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NO.25 1999.08.19 15:26

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建設省建築研究所

Building Research InstituteVol.25
発行：1999. 8

進める場合があります。

設計用地震力耐震設計で使う設計用地震荷重は、設計震度などにより静的な地震力として与える方法と、とにもよります。したがって限定範囲に入らな

ここでは地震力による方法と、地震動によるい建築物は、これらの一般化された方法の適用

地震荷重の算定における問題点について考えて範囲外ということになり、もう少し詳細な検討みることにします。

が必要になります。

もう少し源流を遡って地震動として与える方法

建築物の種類や特性によって地震力による構このような簡略的な地震力で与える方法での2種類があります。実際には、現行建築基準

造設計をするか、あるいは地震動を用いるかはは、いわゆる静的解析による方法（震度法や修法で決められている層せん断力係数のように、違ってきます。簡略化された静的な力として設正震度法）を用いることになります（図１）。

直接地震力で規定する場合が多いようです。

計用地震力を設定するためには、対象建築物をこれに対して、やや詳細検討になる地震動をしかしながら構造設計の作業において計算機ある程度限定する必要があります。どんな建築用いる方法では応答スペクトルや地震動時刻歴の利用が常識となった現在では、構造が少し複物に対しても適用可能というわけではありませが必要になります。 この方法を動的解析法と雑な建築物や、重量や剛性分布が一様ではないん。これは、建築物といっても戸建て住宅からいいます（図2）。

建築物の場合には、地震動を作用させて各部分超高層建築物まで多種多様であることに加えてに作用する地震力を算定した上で、部材設計を地震動特性の予測精度がなかなか上がらないこ

特集

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設計用地震力と設計用地震動 E
M

esign

arthquakeotion

沖積地盤

基盤

基盤

洪積地盤

震源から建設地点まで震源断層の不均一な破壊(ずれ)によって生じた地震波は地殻→表層地盤を通過し建築物の直下に達する。

震源断層

地震動に基づいた地震力の算定
応答スペクトルを使いますか、それとも時刻歴?

られます。ここで注意しなければいけないのは地などは乱数を使って表現します。同じプログラムいずれにせよ共通にいえることは、両手法とも震記録を使う方法です。昔から設計用地震動の代を別の乱数の組み合わせでもう一度実行すると、根拠となる地震動予測の信頼性に依存しているこ

名詞にのようになっている1940年エルセントロ

別の地震動が作成されます。しかし統計的には、とです。応答解析の精度はモデル化や材料特性の地震波ですが、あれは米国カリフォルニア州のエ

これも前に作ったものと同等な性質を持っている

精度に依存しますが、設計の妥当性は入力地震動

ルセントロという場所にある変電所施設の建物のことになります。地震動をある統計モデルのサンの設定が妥当かどうかに大きく依存します。

そもそも一昔前までは、地震動を用いる動的スペクトルかあるいは時刻歴で表現されます。

初の3次モード程度までを考えれば十分だとい地階でとれた記録です。この記録をたとえば全くプルとして作成する場合には少数のサンプルだけ先に地震動のばらつきについて述べました。

解析法を一般建築物に適用することはまず考え前の地震力の場合とはちがって周波数特性などわれています。

地盤条件の異なる東京下町軟弱地盤上の建築物にでは当初想定したモデルを実現していることには今日これだけパソコンの性能が上がり、逆に値られませんでした。というのは、計算機の性能、が表現できるので、応答スペクトルは設計震度

応答スペクトルを用いた多質点系の最大応答そのまま使うのは間違いです。こんなことがないならないのです。したがってこのような場合には段は下がる状況において、過去の計算尺、一昔普及度ともに現在とは全く違っていたからです。などよりももっと地震動を明確に表しているとの推定方法は今までに幾通りかの提案がありまように、できるだけ地盤条件などを立地、設置条少なくとも数波の地震動を作成して応答解析をす

前の電卓のような感覚でパソコンを使いこなせまた、それに関連して解析方法自体もあまり発いえます。地震動強さと振動数特性の両方を表す。それらを表1に示しますが、このうちもっ件が似た記録を使うことが大事です。

ることが必要と考えられます。

る若い人が増えています。また、データさえそ達していませんでした。

現できる。応答スペクトルで不足しているものとも一般的なのが、SRSS(Square Root of

地震動を利用した方法がパソコンレベルでもの一つとして時間変化に関する情報があげられSum of Squares)法と呼ばれるものです。最容易に使えるようになったのはつい最近のことます。地震動波形としてはどのような特徴を持近は各固有モードの重なり具合をより実情に近このような場合の地震動の作成手法についてです。っているのかという経時特性や継続時間についい形に推定するように精度を向上させたCQC法は建設省建築研究所と（財）日本建築センターてはなんら情報を含んでいません （図3）。

も使われています（表1）。との共同研究の成果として「設計用入力地震動実際の設計に際して時刻歴まで作成して応答と思います。この過去に比べて遙かに短時間で応答スペクトルの定義は特定の時刻歴波形に作成手法技術指針（案）」が公表されていますの解析を行うのは、かなり限定された建築物です。

結果が出るという状況では、種々の不確定要因

このように選択肢が多数ある今日、設計者はどのような判断で解析方法を選べばいいのか、応答スペク
トル法また同時に設計者として地震荷重をどのように決めていけばいいのでしょうか。

地震記録ではなく建設地点の立地条件に適した設計用地震動を作成する場合もあります。

また同時に、これらのばらつきが何に起因すろえば、より複雑なモデルでも解析にのせるこるものかをはっきりさせておくことも重要です。とはそれほど難しいことではありません。このように機械的な部分、つまり人間の判断のいらまとめない部分はいくらでも計算機任せにすればよい

対するものですが、設計に用いられる応答スペで、興味のある方はご覧ください（作成法のフ

すなわち、あまり前例のない特殊な建築物、あがどの程度地震応答に効いているのかをシミュ

応答スペクトルは、（図3）に示すようなもっクトル（単に設計スペクトルと呼ばれることもローについては図4参照）。

るいは複雑な構造をしているもので応答の一般レーション計算で確認することができる場合があると思います。

当然のことながら、時刻歴などを使う動的解とも単純な一質点系（一つの固有周期と一つのある）は多数の地震記録による応答スペクトル

設計用地震動の作成方法もさまざまなものが的傾向がまだ掴み切れていない建築物、建築物

析に比較して、静的解析では実際の地震動の性減衰定数で特性が決まる）と呼ばれるモデルが、を包絡したものというような意味合いで使われあり、最近は特定地震（震源）からの地震動を内部の設備等への入力となる地震動（床応答と地震動をやたらに複雑にする方がよい設計がで質をそう細かく表現できません。この場合には地震動を受けた場合に生じる最大の応答値（加ることがあります。もちろん、設計スペクトルシミュレートして使用することも行われていまいわれる）を求める必要がある建築物、また実きるというわけではありません。地震動のうちの代表的な特性だけを設定することになります。

速度や速度、あるいは変位でもよい）をその固が具体的な地震のイメージを伴って作られていす。 たとえば震源となる断層面での破壊を想定際の終局挙動を検討するために非線形応答解析

どの特性が一番効いているのかをはっきりさせ、逆にいうと、この方法でも十分に安全性が確保有周期に対して描いた図のことです。この図はる場合には、対応する時刻歴波形を想定するこし、それによって生ずる地震動を計算機上で作を使う必要がある場合に等に際しては時刻歴が構造安全という立場からあまり重要ではない地震される建築物というのは、世の中に多数あって1質点で表される単純な構造物の最大応答を示とも容易です。

成する事も可能です。

必要になります。

動の特性は無視することも可能でしょう。すな

その性質は大体わかっていて、今までに実験、しているにすぎません。しかし、この応答スペ

時刻歴を作成するには波形を特徴づけるパラ

地震力と地震動という2種類の地震荷重の形

わち、地震学の知見に基づくことは当然ですが、観測、解析などにより、簡略的な計算でも特にクトルを使って多質点系の最大応答も推定する

時刻歴解析法メータを多数決める必要があります。そのため態は、いま述べてきたメリット、及びデメリッ

地球物理学的な観点からいう予測地震動と、構大きな誤りがないことが確かめられている建築ことができます。これが応答スペクトル法と呼時刻歴解析法というのは、地震動としての時刻相当量のデータが必要になりますが、いつもこトを持っています。さらには一方のデメリット

造設計の観点から設定される設計用地震動は結物でもあります。したがって、最小限のデータばれる方法です。多質点系の場合には、固歴を作用させ、応答も時刻歴として算定する応答れらを精度よく決められる訳ではありません。

は、他方のメリットのような関係にもあります。

果として必ずしもおなじでなくてもよいと思いをインプットするだけでも構造物の地震時挙動

有モードといってそれぞれの建築物に固有の複解析の方法です。この方法では当然のことながらそれらを乏しいデータから決める必要がある場

前述のように地震動として与えられる場合には、ます。

をほぼ推定できるものです。静的解析による方数の振動形が決まり、地震応答はそれらを地震入力として地震動時刻歴が必要となります。実際

合が多いのです。

基本的にどのような建物にも適用できます。こ以上述べた諸点を考えることで今後よりよい法のもう一つの特徴は、地震力がいきなり応答動の強さに応じて足しあわせたものとなります。

適当な強震記録があればそれをそのまま使うこと時刻歴をこのような検討に使用する時に注意すれに対して地震力で与える方法は、適用できる設計用地震動のモデルが構築されると思っていにより決まっていることです。すなわち地震力この地震動の強さというのが、それぞれの固有は可能ですが、設計用地震動として、その敷地にべきことがもう一つあります。地震動時刻歴は無建築物が限定されてきます。さらに地震動の性ます。

は建築物の性質に依存して決められるというこモードに対応して固有周期（振動数）に対して適した地震動が観測記録としてあることはめった限にある同等な地震動の中の一つにすぎません。

質や建築物の応答特性が震度というような単純とです。これに対して、以下に説明する動的解求められる応答スペクトルです。固有モードはになく、通常は記録の最大振幅や振動数特性を補サンプルとして抽出される各地震動は相互にばらな特性で表現しきれるかどうかも考えなければ析法では建築物の性質によらない地震動を決めその固有周期が長い順に1次モード、2次モード…

正して所要のものを作るとか、前述の設計用スペつきます。地震動を特徴付けるパラメーターのういけません。これに対して、地震動を時刻歴とこれはこの計算法が単に使えるという意味でるところから作業が始まります。と呼ばれます。実際にはほとんどの場合1次クトルが決められていれば、それに適合するようち確定的に決められないもの、たとえば破壊の発して表現する場合は、予測のための各手法の信はなく、応答スペクトルというものを十分理解モードが支配的ですが、通常の建物では大体最な模擬地震動波形を作成して使用する方法が用い

生から波動伝播の過程に含まれる種々の不確定量頼性はどうかという反対側の疑問もあります。

する事も前提としています。

動的解析に用いる入力地震動は、一般に応答k0

w3

w3

k3

w3

k0

w2

w1

k0

w1

w2k2

応答スペクトル法

応答スペクトルk0,k1,k2,k3：震度
c1,c2,c3：層せん断力係数

1. 絶対値和法

c2(w2+w3)
k0(w1+w2+w3)

ベースシア

等震度法

k1w1+k2w2+k3w3

修正震度法

c3(w1+w2+w3)

ベースシア

u13u12m2

固有モード

u11

u23

u33

u22
u21

u32
u31

3. 絶対値和法と自乗和平方根法の

X3

m3

X2

m2

X2

X1m1

平均を取る方法

h,T

X3

液状化補正係数
地形効果補正係数

X14. CQC法

設計用応答スペクトル→β2２次モード

β3
３次モード

Xg

●応答スペクトル法
各モード毎の応答を重ね合わせて最大応答を求める方法。
応答の時間変化は考えない。
●時刻歴解析法
各点の応答が時刻歴として求まる。

T1

T2

T3

固有周期Xg地震動

図3 : 応答スペクトル

スペクトルモーダル解析

設計用入力地震動時刻歴※ pik は i 次モードと k 次モードの相関に関係する係数

表1 : 応答スペクトル法のいろいろ

→

β1
１次モード
ベースシア

図2 : 動的解析の方法

増幅特性係数→Xg

X

やや長周期補正係数
2. 自乗和平方根法 (SRSS)(2)時刻歴解析法

m3ベースシア

最大応答h：減衰定数層せん断力係数法(1)応答スペクトル法

m1

地震活動度係数

w1

k1

ベースシア

基準応答スペクトル→ → → → → →w2

図1 : 静的解析に基づく方法

w1,w2,w3：重量c3w3

一般の設計者でも応答スペクトル法程度は使えるようになってもらいたいと思います。

時刻歴解析
図4 : 設計用入力地震動の評価手順

TOPICS

VOICE

春季研究発表会開催

基準認証研究センター
基準認証研究センターは、この4月に新たに「性去る5月17日(月)から21日(金)までの5日間、都標性能実現のための各生産プロセスにおける品質管理能システム研究室」が創設されて4研究室となり、 の方法、モノと性能との関係がユーザーにもわかるよ

市防災研究センター棟において、 平成11年度春季研究発表会を開催しました。

他の研究部の研究スタッフで当センターに併任とうな情報提供の方法など、様々な技術開発と、その技

この発表会は、研究者相互の情報交換、研鑽等のなった方を含めると総勢15名のかなり大きな組織術を利用する実務を助ける「性能システム」の開発を促進および研究成果の蓄積、向上を目的として前年になりました。そのうち6名は、この4月からの新行うことが、このプロジェクトのねらいです。

度における研究成果を発表するものです。

しい顔ぶれです。

現在、改正された建築基準法関連の各種技術基準

山崎所長（当時）の開会の挨拶に続き、火災、建研究の方では、平成11年度から5年計画の新し案作成のとりまとめ役として、また、上記研究プロ

築材料・部材、基準認証、構造、建築計画、建築環い研究プロジェクト「性能指向型建築技術体系におジェクトの推進役として、将来の我国における性能境・設備、住宅・建設経済、都市、地震工学、生産ける建築物の性能確保方策に関する研究」が始まり指向型の建築技術体系の実現に向けて、新しい体制技術の各部門単位で発表を行い、最終日の21日(金)ました。従来は、建築基準法の下での建築物の性能で幅広い課題に取り組んでいます。に総合技術開発プロジェクト、先導研究及び官民連帯共同研究についての発表を行いました。

確保における様々な問題を研究対象としてきました

基準認証研究センターの新体制（平成11年8月現在）の要求よりももっと高い性能が求められる傾向にあが、近年、建築物には最低基準としての建築基準法ります。さらに地球環境問題や高齢者対応など、基準法ではカバーされない多様な社会的ニーズに対応

基準認証研究センター長国際基準研究官することも求められています。

性能評価試験室

そこで、建築基準法にとどまらず、広く建築物の性能全般について、消費者にもわかりやすい性能表
示方法、完成された建築物の保有性能の評価手法、目今年も、所外から講評者の方をお招きして各分野毎に、研究の内容、方向性等についてご意見、ご感想を頂き、延べ約七百名の参加者を得て、大いに議論を行いました。

認証システム研究室
性能基準研究室
性能システム研究室

第一研究部
住宅は社会的存在です。つい先日、デザイン関です。 狭くて変形の敷地には標準プランでは納ま係の国際的なメーリングリストに、「なぜ（ 英国らないからさ、といういいわけも聞かれます。でも、の）住宅デザインに建築家があまり関与していなさまざまな要件に合わせてカスタマイズすればすいのだろう。マウンテンバイクやコンピュータなるほど、それは「ある個人」の「ある時点」での好どはデザイナーが参加していてずいぶん選択肢がみに適合させることになり、社会的存在、という位あるのに、住宅は保守的なのか」という、やや挑置づけからどんどん遠くなっていきます。中古戦的なコメントが出され、ひとしきり議論になり住宅が実は敷地の値段だけで取り引きされているとました。自転車のように個人の好みで簡単に取捨いうのは、どうせ気に入らないから壊して建て直選択可能なものとそうはいかない住宅とをいっしすという暗黙の前提があるからです。地球環境のょにされてたまるか、住宅には住まい手の全人生が視点に立てば、この「常識」はもはや通用しません 。

かかっているのだぞ、と反論したのですが、さてよほどのことがない限り壊してはならないのです。

半歩下がって考えてみると、わが国の住宅はデザ現在研究を進めている長期耐用都市型集合住宅のイナーに振り回されている気味がなくもないので検討対象ですが、住宅とはわれわれにとって何なのす。建築士資格を持っている人の割合が日本は他かという基本に立ち戻って、物理的のみならず社の国に比べて格段に高いとか、住宅寿命が短いと会的にも寿命の長い住宅をどうつくっていくかもか、注文住宅の割合が多いとか、 理由はいろいろ議論しています。プロジェクトでの検討課題の一つあります。普請道楽といわれるように施主の設計は構造体（Ｓ）と内装（Ｉ）の分離、個人の要求と要求も細かいし、一方で設計者のこだわりも格別社会的要請との折り合いをつける試みです。

秋季講演会のご案内
恒例の建築研究所秋季講演会を11月30日（火）、12月1日（水）の2日間の日程で、東京の有楽町朝日ホールにおいて開催します。詳細については、次号でお知らせいたします。

出版のご案内（近刊）
建築研究情報No.3「都市計画・まちづくり インターネット
ホームページ案内」（河中俊、篠崎道彦、斉藤圭）
夏空の実験棟と筑波山

Photo K.Bogaki

編集後記
今、私が住んでいるのは20年以上前に建てらの計算はどのようなコンピュータでどの位時間がれた13階建ての公務員官舎の最上階。地震時にかかったのであろうか。おそらく今のパソコン以はよく揺れる。 熱帯魚の水槽の水もよくこぼれる

下の性能の大型コンピュータをフル稼働させたにので、水槽の横には常にタオルを置いてある。建違いない。情報技術の進歩の早さとそれを背景と築構造や地震工学に関しては全くの素人であるた

した建築技術の発展に思いを巡らせていたら、押め、今回の特集を読みながらふと考えた。最先端入に眠っている20年前のパソコンが妙に懐かしの手法で評価すると、今住んでいる官舎はパスすく思えて来た。暇を見つけて引っ張りだそうと思るのか？と。勿論、建設当時の最先端の構造計う。技術の進歩の大きな落とし穴である2000算・構造設計により建てられたのであろうが、そ年問題を実感？するために。（Ｋ.Ｓ）

第 25号 平成 11年8月発行
編集：えぴすとら編集委員会
発行：建設省建築研究所(企画部)〒305-0802 茨城県つくば市立原 1

Tel.0298-79-0642 Fa x.0298-64-2989●えぴすとらに関するご意見、ご質問をお寄せください。
また、バックナンバーは、ホームページでご覧になれます。

( http://www.kenken.go.jp/epistula.html )