工学院大学建築学科久田研究室
2006 年度卒業論文梗概

工学院大学新宿校舎の制震補強に関する研究
D1-03033
制震補強

地震応答解析

小菅芙沙子

超高層建築

1.はじめに

3.常時微動・人力加振観測

近年では、首 都直下地震や 東海地震など 、大規模な 地

3.1 観測目的、観測方法

震が発生する可能性が極めて高くなっている。また、 超解析モデルの妥当性を示すためにも、実際に建物が ど高層建築では、長周期地震動による共振のため、揺れ 幅のように変形をしているのかを知る必要がある。今回 のが増幅される危険性も指摘されている。大学の BCP（事観測では、建物が曲げ変形をしているかということを 観業継続計画）の点から考慮するならば、性質の全く異 な測のポイントとする。25 階、1 階の東西南北の計 8 箇所る地震に対する防災対策が必要である。現在、工学院 大に地震計を設置、加振点は 14 階とする。地震計は、ポー学新宿校舎では、対策がなされていない。

タブル加速度計データ収録装置を用いた。

そこで、本研究では、工学院大学新宿校舎の構造、 非構造部材の安全性を確保するために、応答制御型補強 の3.2 観測結果制震補強を行った場合の振動解析を行う。観測結果を 基代表観測点が最大水平変位（25F N 点及び W 点）を記に、振動解析モデルを作成する。そして、想定地震動 を録した同時刻における全観測点の変位記録を基に作成 し入力した時刻歴地震応答解析を行う。その結果、どの 程た変位モード図を図 3 に示す。NS 方向 、EW 方向ともに度の減衰効果があるかを検証する。

25 階の変位に比べ 1 階は僅かであることがわかる。この結果から、曲げ変形をしていることがわかる。また、 １

2.初期振動解析モデル

階の EW 方 向では、スウェイ･ロッキングをしている こ

2.1.初期振動解析モデル概要とが観測できたが、25 階の変形量と比べ僅かであるこ と工学院大学新宿校舎の初期振動解析モデルを、構造 計から、１階を剛と仮定して解析を進めることにした。

算書を 基 に 作成 し た 。 対 象と す る 建 物 は、STEC 街区大11000

学高層棟（図 1 左）のみとした。

9000

構造モデルは、剛床と仮定し、建物も整形であるため 、Scale=105000

は剛と し 、 基 礎 固 定 と す る 。 減 衰 定 数 は 2%（ 剛 性 比 例

3000

最大層間変形角25201510解析モデル
構造計算書
1/100

500

図 1

1/200

1/100rad敷地面積8881m2
建築面積
4498m2
延床面積114648m2
基準階面積1170m2
容積率1120％
階数
地上28階,搭屋2階,地下6階
軒高123.45m （平均地盤面より）最高高さ143m （平均地盤面より）
根切底30.2m （平均地盤面より）
支持地盤30.2m （平均地盤面より）
基準階階高4.35m 3.95m
構造種別 地上鉄骨造
地下1〜2階 鉄骨鉄筋コンクリート造
地下3〜6階 鉄筋コンクリート造
基礎形式 直接基礎、一部深礎

加振点

5

観測位置
変形後(+)
変形後(-)

14F

1000

1F-1000-6000

Displacement(cm)

story
30

地震計

25F
7000

30 質点直列質点系振動モデル（図 1）とした。下部構 造型）とした。固有周期は NS 3.3sec、EW 3.14sec となった。

N-2000

2000

6000

10000

25F E 地 点 人 力 加 振 水 平 方 向 時 刻 歴 変 位 波 形

0.1

Max:0.05cm
0-0.1
060120

図 3 上左：EW 方向変位モ ード図 上中:立面概要
加振時写真

Time (sec)

上左：下：25 階 E 加振時水平方向時刻歴変位波 形

左：高 層棟北側立面図、30 質点 直列質点系振動モデル

中：NS 方向最大層間変形角右：建物概要

4.振動解析モデルの補正
4.1 曲げせん断型モデルへの移行

2.2.振動解析モデルの設計地震波による比較

3 章の微動観測の結果より、高層棟を曲げ変形を考 慮作成した振動解析モデルの妥当性を計るため、構造 計した振動解析モデルの補正を行う。まず、25 階の変位か算書で採用されている設計用入力地震波を、作成した 振ら曲げ剛性とせん断剛性の占める割合を求める。曲げ 剛動解析モデルに 50kine に基準化した波を入力させた。こ性は、各階の断面 2 次モーメントから算出する。せん 断の結果、構造計算書の計算結果とほぼ一致したため、 作剛性は、せん断剛性の占める割合で、初期せん断剛性 を成した振動解析モデルの構造計算書に対する妥当性が 示割戻して与える。

せた。

3）

180

4.2 補正後の振動解析モデルの妥当性る層に配置し、剛性の強い中層階にはダンパーを配置 せ補正後の振動解析モデルの妥当性を見るために、観 測ず、上層階と下層階に配置した。目標を満たすようオ イ

地震記録と比較を行う。2004 年の新潟県中越地震と 2005

ルダンパーの大きさ、配置量を変化させる。その結果 、年千葉県北西部地震とを用いて比較を行った。比較を 行

ダンパーを配置した場合、建物の減衰定数を 4%から 6％った結果（図 4 下）、NS 方 向では、せん断剛性 50％、曲にした場合と同じくらいの効果がある。また、想定地 震げ剛性 50％、EW 方向では 、せん断剛性 78％、曲げ剛性

動の中で NS 方向の変位が大きい内閣府の発表を基に 作

23％ が 妥 当 で あ る と わ か っ た 。 NS 方 向 で は 、 曲 げ せ ん

成した首都直下地震でも、ダンパーを配置することで 、断モデルに補正することで、上層階の変位が大きくなり 、応答を 150 分の 1 以下にすることができる。

最大層間変形角が Elcentro 波を入力したときに 100 分 の1 を超える結果（図 4 下）となった。

Fourier amplitude(gal･sec)

観測地震記録曲げせん断モデル
せん断モデルFourier acceleration spectrum

600
500400

Story

200

Story

最大加速度

最大塑性率

3030252525202020151515151010105500101000.1

110h=0.02
h=0.04h=0.06
Oil damper
h=0.085Period (sec)
3030

Story
30

252520

最大層間変形角

Storyモード図

最大層間変形角

Storyモード図

002525

Story20202015151515101010105555

１次モード
２次モード
３次モード

せん断モデル
曲げせん断モデル
1/100

00.0040.008

00.012 -2 -1.5 -1 -0.5 0Rad

せん断モデル
曲げせん断モデル
1/100

00.5

11.5

2

１次モード
２次モード
３次モード

00.00400.012 -2 -1.5 -1 -0.5 0
Rad0.008

0.5

11.50.004

0.008

0.012
Rad

25
八戸̲NSBCJ-L2
首都直下(内閣府)
東海00.004

0.008

0.012
Rad

030

30

25

25

25

20

h=0.0220h=0.04
h=0.06
Oil damper

2020

Story 最大層間変形角

200

400

600

800
Gal

八戸̲NSBCJ-L2
首都直下(内閣府)
東海

0

Story

最大加速度

300.5

11.5

2

最大塑性率

2520
八戸̲NSBCJ-L2
首都直下(内閣府)
15東海15151510101010555520向、下右：EW 方向

八戸̲NSBCJ-L2
首都直下(内閣府)
東海

Story30

最大層間変形角0図 4 上：加速度フーリエスペクトル比較

50300

Story

最大層間変形角303000

Story

Story

最大層間変形角300.0040.008

下左：NS 方0.012
Rad

八戸̲NS
BCJ-L2
首都直下(内閣府)
東海

000.0040.008

000200Rad

図 6 上：NS 方向、下：EW 方向

最大層間変形角・モード図

八戸̲NS
BCJ-L2
首都直下(内閣府)
東海

400

600

800
Gal

00.5

11.5

2

ダンパー配置後の時

刻歴応答解析結果
6.まとめ

5.制震装置を付加した時刻歴地震応答解析

本研究では、微動観測の結果より､曲げせん断モデル を5.1 制震装置の選定
制震装置は、小地震から大地震まで減衰効果が望め る作成し、観測地震記録と適合することを確認できた。 ま

粘性系のオイルダンパーを用いた。2 種類の油圧弁（ 調た、粘性系（オイルダンパー）制震装置を付加した時 の圧弁・リリーフ弁）を装備することで減衰力と速度の 関応答低減効果を確認できた。今後は、取付部材の剛性 を係をバイリニア型（図 5 右）とし、大地震時に建物躯 体考慮した応答解析や仕口部の設計が必要となる。更に 、に過大な荷重が作用することを防止できる。また、温 度制震補強を大学の BCP に適用させるためには、補強工事や周波数の変化に対して殆ど依存性がなく、繰り返し 荷費用と対策による効果の検証が必要である。

重による性能劣化も殆ど無いという特徴がある。

謝辞

Fd(t)

型式
SD1000kN
最大減衰力 1000kN
リリーフ荷重 800kN
第一減衰係数 25kN･sec/mm
第二減衰係数 1.7kN･sec/mm
最大速度150mm/sec
剛性250kN/mm

図5左:装置概要例

本 研 究 を 行 う に あ た り 、微 動 観 測 に お い て 、芝 浦 工 業 大 学 紺α C1

Q1
C2‐udyud

野 研 究 室 の 方 に ご 協 力 を 頂 き ま し た 。ま た 、久 田 嘉 章 教 授 を はud(cm/s)

y‐Q1

右：装置減衰特性

じ め 、工 学 院 大 学 博 士 課 程 鱒 沢 曜 氏 、修 士 過 程 塚 本 英 司 氏 に は大変お世話になりました。ここに記し感謝の意を表します。
参考文献
1)工 学 院 大 学 構 造 計 算 書
3) パ ッ シ ブ 制 震 構 造

5.2 制震装置を付加した応答解析結果
制震装置を付加する前の応答解析結果を基に、最大 層設 計 ･施 工 マ ニ ュ ア ル2)工 学 院 大 学 新 宿 校 舎 の 地 震 被 害 想 定 関 す る 研 究 (2005 年 度 卒業論文)

間変形角が、NS 方向で は 200 分の 1 を 超えている層に

4) 首 都 直 下 型 地 震 を 対 象 と し た 強 振 動 予 測 に 関 す る 研 究 (2006

ダンパーを配置した。EW 方向は 150 分の 1 を超えてい年度卒業論文)