第3回：強風災害から学ぶ

強風をもたらす気象現象

気象庁では風速10m/s以上の風を強風と呼んでいますが、災害を引き起こすような暴風の多くは風速20m/s以上です。この風速値は10分間の平均値であり、瞬間的にはこの1.5～2倍になります。例えば、天気予報などで「風速20m/sの強風が予想されます」と言った場合、瞬間的には30～40m/sの風が吹く可能性があります。

強風をもたらす主な気象要因としては、（a）季節風、（b）低気圧、（c）台風、（d）竜巻があります。それらの概要をまとめると【表3.1】のようになります。この他、前線の通過によるガストフロントや、積乱雲からの下降流（ダウンバースト）などもあります。

【表3.1】我が国に発生する強風の種類と概要

我が国の気象官署で観測された最大風速および最大瞬間風速のトップ10（富士山を除く）を【表3.2】および【表3.3】に示します。なお、最大瞬間風速は、使用している計測器や記録器の応答性や評価方法の影響を強く受けますので、年代の異なる記録値を直接比較することはできません。あくまでも参考値と捉えて下さい。いずれにしろ、上位を占めているのはほとんど台風です。竜巻では被害状況から100m/sもの暴風が吹いたと推定されるケースもありますが、発生が局所的であるため風速値が直接記録されることはありません。それに対して台風は数100～2,000kmにも及ぶため、メッシュ間隔が20km程度の気象庁の観測網で捉えられます。しかし、大型台風の場合、最も強い風は中心から数10km程度のところに生じ、ちょうどその場所に気象官署があるとは限りませんので、実際には観測値以上の風が吹いているといえます。

【表3.2】我が国における最大風速の記録（富士山を除く、気象年鑑2019年版による）

【表3.3】我が国における最大瞬間風速の記録（富士山を除く、気象年鑑2019年版による）

力の流れと被害

風圧は、建物の外皮に当たる屋根葺き材、外壁仕上材、窓などの部材に作用し、それらの支持部材を通して梁、柱、ブレースなどの構造骨組に伝わり、最後に基礎を通って地盤に流れます。そのような力の流れを模式的に表すと【図3.1】のようになります。細い矢印は部材の中を流れる力を、太い矢印は部材間の接合部を流れる力を表しています。建物の破壊現象は、このような力の流れの経路がどこかで断たれることであり、その原因は2つに大別されます。1つは部材自身が力を伝えきれずに破壊することであり、もう1つは接合部が力を伝えきれずに破壊することです。実際には、部材自体が破壊することはほとんどなく接合部の破壊が大半です。接合部は一般に脆性的な破壊を示すため、1箇所の破壊がしばしば連鎖的な破壊をもたらします。【図3.2】に瓦葺き屋根と鋼板葺き屋根の被害例を示します。瓦葺きでは屋根隅角部や周辺部の瓦が飛散しています。これらの領域では大きなピーク負圧が作用しますので、瓦の留め付け部がそれに耐えられないと瓦が飛散してしまいます。しかし、一部の瓦が飛散しても他の瓦の風力が変化することはありませんので、被害は一部の飛散で止まっています。一方、鋼板葺きの場合、隅角部や周辺部で剥離が起こると風が鋼板の下に吹き込むため、より大きな力が作用するようになり、時間の経過とともに被害が拡大していきます（【図3.3】参照）。このような被害を防ぐためには、被害のトリガーとなる屋根周辺部（特に隅角部）の留め付け強度を高めることが重要です。その際、吊子などの強度には大きなばらつきがあることを考慮し、高い安全率を確保することが重要です。

【図3.1】力の伝達と破壊の関係

【図3.2】住宅屋根の被害例

【図3.3】破壊拡大進展のメカニズム

どの程度の風で被害が発生する？

2004年台風18号は北海道に数十年ぶりの暴風をもたらし、北海道大学のポプラ並木の倒壊など、大きな被害をもたらしました。【図3.4（a）】はこの台風による住家被害率（市町村単位での被害住家数を全住家数で除した値）と最大瞬間風速（地上高さ10mの値に換算）の関係を表したものです^3.1)（両対数表示）。これによれば、最大瞬間風速が約20m/sを超えると住家に何らかの被害が発生するようになり、被害率は最大瞬間風速の増大に伴って急激に高くなることが分ります。図中の実線は回帰式を表しています。次に、【図3.4（b）】は、2006年台風13号による九州における住家被害率と最大瞬間風速の関係をみたものです^3.2)（【図3.4（a）】と軸のとり方が異なることに注意）。図中の破線は【図3.4（a）】に示した回帰式です。最大瞬間風速20m/s程度から被害が発生し始めることは【図3.4（a）】と同じですが、それより高風速域での被害率は大きく異なり、北海道に比べて九州の被害率はかなり低いことが分ります。このような違いは、設計者や施工業者の耐風設計に対する認識の違いによるものと考えられます。台風の襲来が少ない北海道でも、設計で想定している再現期間数十年という長いスパンを考えれば、かなり強い風が吹く可能性が高いことを認識しなければいけません。

【図3.4】住家被害率と最大瞬間風速の関係

強風被害の経済的インパクト

2004年には観測史上最大となる10個の台風が日本に上陸しました。【図3.5】は、そのうちの主な台風による住家被害の統計を表したものです（総務省消防庁資料より作成）。台風23号による全壊および半壊のほとんどは大雨によって生じた洪水によるものです。この図からも明らかなように、強風による被害のほとんどが「一部損壊」に分類されます。しかし、個々の建物の被害が小さくても、大型台風の場合には被災域が広範囲に及ぶため全体としての経済的損失は膨大なものになります。そして、被害は単に物的な損害だけに止まらず、【図3.6】に示すように、様々な形で現れます。【表3.4】は、これまで自然災害に対して支払われた損害保険金額のTOP10です（損害保険協会HPより）。これより明らかなように、大型台風は非常に大きな経済的損失をもたらします。2018年台風21号、2019年台風15号、19号など最近甚大な被害が多発していますが、それは地球温暖化の影響とも言われており、今後さらに甚大化することが懸念されます。

強風被害のほとんどが外装材に発生しているため、「外装材は壊れたら取り換えれば良い」と安易に考えている構造設計者も多いようですが、被害低減を図るには外装材にこそ注意を払うべきです。留め付け強度を少し上げるだけで大きな被害低減効果が期待できます。一方、それに伴うコストアップは僅かなものです。

【図3.5】2004年の主な台風による住家被害

【図3.6】保険の観点からの被害の分類

【表3.4】風水害等による保険金の支払い（2019年3月31日現在、日本損害保険協会HPより）