文化財地区の消火用水道管路の耐震性評価

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歴史都市防災論文集Vol.3 （2009 年 6 月）

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火

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Seismic Evaluation of Underground Firefighting Water Pipeline in Historical Conservation Areas

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Yasuko Kuwata, Shuichi Yamasaki, Shiro Takada, Kenzo Toki and Yoshio Sunasaka

1 神大学授大学学研究科（ 657-8501 神市区台 1） Associate Professor, Kobe University, Dept. of Civil Engineering

2 前神大学大学生大学学研究科（ 657-8501 神市区台 1） Former Graduate Student, Kobe University, Dept. of Civil Engineering

3 ラン大学アジンクト授学カレッジ土木学部 (P.O.Box: 11155-4563, Tehran, Iran) Adjunct Professor, University of Tehran, Engineering Collage, Faculty of Civil Engineering 4 立命館大学授グローバル・イーション研究機構（ 603-8341 京都市北区小松原北 58）

Professor, Ritsumeikan University, Global Innovation Research Organization 5 建会社土木計本部 ( 107-8502 東京都区赤 6-5-30)

Kajima Cooperation, Civil Engineering Design Division

Most of historical and cultural buildings in Japan are burnable structures. In order to mitigate earthquake damage to them, not only improvement of their structural seismic performance but also protection from earthquake-followed fire is important. Water pipeline for fire fighting in cultural area has many branches connecting to hydrants and its earthquake response will be complicate. This paper assesses structural seismic vulnerability of water pipeline for fire fighting in Kiyomizu temple as an example, using the subsurface ground investigation and numerical response analysis of underground pipeline.

Key Words : water pipeline, fire fighting, earthquake response analysis, ground investigation

１．にが国には多くの文化遺産とばれる建造物が存在し、その大部分が可燃性の木造建造物である。県南部地震以、文化財の地震防災研究が積極的にめられており、その多くが建造物の震性向上やの倒防の他、地震火災については延焼シミュレーションが行われている1)_。 _{者らの調査}2)_{によると、} 1995 年の県南部地震のに、神市内の寺社・神社の総数657 社寺のうち、153 社寺（全体の 23%）が地震による害を受けており、さらに11 社寺は日本火災学会3)_{が示す火災延焼地域にまれていた。これ} らの地震火災は、寺社や神社から直接出火したものではなく、周辺の住からの出火・延焼によるものであった。文化財は年われてきた歴史的価値を有するものであり、数千年にわたって維持・保存されている。地震火災による焼・は、多の用を以っても以前の価値を復することができないため、地震火災対策は文化財の地震防災を考える上で重要である。文化財の地震火災対策においては、文化財地区の地震危険度やその地区に備えられている火用路、

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、他水源を利用した火機能の効果などを総合的に評価して火災が発生しても文化財を守るように切な方策をとる必要がある。本研究では、それらの対策の一段階として、地震時に火災延焼をするための文化財地区の火用水道路の震性の評価について検討した。文化財地区の火用水道路は基本的に火用用路であることから、一般の水用路と比べてには利用されず、地中にあるために日々の目視点検もできない。また、路から分して接されている火は建造物の立地条件に応じて置されるため、文化財地区の火用路は部や分部が多くなり、配形状はになる。さらに、文化財が歴史的重要文化財に定められていると、をめたな地調査を実することが難しい場合がある。本研究では、このような条件下における文化財地区の火用水道路の震性評価方法を示している。用例として京都市内にある水寺周辺の火用水道路を対象とし、の必要がない表面探査を実してその結果から地条件を決定した。さらに、近に存在する花を考慮して地中路の地震応答解を行い、シス全体の震性の評価ならびに地震応答の大きい所の特定を行った。２．水の火水と地図-1 は水寺境内の火用路を示している。手の上に水がけられ、ポンプをして境内をループ状に配された配水路によって水供が行われている。災害時に備え、ループ状の主はいずれの方向からもポンプで供できるようになっている。また、路は主上の30 所の分部から地下火や放水に連結されている。この地域はに位置し、路にも高低がある。そこで、GIS で水平の位置情報だけでなく、標高標をめた3 次元情報を与えて路のデータースの構築を行った。地中路の地震応答は周辺地の特性に左右される。とくに地震応答解には路と地との相用を表す地ばの定が必要となる。一般的にはをめた地調査が行われるが、水寺は文化財地区であり地調査に制限があるため、本研究では表面探査によって地特性を定した。表面探査は、地表面にって伝する（表面）を観し、による伝度の違いを解することで、地のせん度構造を求めることができる。表面探査機は、応用地のMcSEIS-SXW を用いた。図-2 は、水寺周辺の図に路を表示しており、表面探査を行った線もせて表示している。定は水寺境内の計5 所で行い、火用路周辺において直線で 50m を保でき、可能な限り解対象地区全体をカバーできる位置を選定した。また、日中は観光客が多いため、イの少ない早に調査を行った。観結果から解を行い、線面のせん度構造を定した。図-3 は、定結果を示している。調査地区内で平行した 3 本の線（線 1、2、5）はいずれもした地構成である。表のせん度がいでもVs=230m/s 以上であり、地表から 3 5m で Vs=300m/s 以上のとなる。また、手の線4 では，表に積が見られず基がしている。したがって、水寺周辺の地にはい積はなく、表にく化土が積していることが示された。また、これらの結果をの探査結果4),5) と比較したが、表地のについては整合的であることが分かった。 1 2 3 4 5 図-1 水寺火用路図-2 表面探査定位置 0 25 50 100 m

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22 2 2 22 2 2 線度 2 2 ₂ 2 2 22 2 2 22 2 2 線2 度 2 2 2 2 E 距離 W E 距離 W (1) 線1 (2) 線2 22 2 2 22 2 2 線度 2 2 2 線 22 2 2 22 2 2 線度 2 2 2 2 2 S 距離 N S 距離 N E 距離 W (3) 線3 (4) 線4 (5) 線5 図-3 表面探査結果３．地動レの京都地の周辺の活の中で、文化財が集積する東に多くの害をもたらすと考えられるのがさ 50km の花である。花については、地震調査研究推本部によって期評価6)が行われている他、地内の強震動 7)が行われている。そこで、花を震源とする地震の当検討地域の想定地震動を用いて基面での加度形（図-4 参）7)_から表 _地 _{の度応答スペクトルを図}_{-5 に示す} ように出した。表面探査結果から、平地部分のVs=400m/s 以下の地を表のデル地と定し、デル地の固有周期はTG=0.25 とした8)。したがって、花地震による当地域の地応答は34.1cm/s として定している。 200 150 100 50 0 50 100 150 200 0 5 10 15 20 25 時間 600 500 400 300 200 100 0 100 200 300 400 0 5 10 15 20 25 時間 0.1 1 10 100 0.01 0.1 1 10 地の地の応 (1)NS 成分 (2)EW 成分図-5 度応答スペクトル図-4 基面における加度形7) ４．地のと地中路の地震応答解 9)_には、 _路 _地点の地 _{変形を入力して、その地} _{変形を動的相} _用を表現する地ばをして路に伝させる応答変位法を用いている。本研究は3 次元路地震応答解を行っている。路ははりとし、地ばは方向と直方向2 方向のばを定した。当検討地区は上述したように高低のある地形であるため、路デルは立体的な配でデル化している。

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また、端部は真-1、2 に示すように火や放水などの火に連結している。そこで、分した路端部は立ち上がり配としてデル化を行った。火用路の主のは帯外ポリレン（ポリレンの内強度を帯によって補強しており、最外の低密度ポリレンによって、性に優れた路。可とう性に優れているため、底のパイプや火用路によくされている）であり、全域にわたって口 =150mm が用されている。は火用外面覆（VS）であり、口 =100mm、 =80mm が在している。路は継手がない一体構造としてい、火に連結する立ち上がり配のに関しては、防庁告示 36 10)_{によって定められているクタイル} _{で定した。立ち上がり} のさに関して、一 140cm とした。の特性値を表-2 に示す。の特性については、用路の特性が明らかでなかったために、力配用素 (STPG)の体特性を参考に定した。体は線形性を考慮し、ポリレン、ともにずみで性するバイリア型のはりとしてデル化した。真-1 放水真-2 地下火表-2 体元11)、12) 主 (ポリレン ) （ ) 火 ( クタイル ) 口 (mm) 152 100 80 118 93 性係数(N/mm2₎ _{1,000 210,000 160,000} (mm) 16.4 4 4 4 4 地ばについては表面探査結果によってデル地から水道震法指 8)_{に基づいて表}_{-3 に示} すように出した。地の線形性を考慮して、指 8)_{を参考にすべり出し変位を定め、バイリ} _ア型の地ば係数を定した。なお、地ばのすべり限界変位は方向0.2cm、直方向2.6cm とした。入力動については度応答スペクトルにより定した地応答度から表-4 のように定した。地形の急変部においては地震動のによって表面が生じ、地震動はなものになる。ここでは、それらのについては考慮せず、や位相は同じで表地のさから地震動増幅によって幅を調整して入力地震動とした。したがって、標高の高く表のい所の路へ入力されている幅は小さくなる。表-3 地ば係数方向地ば係数(kN/cm3₎ _1.03 直方向地ば係数(kN/cm3₎ _2.06 表-4 入力動定値地応答度 Sv(cm/s) 34.1 固有周期TG(s) 0.25 幅(cm) 1.7 (m) 33.1 地震度C(m/s) 130

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５．の地地震応答解では、入力動の位相・入をラン変数と見なし、数を与えて入力条件の異なる50 ケースの解を行った。当検討地区の路のような一体構造路の震性評価は体みでした。みだけでなく、縮応力による破の可能性を考慮して縮みも考える。主のポリレンのみは 13)より10%とした。一方、のの引張りみは指 14)より5%としている。 50 ケースの解の内、要素に最大のずみが発生した値をその要素の応答値として、ずみに対する応答値の比（応答比）で評価した。図-6 は、解の結果を GIS で表示しており、な値（応答比で0.2 以上）を示した位置（図中のż）と応答比の数値を示している。また、図-7 は路の応答比を示している。全体的にみよりもげみがしている。主のポリレンについては、側のい表地の地区では応答比 0.01 以内であり、標高が低く標準的な表地デルの所では応答比 0.05 以内になっている。また、分部周辺で大きな応力が発生している。他の異形部が接している所では、いの路動のにより分部に大きな応力が発生しているが、最大みは 2%程度であり、応答比で 0.2 であるため、想定される地震動に対して十分安全であると考えられる。のについては部で直部よりも大きな値が発生し（例えば、図-6 中の応答比 0.24、0.29 の所）、主と同に異形部が連する所では大きなずみが見られた。火と連結している端部の立ち上がり（クタイル）とのの境界部分では、両者の性の違いにより大きな応力が集中し、比較的大きな応答が発生していたことが、直方向の応力分布より認できた。しかし、一般的には立ち上がりとの境界の部にコンクリートによる補強が行われており15)、解結果は大評価をしていると考えられる。以上のことから、想定される地震に対して水寺内の路の応答は全て性範囲内にまり、しないことが分かった。しかし、本研究で想定した地震動のレルは34.1cm/s 程度であり、地形効果によってはそれ以上の地震動が発生することも考えられる。また、当地区は面地域であり、地すべりの危険性がある。これらについては今後検討が必要であるといえる。また、路がループ状を成しているので1 所で路が破しても方向から水すれば路の機能を維持できる。そのためにも、地変状が起こりそうな所については、宜をけるなどして路全体に地震害が及しないような対策を備える必要がある。 0.01以 0.01～0.05 0.05以上図-6 なずみが発生する所図-7 路の応答比分布（図中の値は応答比） 0 25 50 100 m

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．まと本研究では、文化財地区の火用水道路の震性を明らかにするため、表面探査ならびに3 次元での路応答解を用いて評価する方法を示した。用事例として水寺の火用水道路を対象にして、調査ならびに解を行った。本研究は、以下のとおりにまとめられる。 x 本研究では一つの火用水道路を事例にげて、部、分部などの異形部にみが集中しやすいなど、定性的な向を示すことができた。定した地震に対してシスの根を成す主は十分安全であることが分かった。についてはの変化する火の連結部分にみが集中することが分かった。 x 火用水道路に対して、コンクリートによる補強や離脱防機構の継手の置によって相対変位をするなどの対策による効果や、地震動の他に地すべりに対する路の応答についても解によって明らかにしていく必要がある。 x 本研究で用いた表面探査による表地の調査はであり、さらに火などの火に接するために分部が多くなる路の地震応答解には本研究で用いた解手法であれば応答が大きくなる所が特定できるので火用水道路の震性評価には有用である。これらの震性評価によってより効果的な地震火災対策を行うことが期待される。なお、本研究は文部科学による学フロンア推事「文化遺産とを自然災害から防するための学理の構築」（推拠点：立命館大学歴史都市防災研究センター）の一環として実したものである。 1) 例えば，立命館大学歴史都市防災研究センター：文化遺産とを自然災害から制するための学理の構築，学フロンア推事年度2007 年末報告書，2008

2) 高田，田子，一，Rasoul Khoshravan Azar，土三：県南部地震における文化財の火災事例と文化財構内火シス路の震性検討，建学研究所論文報告集， 49 ，pp.197-209，2007 3) 日本火災学会：1995 年県南部地震に関する火災報告，1996 4) ( )日本水研究所，東会社：水寺境内水源調査報告書，1996 5) ( )日本水研究所，東会社：水寺水源ーリング事報告書，1988 6) 地震調査研究推本部：三方・花の期的評価について http://www.jishin.go.jp/main/chousa/03mar_mikata/index.htm 7) 土三，岸本英明，古川秀明，：花による京都地の3 次元線形有限要素法による強震動，日本地震学会論文集， 7 ， 5 ，pp.45-59，2007 8) 日本水道協会：水道震法指・解説-1997 年版-，p.9，pp.17-18，71-73，300-301，1997 9) 高田：ライフライン地震学，共立出版，p.101，1991 10) 総防庁：http://www.fdma.go.jp/concern/law/kokuji/hen52/52030101140.htm 11) 日本クタイル協会：，pp.256-285，2005 12) 日本プラスック会社：「PORITEC PE パイプ」説明，2000 13) 内章，高橋，中秀信，一，野良之，今三，上哲夫：ス用帯補強ポリレン（1）の開発，古時報 114 ，pp.15-21，2004 14) 日本ス協会：高ス状化震計指，p.104，2001 15) 防科学総合センター：防用備のしくみとき( 防水利 )，p.72，1994