工学院大学建築学部卒業論文梗概集
久田嘉章研究室 2015 年度

質点系モデルによる工学院大学新宿校舎の制震補強検討
DB-12334
1． 研 究の背 景と目 的八木玲

構造は剛とし基礎固定とする(図 2-1)。表 2-1 に立体モ デ

近年、首都圏では災害時における帰宅困難者対策が急

ルと質点系モデルの 1 次か ら 3 次までの固有周期の比 較

務となっている。特に、都市部の帰宅困難者を発生させを示す。また減衰定数は、東北地方太平洋沖地震においないため、発生した帰宅困難者を留めるため建物の機能て同定された結果を参考に NS 方向 1 次 1.9%、3 次 3.0%、性を維持させる必要がある。本学のように避難場所に指EW 方向 1 次 1.2%、 3 次 3.0%のレイリー型減衰と仮 定

定されている建物は発災後も使用可能と判断されることする(図 2-2)。

が重要である。
本研究では、想定される巨大地震時の被害予測等の対策に使用するために立体モデルから、質点系モデルを作成する。立体モデルでは解析に時間がかかるため、評価を速く正確に行う質点系モデルと作成する。その結果、複数のケースの検討が可能となり最適なダンパーの設置階を提案することができる。また、従来の計算で建てられた建物が新しく発表された想定地震でどのような影響がでるかを確認する。
2． 対 象構造 物概要
2.1

大 学棟概 要

大学棟は地上 29 階 、地下 6 階建ての鉄骨構造であり 、図 2-1 大学棟軸組図と質点系モデル図

東西端部にコアを持つダブルコアの建物である。また、
東 西 端 部 の コ ア を 結 ぶ 25.6m の 大 ス パ ン 梁 と 、 階 高が5m を超える 16、21 階にス ーパーフレームが配置されている構造的な特徴を持つ建物である。

2.2

立 体モデ ル概要

立体モデルは竣工図面及び構造計算書をもとに作成している。2013 年度に作ら れたモデル 1) を 2015 年度に修正・改善を行ったものを立体モデルとする。本モデルでは地下階は扱わず、地上階の構造部分のみ扱う。東北地方 太 平 洋 沖 地 震 を 入力 地 震波 と し 解 析 ソ フ ト (SNAP) 2) で地震応答解析をした際の応答波形と、大学棟でした波形
図 2-3と近似している。なので、立体モデルの整合性は確認さ減衰比較れている。
表 2-12.3

固有周期の比較

質 点系モ デル概 要

本研究で主に使用する質点系モデルは、立体モデルの等価せん断モデルである。作成する際には、立体モデル作成時に使用した階高・層重量を使用している。そして、
立 体 モ デ ル で 静 的 解 析 (1 方 向 載 荷 )を 行 い 算 出 さ れ る 剛

方向NS性を入力している。なお、質点系モデルは NS・EW 構 面でそれぞれ作成している。剛床を仮定し、建物も整形であるため 30 質点直列質点 系モデルとなっており、下部EW

次数123123

周期
3.080
0.979
0.502
2.994
1.035
0.551

立体モデル
振動数 刺激係数
0.325 1.482
1.021 -0.728
1.992 0.438
0.334 1.432
0.966 -0.666
1.814 0.405

質点系モデル
周期 振動数 刺激係数
3.085 0.324 1.426
1.206 0.829 -0.705
0.740 1.351 -0.530
3.000 0.333 1.384
1.126 0.888 -0.636
0.687 1.455 -0.492

3． 整 合性確 認
3.1

4． 外 力分布

観 測記録 につい て

観 測記録 につい て

4.1

大学棟では加速度センサーを設置し強震観測を行って本研究で使う地震波は、現在国土交通省で発表されている。設置場所は、NS 成 分は東西で 2 カ所、 EW・ UD

いる「長周期地震動を考慮すべき主な地点と地震動の考成分についてはそれぞれ西側で 1 カ所設置されているえ方」 3) (以降、告示 案)で扱 われている地震使用する 。

(図 3-1)。また、設置階は 1・8・16・22・24・29 階であ対象とする地震は、内閣府が検討している南海トラフる(図 3-2)。センサーはサー ボ型加速度計であり、1989 年

沿いで過去に発生した巨大地震のうち、各地域で影響が竣工時以来観測を行っている。

大きいと考えられる地震を対象とする。具体的には、関東、静岡：安政東海地震 (Mw8.6)、中部、近畿：宝永地震(Mw8.9)で、震源規模およ び震源断層領域 (位置)は、内 閣
府の設定に倣う。町丁目データと観測地点を図 4-1 に 、
図 4-2 に各地域で最も大き い加速度の波形と速度スペクトル(h=5%)を示す。また、長周期地震を再現するため本来 650 秒まで加速度波形 は あり解析の際にも入力しているが、掲載は 350 秒までとする。

図 3-13.2

図 3-2

センサー設置位置

センサー設置 階

質 点系モ デルの 整合性

東北地方太平洋沖地震の際に、大学棟 1 階で観測された波形を入力地震波として地震応答解析を行う。そのときの解析結果と観測されたデータの 29 階の時刻歴を 比較し質点系モデルの整合性を確認する(図 3-3)。
100

29F 変位

80

観測記録 MAX: 26.6

関東圏

静岡県

中部圏

大阪圏

cm

60

4020

質点系モデル MAX: 28.7

0-20-40050

100

150200250

800

300 time(s) 350

400

450

500

550600650

29F 加速度600

観測記録 MAX: -235.0cm/s2400200
質点系モデル MAX: -243.80-200-400050

図 3-3100150200250

300 time(s) 350

400450500550600

図 4-1650

町長目データと観 測地点観測との波形比較(上：変位、下：加速度)300との比較をおこなっても質点系モデルの再現性は高い。

100

しかし、最大値が観測と合わない原因として 2 次以降の固有周期が立体モデルとの誤差があるため、その影響を受け誤差が確認された。

cm/s2

立体モデルから質点系モデルを作成しているため、観測

KA1-100

MAX: 45.5 cm/s2-300
050

100

150200250300time(s)

350

400

450

500

550

600

650

cm/s2300

関東圏

3131

SZ1262621

21

100-100

NS せん断力階 16

MAX: 282.0 cm/s2-300
050

100

150200250

300

time(s)

11350

400

450500

550

600

66

10cm/s2300

JMA KOBE11650

静岡県

EW せん断力

階 16

JMA KOBE0.20.40.64-4

図CH10.811.2

100.2

JMAKOBE0.40.60.811.2

せ ん断力1005． 制 震補強 案の検 討及び 解析結 果-100050100

150200250300time(s)解 析に使 用する モデルに ついて

5.1

MAX: 265.5 cm/s2-300

350

400

450

500

550600

前章のせん断力を外力分布とし、立体モデルで静的解650

中部圏析を行いその結果より、ダンパーの設置階の検討し複数モデルを作成する。また、長周期地震での外力分布と従cm/s2300

来の設計で扱われている外力分布(以降、Ai 分布)の 比 較OS1を行う(図 5-1)。層間変形角 について下層階では告示案が100大きくなっており、高層階では Ai 分布が大きくなっ て-100いる。そのため、均等にダンパーの配置を行う必要があMAX: 262.8cm/s2-300
050100150200250300time(s)350400450500550600650

今回 5 種類のケースを検討する(図 5-2)。ケース 1 は層大阪圏
図 4-2ると考えられる。
間変形角が約 1/50 から 1/65 と変形が大きくなり、ダン加速度波形と速度 応答スペクトル(h=5%)パーの設置が必須であると考えられる位置に配置したモ4.2

デル。ケース 2 から 4 は、ケース 1 にダンパーを追加しせ ん断力

告示案の地震波を SNAP に入力し解析を行う。解析結果より得られた最大層せん断力を 1 で基準化し最大値を求める(図 4-3)。この時の ベースシア係数を表 4-1 で ある。この結果を用いて立体モデルで静的解析を行い、層たモデルである。ケース 5 は全層に配置したモデルである。その際に使用したダンパー 5) を表 5-1 に示す。
3131
告示案

26間変形角からダンパーの設置階を検討する。

NS方向JMA
KOBE

このとき、告示案の結果では 1 次モード卓越の結果しか得られなかったので、高次モードの影響を受ける地震についても考慮が必要だと考え、JMA-KOBE(NS 成分 ) 4)3131

NS せん断力KA126

SZ1SZ221

SZ3CH1階 16CH2CH311OS1OS26Ai分布

階16階16111166

11

告示案

JMAKOBE

26

SZ1
SZ221

SZ3CH1階 16CH2CH311OS1OS26

最大値

OS300.2

0.40.60.8

図4-3

1

SZ10.280.33

SZ20.25
0.34

01.2

告示案

表 4-1

KA10.100.15

最大値

10.20.4

0.60.8

11.2

せん断力

ベースシア係数

SZ30.190.21

CH10.390.39

CH20.330.38

CH30.190.26

OS10.290.44

OS20.210.23

OS30.160.19

Ai分布

0KA1OS31NSEWEW せん断力

EW
方向2121

ついても同様に解析を行い、せん断力をダンパーの設置
階の検討を行う際の外力分布とする(図 4-4)。

260.005

図 5-10.01
1/1000.015

0.021/50

静的解析結果ケース1ケース2302928272625242322212019181716151413121110987654
321

図 5-2

ケース3ケース400.025

0.005

0.01
1/1000.015

0.021/500.025

層 間変形角(左：NS、右： EW)ケース5階302928272625242322212019181716151413121110987654321

ケース1ケース2ケース3ケース4

ダンパー設置階(左 ：NS、 右：EW)

ケース5

表 5-1KYB 制振用オイルダンパー<BDH>
BDH1500160B4
1500kN
375.0ｋN・s/cm
11.2kN・s/cm
1200kN
4300kN/cm

型式
最大減衰力
減衰係数1
減衰係数2
リリーフ荷重ダンパー剛性3131

使用ダンパー種類

OS1_NS262121階16階 16111166
最大層間変形角10解 析結果5.20.005

ケース１

Dなし

図 5-3 から 5-6 にそれぞ れの地域で最大の加速度を入

図 5-6

ケース２0.01
1/100
1/700.015

ケース３大阪圏

ケース４

OS1_EW

261/500.02ケース５

最大層間変形角

10

Dなし

0.005

ケース１0.01
1/100

ケース２

ケース３0.015
1/70

ケース４0.02
1/50

ケース５

層間変形 角(左：NS、右： EW)

力した際に得られる最大層間変形角を示す。これらの位置によりダンパーの設置階及びケースを決定する。

6． ま とめ

関東圏に関しては入力が小さいため心配する必要がな

観測波形の比較から質点系モデルの整合性を確認した。

いのがわかる。一方静岡県では全層に設置しても効果が立体モデルで静的解析をした際、約 1/70 から柱・梁でない結果となった。

崩壊メカニズムを形成する。そのため、ダンパーによる補強を行う際にもひとつの目標値とする。解析の結果、3131KA1_NS26262121

階 16

階16111166

KA1 は入力が小さいため安 心だといえる。しかし、SZ1KA1_EWを入力とした時には、ダンパーの本数には関わらず設置していない時 の値とほぼ 変 わらない値と なったが、 1/70前後と大きな層間変形角とはならなかった。だが、より安全側にするためにはダンパーの性能を上げるなどの検討が必要。CH1、OS1 では 、ケース 4 の場合多くの階で最大層間変形角00.0010.002

Dなし

ケース１ケース２

図 5-30.0030.004

ケース３0.005
1/200

ケース４0.006

一番効果的だといえる。そ れでも EW 方向では下層階に

1

ケース５00.001

Dなし

ケース１0.0020.003

ケース２0.004 1/2000.005 0.006 1/1500.007

ケース３ケース４

ケース５

層間変形 角(左：NS、右： EW)

関東圏

31

る。

SZ1_EW26

大きな層間変形角が見られるため、検討をする必要がある。今後はオイルダンパーの種類の検討も必要だと考え

31

SZ1_NS26

1/70 よ り 小 さ く な る の で 今 回 検 討 し た ケ ー ス の 中 で は最大層間変形角121217． 参 考文献

階 16

階 161) ・ 荒 川 洋 輔 (2013) 「 首 都 圏 で 想 定 さ れ る 多 様 な 地震

111166
最大層間変形間
00.01
1/100

0.005

ケース１

図 5-4

ケース２

1/700.015

ケース３

静岡県

310.02
1/50

ケース４

Dなし

2121

階 16

階 16

111166
最大層間変形角

1
Dなし

ケース１

図 5-5

ケース２

ケース３

中部圏

0.01

1/100

ケース２

0.015

1/70

ケース３

ケース４

1/700.015
ケース４1/500.02
ケース５Ver.5 テクニカルマ ニュアル

0.023) 国 土 交 通 省

ケース５

地震動の考え方1/50

長周期地震動を考慮すべき主な地点とhttp://www.mlit.go.jp/report/press/house05_hh_00060

31260.01
1/1000.005

ケース１

層間変形 角(左：NS、右： EW)

CH1_NS0.005

最大層間変形角0ケース５2602)株式会社構造システム：SNAP

11
Dなし

動に対する超高層建築の制振補強の検討」

CH1_EW

1.html4) 気象庁, 強震波形 平成 7 年(1995 年 )兵庫県南部地 震
http://www.data.jma.go.jp/svd/eqev/data/kyoshin/jishin/hyogo_nanbu/index.html
5)カヤバシステムマシナリ ー株式会社
https://www.kybksm.co.jp/products/vibration_control/
vibration_control-0013.html

最大層間変形角100.005

Dなし

ケース１0.01
1/100
1/700.015

ケース２ケース３

ケース４

層間変形 角(左：NS、右： EW)

1/500.02
ケース５