淺沼組技術研究報告№28(2016)

２．長さが異なる杭を有する免震建物の地震時の挙動について
その４ 入力地震動の時間差と振幅差に関する考察
Behavior of Seismic Isolated Building Supported by Various Length Piles－ Part4 Study on lag time of arriving and amplitude ratio in torsional response by inclined bedrock －飛田

喜則＊１

山内豊英＊1

橋本拓＊2

関敏宏＊2

要 旨
支持基盤が傾斜しているため直接基礎と長さが異なる杭の異種基礎によって支持され，さらに比較的長大である免震建物において地震観測を実施している。観測記録によると，表層地盤の増幅率の違いによる振幅差が生じ，また，表層地盤が浅い部分と深い部分では層厚に応じて基盤から地震波が伝播するために時間差が生じる傾向がみられた。これにより基礎部には捩れ振動が生じるが，免震層を介して上部構造の捩れ振動が緩和されていた。

キーワード：免震建物／傾斜基盤／地震観測／捩れ振動

１．はじめに
一般に，基礎構造の設計において支持基盤までの深さ異なる杭の異種基礎によって支持され，さらに平面計画が一様でない場合，2 種類以上の異なる基礎形式で支持が比較的長大である免震建物で地震観測を実施し，そのすることが多い。その場合，それらの層厚の違いによっ地震記録を基にして，傾斜基盤にある地盤・基礎部の地て各部での地盤増幅率が異なることなどから基礎部にね

震動特性および建物の挙動について検討してきた 1)～6)。

じれ振動が生じることが懸念される。これらに対する多本報告は，2005 年 7 月 23 日に千葉県北西部で発生しくの設計法や解析による検討がなされているが，実際のた地震（M:6.0）を対象として，基礎部のねじれ振動，地震の記録によってその影響を検討した例は少ない。こ特に層厚の違いによって生じる時間差と振幅差についてれまで，支持基盤が傾斜しているため直接基礎と長さが検討した結果を示す。

表－1 建物概要
建築場所

神奈川県逗子市

用集合住宅

途

22

A棟：1324.9m

B棟：958.6m

基準階面積 A棟：961.9m2

B棟：692.6m

建築面積階数

地上6階

軒高17.55m

2

塔屋1階

基礎底深さ A棟：3.15～3.25m

B棟：3.40～3.50m

鉄筋コンクリート造（基礎免震構造）
上部構造
基礎構造

長辺方向

ラーメン構造

短辺方向

耐震壁付きラーメン構造

直接基礎および場所打ちコンクリート杭の併用

表－2 地盤概要とせん断波速度分布（東端部）
深さ(GL-m)

地層

湿潤密度3(kN/m )

N値

16.67

2～15

17.65
16.67
17.65

2～32～33～41450以上0.00～ 3.50

土丹塊
土丹塊混じり粘土

3.50
8.40
19.45
23.70
25.10～ 8.40
～ 19.45～ 23.70～ 25.10～ (31.18)

シルト
シルト
粘土質シルト
砂混じり土丹塊
土丹18.63*1 技術研究所構造研究グループ

弾性波速度(m/sec)
Vs

Vp

140

1400

2707301560
1910

図－1 建物概要（基盤概要）*2 東京本店設計部構造第 2 グループ
2-1

淺沼組技術研究報告№28(2016)

２．建物・地盤・地震観測概要

基礎底版部（以下，基礎部と称す）と上部構造の 1 階梁

2.1 建物概要部（以下，1 階床部と称す）である。観測方向は，中央

対象建物の概要を表－1 に示し，
1 階平面図，地盤（杭）部では長辺方向（EW），短辺方向（NS）および上下方の断面概略図を図－1 に示す。本建物は，鉄筋コンクリ

向（UD）の 3 成分とし，西端部と東端部は短辺方向（NS）

ート造(長辺：ラーメン構造，短辺：耐震壁付きラーメンの 1 成分である。
サンプリング周波数は 100Hz である。

構造)の集合住宅である。検討対象は，地震観測を実施し本報では短辺方向（NS）を検討対象とする。ている B 棟である。1 階と基礎の間に免震装置を配置した基礎免震構造である。免震装置は，直径が 650mm～３．観測地震900mm の高減衰積層ゴム（24 基）である。せん断歪が3.1 加速度時刻歴10%時の設計時の固有周期は約 1.706 秒である。

本建物では 2000 年 4 月から 2012 年 4 月までに 98 個の2.2 地盤概要

地震を観測している。それらの中で，比較的大きな加速地盤調査による地盤の概要を表－2 に示す。本地盤は，度振幅を示した 2005 年 7 月 23 日に千葉県北西部で発生

敷地内で東西に傾斜（最大傾斜角 30 度）しており，表した地震（M6.0）によって観測した加速度波形（NS 方向）層部および支持層のせん断波速度は，それぞれ 140m/sec，およびそれらの擬似速度応答スペクトルを図－2 に示す。

730m/sec のほぼ 2 層構造である。なお，常時微動測定

図－2(a)は 1 階床部，図 2－(b)は基礎部を示す。

による東端部の卓越周期は約 0.70 秒であった。

図－2(b)の基礎部の加速度波形から，30～33 秒付近（S2.3 基礎構造概要

波初動部と称す）では西端部で比較的短周期成分が多い

基礎形式は，西端部の北側では直接基礎（ラップルコ

パルス的な加速度波形を示しているが，34 秒付近からそンクリート），それ以外は支持層深さに応じて長さが異なの振幅が小さくなっている。しかし，34 秒以降（後続部る場所打ちコンクリート杭である。
基礎底は GL-3.5m でと称す）では，西端部に比べて中央部そして東端部へ次ある。支持層の深さおよび杭長の概略を図－1 に示す。

第に振幅が大きくなり，かつ周期がやや長い振動が見ら

2.4 地震観測概要れる。東端部のその振動は，時間経過とともに振幅が小地震計の設置位置を図－1 に●印で示す。地震計は，さくなっているものの比較的長い時間継続している。擬建物の西端部，中央部および東端部の 3 箇所，それぞれ似速度応答スペクトルより，基礎部では西端部から東端(a)１階床部(b)基礎部
図－2 2005 年７月 23 日千葉県北西部地震による観測記録と擬似速度応答スペクトルの例（NS 方向）
2-2

淺沼組技術研究報告№28(2016)

部にかけて 0.5～0.8 秒付近が増幅しており，特に東端部け増幅率が異なることによる振幅差，および地震波が基で増幅が大きい。東端部の卓越周期は 0.64 秒であり，こ盤から伝播による時間差によって基礎部の捩れ振動が生の周期は常時微動測定による地盤の周期よりやや短いがじている。捩れ振動の大きさについて，基礎部の中央部ほぼ一致している。よって，この周期成分が東端部の地の変位または 1 階床部では基礎部に対する相対変位を基盤の影響によって増幅することで各観測点での大きな振準変位とし，それらに対する捩れによって生じる西端部幅差を生じさせている。しかし，中央部では，東端部ほまたは東端部の増分変位との比を捩れ応答率として算定

ど地盤深さに応じた周期成分の増加がみられない。

する。対象地震による基礎部および 1 階床部の捩れ応答

図－2(a)の 1 階床部では，免震効果によって基礎部よ率は，基礎部では 0.6 と大きい値を示すが，1 階床部でりも長周期の振動となっている。S 波初動部付近では，は 0.3 程度となる。このように基礎部に比べて 1 階床部西端部の基礎部に入力された短周期の振動があり，これでは捩れ応答率が半減しており，基礎部の捩れ振動が免は擬似速度応答スペクトルにおいて 0.14 秒付近には両震層を介することで小さくなる傾向がある。

端部のみが卓越している捩れ成分として観測されている。
しかし，その後の後続部では，1 階床部の全観測点でほ４．1 階床部の加速度振幅と周期特性ぼ同じ程度の振幅であり，基礎部に比べて捩れ振動の少4.1 加速度比ない並進的な挙動をしている。これは擬似速度応答スペこれまで観測した基礎部の最大加速度と 1 階床部の最クトルによると，1 階床部の卓越周期が約 1.25 秒であり，大加速度を基礎部で除した加速度比との関係を図－4 にその周期の成分が西端部から東端部へやや増幅している示す。これより，観測された基礎部の最大加速度値はものの，基礎部に比べてその割合が小さい。
このように，10cm/s2 以下が多く，それらの多くは加速度比が 1.0 を超

本建物の観測波には，基礎部では基盤の深さに応じて振えている。しかし 10cm/s2 を超えると加速度比は 1.0 を幅が大きくなり，その振幅差によって捩れ振動を生じる下回るものが多くなり免震効果が発揮されている。

が，免震層を介することで上部構造が並進的な挙動とな4.2 周期特性る。

1 階床部で観測した加速度波の加速度応答スペクトル3.2 基盤深さによる時間差から算定した卓越周期と基礎部の加速度の関係を図－5

本建物の基礎部の各観測点の記録には，西端部に対しに示す。
図より，
1 階床部の卓越周期は，加速度が 10 cm/s2て中央部および東端部の最大値を示す点には時間的なず程度までは 0.8 秒から 1.0 秒付近であるが，10cm/s2 を越れ（以後，時間差と称す）が見られる。例えば，図－2

えると免震層の非線形性が顕著となり長周期化している。

で示した地震について，東端部の卓越周期を含む 1.2～

これは図－4 において，10cm/s2 以上で１階床部の応答が2.5Hz のバンドパスフィルター処理を施した加速度波形低減した傾向に一致している。

（33 秒～40 秒）を図－3 に示す。この時間帯において，また，最大加速度を示した東北地方太平洋沖地震時で周期ごとの最大値を図中に○にて示している。ここからは，卓越周期が約 1.6 秒となる。この時，観測波の加速西端部に対する時間差を求めると，その平均時間差は，度値を積分して算定した免震層の中央部の最大相対変位

中央部では 0.08 秒，東端部では 0.15 秒である。このよ（上部構造の絶対変位－基礎部の絶対変位）が約 32.4mm

うに各観測点で明確な時間差が生じており，他の地震波（免震装置のせん断歪 20%）であり，せん断変形時の有の時間差について同様の傾向が見られる。

効歪等を考慮すると概ね設計値と一致する。逆に，基礎この時間差は，基盤に達した地震動が，表層地盤内を部の加速度が小さくなると卓越周期が約 0.8 秒に収束す伝播することによって生じると考えられ，東端部では地ることから，免震層の微小変形時(設計式で示されないせ盤層厚に応じた時間差となる。しかし，図－1 で示したん断歪 0.1％以下)のせん断剛性は，せん断歪 10%時剛性

基盤の深度分布では，中央部の深さは南側では東端部との約 4 倍となることが推定できる。

ほぼ同じ 22m 程度であるが，北側では 15m 程度と浅くな

東端部
中央部西端部っている。中央部の時間差が東端部の半分程度と短くなっていることから，中央部では南北で基盤深度が大きく異なり，浅い層厚の影響を受けているものと考えられる。

加速度(cm/s2)

40200-20-40333.3 捩れ応答の割合
観測波の分析により，東端部では表層地盤の影響を受

3435

3637

38 時間(s)39

図－3 加速度波形にみる時間差
2-340

淺沼組技術研究報告[謝 辞]
本検討では，東京理科大学の北村春幸教授，永野正行教授，鈴木賢人助教，松田頼征助教および九州大学佐藤利昭准教授に多大なるご助言とご協力を頂きました。こ
こに記して感謝の意を表します。

加速度比（1階床部/基礎部）

3.0
西端部
中央部
2.0

東端部

[参考文献]
1)高森剛，大場新太郎，飛田喜則：長さの異なる杭基礎で支持された免震建物の地震応答性状，日本建築学会大会学術梗概集，構造Ⅱ，pp.687-688，2001.7
2) 奥野友香，大場新太郎，飛田喜則：支持条件の異なる基礎を有する免震建物の地震応答性状，日本建築学会大会学術講演梗概集，構造Ⅱ，pp.297-298，2004.7
3)飛田喜則，菊地克典：長さが異なる杭を有する免震建物の地震時の挙動について，
淺沼組技術研究所報，No.18，pp.13-20，2006.11.
4)山内豊英，飛田喜則，菊地克典：長さが異なる杭を有する免震建物の地震時の挙動について その２ 2000
年から 2012 年までの地震観測データによる検討，
淺沼組
技術研究所報，No.24，pp.3-1～3-8，2012.12.
5) 宮原直樹，永野正行，北村春幸，佐藤利昭，鈴木賢人，飛田喜則：2011 年東北地方太平洋沖地震時の観測記録に基づく傾斜基盤構造に建つ免震建物の地震応答特性
その１ 観測記録に基づく建物の挙動，
日本建築学会大会
学術講演梗概集，構造Ⅱ，pp.587-588，2016.8
6) 飛田喜則，永野正行，北村春幸，佐藤利昭，鈴木賢人，山内豊英：2011 年東北地方太平洋沖地震時の観測記録に基づく傾斜基盤構造に建つ免震建物の地震応答特性
その２ FEM 解析による地震動シミュレーションと建物の地震応答解析，日本建築学会大会学術講演梗概集，構造Ⅱ，pp.589-590，2016.8

1.00.0110100

基礎部の最大加速度(cm/s2)

図－4 基礎部の最大加速度と加速度比

1階床部の卓越周期(s)2.0
東北地方太平洋沖地震

1.8

東端部

1.6

中央部
西端部

1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
110
基礎部の加速度（cm/s2)№28(2016)100

図－5 最大加速度と 1 階床部の周期

５．まとめ
傾斜基盤上に直接基礎と長さが異なる杭からなる異種基礎によって建設された免震建物を対象に，また，対象地震による 1 階床部，基礎部のそれぞれ 3 点で観測された強震記録から，捩れ応答の分析を行った。
基礎部の各点の観測波には，それぞれの表層地盤の層厚に応じた増幅率の違いによる振幅差と，基盤に達した地震動が表層地盤内を鉛直方向に伝播することによる時間差を生じることによって基礎部には捩れが生じる。しかし，免震層を介することで 1 階床部の捩れ振動が緩和され，基礎部に比べて半減する傾向が見られた。

2-4