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日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2013 年 8 月

3 方向地震入力を受ける家具の転倒挙動解析
その 1．モーションキャプチャシステムを用いた家具の振動台実験の概要
正会員○山下 拓三*1
同顧 嘉捷*2
数値震動台
モーションキャプチャ 家具
転倒挙動解析
Validation

同
同金子
磯部美香*3大吾郎*4

洋沖地震の KiK-net 芳賀波では EW 成分を用いた 1 方向加

1. はじめに（独）防災科学技術研究所兵庫耐震工学研究センター

振と 3 方向加振を行う．なお，本実験での 1 方向加振の方（Ｅ－ディフェンス）では，建築・土木構造物の仮想振向は，図 1 に示す矢印の方向である．地震波加振において動実験の実現を目指した数値震動台（E-Simulator）の開発

も家具を転倒させるために入力レベルを原波の 25%～100%を進めている．E-Simulator 開発の一環として，地震時のに変化させて加振する．

室内安全性を検証するために，ASI-Gauss 法を用いた家具の転倒挙動解析コード 1)を開発している．
本研究では，モーションキャプチャシステムを用いた家①具の振動台実験を実施し，家具が転倒に至るまでの 3 次元変位計測データを取得する．そのデータを活用して，3 方②

向地震入力を受ける家具の地震時挙動の再現精度の向上を④①⑤④ ⑤③②③

図り，解析の妥当性の確認（Validation）を行う．本報では，家具実験の概要と実験結果の一部について報告する．

図 1 家具の配置（左：配置 1，中央：配置 2，右：配置 3）2. 実験概要
図 1 に示すように 3 ケースの家具配置で加振実験を実施する．写真 1 に配置 1 の実験セットアップを示す．加振実験には清水建設（株）が保有する油圧式大型三次元振動台（振動台寸法：4m×4m）を用いる．台上にカーペット床を敷きその上に家具を配置する．鉄骨フレームの向かい合う 2 構面に軽鉄下地に合板を取り付けた壁を配置し，片側の壁に家具を配置する．家具および床の 3 次(a)(b)

写真 1 配置 1 の実験セットアップ

元計測には（株）ノビテック社製のモーションキャプチ
ャ（以下，MC）システム（型式：VENUS3D-250N）を用いる．写真 1(b)に示すように，壁が取り付けられていない
2 構面の外側から，片側 3 台，合計 6 台の MC カメラによ3. 実験結果
MC システムによる変位計測の精度を確認するために，2り，家具や床に貼り付けられたマーカーの挙動を撮影す節で述べた変位計および加速度計による計測結果との比較る．なお，カメラのサンプリング周波数は 250Hz である． を行った．配置 1 における JMA 神戸波 3 方向加振での台上変位および台上加速度をそれぞれ図 2，図 3 に示す．なお，振動台上の変位，加速度については，MC システムによる計測に加え，それぞれ差動トランス変位計，サーボ型加MC システムでの加速度は，変位を 2 回微分して求め，そ速度計により計測する．表 1 に家具の重量，摩擦係数おのデータを，カットオフ周波数 10Hz，10 次のローパスフよび寸法を示す．摩擦係数は，家具の底部をベルト等でィルタで，順方向と逆方向の両方で処理することにより平巻き中央をバネばかりで引っ張り，動き出した荷重を測滑化している．一方，加速度計のデータはカットオフ周波定し，3 回実施した値の平均を重量で除した値とした．

数 200Hz のローパスフィルタで処理している．変位波形に

表 2 に加振プログラムを示す．正弦波加振は 1 方向であり，表中のそれぞれの周波数で家具を転倒させるため
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ついては，MC システムによる変位計測結果は変位計による結果と，NS 成分，UD 成分ともほぼ一致している．加速に，入力レベルを 100cm/s ～1200cm/s の範囲で変化させ度波形についても，両計測による結果の対応は良いが，UDて加振を行う．地震波加振は，JMA 神戸波では NS 成分成分の結果の対応がやや悪くなっている．計測の分解能をを用いた 1 方向加振と 3 方向加振を行い，東北地方太平確保するためには様々な角度からの撮影が好ましいが，今Motion Analysis on Overturning Behavior of Furniture against Three-Dimensional Ground Motion-Part1 Outline of Shake Table Test of Furniture Using Motion Capture SystemTakuzo YAMASHITA, Jiajie GU, Mika KANEKO and Daigoro ISOBE― 661 ―

Displacement (mm) Displacement (mm)回の実験では MC カメラを高低差をつけずに設置したためUD 成分でやや誤差が大きくなったと考えられる．
図 4 に配置 1 における正弦波加振での家具の転倒状況を示す．いずれの振動数においても，キャビネット②が転倒する振幅よりも小さい振幅でキャビネット①が転倒する．
振動数が大きくなるに従い，転倒する振幅が大きくなる傾向がある．表 3 に配置 1 における地震波加振での家具の転倒状況を示す．JMA 神戸波，KiK-net 芳賀波とも，1 方向
加振では上下に積み重ねられたキャビネット②は一体とな

4. おわりにモーションキャプチャシステムによる振動台上の変位ことを確認した．一つの配置ケースでの家具の転倒状況について整理した．
謝辞
本研究は，（独）防災科学技術研究所兵庫耐震工学研究（東京大学））における成果である．振動台実験にご協力頂いた清水建設（株）猿田正明氏，モーションキャプチャシステムによる計測にご協力頂いた（株）ノビテック
渡辺哲也氏をはじめとする関係各位に謝意を表する．

(kg)

長辺方向 短辺方向

寸法 (mm)
幅

奥行

高さ

キャビネット①
キャビネット②（上段）
キャビネット②（下段）
キャスター付き
ラック③

43.6

0.348

0.260

900

400

1850

21.3

0.211

0.211

900

400

730

28.8

0.336

0.336

900

400

1120

8.00.180

0.117

550

340

617

机④

30.5

0.471

0.443

1200

700

700

椅子⑤6.20.0810.048

520520720

表 2 加振プログラム
配置123加振波
正弦波 (周波数：0.5, 1.0, 2.0, 3.0 Hz)
地震波（JMA 神戸波，KiK-net 芳賀波）
正弦波 (周波数：0.5, 1.0, 2.0, 3.0 Hz)

40

変位計
MCシステム

1015Time (s)

0-40

600
400
2000-200-400-600
0

600

加速度計
MCシステム0-600
51015Time (s)1015Time (s)加速度計
MCシステム5JMA 神戸波 3 方向加振での台上加速度（配置 1）（上：NS 成分，下：UD 成分）

Amplitude (cm/s2)

家具名

51200

図3表 1 家具の重量，摩擦係数および寸法
摩擦係数-200080-1200
0

センター数値震動台研究開発分科会（委員長：堀宗朗

重量-100-80051015 Time (s)図 2 JMA 神戸波 3 方向加振での台上変位（配置 1）（上：NS 成分，下：UD 成分）の計測結果が変位計による計測結果とほぼ一致している【参考文献】
1) 賀鐘輝，磯部大吾郎，金子美香，堀宗朗，ASI-Gauss 法を用いた家具の転倒挙動解析，計算工学講演会論文集, 第 17 巻，(2012)．

0Acceleration (cm/s2)

倒しており，より小さい入力レベルから転倒が見られた．

変位計
MCシステム100

Acceleration (cm/s2)って転倒しているのに対し，3 方向加振では，上段のみ転

200

1600
1200
800

①転倒
①②転倒

400
012
Frequency (Hz)3

図 4 正弦波加振での家具の転倒状況（配置 1）
表 3 地震波加振での家具の転倒状況（配置 1）
入力加振波形

方向JMA 神戸

1 方向(NS)

75%

②上下段

JMA 神戸

1 方向(NS)

100%①，②上下段

KiK-net 芳賀

1 方向(EW)

75%①，②上下段KiK-net 芳賀

1 方向(EW)

100%①，②上下段JMA 神戸

3 方向

50%

②上段

レベル

転倒家具

JMA 神戸

3 方向

100%

①，②上段

地震波（JMA 神戸波，KiK-net 芳賀波）

KiK-net 芳賀

3 方向

50%

②上段

地震波（JMA 神戸波，KiK-net 芳賀波）

KiK-net 芳賀

3 方向

100%

①，②上段

*1（独）防災科学技術研究所兵庫耐震工学研究センター 研究員・博士（工学）*2 筑波大学大学院 大学院生
*3 清水建設（株）技術研究所 博士（工学）*4 筑波大学 准教授 博士（工学）― 662 ―

*1 Researcher, Hyogo EERC, NIED, Dr. Eng.
*2 Graduate Student, University of Tsukuba*3 Institute of Technology, Shimizu Corporation, Dr. Eng.
*4 Associate Professor, University of Tsukuba, Dr. Eng.