東北地方太平洋沖地震における RC 造超高層建物の地震応答評価
Evaluation of Earthquake Response of High-rise Building
during the 2011 off the Pacific Coast of Tohoku Earthquake
井川望*1

藤井Nozomu Ikawa

伊藤睦*1

Atsushi Fujii

真二*1

古城Shinji Ito

豊光*2

Toyomitsu Furuki

要旨
千葉県浦安市の RC 造超高層集合住宅において地震観測を行っている。2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震では、最上階で 366cm/s2 の今までで最も大きな加速度が観測された。この記録について、数値解析による検証を行い、設計時のモデルより、剛性を 15%低減させることにより、観測記録と良い対応を示すことが分かった。さらに、4 月 11 日の地震について検討を行い、東北地方太平洋沖地震と連続して解析を行うことにより、同じモデルで良い対応を示すことが分かった。
さらに、長期間にわたり観測された記録から、建物の 1 次固有周期の変化について検討を行い、東北地方太平洋沖地震前後でかなり変化しているが、それ以前においても時間の経過とともに固有周期が徐々に長くなっていることが確認された。
キーワード：超高層住宅 東北地方太平洋沖地震 地震観測 応答解析

１．はじめに

２．建物概要地震時の建物応答の特性を把握し、耐震設計の基礎資料

本建物は千葉県浦安市に 1996 年に竣工した 28 階建てのを得るために千葉県の超高層建物において地震観測を行っ超高層集合住宅である。写真 1 に建物外観を、図 1 に軸組ている。2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震では、

図と基準階伏図を示す。鉄筋コンクリート造のラーメン構

2

最上階で 366cm/s の今までで最も大きな加速度が観測さ造であり、基準階階高は 2.85m、軒高は 81.5m である。東れた。この記録とその後の地震記録について、数値解析に西、南北方向ともスパン 5.2m の 5 スパンの平面形状で、建よる地震時の応答評価を行った。また、長期間にわたり観築面積は 826m2、延床面積は 18,828m2 である。基礎は場所測された記録から、建物の固有周期の変化について検討を打ちコンクリート拡底杭と地中連続壁杭を併用している。

行った。これらの検討の概要を報告する。
6000

PHFL▽

5200

〃

81500

26000
〃
〃 5200

28FL▽

5200

〃

〃

〃

5200

26000
GL▽

写真 1

建物外観

図1

軸組図と基準階伏図：地震計(他に GL-50m)

26000

*1

技術研究所

建築技術研究部門

*2

東京本店

建築設計部
― 53 ―

鴻池組技術研究報告2012

この建物には加速度計が 28 階、10 階、1 階（2 ヶ所）と表 1 最大加速度(単位：cm/s2)地盤（杭先端レベル GL-50ｍ）のあわせて 5 ヶ所に 1～3 成

南北
28階 366.5
10階 181.8
1階90.0
杭先端 63.3分設置され、全部で 12 成分である。地盤加速度が 1 cm/s2を超えた場合に、100Hz サンプリングで収録を行っている(遅延時間 20 秒)。

東西
264.6
143.1
93.685.1

上下94.846.2,48.533.6

表 2 最大相対変位(cm)３．観測記録１）28階
10階

東北地方太平洋沖地震での 28 階と 1 階の水平方向加速度

南北
44.6
17.8

東西26.59.9波形を図 2 に示す。なお、708 秒の記録が得られているが、最初の 300 秒のみ表示している。また、全観測点の最大加４．解析モデル

速度を表 1 に、1 階に対する 28 階と 10 階の水平方向の最大相対変位を表 2 に示す。
28 階の最大加速度は 366.5 cm/s2 (南設計時には、地上 28 階、塔屋 2 階を南北,東西方向ごと北方向)、264.6 cm/s2 (東西方向) であり、約 90cm/s2 でに 1 層 1 質点(計 30 質点)とする曲げせん断型モデルが用いある 1 階の 3～4 倍に増幅している。加速度から求めた 1られ、1 階柱脚位置に線形のスウェイ・ロッキングばねが階の速度は両方向とも約 20cm/s であり、1 階の計測震度は考慮されている。静的荷重増分解析結果をもとに、ひび割4.7(震度 5 弱)である。加速度から求めた 1 階に対する相対れ耐力、初期降伏点を折れ点とするトリリニアモデルが設

変位を観測位置の高さで割ることにより求めた変形角は南定 さ れ て い る 。 復 元 力 特 性 は 原 点 指 向 Degrading

北方向で 1/180、東西方向で 1/300 程度である。地表ではTri-Linear で、減衰は、上部構造 3％(瞬間剛性比例)、ス観測していないが、約 2.5km 離れた K-NET 浦安(CHB008)のウェイ 5％、ロッキング 3％であった。
今回の検討では、各階重量、剛性、ロッキングのばね剛

水平 2 方向の最大加速度はともに 100 cm/s2 を超え、最大性、減衰、復元力特性などは設計時のものを基本とし、1速度はともに約 27cm/s である。

階での観測記録を入力地震波とする。ただし、1 階での記録を入力地震波とするため、スウェイ成分は入力に含まれているものと考え、スウェイばねは考慮しないものを基本

28階、南北方向

2002加速度(cm/s )400とする。設計時に用いられたスウェイ・ロッキングモデル

0(以下、SR モデル)、スウェイばねを除いたロッキングモデ-200

ル(以下、R モデル)、さらにロッキングばねも除いた基礎加速度(cm/s2 )

-400
300

200

固定モデルの固有周期を表 3 に示す。

28階、東西方向100

表3

解析モデルの固有周期(単位:秒)
南北方向
東西方向
1次
2次
1次
2次
SRモデル
1.60
0.50
1.610.51
Rモデル
1.550.46
1.550.47
基礎固定ﾓﾃﾞﾙ 1.400.46
1.410.470-100-200加速度(cm/s2 )

-300
100
1階、南北方向500５．解析結果-502加速度(cm/s )

-100
100

5.1

1階、東西方向50

東北地方太平洋沖地震

設計時の SR モデルからスウェイばねを除いた R モデルに0よる加速度波形を図 3 に示す。観測記録は 708 秒得られて-50いるが、図 2 に示した 300 秒について解析を行った。解析-100050

図2100150200

観測記録の加速度波形

250 時間(秒)300

結果は観測記録のある 28 階と 10 階で検討したが、以下の波形は 28 階を中心に紹介する。また、他のモデルも合わせて、28 階と 10 階の加速度と変位の最大値を観測値とともに表 4 に示す。

― 54 ―

東北地方太平洋沖地震における RC 造超高層建物の地震応答評価

このモデルによる応答結果は観測記録とあまり対応が良
2加速度(cm/s )くない。波形を詳細に見ると、解析のほうがやや周期が短400いことが分かる(特に南北方向)。ロッキングばねは設計時のままとして、上部構造の剛性を変化させ、観測記録と良2000-200-400300

値について計算した。その結果、南北、東西方向とも 15％200剛性を低下させた場合が最も良い対応を示すことが分かった。なお、減衰については東西方向は設計値の 3％でほぼ2加速度(cm/s )い対応を示すモデルを探した。また、減衰定数も幾つかの良い対応を示したが、南北方向については 3％ではやや大南北方向

1000-100-200

東西方向-300

きく、2.5％が良い対応を示したので、2.5％とした。この050モデル（剛性調整 R モデル）の加速度波形を図 4、最大値2加速度(cm/s )20-400300
20

南北方向

2001000

観測2002南北方向

解析

1000-100-200

東西方向-300
100-100110

東西方向-200-300
050100150

図4

250 時間(秒)300200(a)解析結果
観測120130140 時間(秒) 150(b)拡大図(観測記録との重ね書き)
加速度波形（剛性調整 R モデル、28 階）

剛性を調整した R モデルによる最大応答値分布を図 5 に4002解析-400
300-200

加速度(cm/s )観測200-200加速度(cm/s )加速度(cm/s )200

加速度(cm/s )250 時間(秒)300200

400400示す。解析による変位は観測記録の積分値より求めた変位解析

200よりやや大きいが、層間変位の最大は南北方向で 2.3cm (70階)、東西で 1.3cm (14 階)である。なお、両方向とも、上-200から数層を除き復元力特性の第 1 折れ点(ひび割れ耐力)を

南北方向

-400
300
2150(a) 解析結果

を表 4 に示す。

加速度(cm/s )

100

観測

200超え、非線形領域に達しているが、保有水平耐力には余裕解析があり、構造安全性は問題ないものと考えられる。

1000-100-200

東西方向(階)(階)

140 時間(秒) 150

262621211616111166-300
100110120130(b)拡大図(観測記録との重ね書き)
図 3 加速度波形（R モデル、28 階）
表4南加速度(cm/s2)
28階 10階
観測366.5 181.8
SRモデル 345.4 195.2(0.94) (1.07)
Rモデル 267.1 146.4(0.73) (0.81)
剛性調整 357.4 189.9
Rモデル (0.98) (1.04)

最大値一覧

北変位(cm)
28階 10階
44.6
17.8
49.2
20.1(1.10) (1.13)
36.7
14.5(0.82) (0.81)
50.1
19.4(1.12) (1.09)

東加速度(cm/s2)
28階 10階
264.6 143.1
298.3 167.9(1.13) (1.17)
301.0 147.7(1.14) (1.03)
279.2 139.0(1.06) (0.97)

西変位(cm)
28階 10階
26.5
9.9
37.0
15.2(1.40) (1.53)
34.3
12.4(1.29) (1.24)
32.3
11.7(1.22) (1.18)

カッコ内は観測記録に対する比― 55 ―

110

100
200
300
2
最大加速度(cm/s )400(a)最大加速度分布
図 5 最大応答値分布02040
最大変位(cm)(b)最大変位分布
南北方向
観測解析

東西方向

60

鴻池組技術研究報告

2012

(階)

南北方向
東西方向

26212

南北方向
東西方向

26

加速度(cm/s )100(階)

21

16

11116

60-50

南北方向

-10050加速度(cm/s2 )1650

250-25

東西方向

-50
10

112
最大層間変位(cm)30(c)最大層間変位

5.2100150

時間(秒)200(a)解析結果(d)最大層せん断力分布

100
観測

最大応答値分布(続き)2

図55020000
40000
最大層せん断力(kN)

加速度(cm/s )02011 年 4 月 11 日の地震

東北地方太平洋沖地震後の地震についても検討を行った。の観測記録を図 6 に示す。この地震でも設計時のモデルをもとにした R モデルでは観測記録との対応がよくなく、両方太平洋沖地震の解析後、4 月 11 日の地震を続けて解析する連続解析（東北地方太平洋沖地震の入力加速度データの南北方向60方向とも、建物剛性を設計モデルの 40％程度に低減させるとほぼ観測記録と対応する結果が得られた。次に、東北地

-50

70

時間(秒)

80

9050
加速度(cm/s2 )島県浜通り 深さ 6km)についての結果を示す。28 階加速度

0-100

一例として 4 月 11 日の地震(マグニチュード 7.0、震源 福解析

50

東西方向
250-25観測解析-50405060時間(秒)70(b)拡大図(観測記録との重ね書き)
図 7 加速度波形 拡大図（2011 年 4 月 11 日の地震、28 階）
剛性調整 R モデル、2011 年 3 月 11 日との連続解析

後に、建物応答が十分に小さくなる長さの０データを加え、その後に 4 月 11 日の入力加速度を加え、1 つの入力加速度

６．1 次固有周期の変化として解析）を実施した。東北地方太平洋沖地震の解析で用いたモデル(上部構造の剛性を設計モデルから 15％低下RC 造超高層建物における観測記録から得られる固有周させたもの)を用いた。28 階解析結果を図７に示す。ほぼ期は、設計時の解析モデルの固有周期より短く評価される観測記録と対応する結果となっており、東北地方太平洋沖場合が多い。解析モデルでは考慮されていない非構造部材

地震以後の地震については、この地震による影響を考慮すの影響、コンクリートの材料強度･弾性係数の設計値との相る必要があり、連続して解析を行うことにより評価できる違等により上部構造の剛性が解析モデルよりやや硬くなっものと考えられる。ているものと考えられる。本建物においても、1996 年 9 月の地震(28 階最大加速度が 60cm/s2 程度)についての検討２)

加速度(cm/s2 )100においては設計時の剛性を 30％弱大きくすることにより、28階、南北方向50観測記録と良い対応を示した。今回、東北地方太平洋沖地震では、逆に剛性を小さく評価する必要があることがわか-50った。建物の固有周期については、経年変化が見られるこ-100
50とが報告されている 3,4)ので、本建物においても、固有周期2加速度(cm/s )028階、東西方向25の経年変化について検討を行った。

0図 8 に観測開始からの地震記録から求めた 1 次固有周期-25の変化を示す。1 次固有周期は 1 階に対する 28 階応答加速度の伝達関数から求めた。なお、固有周期に振幅依存性が-500

図650

100150時間(秒) 200

観測記録の加速度波形（2011 年 4 月 11 日の地震）あるので、28 階加速度が 10cm/s2 以上と未満を分けて示す。
東北地方太平洋沖地震前後でかなり変化しているが、それ― 56 ―

東北地方太平洋沖地震における RC 造超高層建物の地震応答評価

以前においても時間の経過とともに固有周期が徐々に長くなっている(南北方向で 15 年で 20%程度、東西方向でそれ～2003.5.25
2003.5.26～2005.8.15
2005.8.16～2011.3.10
2011.3.11～

2.5よりやや大)。東西方向では、2003 年 5 月 26 日の地震時に、設計時の R モデルと同程度、2004 年 10 月 6 日の地震時に1次固有周期(秒)は設計時の R モデルより長く、さらに、2005 年 7 月 23 日の地震以降では、設計時の SR モデルの周期よりも長い場合が幾つかみられる。
東北地方太平洋沖地震についての検討と同様に、それ以2.0
設計値
SRモデル
Rモデル

1.5

前の表 5 に示す地震について解析による検討を行った。その結果、2003 年 5 月 26 日の地震と 2005 年 7 月 23 日の地
震の東西方向、2003 年 8 月 16 日の地震の南北･東西方向で1.0は 28 階で 100cm/s2 を超え、解析モデルの第 1 折れ点(ひび1割れ耐力)を超え、非線形領域に達していることが確認された。また、非線形領域に達する地震の前後で、最適な解析

10100
228階加速度(cm/s )1000(a)南北方向

モデルの周期が変化することも分かった。
～2003.5.25
2003.5.26～2005.8.15
2005.8.16～2011.3.10
2011.3.11～

図 9 に 28 階最大加速度と 1 次固有周期の関係を示す。
2.5

2003 年 5 月 26 日、2005 年 8 月 16 日、2011 年 3 月 11 日で区切り、記号を変えて表示している。2011 年 3 月 11 日だ
1次固有周期(秒)けでなく、2003 年 5 月 26 日(東西方向のみ)、2005 年 8 月16 日など応答が非線形領域に達する大きな変形を生じた
地震の前後で、固有周期が変化していることが分かる。な
お、同じ期間内の記録では、加速度が大きくなると固有周設計値
SRモデル
Rモデル

1.5期が長くなる振幅依存性が見られる。
表52.0

観測された代表的な地震の諸元

観測日時

震央

2003 年 5 月 26 日 18:26

宮城県沖ﾏｸﾞﾆ 深さ
ﾁｭｰﾄﾞ (km)7.0
71

最大加速度(cm/s2)
112.5

2004 年 10 月 6 日 23:41

茨城県南部

5.8

60

101.5

2005 年 7 月 23 日 16:42

千葉県北西部

6.0

90

140.7

2005 年 8 月 16 日 11:47

宮城県沖

7.2

42

147.2

1.0
110
100
28階加速度(cm/s2 )(b)東西方向
図928 階最大加速度と 1 次固有周期

最大加速度は 28 階東西方向の最大加速度2.5
1次固有周期(秒)

南北
南北

東西 （28階加速度10cm/s2 以上）
2東西 （28階加速度10cm/s 未満)

2.0

1.5

設計値
SRモデル
Rモデル

1.0
1996/2

1998/2

2000/2

図8

2002/2

2004/2

2006/2

1 次固有周期の経年変化― 57 ―

2008/2

2010/2

2012/21000

鴻池組技術研究報告

７．まとめ

2012

謝辞
本建物の地震観測は独立行政法人都市再生機構との共同

地上 28 階建ての RC 造超高層集合住宅において東北地方太平洋沖地震で観測された地震記録を用いて検証を行った。

研究として行っているものである。ご協力いただいた関係各位に厚くお礼申し上げます。

設計時のモデルをもとにしたロッキングモデルでは、あまり観測記録を再現できず、上部建物の剛性を調整（南北、参考文献

東西方向とも 15％低下）したモデルを用いることにより、

1) 井川望、藤井睦、伊藤真二：東北地方太平洋沖地震における地観測記録をよく再現できることが確認された。

震 観 測 建 物 の 観 測 記 録 、 鴻 池 組 技 術 研 究 報 告 、 Vol.21 、

東北地方太平洋沖地震後の地震については、東北地方太pp.45-48、2011.7

平洋沖地震時の解析モデルより剛性を低下させることによ2) 井川望、伊藤真二ほか：軟弱地盤に建つ鉄筋コンクリート造超り、観測記録をよく再現できた。また、東北地方太平洋沖

高層住宅の振動特性、日本建築学会大会学術講演梗概集 構造

地震との連続解析を行うことにより、同じ解析モデルでもⅡ、pp.723-724、1997.9

良い対応を示した。

3) 川島学、永野正行、鹿嶋俊英、井口道雄：長期間に亘る地震観

さらに、長期間にわたり観測された記録から、建物の 1

測記録により観察される建物動特性の変化と回帰推定式によ次固有周期の変化について検討を行い、東北地方太平洋沖

る予測精度、第 13 回日本地震工学シンポジウム、pp.1530-1537、地震前後で変化しているが、それ以前においても時間の経2010.11

過とともに固有周期が徐々に長くなっている（15 年で 20%

4) 炭村晃平、土肥博、千葉大輔、余湖兼右：長期地震観測記録に程度）ことが確認された。

よる高層建物の振動特性評価、日本建築学会大会学術講演梗概

今後も地盤特性を考慮した解析など本建物の応答特性の検討をさらに行う予定である。

― 58 ―

集 構造Ⅱ、pp.163-164、2008.9