免震装置の鉛直剛性低下を考慮した免震建築物の上下応答特性
213-067
１．はじめに

表1

免震建築物は、1995 年兵庫県南部地震以降にその有用
用途
構造種別
平面規模
階数
階高(建物部分)
階高(免震層)単位面積当たりの重量性が広く認知され、中低層建物を中心に普及した。現在
では、中低層建物だけでなく、高層建物など、様々な規模の免震建築物が存在する。一般的には、積層ゴムの鉛直剛性は引張と圧縮で異なる 2 直線で評価している。しかしながら、積層ゴムの鉛直剛性は、水平変形に依存す

関彩那

建物諸元

case1
倉庫・工場
S造
100m×50m
4階＋免震層
7m

case2
病院

case3
庁舎

RC造
60m×60m
40m×80m
10階＋免震層 6階＋免震層
3.5m
2.5m
15kN/m²

12.5kN/m²

ることが知られており 1)、現在の設計において、その影Khj性が低下することが考えられる。
また、上下地震動による検討において、平成 12 年建設

Kh0

省告示第 2009 号第 6 2)では、免震装置の鉛直震度が 0.3

変位時の圧縮応力度が免震装置の材料強度を超えないこと、することが示されており、静的震度として検討すること
そこで本研究では、免震装置の鉛直剛性低下を考慮した免震建築物の時刻歴応答解析を実施し、上下応答特性を把握することを目的とする。とし、3 つのケースを設定する(以下、case1、case2、case3とする)。表 1 に建物諸元を示す。上部構造のみの弾性一次固有周期は、それぞれ 1.6(s)、0.8(s)、0.4(s)とし、上部構造の水平剛性は、逆三角形分布であると仮定する。
上部構造の鉛直剛性は、水平剛性の 100 倍とした。
免震層の水平方向の復元力特性は、図 1(a)に示す修正バイリニア型とする。免震層の固有周期は、上部構造を剛体とした 1 質点系の固有周期として定義し、それぞれ5(s)、5(s)、4(s)、降伏せん断力係数()をそれぞれ 0.04、0.05、0.05 として、降伏後の水平剛性を算
4)は免震層より上部の総重量) 。
は降伏後の水平剛性の 13 倍として算出する。減衰について、水平方向では上部構造を剛性比例型とし減衰定数を 1%、免震層は 0%とした。
鉛直方向の復元力特性は、図 1(b)に示す線形とする。
免震層の鉛直剛性(a)水平方向(b)鉛直方向
図1 免震層の復元力特性
入力地震波は、1968 年十勝沖地震の位相を用いた上下地震の位相を用いた上下動告示波(以下、K-KOBE とす

解析モデルは、最下層に免震層を設けた質点系モデル

初期水平剛性:降伏せん断力:降伏変位動告示波(以下、K-HACHI とする)、1995 年兵庫県南部

２．解析モデル出する(ただし、変位:降伏後の水平剛性:初期水平剛性:鉛直剛性

また-0.3 時の圧縮応力度が 0 未満にならないように確認が規定されている 3)。

軸力大地震においては、免震層の水平変形が増大し、鉛直剛せん断力響を考慮していないのが現状である。今後想定される巨は初期水平剛性の 310 倍として与え、100％、80％、60％、50％、40％と低下させる。また、鉛直方向では上部構造をモード一定型とし減衰定数を 1％、免震層は 0％とした。

る)、乱数位相を用いた上下動告示波(以下、K-RANS とする)の 3 告示地震波と 1940 年 El Centro 地震の上下動(以下、El Centro とする)、1952 年 Taft 地震の上下動(以下、Taft とする)、1968 年十勝沖地震の上下動(以下、Hachinohe とする)、1995 年兵庫県南部地震の上下動 (以下、Kobe とする)の 4 観測地震波を本モデルに入力する。
ただし、観測波は水平地震動の最大速度振幅を 50(cm/s)に基準化した上下動を入力する。
数値解析には Newmark -法( =1/4)を用い、時間刻みは 0.0001 秒とした。
３．解析結果3.1 免震装置の鉛直剛性の低下と加速度増幅の関係
免震装置の鉛直剛性を低下させたときの、各ケースにおける免震層の加速度増幅 α を図 2(a)～(c)に示す。加速度増幅 α については、免震層の最大応答加速度最大入力加速度をで除した(1)式で評価する。
(1)

2

鉛直震度G

加速度増幅α

2.5
1.5
10.5
01009080706050

鉛直剛性(%)K-HACHIEl Centro

K-KOBE
Taft

40

0.7
0.6
0.50.40.30.20.10100

仮K-RANS
Hachinohe90

K-HACHIEl Centro

Kobe

5040
仮Kobe

K-RANS
Hachinohe(a)case1

51.541.2

鉛直震度G

加速度増幅α7060
鉛直剛性(%)

K-KOBETaft(a)case13210.90.60.300100908070
鉛直剛性(%)

605010040

K-HACHIK-KOBE

K-RANS仮El Centro

Taft

Hachinohe

Kobe

90K-HACHIEl Centro

鉛直震度G
90K-HACHIEl Centro

8070
鉛直剛性(%)

K-KOBE
Taft

605040仮K-RANS
Hachinohe

Kobe

6050

K-RANS
Hachinohe

40
仮2.1
1.8
1.5
1.2
0.9
0.6
0.3
01009080

K-HACHIEl Centro

Kobe

7060
鉛直剛性(%)

K-KOBETaft(c)case3
図270
鉛直剛性(%)(b)case2

7654321010080

K-KOBETaft(b)case2
加速度増幅α805040仮Kobe

K-RANS
Hachinohe(c)case3

免震層の加速度増幅

図3

免震層の鉛直震度４．まとめ
図 2 より、本モデルでは、免震装置の鉛直剛性を低下

本研究では、免震装置の鉛直剛性低下を考慮した免震させると、ほとんどの地震波で加速度増幅は増加する結建築物の時刻歴応答解析を行い、上下応答特性を把握し果となった。

た。その結果、本モデルでは、免震装置の鉛直剛性を低下させると加速度増幅と鉛直震度ともに増加することが3.2

免震装置の鉛直剛性の低下と鉛直震度の関係分かった。また、鉛直剛性 100%の時でも基準とした鉛直免震装置の鉛直剛性を低下させたときの、各ケースに震度 0.3 をほとんどの地震波で上回り、鉛直剛性を低下おける免震層の鉛直震度 G を図 3(a)～(c)に示す。鉛直させるとさらに鉛直震度は増加することが分かった。地

震度 G については、免震層の最大応答加速度

震が発生する際、水平動(NS、EW 方向)と上下動は同時を重力加速度 g(9.8m/s²)で除した(2)式を用いて評価する 5)。
(2)
図 3 より、本モデルでは、免震装置の鉛直剛性を低下させると、ほとんどの地震波で鉛直震度が増加する結果となった。基準となる鉛直震度 0.3 を下回ったのは、鉛直剛性を低下させていない場合(100％時)、case1 では
K-HACHI、Hachinohe、Kobe、case2 では Hachinohe、case3
では Hachinohe、Kobe となった。全てのケースにおいてに発生するため、水平動と上下動を同時に入力した場合の鉛直震度の評価が、今後の課題であると考える。
参考文献
1)瓜生満、西川孝夫：免震用積層ゴム、変形及び限界特性に関する研究(せん断変形下における水平及び鉛直方向特性について),
日本建築学会構造系論文集,第 479 号 pp.119-128,1996
2)平成 12 年建設省告示第 2009 号
3)泉洋輔:建物と地盤の動的相互作用を考慮した免震建物の地震時上下動応答,呉工業高等専門学校研究報告,第 73 号,2011

鉛直震度 0.3 を下回ったのは Hachinohe のみであった。

4)白山敦子、山下忠道、井上豊：地盤と動的相互作用が中間層免

これら 3 地震波以外では鉛直剛性を低下させていない場

震構造物の地震時挙動に及ぼす影響,構造工学論文集,日本建築合、鉛直震度が 0.3 を上回る結果となった。
また、免震装置の鉛直剛性を低下させると、さらに鉛直震度は 0.3 を上回る結果となった。

学会,Vol.51B

pp.247-254,2005

5)柴田昭徳著:最新耐震構造解析第 3 版,森北出版,p.297(白山研究室)