報告書番号

H13009

タイトル（和文）

FDTD法に基づくサージ解析プログラム（VSTL REV）の高速化とその鉄筋コンクリート造建築物の雷サージ解析への適用

タイトル（英文）

Acceleration of a FDTD-based Surge Simulation Program (VSTL REV) and Its Application to Lightning Surge Analysis of a Reinforced Concrete Building

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

直撃雷あるいは近傍雷が発生したときに建物内部に電磁界が発生し，建物内部の電子機器が電磁界に曝される，あるいは電子機器に接続される電線などに異常電圧が発生する，などによって電子機器が障害に至ることがある。雷から建物内の電子機器を適切に保護するためには，落雷時に建物内部に発生する電磁界を予測する必要があり，VSTL REV (Virtual Surge Test Lab. Restructured and Extended Version)を用いて鉄骨造の建築物内部の磁界解析が可能であることを明らかとしてきた。しかしながら，鉄筋コンクリート造建築物を対象として，コンクリートや鉄筋構造が建物内部の電磁界分布へ与える影響について系統的に検討された例はない。
本報告では，VSTL REV を鉄筋コンクリート造建築物の雷サージ解析に適用するために，(1) GPUコンピューティングにより，VSTL REV の高速化を行った結果，(2) 電線などの細長い導体の半径を模擬するために開発された等価媒質定数法の，コンクリート内に布設された鉄筋のように無損失媒質と損失媒質の両方に囲まれた細線導体への適用可能性を検討した結果，(3) VSTL REVを用いて，実規模の鉄筋コンクリート造建築物の雷サージ解析を行い，鉄筋コンクリート構造の電磁シールド性能への影響，IEC，JISの雷保護に関する規格で言及されるグリッドシールドによる電磁シールド性能などについて検討した結果，について述べる。

概要 （英文）

Recently, lots of digital-type electronic devices have been installed in a building, and such electronic devices may result in faults and malfunctions due to electromagnetic fields generated inside of the building by lightning strikes. In order to protect the electronic devices from the lightning properly, the analysis of the electromagnetic fields inside of the building is required. We have developed a surge simulation code, which is called VSTL REV (Virtual Surge Test Lab. Restructured and Extended Version), based on the three-dimensional finite difference time domain (FDTD) method, and have confirmed its applicability of the calculation of a steel-structure building.
In this paper, first, we accelerate VSTL REV based on general purpose computing on graphics processing unit (GPGPU) technique which enables us to use GPUs for numerical calculation, not drawing. Secondly, we develop a thin wire representation technique for representing reinforcing-steel bars in lossy concrete. Thirdly, we analyze the effect of a concrete, the structure of reinforcing-steel bars , a grid-like shield set up inside of the building on the electromagnetic fields, in cases of direct and nearby lightning strikes.

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