の分布形は三角形と仮定します。つまり、下図のように示すことができます。今回は、この津波荷重が３層のラーメン構造物に作用すると考えましょう。

三角形分布の荷重なので、最大値135ｋN／㎡（13.5ｍ×10）に対して比率で各位置の津波荷重を算定できます。各層の津波荷重は階高の半分～半分までの荷重ですね。あとは、各層に対して、台形荷重を算出すればよいのです。

例えば、屋根レベルの津波荷重は、

（45+60）／２×3.0／2＝78.75ｋN／ｍ

です。同様の要領で各層の津波荷重を算定すると、

３F　（60+90）／２×3.0+78.75＝304ｋN／ｍ

２F　（90+120）／２×3.0+304＝619ｋN／ｍ

基礎　（120+135）／２×3.0+619＝1002ｋN／ｍ

となります。

あとは、建物の幅（津波の受圧幅）をかけることで津波荷重を算定できます。

よって、建物の幅が長い建物は不利と言えます。

しかも、鉄骨造のように軽ければ、抵抗する重量も小さいので、倒れてしまいます。

混同しやすい用語

津波荷重（つなみかじゅう）

津波の流体力による水平荷重。

波の速度と水位から算定し、静水圧の約3倍を設計値とするのが一般的。

建物の幅（受圧幅）が大きいほど全体荷重が増加する。

風圧力（ふうあつりょく）

風による水平荷重。

風速と受圧面積から算定する。

津波荷重と同様に水平力だが、作用機構（流体の種類・速度・密度）が大きく異なり、設計手法も別途定められている。

試験での問われ方｜管理人の一言

津波荷重は建築基準法や学会指針に基づき算定します。

試験では「津波荷重は静水圧の約3倍」「ピロティ形式で波力を低減できる」という概念が問われることがあります。

地震力・風圧力と比較しながら、それぞれの水平荷重の特徴と設計上の対処法をまとめて学んでおきましょう。

津波荷重を整理した表を示します。

項目	内容	備考
津波荷重の大きさ	静水圧の約3倍を設計荷重とする	学会指針に基づく
波力低減策	1階ピロティ形式で波を通過させる	避難ビル設計の代表手法
外壁材の選択	上階にALC等の軽量材を使用	破壊時の波力を逃がす設計