工学院大学建築学部卒業論文梗概集
久田研究室

2015 年度

地震応答解析に基づく既存中層鉄筋コンクリート造建物の耐震性能に関する検討
DB12303 牧

和

はじめに

1.

1995 年の兵庫県南部地震以降、構造体と非構造部材の耐震表 2 検討した非構造部材の仕上げ表性能が見直されるようになったが、構造体の被害が顕著であったことから構造体に重きを置いた耐震性能の検討であった。
外壁

2011 年に発生した東日本大震災(東北地方太平洋沖地震)の地震による建物被害では非構造部材の被害が多数確認された。

天井

非構造部材の損傷により新耐震基準建物であっても、一時的に建物の使用が制限される事態が発生し、改めて非構造部材

45 二丁掛タイル
事務所（２9ジプトーン貼階～５階）
9P.Bの上 ビ
住居（６階） ニールクロス
貼

図 1 建物外観の耐震性が見直されるようになった。
また、この東日本大震災によって、日本の多くの企業が津波や地震の被害を受けたこともあり、BCP（事業継続計画）や LCP（生活継続計画）に対して企業の関心は高まった。
(4)によれば震災からおよそ 2 年経過した時点で、BCP 策定済み企業は約 4 割となり、震災発生当時のおよそ 1.5 倍に増加したという結果がある。
現状、拠点施設、重要施設のみならず民間オフィスビルにおいても、想定を超えた地震後も継続して使用できることが建物の耐震性能として求められるようになった。非構造部材

図 2 基準階平面図の損傷は人的被害だけでなく、建物の使用性や機能性に損な

図 3 西立面図、図 4 基準階梁伏図、表 3 構造設計諸元をう要因であり、地震後も使い続けられる建物にするためには、以下に示す。

構造体のみならず、非構造部材の耐震性能の検討が必要である。
そこで本研究では、新耐震基準建物であり、住居兼テナントオフィスビルの機能を有した既存中層鉄筋コンクリート造建物を対象に、建築基準法で検討される地震動と建築基準法の想定を超えた地震動を作用させ、構造体と非構造部材の耐震性能を検討していくものとする。
2.

建物概要
対象建物の概要として表 1 建物概要, 表 2 非構造部材の仕上げ表、図 1 建物外観、図 2 基準階平面図を以下に示す。対象とする建物は、東京都府中市に所在する、築 24 年、地上 6階の住居兼テナントオフィスビルである。
表 1 建物概要 ,竣工
1991年 10月
用途
駐車場、事務所、住居
延床面積1093.9㎡
建物面積228.2㎡
構造種別
鉄筋コンクリート造
架構形式 耐震壁付きラーメン架構
建物階数
地上6階
最高高さ20.4m
軒高さ19.2m
地盤種別
第2種地盤
基礎形式
直接基礎

図 3 西立面図
上部構造は耐震壁付きのラーメン架構の鉄筋コンクリート造であり、X 方向は耐震壁が支配的な構面、Y 方向はラーメン架構が支配的な構面である。架構の特徴としては、Y2 通り、Y3 通りには大梁に大梁が取り付く箇所があり、片持ち梁気味の形式となっている。EV シャフト・EV ホール・階段のコアは片側に集約されている。また、基礎形式は地盤が良好であることから直接基礎が採用されている。

(3)各部材のモデル化を以下に示す。
表 4 部材のモデル化一覧
部材
はり柱壁

変形成分 要素モデル
軸方向単軸バネ（軸バネ）
曲げ単軸バネ（曲げバネ）
せん断単軸バネ（せん断バネ）
軸方向
ＭＳモデル
曲げＭＳモデル
せん断単軸バネ（せん断バネ）
軸方向
ＭＳモデル
曲げＭＳモデル
せん断単軸バネ（せん断バネ）(4)各部材の復元力特性は、今回はデフォルトを採用し、曲げバネは剛性低減型、せん断バネは原点志向型とした。
(5)SNAP では各部材の終局耐力は『建築物の構造関係技術図 4 基準階梁伏図基準解説書』に基づいて算出される。
4.静的荷重増分解析

表 3 構造設計諸元
地盤地域
Z = 1.0係数
地盤種別 第2種地盤 Tc = 0.6 sec
設計用一次固有周 T = 0.384 sec(略算式）
期
振動特性
Rt = 1.0係数

対象とする建物の破壊メカニズムを把握するために、静的荷重増分解析を行った。外力分布は SNAP の自動計算により算出された Ai 分布（荷重分布係数）としました。載荷はX 方向（長手方向）、Y 方向（短手方向）に対して正加力と負加力を行った。X(負加力)、Y(負加力)を扱うものとし各方向の Q－δ 図を以下に示す。

また、建物の最高高さが 20.4m で鉄筋コンクリート構造であることから、構造設計ではルート 2－3 が採用され,保有水平耐力の検討はなされていません。
3．立体フレームモデルの概要
竣工図面および構造計算書を元に構造解析に用いる立体フレームモデルを作成した。解析ソフトには任意形状立体フレーム弾塑性解析プログラム

SNAP Ver.6 を用いる。作成したモデルを図 5 立体フレームモデル図として示す。

図6Q-δ 図（X 負加力方向）

図7Q-δ 図（Y 負加力方向）

図 5 立体フレームモデル
またモデル化されていない外階段、ベランダ、塔屋などは荷重のみを考慮することで解析モデルに反映する。今回構造計算書の段階では、詳細に検討されていない壁の開口などを竣工図面に基づいてより建物の実状に則したモデルを作成した。構造計算書で使用したモデルと今回私が作成した立体フレームモデルの静的応力解析の結果を比較することで建物の妥当性の確認も行った。

X（負加力）方向の結果としては、初期ステップで既に 5・モデル化概要～6 階の柱に曲げによるにひび割れが生じた。層間変位が(1)基礎梁下の支点はピン支持とし、柱・梁の接合条件は剛接1mm に達する前で耐力壁、柱にひび割れが生じ、層間変位合、例外としては、大梁に大梁が節点はピン扱いとしました。

が４ｍｍに達するとほとんどの梁でひび割れが生じる。加力(2)床は剛床仮定とした。

方向に対して引張側にある 1 階の柱、梁、壁が層間変形角およそ 1/1000~1/800 で曲げ降伏に至る。住居である 6 階は開以上のルールに基づいて設定したトリリニアモデルの復元

口が大きく腰壁の付帯梁のせん断破壊が層間変形角 1/900 で力特性を以下に示す。

確認された。層間変形角 1/390 に達した時 X1 通りの 2 階の表 6 トリリニアモデルの定数
X 方向（上）、Y 方向（下）耐力壁のせん断破壊が曲げ降伏より先行して発生する。層間変形角 1/250 を超えた辺りから 2 階、3 階の局部崩壊に至り、層間変形角 1/170 で 2 階が崩壊する。
Y（負加力）方向の結果としては、初期ステップで 5～6 階の柱は曲げによるひび割れが生じた。大半の耐力壁、梁は層間変位が 4mm に達した時にひび割れが生じた。Y4 通りの構面では、層間変形角 1/700 の時、柱が曲げ降伏に至り、層間変形角 1/573 を超えた辺りで 3 階の床梁が曲げ降伏し、層間変形角 1/342 で 3 階の柱がせん断破壊し、3 階の局部崩壊に

階FL2FL3FL4FL5FL6FL7重量(t) Qc (kN/mm) Qｙ (kN/mm)
258.2
4452.613852.2
231.3
4355.113194.1
226.9
3350.110130.9216.5
2429.59737.3226.315456847.9
176.4
145.2
3816

K1
α （K2/K1) β (K3/K1)
4057.470.26
0.03
4527.970.21
0.01
3708.520.27
0.05
3204.560.23
0.01
2632.290.26
0.02
772.36
0.53
0.03

階FL2
FL3
FL4
FL5
FL6
FL7

重量(t) Qc (kN/mm) Qｙ (kN/mm)
258.2
1940.27971
231.3
2673.17625.5226.9
1768.66591.3216.5
1438.65373.4226.3
1102.93972.5176.4583.7
2156.9K1
α （K2/K1) β (K3/K1)
1577.240.28
0.02
1316.050.170.01
4448.290.04
03436.75
0.0503819.86
0.04
02713.16
0.050至る。層間変形角 1/332 で 2 階の柱がせん断破壊に至り、25. 耐震性能の検討

階でも局部崩壊が見られる。この Y4 通りの構面だけで考え

動的地震応答解析の概要

たときには、柱のせん断破壊による局部崩壊が見られた。
増分解析結果のステップを追うことで得られた各層のせん断破壊し始める目安を表として以下に示す。
表 5 各層のせん断破壊発生目安一覧
せん断破壊し始める目安
X（負加力） Y（負加力）
FL7-FL6
1/194
1/237
FL6-FL5
1/159
1/518
FL5-FL4
1/170
1/221
FL4-FL31/229
1/342
FL3-FL2
1/409
1/332
FL2-FL1
1/330
1/229

質点系モデルの概要
今回、解析対象の建物は中層鉄筋コンクリート造の建物で、構造要素として耐震壁が支配的であることから、等価せん断静的荷重増分解析から得られた質点系モデル（X 方向）（Y方向）に対して建築基準法で検討される地震波レベルと建築基準法の想定を超えた地震波レベルを作用させ、建物応答性状を把握し、静的荷重増分解析との比較により、耐震性能の評価を行った。非構造部材の検討は既往の文献(2)に基づいて検討を行った。
入力地震波の概要
今回は、エルセントロ波（El Centro）NS 成分用いて地震応答解析を行った。建築基準法で検討される地震動レベルをレベル 1 基準(25kine)、レベル 2 基準(50kine)とし、建築基準法の想定を超えた地震動レベルをレベル 3 基準(75kine)として X 方向、Y 方向の質点系モデルに作用させた。以下にエルセントロ波の加速度波形を示す。

型の質点系モデルとした。上部構造の復元力特性は静的荷重からトリリニアモデルの生成を行い、せん断バネの復元力特性は標準トリリニアモデル型とした。X 方向のスケルトンカーブは図 8、Y 方向のスケルトンカーブは図 9、それぞれに反300

Amax = 341.7 (cm/s/s)

20010000-200定した。

-300

第 1 折れ点の Q1 は、直線 Q = εK1・δ と Q-δ 曲線との交点の値とし、ε＝0.8 の時の値で考えた。

③304050T (s)図 8 エルセントロ波加速度波形
動的地震応答解析結果
地震応答解析によって得られた各レベルにおける最大層間増分解析の結果より、部材のせん断破壊が発生し始める変形角と最大絶対加速度の結果を表 7,表 8,図 9,図 10 として層間変形角を X 方向では、1/250, Y 方向では 1/300 と以下に示す。

考えるものとし、この時の Q-δ曲線上の点を終局耐力とし、この点が 3 次剛性となるように設定した。
④20一次剛性（K1）は静的荷重増分解析における初期剛性とした。

②10-100

映した。トリリニアモデルは以下に示すルールに基づいて設①El Centro NS

400A (cm/s/s)

増分解析結果から得られた各層の層せん断力―層間変位関係

Q2 (第 2 折れ点)、K2（2 次剛性）は面積等価（B =A+C）となるときの値とした。

※SNAP の仕様により以上の条件で設定できないときは、自動計算によりトリリニアモデルのスケルトンカーブを生成する。

表 7 最大層間変形角
X方向
Y方向
地震波レベル レベル１ レベル２ レベル３ 地震波レベル レベル１ レベル２ レベル３
層最大層間変形角
層最大層間変形角
FL6-FL7
1/1084
1/819
1/490
FL6-FL71/14475
1/346
1/240
FL5-FL61/1722 1/1022
1/495
FL5-FL61/103251/191
1/95
FL4-FL5
1/2166
1/791
1/387
FL4-FL5
1/1963
1/160
1/71
FL3-FL4
1/3038 1/994
1/427
FL3-FL4
1/1052
1/155
1/73
FL2-FL3
1/3404
1/948
1/359
FL2-FL3
1/1466
1/179
1/90
FL1-FL2
1/3316
1/985
1/442
FL1-FL2
1/932
1/346
1/179

レベル１地震波

表 8 最大絶対加速度

レベル2地震波

レベル3地震波

X方向
Y方向
地震波レベル レベル１ レベル２ レベル３ 地震波レベル レベル１ レベル２ レベル３
最大絶対加速度（mm/s/s)
最大絶対加速度（mm/s/s)
層層
FL7
7426
9692
15938
FL73587
9830
12552
FL66036
8858
13894
FL626527633
10996
FL551199361
11984
FL52629
6189
10037
FL44194
6366
10176
FL43202
5659
7826
FL3
3122
6938
8887
FL339796535
8174
FL22777
6270
8148
FL2
3264
7855
11861
FL125295126
7654
FL1252951267654

層間変形角 1/250

7
6

層

5
4
3レベル１地震波2

レベル２地震波

レベル３地震波

7

1
0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

6

層間変形角レベル１地震波

レベル2地震波

レベル３地震波

層間変形角 1/300

層5
4
3

7

2

6

1
0

層

5

2000

4000

6000

8000

10000 12000 14000 16000 18000

絶対加速度（mm/s/s)

4
レベル1地震波

3レベル２地震波

レベル３地震波

721600.002

0.004

0.006

0.008

0.010.012

0.014

0.016
5

層層間変形角

図 9 最大層間変形角（X 方向）：上、（Y 方向）：下43・耐震性能評価2

レベル 1 相当の地震では各層の層間変形角が 1/1000 に満10

たないことから構造体に軽微なひび割れが生じる程度であると考えられる。対象建物の外壁（非構造部材）は耐震性能の

2000

4000

6000

8000

10000 12000 14000 16000 18000

絶対加速度（mm/s/s)

図 10 最大絶対加速度（X 方向）：上（Y 方向）：下低い RC 下地の現場張りタイルであり、層間変形角 1/1000

6. まとめに満たない状態でも部分的に小さなひび割れ、剥離が生じ簡・レベル 1 の地震では構造体の被害は軽微であるが、外壁の易な補修が必要になると考えられる。レベル 2 相当の地震が簡易な補修が必要。

作用した場合、各層の最大層間変形角より耐力壁、耐力壁を・レベル 2 の地震では、倒壊には至らずとも、建物の使用性構成する柱では基本的に被害は生じないと考えられる。1 階

機能性に大きな損害を与えると考えられ、地震後も使用するの隅柱は増分解析結果より層間変形角 1/1100 で曲げ降伏に場合は構造体、非構造部材の大規模な補強が必要。

至る。よって 1 階の X1 通りでは隅柱の曲げ降伏が発生する・レベル 3 の地震では、1 階、2 階の下の階から崩壊に至ると考えられる。このように耐力壁が支配的な X 方向の構面でと考えられる。

はほとんど被害は生じない。しかし Y4 通りでは増分解析よ謝辞

り層間変形角 1/520 を超えると耐力壁を構成する柱のせん断研究を行うにあたり、ご指導を頂いた久田嘉章教授、鱒沢破壊が発生し、応答結果より 2~5 階の柱でせん断破壊が発生

曜様、心より感謝申し上げます。

すると考えられ構造体に関して、Y4 通りの局部崩壊が顕著で参考文献ある。非構造部材（外壁）では X 方向ではレベル 1 地震波と1) 日本建築学会：鉄筋コンクリート構造同様の被害程度だと考えられるが Y 方向ではタイルの大きなひび割れや剥離が生じると考えられ、構造体と非構造部材共説

計算基準・同解20102) 金子美香、神原浩、田村和夫：『非構造部材の耐震実験に大規模な修復が必要になると考えられる。レベル 3 相当の結果に基づく耐震性能の整理』日本建築学会技術報告書

地震が作用した場合は、層間変形角 1/400 を超えた辺りから

第 21 号,39-44,2005 年 6 月

2 階耐力壁でせん断破壊が発生し、2 階が崩壊すると考えられ

3) 株式会社る。層間変形角 1/250 で Y4 通りの 1 階の耐力壁、柱が曲げュアル

構造システム：SNAP

ver.6 テクニカルマニ

降伏に至り、1 階が崩壊する。本建物は下の階から崩壊に至4) 株式会社 NTT データ研究所『東日本大震災発生後の企ると考えられ、非構造部材の損傷も大きなものとなり、地震業の事業継続に係る意識調査』 アクセス日 2016/02/08

後に建物を使うことはできない状況に陥ると考えられる。

http://www.keieiken.co.jp/aboutus/newsrelease/130228/