工学院大学建築系学科卒業論文梗概集
久田嘉章研究室 2011 年度
2011 年東北地方太平洋沖地震による超高層建物の揺れ・被害と負傷者推定について
D1-08088

小泉秀斗「家」という表現を適宜フロアーと変更

1．はじめに2011 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震でオフィスビル特有の項目を追加

は甚大な津波被害のみならず長周期地震動により広範囲→キャスター付きの家具の挙動に関する項目を追加

にわたって建物被害が発生し、中でも非構造部材の被害アンケート調査から工学院大学における東北地方太平は多数報告されている。また超高層建物では長周期地震

洋沖地震での被害をまとめ、震度を算出して階別の震度動によって、地上での地震が収まった後でも大きく長時分布を調べる。本研究では太田・後藤・大橋ら考案のア間揺れていたことが確認された。超高層建物では建物のンケートシートをオフィス用に修正したものを使用し、応答が複雑に変化し、震度や被害率も階別に異なってく

震度は太田らのアンケート震度の算定式 1) を用いた。

る。今後想定される東海東南海連動型地震や首都直下型

アンケートの有効回答数は精神面に関する設問で多く、地震では今回以上の建物被害が出る可能性が懸念され、身の回りに起きた現象など物理的なことに関する設問で特に首都圏では超高層建物が数多く存在し、甚大な被害は回答数がやや少なかった。また条件を絞り込んだものが出ると考えられる。

や制限がある回答率が低くなっている。今回の調査では
有効回答数が少数な階があるため、低・中・高層で階数2． 研究の流れ
これまで観測記録がない場所に関して、アンケートにを重ねて考察した。なお、低層は 1～9 階、中層は 10～19 階、高層は 20～28 階として区分している。

よる震度を算出する手法が行われてきた。そこで本研究では工学院大学の学生、教職員を対象に東北地方太平洋沖地震に関するアンケート調査を行い、調査結果からアンケート震度を算出し各階での震度分布と揺れを分析する。また既往の負傷者推定の手法に非構造部材の被害を考慮させるため、家具の被害関数と天井落下の発生率の修正し想定地震による負傷者推定を行う。その推定結果を実際の被害と比較し、その妥当性を検討する。

3．アンケート調査概要
・調査実施日：2011 年 7 月 22 日 午後 13 時から 16 時
・対象：工学院大学新宿キャンパス、学生 、教職員 (147

図1．階別集計枚数名)
表 1. アンケート設問項目
設問2
設問3
設問5
設問6
設問7
設問8
設問9
設問11
設問12
設問13
設問14
設問15

アンケートの設問項目
地震時の電灯やカレンダーなど、吊してあるものの揺れや動き
コップ等の水、又はガラスビンの中のモノ（飲料水など）の動き
落下物の有無キャビネット・戸棚・本棚など、重い家具の動き
フロアー全体としての揺れ
フロアーの被害
地震の揺れている時間の感じ方
地震に気がついたとき驚き
こわさの程度地震のときフロアーいた方のみ、どのような行動したか
地震のときフロアーいた方のみ、立っていられたか
地震のときに動いていた方のみ、行動は困難だったか

図2．所属

図3．性別

図4．年齢

図5．緊急地震速報

・設問項目の修正箇所
室内の家具に関する表現をオフィス向けに変更→コケシ、食器棚⇒文房具、書類、書棚
建物構造に関する情報について、入手可能として削除

4. アンケート震度の算出

IQ α Ne・ m・i β i (m)Ne i

I1  1.684  e 0.220I12)

I JMA = 2.958 × (I Q－1.456)0.547 3)
上記にアンケート震度の算定式を示す。ここでのαは条件係数、m i は設問において回答者が反応したカテゴリ
ー番号、Ne は震度にかかわる質問アイテム中の有効回答数を表わす。β（m）はm i に対応する震度係数である。条件係数は本来構造種別と階数によってその数値は定めら

図9．設問7－良例

れるが、太田ら考案の手法は低層用であり高層建物についての条件係数を具体的に考慮されてないため、本研究では基準のα=1に統一とする。
表2. 震度係数
設問番号12342356 2.266
7189 -0.076
11 1.561
12 1.795
13 1.868
14
15 2.284

0.339
1.395
2.329
3.177
2
4.42
1.039
2.446
2.589
2.995
1.996
3.376

1.798
2.192
3.269
4.085
3
6.093
2.154
3.329
3.38
4.122
2.566
4.462

3.173
2.988
4.205
4.99
4
7.758
3.269
4.212
4.17
5.249
3.135
5.547

Category

567

4.538
3.783 4.577
5.139
5.895
6.8
56
9.421 11.081 12.741
4.384 5.498
5.093
4.959
6.376
3.705
6.63 7.713

図10．設問7－観測比較と震度散布

図11．設問8－悪例

図6．気象庁変換震度 図7．層別平均値 図8．有効制限
表3．アンケート震度の平均・標準偏差・変動係数
平均値
標準偏差 変動係数
アンケート-気象庁変換震度
4.71
2.00
0.43
観測記録（計測震度）
5.31
1.04
0.20
表4．比率・相関係数

設問2
設問3
設問5
設問6
設問7
設問8
設問9
設問11
設問12
設問13
設問14
設問15

観測との比率
0.77
0.76
0.68
0.76
0.82
1.35
0.74
0.66
0.66
0.60
0.48
0.97

相関係数
0.03
0.71
0.19
0.04
0.37
0.29
0.51
0.49
0.46
0.08
0.13
0.76

図12．設問8－観測比較と震度散布算出したアンケート震度と観測記録を比較した結果、大きな差異がある階は低層で 5、6 階、中層で 16～18 階、高層で 24、25 階となり各層にバラつきの大きい階があった。特に 25 階では震度が大幅に低く算出されており、その原因として設問 3、6、11～15 の影響が大きかった。
設問 3 の身の回りの液体の動きでは有効回答数の少なく、設問 6 家具の挙動については工学院大学ではほとんどの家具が固定されているため効果を発揮しなかった。また
設問 11～15 の精神面に関する設問に関して、25 階は建築学専門のフロアになっているので、防災関連の知識を備えている人も多くいたため恐怖感や不安度が低くなったものと考えられる。

5．負傷者推定

本研究では翠川・佐伯の負傷者算定フローチャート 4)

想定地震の対象を長周期地震動や超高層建物の場合においても適地盤条件用できるようにするため、家具の転倒率と天井の落下被害率の修正を行い、工学院大学の高層棟を対象として想建物各階の床応答v

家具寸法による転倒率
Vj(v)
室内状況・常時占有面積Af・家具種類ごとの全転倒時占有面積Sj
・天井落下確率転倒時専有面積Ao=j( )・ j

定地震による負傷者推定を行った。家具転倒率の算出の際に必要となる室内の家具類の固定率は、既往の研究 5)における条件と同じものとする。天井落下確率はシステ
ム天井の応答加速度による損傷度別クライテリア 6) をもとに、平均値と標準偏差を用いてフラジリティ曲線による被害発生率を求めた。以下に算定式と図18に算出した

地震時g－ f)

基準階面積Agフラジリティ曲線を示す。

災害回避行動能力H(v)F (X ) = Φ(ln(X ) －λ/ζ) 7)

負傷率R

在室人数N

負傷者D

図 13．負傷者算定フローチャート修正
表 5．建物概要

図 18．天井落下の損傷度別被害率曲線

建物名称 大学棟（工学院大学高層棟）
建築場所 東京都新宿区
竣工年 1989年
基準階面積 1170㎡
階数
地上29階、地下6階、塔屋1階
地上：鉄骨造（ブレース付ラーメン架構）
構造種別 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

家具の転倒発生率は家具の寸法をもとに算出し、金子による家具転倒率の簡易推定法 8) を用いる。この推定法
では、家具の高さ・幅の寸法や入力加速度・速度から床応答の等価振動数、家具の境界振動数を求め、重力加速度を用いて家具の転倒率曲線を算定する。

R( Af )  α・Φ((ln( Af ) － λ/ζ)B / H・g (1  B / H )bFf  Fe f  AR 50 
10B / H (1  B / H ) 2.5・2Ff Ff  F
Ff  Af /( 2V f )Fb  15.6 / H (1  B / H ) 1.5

図 14．東北地方太平洋沖地震 EW 方向加速度

図 15．東北地方太平洋沖地震 NS 方向加速度

図 19．家具転倒率曲線

図 20．天井被害率曲線
家具転倒率の算出の際に用いる家具のバラつきは、東北地方太平洋沖地震と想定東海東南海連動型地震においては釧路沖地震と宮城沖地震での被害調査データを、想定首都直下型地震においては兵庫県南部地震における被図 16．大学棟北立面図

図 17．基準階レイアウト

害調査データを用いた。

以上から算出した天井の落下被害率と家具の転倒率を6．結果考慮し負傷者推定を行なった。その際、入力する加速度・アンケート震度は観測記録と比べ全体的にやや低めに速度・変位は SNAP による立体モデルの解析結果を使用算出された。その要因として元のアンケート票の条件係し、フロア面積は工学院大学の基準階面積とした。

数が住宅などの低層用であるため、アンケート震度を算

表 6．負傷者推定結果
棚転倒
翠川・他(1999)
H(v) 人数
負傷者数 重傷者
Floor SI
負傷者数 重傷者数
28
6弱 0.0072
70
101027
5強 0.0088
25000026
5強 0.0106
65101025
5強 0.0129
65101024
5強 0.0190
35000023
5強 0.0223
75
101022
5強 0.0302
35000021
5強 0.0286
35000020
5強 0.0289
40000019
5強 0.0309
60
101018
5強 0.0345
65
101017
5強 0.0397
65
101016
5強 0.0472
70
10
1015
5強 0.0576
80
10
1014
5強 0.0705
70
10
1013
5強 0.0865
40000012
5強 0.1064
40
0
000
11
5強 0.1316
40000010
5強 0.1635
8010109
5強 0.2043
5000008
5弱 0.2567 14010107
5弱 0.3236 140101065弱 0.4081 140
101055弱 0.5112 14010104
5弱 0.6291
80000035弱 0.7497
4000002
5弱 0.8519
35000014 0.9292
300000

出する際に用いる条件係数が低めの設定であるためと考表 6 に東北地方太平洋沖地震での詳細負傷者推定の結細な被害予測をした上での負傷者推定が必要である。

えられる。設問においても、精神面に関する設問で地震時の加速度による影響が大きく作用する直感的な感じ方を問う設問が多かったため、長周期地震動に対応できた設問は設問 9 の揺れの体感時間のみであったと思われる。
アンケート震度のバラつきについて、本研究では実験的に回答数 10 以上のもののみ有効回答として扱い震度算出したところ観測記録に大幅に近づき、アンケート震度のバラつきを修正し有効性を高めるためには回答数にある一定の有効回答制限を加える必要性があることが分かった。また家具転倒率と天井落下率の被害曲線を修正し想定地震での負傷者推定を行ったところ、天井落下による負傷者は発生しなかったが棚転倒による負傷者が発生した。東北地方太平洋沖地震に関して実際の被害と比較するとやや高めに推定され、その要因として在館者の災害回避能力を考慮していないため、実際の負傷者数より多く負傷者が出たと考えられる。本研究では長周期地震動にも対応させるため家具転倒率と天井落下率曲線の修正を簡易的に行ったが、天井落下に関しては発生率が高い場合においても負傷者が発生しないことが分かった。
しかし天井落下が発生した際の人的被害が皆無とは考えにくいため、天井落下の人的被害に関しては人間の災害回避行動能力や人間の頭部に当たった場合においての詳果を示す。東北地方太平洋沖地震では低～高層階全体的に負傷者 1 名ずつ程度、重傷者は発生しなかった。負傷

7．今後の課題者は家具転倒によってのみ出ており、他での負傷者は出・アンケート震度の長周期地震動に対応する設問の震度なかった。この結果を実際の被害と比較すると、やや高係数と超高層建物における条件係数の考案・修正めに推定されていることが分かった。その原因として本・天井のブレースの配置やフロア全体の加速度・変位の研究では地震時の人間の災害回避行動能力を既往の手法分布など詳細な条件を考慮した上での天井被害発生率から修正していないため、長周期地震動ではその災害回を算出避行動能力に差が出るものと考えられる。また以下に想・首都圏におけるオフィスでの家具のバラつき調査

定地震での推定結果を示す。想定地震では家具の転倒被・アンケート調査結果をもとに地震時の人間の災害回避害以外にも棚上の荷物の落下やコピー機などによる負傷行動能力の算定者や重傷者が発生し、東北地方太平洋沖地震より人的被害が大きくなる可能性が見られた。
表 7．首都直下型地震表
Floor
高層
中層低層

参考文献

表 8．東海東南海連動型地震

負傷者数

重傷者

151999102

Floor

負傷者数

重傷者

673300高層
中層低層

表 9．想定地震負傷数推定合計
合計
東北地方太平洋沖地震
首都直下型地震
東海東南海連動型地震

負傷者数

重傷者

19431602131)太 田 裕 、 後 藤 典 俊 、 大 橋 ひ と み ： ア ン ケ ー ト に よ る 地 震 時 の 震 度 の 推 定 、 北 海
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5) 辻 口 貴 大：西 新 宿 地 域 の 超 高 層 ビ ル 群 に お け る 地 震 時 の 室 内 負 傷 者 数 の 予 測 に関 す る 研 究 、 2010 年
6)金 子 美 香 、 東 野 雅 彦 ： 家 具 ・ 非 構 造 部 材 ・ 設 備 系 の 被 害 、 日 本 建 築 学 会 、 長 周期 地 震 動 対 策 に 関 す る 公 開 研 究 集 会 、 pp,175-2362011 年 2 月 25 日7)田 村 和 夫 、 中 村 豊 、 金 子 美 香 、 神 原 浩 ： 高 層 建 物 内 の 地 震 時 安 全 評 価 技 術 の 開発 （ そ の 1） 全 体 概 要 と 建 物 の 簡 易 応 答 評 価 手 法 、 日 本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗概 集 （ 近 畿 ）、 pp.623-624、 2005年 9月8)金 子 美 香 ： 地 震 時 に お け る 家 具 転 倒 率 の 簡 易 推 定 法 の 提 案 、 日 本 建 築 学 会 学 術講 演 梗 概 集 、（ 東 海 ） 2003 年 9 月