限界状態設計法のすすめ４

第６章　限界状態設計法での荷重の扱い
最大値とは何か？　過去最大値と考えるより、年最大値群を考えて将来を予測するほうが合理的。
固定荷重　ばらつき小、確定値と考えても差し支えない
積載荷重　グンベル分布、上限値を設定する必要がある（詰め込める限界が存在する）。
雪荷重　地域によって異なる
風荷重　①最大風速は、台風によるものか季節風によるものか？　②地表租度のちがいによる地上風の低減度合い　③その他（空気密度、風力係数、ガスト影響係数）
地震荷重　ばらつきが大きい、大きな値での超過確率が大きくなりすぎて不自然であることから、経験的に上限値を設定したモデルとなる

荷重強さの評価と荷重効果の評価
通常は正確にわからないパラメータに対し、そのつど安全側の設計をしていたのでは、結果的にきわめて安全な設計になってしまう。このような設計から、どの程度安全を見込むかの判断をひとつの指標（信頼性指標など）で決めることに限界状態設計法の特徴がある。ばらつきや不確かさを統計的結果に基づ客観的に定量化してあつかい、工学的判断の余地を最小限にするところにある。

荷重の組み合わせ
全てが同時に最大になることを考えるのは非経済的

第７章　目標安全性をどのように決めるか。
①事故統計に基づく方法
母数が定めにくい、ヒューマンエラーによる事故が多い
②現行設計基準類へのキャリブレーションに基づく方法
現行規準が最適解を与える保証はない、安全側過ぎる、目標安全性が部材を対象とするので構造物全体の安全性は？である
③他の災害危険性との比較による方法
④人的損失に対する危険性回避に要する投資効果による方法
⑤期待総費用最小化に基づく方法

限界状態設計法のすすめ３

第三章　確率と統計の基礎事項

第四章　限界状態設計法とは
構造物の供用期間において安全性に対する限界状態（終局限界）と使用性に対する限界状態（使用限界）の二つの限界状態を設定し、各限界状態に対応する構造物の破壊形式を抽出して、その破壊確率を求める。それがある許容する値以内におさまるように設計する手法。

構造設計にかかわる不確定性
①材料寸法や材料強度に関するばらつき
②工学的に予測できない事象のモデル化に関する確率変数のもつばらつき
③確率変数の統計的性質を考える上で、データの欠乏から発生するばらつき
④複雑な現象をモデル化するときの不確定性
⑤人為的な誤りによる不確定性

信頼性指標
レベル３　確率分布を必要とする
レベル２　２次モーメント法
レベル１　荷重、耐力係数法

第５章　複数の限界状態をどうまとめるか

構造設計でこ考慮すべき荷重効果とは？
過大な　応力、ひずみ、ひび割れ、変形、塑性率、移動、変位、速度、加速度

同一の荷重効果であっても、異なる荷重や構造的問題に対していくつもの異なる限界状態が存在する。最も厳しいものについて考えればよい。しかし、荷重効果が同じでも（例えばひずみ制限）、実現のための対処の方法は対象によって異なるので、扱っている内容に十分な理解をもたなくてはならない。

限界耐力設計法のすすめ２

第2章　現行設計とここが違う

設計荷重は設計者のみの判断や施主の希望では変えられない

構造計算の体系
①設計荷重・外力の決定と構造物のモデル化
②設計荷重によって構造物に生じる応力や変形などの荷重効果の算定
③構造物の強度・変形能力などの外乱に抵抗できる能力の算定
④応力や変形などの目標値・評価基準などの設定
⑤④の目標に基づく、②の作用効果と③の能力の比較

構造計算のいろいろ
①決定論的、確率論的
②許容応力度設計、限界状態設計
③静的設計法、動的設計法
④弾性設計法、弾塑性設計法

現行方法との違い
①目標を「ある確率で限界状態を超えないこと」としているため、安全性が明確
②建築基準法（保有水平耐力以外）は終局耐力の考え方が表立っていないため、建築物群の終局耐力のばらつきが大きい。それに対して限界状態設計法は終局耐力を目標として、設計するためばらつきを小さく設定できる。
③確率的な検討が、安全率に凝縮される

現行法とのキャリブレーション
①平均値を同じにするか→限界状態設計法では品質の低い建築物が減る
②ある最低基準を下回る建築物の数を同じにするか→平均値が下がり、経済的。災害の大規模化を考えるとばらつきが大きいほうがいいか？

限界状態設計法のすすめ

１章　今、なぜ限界状態設計法なのか？
建築基準法第二章第２０条
「建築物は、自重、積載荷重、積雪、風圧、土圧及び水圧ならびに地震その他の震動及び衝撃に対して安全な構造でなければならない。・・・・・設計図書の作成に当たっては、構造設計によってその構造が安全であることを確かめなければならない。」
構造物に所定の耐力を与えることだけが構造の目的であると主張する人もいる。構造設計に耐力と関係ないことを持ち込み、それによって建築物の使用を制限すべきではないという考え方。

建築物のさまざまな利用目的とこれに付随する事柄を健全に遂行するために、壁、柱、梁、などの主要構造部部材あるいは壁面や屋根面の仕上げ材とその支持構造部分が備えるべき性能を満足させることである。

許容応力度設計　規定された外力によって与えられる変位が弾性範囲内にとどまることを確認する設計
豊かな建物と作るうえでさびしい、建物全体をシステムとしてみたときに、このシステムの耐力についてはまったく言及されていない。

建物の真の強さ　破壊機構を設定する必要がある。建物の不静定次数が大きくなるほど決定しにくくなる。仮想仕事の原理、節点振り分け法

品質・信頼性の時代　５０年間にこの建物の部材応力度が降伏応力度を突破する危険性はどの程度か？　許容応力度設計は漠然としか答えられない。なぜならまず荷重値の頻度がわからない、使用材料の降伏応力度の値が明確でない、降伏応力度と許容応力度の関係はわからない

許容応力度設計法を補う努力
竹山論文　①構造物の安全率を不均一、不確実にする点において根本的な欠陥　②荷重と材料の安全率が錯雑して荷重に対する安全性が観念的に極めて把握しにくい　③安全率の分離と構造計算の対象とする荷重を明確にする　④建物の強さを破壊強さと弾性強さの二つに分けて考える　⑤弾性→通常起こり得る程度の荷重　破壊→想定しうる最大の荷重　⑥弾性強さ→下限品質材の降伏点　破壊強さ→下限品質材の強度
（弾性、破壊→長期、短期）

終局耐力設計法　
1975 年　鋼構造塑性設計指針　もし構造物の破壊する荷重の大きさ（破壊荷重）がわかるのであれば作用荷重の大きさに安全率を見込んだ終局荷重を設定し、終局荷重の下でちょうどその構造物が破壊するように設計することが可能になり、安全の程度が明確になる。
1981年　新耐震設計法　一次設計・二次設計（終局時耐震性能の確認）
規準いっぱいに建てられた建物では、供用期間内で1度程度の割合で許容応力度を突破するということが言える

信頼性設計法
新耐震に対して、信頼性の割合を確率として定量的に与える。

限界状態設計法
構造物の安全性および使用性・居住性を確保するための限界状態を明確にし、これを適切な信頼性の本で達成するための設計法
従来の設計法を集約し、これに安全率の設定の合理性を与えるために信頼性設計の概念を加えたもの
安全性・使用性の余裕の程度の確保の方法で、安全性の余裕の程度を荷重効果に関する余裕と、耐力に関する余裕に分離し、荷重係数、耐力係数によってそれぞれを確保している。この設定に、信頼性の考え方を導入できる。

限界耐力設計法の特徴
①建物の安全性・使用性を確保するための各種の限界状態を明確にし、これを適切なグレードで設計する。
②適切なグレードを確保するために、荷重と材料に関するばらつきを考慮して信頼性という考え方を導入する。

【書きかけ】不確定性の分類

不確定性の分類方法については昔から様々な提案がなされてきた。ある一つの構造について（原子力発電所、表層地盤のモデル化等）、まず不確定な事柄をピックアップする。その一つ一つの不確定性がどのような性質であるかを分類分けし、対処する。

【書きかけ】なぜ構造信頼性が必要なのか？

　現実世界には多くの不確定性が存在する。その中には特定はできていても不確定さが残るもの、情報量や新しいモデルが提案されることで不確定さが低減されるもの、その存在が特定すらされていないものなど様々なのもがある。
　このような不確定性に対して、理学の分野では認識・低減していく態度がある。一方工学の分野では、このような不確定性を認識したうえで、それを低減しようとするよりは不確定性を定量的に把握し対処していくことが重要である。なぜなら工学の分野では、わからないことがあるからと言って立ち止まることは許されず、今この瞬間にも工業製品は製造され意思決定は行われているからである。
　工学はこのような要請にあっても不確定性を無視することは可能であろう。このことによってどのようなことが起こるだろうか。