S21P-14長周期地震動の予測情報に関する実証実験への取り組み－高層ビルごとの周期別階級表示ツール開発－# 若目田美冴、加地正明、川野 翼（株式会佐エイツー）、久田嘉章、村上正浩（工学院大学）

はじめに 長周期地震動

長周期地震動に関する情報の提供状況

高さ 256 m（55 階）
震源からの距離 ~500 km

絶対速度応答スペクトル Sva（減衰定数 5%）• 高層階等での被害可能性認識や防災対応支援を目的とし、気象庁が地震発生後に発表※

特徴：周期 1-2 秒以上の地震動発生条件（建築研究所、2013）
1. 地震規模が大きく震源が浅い
2. 地震波伝播経路に軟らかい地盤
3. 平野規模の地盤構造が堆積地盤（内閣府、2015）

長周期地震動により生じうる被害• 建物の変形・破損• エレベータの故障・閉じ込め事故• 室内被害（什器・家具転倒、天井落下）

階級 4

Sva (cm/s)• 地表または低層建物の1階に設置した地震計

長周期地震動階級１以上が観測された地域

100

データから計算される対象周期帯の Sva （減衰50

定数 5%）最大値より長周期地震動階級を計算

15（小山、2014）• 区域内の最大の階級値がその区の長周期地震動階級5

東北地方太平洋沖地震による工学院大学・新宿校舎の被害（久田、2015）• 対象周期帯内の周期別階級も発表
周期※：平成 31 年 3 月 19 日より本運用（気象庁：2016年4月16日 01時25分 熊本県熊本地方の地震 M 7.1）

（気象庁、一部加筆）

長周期地震動予測情報の提供に向けて 長周期地震動に関する予測情報のあり方

目的 長周期地震動の予測情報に関する実証実験への取り組みとして予測情報のカテゴリー分類• 気象庁は今後緊急地震速報と同様に長周期地震動の予報・警報を発表する予定• 長周期地震動による被害軽減のため、 “高層ビルの揺れ”など多様なニーズに対応する予測情報の需要→予報業務化に向けて、気象庁・緊急地震速報利用者協議会・予報業務許可事業者・情報利用者による実証実験開始（平成 31 年 3 月末～）

• 長周期地震動発生が予想される地震時に、高層ビル居住・管理者や救出支援活動者に有用な予測情報を提供する表示ツールを開発する。

• 予測情報の利用が想定される対象者にヒアリングを行い、より実用的なツールにするために必要な情報・機能の検討を行う。

（気象庁、2019 をもとに作成）（気象庁、2019）

データ・方法 緊急地震速報利用者協議会（気象庁監修）が定める長周期地震動の予測手法に従って 0.2 秒ごとに Sva を計算し、地図上に周期別階級（１次）を表示
高層ビルの高さを地図上に表示

気象庁震源情報と距離減衰式より予測地点の絶対応答速度を計算

ビルごとの周期別階級を地図上に表示

絶対速度応答 Sva の予測式 (Dhakal et al. 2015)：

周期別階級表示画面例（東京 23 区）

各ビルの構造と高さから固有周期を計算

東京 23 区内の高層ビル 高さ

高層建物の固有周期と建物高さ・階数との関係

log10 𝑆𝑣𝑎(𝑇) = 𝑐(𝑇) + 𝑎(𝑇)𝑀j − log10 𝑅 − 𝑏(𝑇)𝑅 + 𝐷𝑆𝑇(𝑇)
深部地盤構造モデルによる補正値 𝑫𝑺𝑻 𝑻 ：𝑘1 𝑇

𝐷𝑆𝑇 𝑇 = ቐ
𝑘1 𝑇 + 𝑘2 (𝑇) log10 (𝐷ൗ𝐷 )0• 東京都の超高層ビルデータベース1 全 1261 棟の高層ビルの高さ（45–390 m）と住所（緯度・経度に変換）を地理院タイル2 上にマッピング 1. http://www.blue-style.com/area/tokyo
2. https://www.gsi.go.jp/LAW/2930-index.html

拡大時の例（新宿駅周辺）

震源情報

𝑅 ：震源距離 [km]𝑎 𝑇 , 𝑏 𝑇 , 𝑐(𝑇)：係数
𝐷𝑆𝑇(𝑇)：深部地盤構造モデルによる補正係数• 高層ビルの１次固有周期 T [秒] を高層ビルの高さ H [m] と固有周期の関係（地震調査研究推進本部、2016）から算出• ビルの構造は超高層ビル部3等を参照

𝐷 > 𝐷0スペクトル図𝑇 ：周期 [秒] (対象周期：1.6−7.8秒)
𝑆𝑣𝑎(𝑇) ：絶対速度応答（減衰定数 5%）
𝑀j ：気象庁変位マグニチュード（地震調査推進本部、2016）

𝐷 ≤ 𝐷0緊急地震速報等の震源情報を入力

予測地点
位置情報

0.2 秒ごとの Sva

𝐷：S波速度 1.4 km/s 層上面の深さ [m]※JSHIS 深部地盤構造モデルを用いた ※絶対速度応答スペクトル表示画面も開発
𝐷0 ：定数（DSCが一定値から震源情報を入力するとスペクトル図が表示D比例に切り替わる深さ）

3. https://skyscraperclub.com/• ビルの固有周期に対応する絶対速度応答を階級値に換算して表示•クリック：高層ビルの基礎情報をポップアップ表示•

マウスオーバー：固有周期における絶対速度応答を表示

結果 表示ツール活用の一例

利活用場面

例：2011年東北地方太平洋沖地震の震源情報を用いた周期別階級の更新過程イメージ

A) 緊急地震速報の震源情報（①、②）を用いる場合① 緊急地震速報（警報）Mj 7.2② 緊急地震速報最終報 Mj 8.1③ 気象庁 3月11日 16:00 発表 Mj 8.4④ 気象庁 3月11日 17:30発表 Mw 8.8※

• 地震発生から 30.7 秒• 地震発生から 127.1 秒• 地震発生から ~1.5 時間後• 地震発生から ~3 時間後

緊急地震速報受信端末と組み合わせて、端末による音声ガイダンスや館内放送により地震動に備える予測情報を提供
B) 地震発生後の気象庁発表震源情報（③、④）等を用いる場合
災害時救出支援者・施設管理者の被害状況把握・初動対応支援C) 過去の震源情報を用いる場合

周期別階級

長周期地震動階級の周知、地震動に備えるための教材
拡大図（新宿駅周辺）

拡大図（新宿駅周辺）

拡大図（新宿駅周辺）

拡大図（新宿駅周辺）

ツール利用想定者へのヒアリング

1.6

固有周期

7.8

1.6

固有周期7.8

固有周期

1.6

7.8

1.6

階級 4階級 4階級 4階級 3階級 3階級 3階級 2

階級 2階級 2

周期別階級 2階級 1

周期別階級 2階級 1

固有周期階級 4階級 3

周期別階級 4階級 2階級 1※：𝑀𝑤 = 𝑀𝑗 − 0.171（宇津、1982）

今後の課題・改善点
観測波形を用いた予測情報の高度化

応答スペクトル法による簡易的な揺れの予測（大宮・久田、2014）•

任意の+ ２次= １次
振動形 𝑋モード
モード

固有周期：構造計算書または固有周期推定式（市村、1999；2000）•

刺激関数：構造計算書または近似•

減衰定数：横田・他（1993）等•

応答スペクトル補正：告示式+ 𝑞3 ×+３次モード+⋯+⋯

𝑋 = σ𝑛𝑖=1 𝑞𝑖 𝛽𝑖 𝑈𝑖 ≈ 𝑞1 𝛽1 𝑈1 + ⋯ + 𝑞3 𝛽3 𝑈3

救出支援者

短周期の地震動に• 震源情報を用いた短周期関する予測情報も地震動の予測震度および合わせて見たい

気象庁発表の震度を表示

σ3𝑖=1 S𝑖 ∙ 𝛽𝑖 𝑈𝑖•

加速度センサ内蔵緊急地震速報受信機を建物内に複数設置•計測した加速度（逐次データセンタで監視）から、地震時に教育・普及

短周期地震動の予測震度・気象庁発表震度も表示する

Xメッシュ内のビル高さ平均値を算出し、周期別階級を表示（合わせて建物密度も）• 250 m※ のメッシュで点の他、面的な平均化したビルの高さ情報が欲しい

で周期別階級を計算※：JSHIS 深部地盤情報
メッシュサイズ

表示ツールを開発した。

• ツール利用想定者へのヒアリングによると長周期地震動に関する情報

YHomeSeismo
データセンター

Max: 8.5 [gsal]
S.D. (0-50 秒): 0.2 [gal]インターネット

Max: 7.5 [gal]S.D. (0-50 秒): 0.3 [gal]Main BOX・波形保存
・イベント検出・NTPサーバ
SSD DISK• 周期別階級の面的な表示• 短周期地震動に関する情報

ZLTEデータ通信
PoE給電

長周期地震動に関する情報を提供するための• 低中層階（10階～）で生じうる・動作監視・プログラム更新
・波形ダウンロード

LTE/3G Router• 周期別階級の面的な表示

Max: 7.8 [gal]S.D. (0-50 秒): 0.2 [gal]Sensor BOX（左図はイメージ）
https://hs.a-2.co.jp/jmaHistory/view/open/eew.html

今後の実証実験にて実施

2019/01/14 13:23 (JST)

表示ツール内のページ切り替えで個々のビルという救出支援者を対象とし、地震発生時・発生後に絶対速度応答→観測した揺れを周知

2

𝑋 ：ビルの任意の振動形
𝑖：モード次数、𝑞𝑖 ： １質点系の地震応答解
𝛽𝑖 𝑈𝑖 ： 刺激関数、𝑆𝑖 ： 応答スペクトル値• 短周期地震動の予測震度・気象庁発表震度周期別階級も算出• 高層ビル居住者・施設管理者や災害時• MEMS 加速度センサを用いた建物内の揺れモニタリング

変位→建物の被災度応急判定
𝑋 𝑚𝑎𝑥 ≈

• ２次、３次の結論表示ツールの機能拡張+ 𝑞2 ×

低中層階の予測
情報も欲しい

階級 1（上段）①ー④の震源情報入力時の周期別階級表示画面。図中右下は新宿駅周辺の拡大図。
（下段）①ー④の震源情報入力時の工学院大学新宿キャンパスにおける絶対速度応答スペクトルと周期別階級.。ビル高さ 133 m・S造より、固有周期は 2.6 秒。

= 𝑞1 ×• ビル高さのデータ追加

救出支援者

救出支援者

• 低中層階の周期別階級

10ー20階程度の7.8

Acceleration [gal]絶対速度応答スペクトル

ビル居住・管理者の需要があった。
• ヒアリング結果に基づき、現在（株）エイツーが新規開発中の地震計内蔵緊急地震速報受信機

Time [s]※4kHz で計測後、500Hz にダウンサンプリングした計測波形（ダウンサンプリング時に 250Hz のLPF）（左図）建物内に設置する観測ネットワークイメージ（右図）茨城県南部の地震時に東京都品川区ビル7階で計測した加速度による地震動観測データを用いた情報と組み合わせ、長周期地震動予測情報の高度化と表示ツールの機能拡張を行う方針である。