738

E - 12

第38回地盤工学研究発表会（秋 田）2003 年 7 月

地震時における地盤−基礎相互作用モデルのばね定数の評価（その２：観測結果との比較）
杭の水平抵抗 相互作用 地震応答
ジオトップ

○正会員

大阪工業大学
日建ソイルリサーチ1.

小林恒一

国際会員 大場新太郎
国際会員 本田 周二

はじめに安井建築設計事務所
大成建設

正会員 細野 久幸
非会員 平松 昌子

ことから、兵庫県南部地震レベルでの地震波では、EBP の基礎形式の違いによる建物の応答について、筆者らは特に摩擦杭建物が地震時に他の基礎形式と挙動に違いがあるように、側面、底面、杭、全ての地盤ばねが建物に影響を及ぼしたのではないと考えられる。また、Pの杭による地盤のかについて SR モデルにより検討してきた 1)。本報（その１）では、各基礎形式での相互作用地盤ばねの算出法を示

ばねだけの場合、その振幅は観測値と合っているが、位相でずれている部分が多い。杭に底盤を幅比で寄与させた

し、16 階建て支持杭建物での地震観測事例をもとに地盤ばねを算出し、建物固有周期を求めた。
（その２）では、この

B2P の場合は、応答としての振幅、位相が概ね合っている。
また、図 4 に示すように、建物の頂部だけでなく 1 階部分支持杭建物の地震観測と求めた地盤ばねを取付けたSRモデルによる応答を比較し、地盤ばねの妥当性と杭に対する底の応答についても振幅、位相は概ね合っており、観測波の応答をよく表わしている。

盤の寄与率について検討を行なう。
2. 各地盤ばねによる解析結果と観測応答波の比較

京都府南部の地震における建物頂部の観測波と B2P 解析値との比較を図 5 に示す。地震動が小さいため、あまり応

図 1 に示すように、基盤での観測波から SHAKE によって得られた地表面波を用いてSRモデルの地震応答解析を行な答が一致していないが、（その１）表 2 に示すばねのうち、比較的合うのは兵庫県南部地震同様、B2Pの場合であった。

う。観測された基盤と地表での波形、および基盤波をもとに SHAKEで求めた地表での波形を図 2 に示す。応答の比較

3.

は建物頂部と1階床部で行なった。解析での建物の減衰は3％、地盤ばね（ロッキング・スウェイ）の減衰は、SHAKE

クトルで建物の固有周期から考えてみる。兵庫県南部地震
での建物頂部観測波の非定常スペクトルを等高線で示したによる表層地盤の減衰定数が、京都府南部の地震で最大3%、兵庫県南部地震で最大 18% であったことと、道路橋示ものを図 6 に、京都府南部の地震での非定常スペクトルを図 7 に示した。兵庫県南部地震では、建物はまず時刻 20 秒

方書 2)で示されている基礎の減衰定数が弾性時で 10-30％、非線形時で20-40％とあることから、小地震である京都府南から 30 秒にかけて明瞭なピークをもって、固有周期 0.9 秒から 1.2 秒に推移し、その後は 1.2 秒前後で振動しているこ部の地震では 10％、比較的大きい兵庫県南部地震では 20％とした。とが分かる。解析結果で最もよく合った B2P は固有周期が1.207 秒（（その１）参照）であり、固有周期の点からもよ兵庫県南部地震における建物頂部の観測波と（その１）で求めた地盤ばねごとの建物応答との比較結果を図3に示す。

く一致している。京都府南部の地震では、固有周期は概ね1.1 秒前後であり、（その１）で示した固有周期、1.059 秒それぞれ破線が観測波、実線が解析値を示している。地盤ばね剛性を大きく評価する EBP（図 3 (a)）では、加速度応（B2P）、1.096 秒（EP）、1.156 秒（P）に相当する。ただし、答が観測値よりかなり大きく、P、B2P（図 3(b)、(c)）のように比較的小さい地盤ばね剛性の方が観測値の最大値と合う

200

観測応答波と固有周期
建物頂部で観測した波を神山3)の方法で求めた非定常スペ

加速度（Gal）
max 153.4(Gal)1000-100-200100m
建物頂部

200010加速度(Gal)2030405060

地表面SHAKE波で振動解析実施0-100-200010

建物1階200

加速度(Gal)20304050607080
時刻(sec)（b）地表観測波（GL-1.5m）

max 129.0(Gal)

100SHAKE80
時刻(sec)max 189.1(Gal)100

SHAKEと観測波の比較

70（a）SHAKE 波（GL-0m）

0-100

GL-25m-200010基盤

2030405060（c）基盤観測波（GL-25.5m）

図 1 地震観測位置概要

図27080
時刻(sec)

兵庫県南部地震加速度波形（NS 成分）

Study Spring of Soil-Structure Interaction for Earthquake.
(Part2.Comparison with Observations)
Koichi KOBAYASHI(GEOTOP Corporation),
Shintaro OHBA(Osaka Institute of Technology), Shuji HONDA(NIKKEN SOIL RESEARCH LTD),
Hisayuki HOSONO(Yasui Architects & Engineers Inc.), Masako HIRAMATSU(Taisei Corporation).

- 1475 -600
4002000-200-400-600400

加速度（Gal）

周期(sec)max 652.1(Gal)010

加速度（Gal）

20304050607080
時刻(sec)（a）EBP 地盤ばねとの比較

max 365.1(Gal)

2000-200-4000102030

40506070（b）P 地盤ばねとの比較

80

時刻(sec)

加速度（Gal）

400max 395.8(Gal)

2000-200-200200max 260.3(Gal)

2000-400

加速度（Gal）

400010

図3（c）B2P 地盤ばねとの比較
解析と観測波の比較（頂部：兵庫県南部地震）

20304050607080-40001020304050607080
時刻(sec)時刻(sec)

図6

建物頂部観測波の非定常スペクトル
兵庫県南部地震 NS 成分

加速度（Gal）
max 165.9(Gal)100

周期(sec)0-100-200

01020304050607080
時刻(sec)図450

解析と観測波の比較（1 階 B2P：兵庫県南部地震）

加速度（Gal）
max 50.5(Gal)250-25-500

図51020304050607080

時刻(sec)

解析と観測波の比較（頂部 B2P：京都府南部の地震）

常時微動時における固有周期0.950秒から地震時に順に推移

50

することなく固有周期が延びていることから、兵庫県南部
地震後、地盤剛性がまだ完全に地震前のような剛性を回復

0

加速度（Gal）
max 42.2(Gal)25-25-500104.

図7304050607080

建物頂部観測波の非定常スペクトル
京都府南部の地震 NS 成分

地震レベルと地盤ばねの考察
本観測事例での地震による地盤のひずみ(SHAKE)は、兵庫県南部地震で最大 9.04 × 10-4、京都府南部の地震で 9.25× 10-5 であった。図8 に示すように、兵庫県南部地震は建築

20

時刻(sec)

そのような影していないことも文献4)では考察されており、響がこの京都府南部の地震でも表われていると考えられる。

加速度応答（Gal）

1000

基準法告示で示される安全限界と損傷限界の中間であり、安全限界レベルといった大きな地震では、支持杭基礎のような底盤の寄与率は、低く見積もって評価すべきと考えられる。また、大地震後の中小地震における地盤ばねは、大100地震時で対応したばねの組み合わせ（地盤の等価剛性はそれぞれの地震時で評価）で表わされると考えられる。
5.

まとめ
16階建て支持杭建物の地震観測記録と、（その１）で求めたSRモデルによる応答解析結果を比較し、地震時に寄与する相互作用地盤ばねについて考察した。支持杭の地盤ばね
は、兵庫県南部地震では、杭と底盤の幅比だけが寄与する
B2P のケースが観測値とよく一致し、その後、生じた京都府南部の地震でもB2Pのケースに近いことを示した。今後、これらの結果をもとに基礎形式別における地盤ばねの評価について考察を加えていきたい。
謝辞
本研究は、日本建築学会近畿支部摩擦杭設計技術研究委員会（委員長：永井興史郎 摂南大学教授）の活動の一環として行ったものであります。ご助言をいただきました関係各位に厚くお礼申し上げます。

工学的基盤（損傷）
工学的基盤（安全）
加速度(基盤)
加速度(表層)加速度(SHAKE)

100.01

図80.1

1

10
周期（sec）

加速度応答スペクトル（兵庫県南部地震：h=5%）

参考文献
1)日本建築学会近畿支部摩擦杭設計技術委員会：摩擦杭の設計−考え方と課題− , 日本建築学会近畿支部 ,2003.3.
2)日本道路協会編：道路橋示方書・同解説 V 耐震設計編,pp.108-115,2002.3.
3)神山：強震地震動の非定常スペクトル特性とその波動論的考察 , 土木学会論文報告集第 284 号 ,pp.35-48,1979.4.
4)大場,三枝：1995年兵庫県南部地震後の建物固有周期の経時変化 , 平成 1 0 年度日本建築学会近畿支部研究報告集,pp.209-212,2001.3.

- 1476 -