工学院大学建築学部卒業論文梗概集
久田嘉章研究室 2018 年度

工学院大学八王子キャンパス総合教育棟の地震応答解析に関する研究
DB15022 伊藤 俊輔

1.研究の背景と目的
近年、各地で多くの地震が発生し、今後の大型地震の予想も注目を集めている。その対策として“免震構造”が採用されるようになってきた。しかし、長周期地震動に対して応答変位が設計基準を上回る恐れなど配慮すべき点も多くある。
本研究では免震構造である工学院大学八王子キャンパス総合教育棟を対象とし、構造解析モデルの作成を行う。さらに、実際の観測地震波や想定地震波を用い、モデルの再現性向上、地震応答解析による被害想定を行うことを目的とする。
図 1 建物分布
2.研究の流れ3-2.質点系モデルの概要

本研究の参考モデルとして現存するモデル(鈴木ちひろ:質点系モデルの概要として、表 2 に上部構造の復元力特性、2017 年度卒業論文より)の追解析を行う。当初の予定では構

図 2 にモデル図を示す。モデルは NS、EW 方向に 1 成分ず

造設計書や観測記録との整合性を確認し、偏心等を考慮したつ作成する。1 階床を共用の剛床、2 階以上の上部構造は独立モデルへ発展させ、予想される大規模地震波を用いて地震応している。これらの建物はそれぞれ E 棟 S 棟 W 棟 N 棟と称答解析や被害想定を行うことを方針としていた。しかし、観されているが、ここでは A 棟 B 棟 C 棟 D 棟とする。

測波の NS 方向 EW 方向の記録が逆転していることが判明し表 2 上部構造の復元力特性た。よって、観測地震波の修正、モデルと観測波の修正前後の変化の確認、対象建物の特性(振幅依存性)の確認を行う。
この結果から、モデルと観測記録の妥当性を確認する。

3.対象建物及び質点系モデルの概要
3-1.対象建物の概要
教育棟は基礎部と全棟共有の地下 1 階の間に免震層があり、上部構造は 3 階建が 3 棟、4 階建が 1 棟となっている。表 1に教育棟の建物概要、図 1 に建物分布を示す。
表 1 教育棟の建物概要
建物名称工学院大学八王子キャンパス総合教育棟

建築場所

東京都八王子市中野町

竣工年

2012年

建築面積

3,214.40m²

階数

地上4階、地下1階

構造種別

RC造(一部S造、PⅭa造、PC造)

クリアランス500mm以上

偏心率

NS方向2.431％ EW方向4.598％

免震用積層ゴム

天然ゴム系積層ゴム68基

減衰材

鋼製U型ダンパー23基

基礎

図 2 モデル図

44

構造設計書の記録(黒線)とモデルの解析結果(赤線)を比較

33し整合性の確認をとる。対象を D 棟とし、構造設計書の設計

22用入力地震動を入力する。今回は EL CENTRO 波(図 3)、

11HACHINOHE 波(図 4)、TAFT 波(図 5)の 3 波を記す。

004.構造設計書との比較検討-1

横軸は変位(cm)及び加速度(cm/s²)とし、縦軸の階数は－1 階050

図 5-2を免震層、0 階を地下 1 階とする。

100150200TAFT 波

250-1300 050

加速度比較

100150200250300(左：NS 右：EW)

44

最大変位の比較から記した 3 波全てが NS、EW 方向とも33に概ね一致しており、構造設計書とモデルの整合性が確認で22きる。最大加速度の比較でも NS、EW 方向ともに近似性がみ

1100られる。また、基礎部より上部構造の加速度が大きくなっており、免震構造の安全性の基準となる上部構造の最大加速度-1-102

図 3-14681012EL CENTRO 波

0142

変位比較

468101214(左：NS 右：EW)に関しても全て 200gal を下回っているため、免震モデルとして妥当性が伺える。

4433225.観測記録との比較検討

115-1.強震観測システムの概要

00-1-1050

図 3-2100150200250

EL CENTRO 波

300

433221100-12

図 4-14681012

HACHINOHE 波

50

加速度比較

40

総合教育棟の強震観測システムの概要について図 6 示す。
014100150200250300

・地下 1 階(D 棟)(左：NS 右：EW)

・4 階

基礎部分

-102

変位比較

4433221100468101214(左：NS 右：EW)

地下 1 階(B 棟)
図 6 強震観測システムの概要-1050

図 4-2100150200250

HACHINOHE 波

300

5-2.観測記録の修正について-1050100150200250300(左：NS 右：EW)

加速度比較研究の流れでも記したが、本研究を進める途中で、採用していた総合教育棟から得られた観測記録の NS 方向 EW 方向

4433の記録が逆転していることが判明した。判明の経緯としては、

22久田研究室で行われた工学院大学新宿校舎観測記録の検証時

11に総合教育棟の記録の確認検証が行われたことで分かった。

00検証の方法は観測記録の福島県沖の地震(M7.4)を対象とし、-1-1024

図 5-16810TAFT 波

12140変位比較

246810(左：NS 右：EW)

1214KiK-net 八王子で得られた記録と八王子校舎で観測した波形を方位補正(X・Y 方向)、極性補正(Y 方向)した波形を比較する。

KiK-net 八王子の EW 波形と教育棟観測記録の ch1 を方位－1 階を免震層、0 階を地下 1 階とし、修正前(NS、EW 逆転補正した変位波形の比較を図 7 に示す。また、KiK-net 八王状態)を黒線、修正後(NS、EW 正常)を赤線、観測記録を緑子の NS 波形と教育棟観測記録の ch2 を極性、方位補正した線とする。

変位波形の比較を図 8 に示す。なお、観測記録修正前の教育44

棟観測記録チャンネル表では ch1 が NS 方向、ch2 が EW 方

33向の記録となっている。なお、図 7、図 8 は縦軸を変位(cm)、22110.2

000.15-1

横軸を周期(s)とする。

-100.005

0.10.01

図90.0150.020.025

千葉県北西部

00.030.005

変位比較

0.010.015

0.020.025

0.03(左：NS 右：EW)

0.05

44332211000-0.05-0.1-0.15-0.20

図750100150200250-1-10KiK-net 八王子 EW 変位波形(赤線)と0.10.2

図 10

教育棟観測記録の ch1 を方位補正した変位波形(黒線)

0.3

00.4

埼玉県北部

変位比較

440.06330.04220.0211000.08

0-0.02-100.20.4

0.6

0.8-0.04

図 11-0.06-0.080

図850

100

150200250

KiK-net 八王子の NS 変位波形(赤線)と

福島県沖

11.2

0.1

0.2

0.30.4(左：NS 右：EW)

-10

変位比較

0.20.4

0.6

0.8

11.2

(左：NS 右：EW)

3 波それぞれの比較から観測記録の NS、EW 方向の逆転修正による応答変位の変化が確認できる。埼玉県北部では NS、教育棟観測記録の ch2 を極性、方位補正した変位波形(黒線)

EW 方向どちらも修正後の方が観測波に近づいている。千葉

図 7、図 8 から KiK-net 八王子 EW 波形と教育棟観測記録

県北西部と福島県沖では EW 方向は修正後の方が観測波に近ch1 方位補正変位波形が、KiK-net 八王子の NS 波形と教育づくが、NS 方向は修正後の方が観測波から離れている。ま

棟観測記録 ch2 極性方位補正変位波形が近似していることがた、全体の傾向として NS と EW で修正前後の位置関係が入分かる。よって、教育棟の観測記録チャンネル表は、正しくれ替わっている。

は ch1 が EW 方向、ch2 が NS 方向であることが分かる。
5-4.観測記録の加速度フーリエスペクトル比較
5-3.観測記録とモデルの応答変位比較

観測記録の卓越周期の確認として、千葉県北西部(M:4.4

今回は D 棟を対象とし、モデルに実際の基礎部分で観測し震央距離：72.77km)(緑線)、埼玉県北部(M:5.6 震央距離：た地震波を入力し解析を行う。観測記録の NS 方向と EW 方50.32km)(赤線)、福島県沖(M:7.4 震央距離：276.27km)(黒向を修正する前後でのモデルの D 棟各階での最大応答変位と、線)の３波の加速度フーリエスペクトルとモデルの 1 次固有

実際に観測した D 棟各階の最大変位を比較する。採用する観周期(黄色線)を比較する。図 12、図 13 から規模が大きな観測地震波は、千葉県北西部(M:4.4 震央距離：72.77km)(図測記録ほどモデルの卓越周期に近い成分がみられ、卓越周期9)、埼玉県北部(M:5.6 震央距離：50.32km)(図 10)、福島が右へ移る傾向が確認できる。このことから、規模(振幅)が県沖(M:7.4 震央距離：276.27km)(図 11)の３波とする。な大きくなるにつれ卓越周期が伸びる振幅依存性があるのでは

お図 9、図 10、図 11 の横軸は変位(cm)とし、縦軸の階数はないかと推測できる。70260

1.850

1.6z

1.440

モデル弾性限界・1次固有周期：1.511
・弾性限界変位：2.42福島沖・卓越周期：1.30
・最大応答変位：0.6
・マグニチュード：7.4・震央距離:276.27

小笠原諸島西方沖
・卓越周期：1.59
・最大応答変位：0.8
・マグニチュード： 8.1
・震央距離:876.98

1.2

周期(s)

30

20z

1

長野県北部
・卓越周期：1.31
・最大応答変位：0.3
・マグニチュード：6.7
・震央距離:170.3

0.810z

0.6

000.5

図 12

11.5

22.5

30.4

NS 方向 加速度フーリエスペクトル比較

0.2070

00.5

11.5

22.5

33.5

最大変位(㎝)60

図 15EW 方向

卓越周期－最大応答変位

5040
306.まとめと今後の課題

20

今回、現存する質点系モデルの追解析を行い、モデルの妥10当性の検証を行った。これによりモデルと構造計算書の整合000.5

図 1311.522.53性を確認することができた。本研究の途中過程で、観測波のEW 方向 加速度フーリエスペクトル比較

NSEW 方向逆転が判明したため観測波の修正を行った。これを受け、観測記録とモデルの応答変位比較を行い、観測波修5-5.建物特性(振幅依存性)の確認

正によるモデル解析結果の変化を確認した。また、振幅依存

加速度フーリエスペクトル比較から振幅依存性の建物特性が推測できるため、モデルの 1 次固有周と観測波の卓越周期の比較から検証を行う。各観測波の卓越周期と最大応答変位の関係をプロットし、最大応答変位 0.1cm 未満を除く 10 波に対する回帰線を引く。この回帰線がモデルの 1 次固有周とその時の最大変位(弾性限界変位)の値からなる点(赤のひし形)に近似するかを確認する。NS 方向 EW 方向どちらにおいて性の検証から観測波とモデルの妥当性を確認できた。
今後の課題としては、より精密な整合性検証手段の検討と観測記録の方位確認と修正を行うことが挙げられる。また、要修正により公開停止中の観測記録データの再公開も行う。
その後、壁剛性や偏心等について考慮したモデルへ発展させ、予想巨大地震の応答解析や被害想定を行うことを今後の目標とする。

も、回帰線が右上がりの傾向を示しており、最大応答変位が大きくなるにつれ卓越周期も伸びることを示している。よって振幅依存性が確認できる。また、小規模な観測波のみ(観測波全てが弾性範囲内)ではあるが、近似した回帰線を描くことができているため、モデルと観測波の妥当性が伺える。さらに、今後より規模の大きな観測波が得られた場合には、回帰線の傾きが大きくなりモデルの値により近似することが予想できる。

7.参考文献1)石井竣：2017 年卒業論文(最大級地震を考慮した工学院大学八王子キャンパス教育棟の地震応答解析に関する研究) 久田研究室
2)鈴木ちひろ：2016 年度卒業論文(工学院大学八王子キャン
パス免震建物の地震応答解析関する研究) 久田研究室
3)野口修太郎：2013 年度卒業論文(工学院大学八王子キャン2

パス総合教育棟の地震応答解析に関する研究) 久田研究室

モデル弾性限界・1次固有周期：1.511
・弾性限界変位：2.421.84)工学院大学総合教育棟構造設計書

1.61.45)KiK-NET( 防 災 科 学 技 術 研 究 所 強 震 観 測 網 ) ：

周期(s)

1.2

小笠原諸島西方沖
・卓越周期：1.33
・最大応答変位：1.4
・マグニチュード： 8.1
・震央距離:876.98

福島沖・卓越周期：1.47
・最大応答変位：0.6
・マグニチュード：7.4
・震央距離:276.27

1

http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/zz0.86)F-NET(広帯域地震観測網)：

0.6

http://www.fnet.bosai.go.jp/top.php?LANG=ja

0.40.2
000.5

11.5

22.53

最大変位(㎝)

図 14NS 方向

卓越周期－最大応答変位3.5