株式会社インテグラル 社員Blog

「竜巻で基礎ごと転倒した住宅」を想定した風洞実験

その他全般 - 2012 年 6 月 1 日

2012年5月27日、東京工芸大学の田村幸雄教授(建築学・風工学専攻 工学博士)により、
「竜巻で基礎ごと転倒した住宅」(2012年5月6日 つくば市北条地区で発生した竜巻の被害)
を想定した風洞実験が実施されました。(東京工芸大学 厚木キャンパスにて)

見学させていただきましたので、ご紹介します。

▼参考)東京工芸大学 大型乱流境界層風洞
 http://www.wind.arch.t-kougei.ac.jp/system/contents/code/facility_01


    風を受けて転倒する住宅模型           風洞実験施設
                         (写真の奥から風が出てきます)


■実験の概要
基礎ごと転倒した住宅を想定した、1/20スケールのシンプルな形状の住宅模型に風を当て、
「どの程度の風速で転倒するか」「浮き上がるような現象が発生するか」等の検証を行いました。
   ・建物重量は600kN程度を想定 (基礎含む)
   ・建物形状は2階建て(総2階、陸屋根、軒の出なし)
     寸法は8.55m×5.85m×6.00m程度を想定
   ・開口が有る状態と無い状態のそれぞれで実験


     斜め右から見た写真             正面から見た写真
   (開口がある面が風を受ける面)         (右側面が風を受ける面)


■実験状況
風速を徐々に強くしていった所、建物が一気に転倒しました。

   (開口部の面に風が当たっています)      (右側面に風が当たっています)

          ↓                   ↓

          ↓                   ↓


■実験の結果
 開口の有無に関わらず、約100m/s相当の風速(施設内では11m/s程度)で転倒しました。
 しかし、浮き上がるような現象は確認できませんでした。
 (浮き上がりに必要な風速は250m/s以上になると予想されています)


■実験からの考察など (田村教授より)
 ・2012年5月6日のつくば市の竜巻は、藤田スケール「F2」とされており、風速は
  「7秒間の平均風速 50~69m/s」と定義されているが、実験結果から、基礎ごと転倒した
  住宅と竜巻の遭遇時には、局所的・瞬間的に風速100m/s以上の風が発生していた可能性が
  あり、「F3」(5秒間の平均風速 70-92m/s) 相当の竜巻だった可能性がある。

  ▼参考)気象庁HP 藤田(F)スケールとは
    http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/toppuu/tornado1-5.html

 ・基礎ごと転倒した住宅に起きた現象は、あくまで「転倒」であり、
  「浮き上がり」ではなかったと思われる。(浮き上がりには計算上少なくとも250m/s以上の
  風速が必要だが、そのような風速の風が発生していたとは考えにくい)

 ・木造住宅において、風を考慮する際、建築基準法では基準風速30~46m/s(10分間の平均)を
  想定している。竜巻で発生するような局所的・瞬間的な風速を想定して設計を行うと、
  過剰設計となり不経済な設計となってしまう。
  また、転倒や飛来物などの脅威に対して万全に対策することは難しい。
  しかし、(建築基準法や住宅性能表示制度に示されるような)耐風性能があり、
  劣化対策(例えば、屋根瓦の釘の点検や補修)を行っていれば、建物の破損は
  ある程度抑えられると思われる。
  また、建物による防災だけではなく、竜巻注意情報や避難行動なども重要である。


■実験を見学して
 風洞装置による実験や、竜巻に関するさまざまな知見に触れることができ、
 大変貴重な体験となりました。
 考察にもあるように、竜巻の被害(破損、転倒、飛来物による破壊)に対する
 万全の対策は難しいかもしれませんが、建物の破損や倒壊等の被害を少しでも
 抑えられるような、地震だけでなく強風に対しての住宅の安全にも寄与できるように、
 今回の経験を活かしていきたいと思います。