2018.3.2（金）建築研究所講演会（国研）建築研究所
建築生産研究グループ
主任研究員

石原 直
1
国立研究開発法人 建築研究所

内容
I はじめに
II 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
１） 荷重・外力
２） 各種非構造部材の耐震性 →天井、壁III 展望１） 構造躯体の変形
２） 壁の設計用地震力
３） 非構造部材の振動特性
４） 非構造部材の剛性・耐力等の力学特性
５） その他

IV おわりに国立研究開発法人 建築研究所

2

Ⅰ はじめに
表 地震時の天井脱落等の被害の例
年
地震
主な被災建築物
H13（2001） 芸予地震
体育館、武道場
H15（2003） 十勝沖地震
空港ターミナルビル
H16 (2004) 新潟県中越地震 体育館
H17（2005） 宮城県沖を震源 温水プールとする地震
H19 (2007) 能登半島地震 体育館
H23（2011） 東北地方太平洋 ホ ー ル 、 体 育 館 、 空 港沖地震
ターミナルビル
H28（2016） 熊本地震
ホール、体育館
3国立研究開発法人 建築研究所

Ⅰ はじめに
地震時の天井脱落等の被害の例

空港ターミナルビルの天井の被害（2003年十勝沖地震）
国立研究開発法人 建築研究所

4

Ⅰ はじめに
地震時の天井脱落等の被害の例
死者５名、負傷者７２名以上
被害件数約2000件判明

東日本大震災（2011年東北地方太平洋沖地震）
国立研究開発法人 建築研究所

5

Ⅰ はじめに
地震時の天井脱落等の被害の例
脱落部分

東日本大震災（2011年東北地方太平洋沖地震）
国立研究開発法人 建築研究所

脱落部分
6

Ⅰ はじめに
地震時の天井脱落等の被害の例

鉄網にモルタルを塗った重たい天井の脱落

熊本地震での被害例
7
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅰ はじめに
地震時の天井脱落等の被害の例

システム天井の被害

在来工法天井の全面的脱落

熊本地震での被害例
在来工法天井の全面的脱落
国立研究開発法人 建築研究所

8

Ⅰ はじめに
地震時の間仕切壁の被害の例

熊本地震での被害例
多くの被害が発生しているとの情報あり。
9
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅰ はじめに
非構造部材と呼ぶ場合に建築設備（機器）を含む場合があるが、本講演では対象とせず、内外装材等（構造躯体に含まれない下地や2次部材を含む）について述べる。

鉄筋コンクリート造の非構造の壁（いわゆる雑壁）も対象としていない。
10
国立研究開発法人 建築研究所

内容
I はじめに
II 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
１） 荷重・外力
２） 各種非構造部材の耐震性 →天井、壁III 展望１） 構造躯体の変形
２） 壁の設計用地震力
３） 非構造部材の振動特性
４） 非構造部材の剛性・耐力等の力学特性
５） その他

IV おわりに国立研究開発法人 建築研究所

11

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
天井関連
荷重・外力Demand

耐力等Capacity

成果Output

地震力（中地震動）※

仕様留意事項
実験的検討

特定天井
告示・解説書発展

周囲の壁等に慣性力を負担させる天井
地震力（大地震動）※

要望・必要に応じて反映ｼｽﾃﾑ天井（特に面内変形）

成果公表

段差部（在来）※天井に限定されない一般的な事項

12
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
間仕切壁関連荷重・外力Demand

耐力等Capacity

地震観測

ALC静的実験

ALC振動台実験

成果Output

成果公表

2次部材選定法
継続検討中

LGS壁静的実験

一部成果公表13
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-a) 特定天井関連

床応答スペクトル
国立研究開発法人 建築研究所

14

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-a) 特定天井関連
従来の非構造部材は1G程度の地震力で設計
表 設計用標準水平震度
場所
高耐震一般
上層階
中間階
１階

1.0
1.0
0.6

1.0
0.6
0.4

注） 「官庁施設の総合耐震計画
基準及び同解説 平成8年版」表4.3を簡略化して表示
国立研究開発法人 建築研究所

特定天井基準• 共振を重視• 応答倍率は時刻歴
応答解析結果に基づく経験則としてやや大胆に設定
中地震動を対象としながらも最大で2.2G
15

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-a) 特定天井関連
極めて稀に発生する地震動（大地震動）、構造躯体非弾性

稀に発生する地震動（中地震動）、構造躯体弾性
天井固有周期
構造の耐力

4000

10階建て頂部 提案

SAF(cm/s/s)

3000

n=10, ky=0.25,頂部

2000

h=0.05THA
proposed
1st
2nd
3rd
SA

時刻歴（精解）

1000

3000

地震力 SAF(cm/s/s)

数値計算から経験的に得た応答倍率等を元に評価法を提案

Ts=0.2s,ky=0.50
Ts=0.2s,ky=0.25
Ts=0.1s,ky=0.50
Ts=0.1s,ky=0.25
基準 上層階h=0.05
頂部

2000

基準

1000

大地震動での地震力00.0

0.5

1.01.5T12.0(s)構造躯体1次固有周期
00.0

0.5

1.0

1.5

2.0
Ts(s)

床応答スペクトルの評価例
国立研究開発法人 建築研究所

天井の固有周期を抑えること等により、大地震動に対しても損傷を免れうる

16

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-a) 特定天井関連
平成25年度建築基準整備促進事業（戸田建設との共同研究）
床・屋根

床・屋根

斜め部材 壁壁
隙間

当初の特定天井(壁際の断面図)

隙間なし、斜め部材なし

クリアランス（隙間）のない天井の概要(壁際の断面図)
17

国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-a) 特定天井関連加振実験での破壊形態

せっこうボードの落下（耐風圧クリップを使用）
クリップの外れによる天井面の落下
国立研究開発法人 建築研究所

18

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-a) 特定天井関連
60002)
単位質量衝撃力(cm/s単位質量衝撃力(cm/s/s)

解析法の適用性検討u f (t )ks −cs −k 2k 2ks +cms−s+

ucs +図 1自由度系モデル
Disp.(mm)20Ⅰ-N
実験(負側)
311 T05 amp 50%
等価線形化法(負側)
実験(正側)
等価線形化法(正側)

5000
4000
3000
2000
1000
01020Gap(mm)40隙間s(mm)図 衝撃力推定（等価線形化法）

Exp.
THA

100-10-20678910I-N , s±=10mm, 311 T05 amp50%

111213141516Time.(s)図 相対変位の比較（Exp.：実験、THA：時刻歴応答解析）
実験・解析→設計用地震力の提案→改正告示・解説書に反映 19
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-b) AIJ指針の設計用慣性力の再検討
AIJ「非構造部材の耐震設計指針」
1985年10月 初版 刊行
2003年1月 第2版 刊行
kHi ：主体構造の床応答倍率より定まる係数
 − A ⋅W i +1 )C
 0 W (a)k Hi= Rt ( Ai ⋅ W
ii +1ikHikHi

2003年改訂で追加。
設計用層せん断力の差分。

Xi 

7(b)
k=
Hi
1.0 + 3 H  K 0
 初版からある直線式(a)(b)
20

国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-b) AIJ指針の設計用慣性力の再検討(a)式は次のように書き替えられる。

P=
k HiW=Qi − Qi +1ii(a’)

ここで、Pi=kHiWi：設計用の床の慣性力、
Q ≡ R AW C ：i層の設計用層せん断力
itii0(a’)式は静的な釣合い
Pi = k HiWi

Qi +1

Wi= Qi − Qi +1

Qi
国立研究開発法人 建築研究所

21

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-b) AIJ指針の設計用慣性力の再検討
Pi, Qi, Qi+1は時刻歴の絶対値の最大値を表すので、大小関係を考えると、次の不等式が得られる。

指針(a)式に相当⇒下限でしかない。

|Qi − Qi+1| ≦Pi※ただし、最上階（頂部）ではQi+1=0としてQi=Piが成立。
5

弾性E

非弾性
EP1/2

非弾性
EP1/4

Pi/|Qi−Qi+1|

Pi/|Qi−Qi+1|

Pi/|Qi−Qi+1|

Node Num.

4321001234 01234 012345階建ての計算例 Pi/|Qi−Qi+1| →下層では下限の2～4倍程度 22
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
1) 荷重・外力 1-b) AIJ指針の設計用慣性力の再検討
提案

指針

proposedX
1.0i/H

Eq.(a)

時刻歴（4波）Eq.(b)

H

T1=1.0sky=0.50

T1=0.5sky=0.50

0.8

指針

THA

T1=2.0sky=0.50

0.6
0.4
0.2

Acc.(cm/s/s)

Acc.(cm/s/s)

Acc.(cm/s/s)

0.00500

1000

0500

1000

0500

1000

(a-1) T1=0.5s(b-1) T1=1.0s(c-1) T1=2.0s
図 慣性力(加速度) 時刻歴と提案式等の比較
23
提案した評価式(proposed)は時刻歴(THA)とよく対応

国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
2) 各種非構造部材 2-a) 天井 東京理科大学連携大学院(a)在来工法天井の段差部
特定天井基準：段差を設ける場合、耐力等が明らかでないことから応力集中を避けるため段差部で切り離すことが求められる一体化した段差部

段差部
切り離し

補強材
斜め部材

従来の段差仕様基準で求められる段差仕様→特定天井では斜め部材で揺れを抑えるので、一体化した段差部でも損傷しないのでは？
24
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
2) 各種非構造部材 2-a) 天井(a)在来工法天井の段差部
実験

↑段差
25
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
2) 各種非構造部材 2-a) 天井
最大強制変位(mm)
最大強制変位(㎜)(a)在来工法天井の段差部
解析

No.1 許容変位以上
グラフ タイトル
No.1 許容変位 9.60mm以内
20No.4 許容変位 3.45mm以内
1240300.20-0.30

200.20-0.25

100.20-0.210151015

建物層数 n

建物層数→解説書で求められている分離は必ずしも必要でない。
26
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
2) 各種非構造部材 2-a) 天井(b)システム天井（特に面内せん断変形）実験

27
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
2) 各種非構造部材 2-a) 天井(b)システム天井（特に面内せん断変形）
解析
最大耐力時に対する面内変形量の割合(%)→中地震1回程度では面内せん断変形を伴う損傷は少ないこと等を把握した。
国立研究開発法人 建築研究所

解析結果の例28

戸田建設及びALC協会との共同研究

Ⅱ 研究動向（建築研究所での検討の紹介）

2) 各種非構造部材 2-b) 大規模間仕切壁(a) 振動台実験
東日本大震災での破壊状況検証
壁面外方向の地震時挙動の把握

中間梁L

H/2(b)2次部材断面選定法
柱梁
H
大 δ
壁に一定以上の振動数H/2柱を持たせるためのスパ中間梁ンの制限値を一覧表と
ZYX
して整理
床
表 スパンの制限値

断面H-148x100x6x9
H-150x150x7x10
H-194x150x6x9
H-200x200x8x12
H-250x125x6x9
H-244x175x7x11
H-250x250x9x14
H-298x149x5.5x8
H-300x150x6.5x9
H-294x200x8x12
H-300x300x10x15

スパン L(m)（左から階高H=6,8,10mの場合）

4.85
5.41
6.12
6.93
6.78
7.42
8.32
7.60
7.81
8.53
9.57

4.54
5.08
5.74
6.53
6.36
6.98
7.88
7.13
7.34
8.05
9.10

4.314.83
5.46
6.23
6.05
6.65
7.54
6.78
6.99
7.68
8.72

備考

試験体

2次部材(中間 スパンの制限値(m)梁)の断面試験体No.1のパネル脱落状況
国立研究開発法人 建築研究所

29

内容
I はじめに
II 研究動向（建築研究所での検討の紹介）
１） 荷重・外力
２） 各種非構造部材の耐震性

III 展望１） 構造躯体の変形
２） 壁の設計用地震力
３） 非構造部材の振動特性
４） 非構造部材の剛性・耐力等の力学特性
５） その他

IV おわりに国立研究開発法人 建築研究所

30

Ⅲ 展望

1)構造躯体の変形

稀に発生する地震動（中地震動）：層間変形
角は原則1/200 以内×5

極めて稀に発生する地震動（大地震動）：層間変形角は？

線形と非線形で最大変位は同等であるという変位一定則によれば、1/200×5=1/40 !

※エスカレータの脱落防止で採用

非構造部材

構造躯体

より大きな変形追随性 変形を抑制するようなを持つ非構造部材の構造設計

構工法の開発31
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅲ 展望2)壁の設計用地震力
強制変形

柱壁の地震力
強制変形 ＋ 慣性力

床慣性力
壁（面外方向）
VH

H慣性力

θOθ

32
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅲ 展望3)非構造部材の振動特性

非構造部材自体の揺れによる応答の増幅を考慮するためには、、、？

非構造部材の振動特性
 固有周期（又は固有振動数）
 減衰性状

たわみの制限に関する注意点

単純梁の固有振動数 f（1次）
LEI, mf =π22L

EIm

ここで、L：梁の長さ（壁の高さ）、EI：曲げ剛性、m：単位長さ当たりの質量。
33

国立研究開発法人 建築研究所

Ⅲ 展望3)非構造部材の振動特性

たわみの制限に関する注意点（続き）

自重が面外方向にかかる場合（壁を寝かせて単純梁とした場合）のたわみδ
4L

5 mgL
δ=384 EI

mg
δ

EI, m

ここで、g：重力加速度。

変形制限として、

δL≤ (制限値)

応力やひずみの状態を考えると妥当な制限

制限値は、例えば1/300。
34
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅲ 展望3)非構造部材の振動特性

たわみの制限に関する注意点（続き）

1
δ/L≦(制限値）としても、振動数fは、、、 ⇒ f ∝L→Lが大きくなると、振動数fは低下
例えば、Lが2倍で、fは1/√2=0.7倍
L
δLδ

35
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅲ 展望4) 非構造部材の力学特性

LGS壁
例えば軽量鉄骨下地間仕切壁(LGS壁)は地震被害の要因の特定や講ずべき対策については十分に明らかにされていない。

建築研究開発コン
ソーシアムで研究会

LGS間仕切壁の実験（載荷後）（詳細はポスター発表参照）
36

国立研究開発法人 建築研究所

Ⅲ 展望5) その他

2次部材の設計

RC躯体屋外屋内熊本地震の被害例

PCパネル

2次部材

PCパネルのずれ

平面模式図

既存の非構造部材の耐震診断・改修の促進
37
国立研究開発法人 建築研究所

Ⅳ おわりに
本講演では非構造部材の耐震性に関する研究動向を紹介するとともに、展望を述べた。解決すべき課題は多いが、地道に、しかし着実に歩を進めて、少しずつでも地震被害の低減と安全・安心な建築物の普及に貢献できればと思う。
国立研究開発法人 建築研究所

38ご清聴、ありがとうございました。

39
国立研究開発法人 建築研究所