被害予測と被災度評価に向けた
建物強震観測データの整理・分析

地盤・建物の強震観測記録の蓄積

名古屋大学 飛田 潤

• 様々な観測、建物、センサ等の記録を集約
地盤：大都市圏強震動総合観測ネット（2000～）
建物：戦略的強震観測、古い観測機材の再利用、・・・• 観測データの将来
地盤：K‐NET等の基盤観測と組み合わせた面的観測結果
建物：建物の応答性状の確認、検討→モデル化手法検討、設計法検討など→その建物のモニタリング（健全性、劣化、損傷）• 強震観測とモニタリング
現状では「似た機材・観測、異なる目的・結果」
対象や目的に応じた観測システムの選択、データ必須

地域の高密度地震観測データの蓄積
愛知県
74（計測震度計）
三重県
68（計測震度計）
静岡県
78（計測震度計、オフライン）
名古屋市 18（うち孔中2）
豊田市
5（計測震度計）
中部電力 46（うち孔中4）
東邦ガス 113（うちオンライン10）
名古屋高速 18
応用地質4（うち孔中2）
愛工大
119（うち孔中2、岩盤1）
豊橋技科大 4
名大工38機動基準 14（岐阜県、名古屋市）
大学間防災 10（常時観測、映像連動）
防災拠点S 17Pネット
22
計644（2011.1現在）
K-NET
KiK-net89（愛知・岐阜・三重・静岡）
75（同上）

2004/9/5東海道沖地震の観測記録収集と整理

地点情報

震度分布情報• 東海３県300箇所以上（当時）でオンラインデータ収集・ウェブ公開。
• 2004/9/5東海道沖地震のデータ収集。海洋性地震の継続時間の長いデータを収集する際の問題も検討・改善。

波形とスペクトル情報

建物強震観測データベースの例（表）建物強震観測データベースの分析

日本建築学会 構造委員会 振動運営委員会 強震観測小委員会
No.

建物名称大会梗概発
表年－番号

タイトル

著者

地震観測記録に基づく建 中條貴行（東京理建築研究所 管 2004-21437, 物-地盤系動特性の総合 科大大学院）・竹1
2011-21160 評価に関する研究 建築 内聡志・大川出・理研究本館
研究所の建物を対象とし 井口道雄・鹿嶋俊て(その1)地盤増幅特性 英
2005-21246，
2006-21225，
2007-21070． 地震観測に基づく建物建築研究所 管 2007-21264， 地盤系動特性の総合評価
2008-21136, に関する研究 建築研究 川島学（東京理科理研究新館
2004-21437, 所建物の追加検討 その 大）・大川出・鹿2 （都市防災研 2004-21438, ３嶋俊英・井口道雄
究センター
2010-21319, 2011年東北地方太平洋沖 鹿嶋俊英棟）
2011-21160, 地震の建築研究所建物の2011-21431、 強震記録
2012-21568、2012-21273

免震・制振など

基礎構造

SRC造（一茨城県つく 地下1階，地 部RC造）純
ば市
上7階
ラーメン構
造

―

直接基礎

地下1階，地茨城県つく 上8階、延床 SRC（一部ば市
面積5,000平 RC）
米―

直接基礎

立地場所

階数・規模等

構造種別

地震計設置
位置

計測点数

18

B1Fx3,1Fx1,2Fx2,5Fx2, 8Fx311加速度計（AJE8200）

フィード
バック型加速度計

2005-21337
2012-21205

免震構法の開発研究 そ 藤井睦（鴻池組技の７ 地震観測および小 研）・井川望・太変形応答時の解析
田崇司

茨城県つく地上3階
ば市

RC造，ラー
メン＋耐震壁

免震地中，基礎，1F，RF

6

4

2005-21410

飯場正紀（国土技
すべり支承を用いた免震術政策総合研究
住宅実験棟の地震時及び所）・緑川光正・
強風時観測結果
町田健一・池永雅

茨城県つく
地上2階
ば市

在来軸組

免震基礎，1F，2F

3

5

2006-21154

低コスト・小型地震計を 飯場正紀（国土技用いた戸建て住宅の地震 術政策総合研究動観測所）・阿部秋男

茨城県つく2階建て
ば市

木造，枠組
み壁構造

―

1F，2F，小屋組

36

地震観測記録に基づくRC 金田建（宇都宮大2003-21177，
造5階建て建物の地盤・ 大学院）・入江康
2004-21322
建物剛性の同定隆

3宇都宮大学工学部建築棟

木造住宅，
7No.1

2004-22088

既存木造住宅の耐震性向 入江康隆（宇都宮上に関する総合的研究
大大学院）・野俣その21 強震観測
善則・五十田博

栃木県宇都 地上5階，高RC造
宮市
さ20m
木造住宅，
栃木県宇都在来軸組工
延べ床面
宮市
法
積：169平米――

解析モデル
3.11本震地震計の種 建物の周期の記載の有備考
観測期間 記録の有類
特性など
無無卓越振動数
2003年に発生した
加速度計
（１次）
3地震の観測記録（AJE1979竣工～○0.8～の分析、20048200）
0.9Hz、本21437には本館の杭，杭長7m

地盤，地盤1、建1F:3，5F:1
物4

直接基礎

周辺地盤,1F, 小屋裏

3

NS:1.45Hz,EW;1.46Hz
本震による振動数の低下1.3→1.0Hz

周辺地盤の7点で1998竣工～
も観測

○

○

低コスト地震計
新た1F両端部を追加SR

大大特プロジェクト（「木造建物実 1990竣工～
験」）で実施。外壁 ALC50 屋根

超小型地震計・論文公表された建物（主に建築学会）の例を収集・整理。
・建物を特定して、複数の論文発表例を1行にまとめる。
・以前からの観測建物について、東日本大震災の記録の有無を調査。

キャンパス内の強震観測建物

PC

SRC

RCS

免震

PCaPC造

SRC造

RC造

7階建て

10階建て

4階建て

2003年竣工

1995年竣工

1963年竣工

PCaPC造

SRC造

RC造

7階建て

6階建て

3階建て

2003年竣工

1982年竣工

1979年竣工

SRC造（免震）

柱SRC造/梁S造

RC造

7階建て

7階建て

5階建て

2003年竣工

2005年竣工

2005年竣工

RC造（免震）

S造

4階建て

10階建て

2007年竣工

2000年竣工

M

強震観測結果を建物ごとに整理建物・地盤・地震の概要

応答増幅特性

入力周波数特性

建物の基本振動特性

継続時間の影響

減衰の影響

地盤・建物地震観測データベースの作成

旧型・廉価型強震計の活用• 振動台などで機能・性能をテスト• 旧型機材の種々の制約

検索トップページ

建物・地図表示

波形検索・表示
観測波形データの確認、整理、ウェブ公開、デジタルデータ公開（パスワード制御）

非専門家と連携した観測の例
高校の理科教員、生徒に地震計を貸し出し• 簡素な観測、オフライン、手動等で記録収集• データはメール等で大学に送付、サーバーで管理• 確実性・即時性より、低予算で多数を広域に普及• 内蔵メモリ少• インターフェイス低速• 設定の自由度少• 信頼性？

①普及型②K- NET95③小型 廉価型• LAN接続機器の開発• データ保存・整理、転送、時刻更正などの機能

高校校舎の観測例

LAN接続機器

建物の健全度モニタリング（構造ヘルスモニタリング）• センサ情報から、構造物の状態や変化を検出
長期にわたる劣化の検出・診断・対応
大地震による損傷の検出・診断・対応• 都市災害、広域大災害の多数の建物被害極めて多数の建物で被災後の対応判断が必須
非専門家による意思決定の根拠の必要性
専門家による調査の補助資料の必要性
特に、建物の即時使用性判定の重要性• 構造物のライフサイクルも考慮した評価へ
実用的には既存建物への設置可能性が重要
将来的には設計から撤去までを考えたモニタリングへ

地震災害における建物被害の経験• 1995年兵庫県南部地震
大都市域できわめて多数の被災建物
構造被害が目視で確認困難な例（特に鉄骨造）• 2007年新潟県中越沖地震
製造施設の被災による事業継続の問題
被災状況の的確な把握による早期復旧の重要性• 2011年東北地方太平洋沖地震
首都圏の多数の建物が被災、ただし損傷は不明
客観的な「即時使用性判定」の必要性

S造18階建（1/3縮小モデル）

建物の健全性（損傷）情報• 地震中の揺れ、変形、あるいは力の大きさ
設計時の想定との比較で判断
実用的な計測が可能な段階。実建物での検証必要• 建物の振動特性の変化
固有振動数、モード形の変化など平常時の変化も計測可能。損傷程度に対する感度が課題。

• 地震による建物の損傷
直接的な被災度の判定につながる。
センサによる計測は実験・開発段階。

• 総合的な健全度（損傷度）の判定
建物の使用者に対して必須「危険か否か」の判断は構造耐力の余裕にも関係超高層建物の建設時の固有周期および減衰の実測

建設中の固有周期と減衰の変化
160• 不整形な高層建物（実測例）– 36階、高さ170m– S造＋CFT柱、外周は斜め柱– 施工はコアの周りが先行し、外周はあとから。
– 建設が進むにつれてなるべく上階で計測

80

地震計 設置40

スラブ打設最上01月

表 2 建設中の建物高さと実測 1 次固有周期の関係

3月

5月

7月

9月

11月

Day

2.23
220.98

実測1次減衰定数(%)

0.50

0.65

-0

固有周期の変化

長軸

101月
3月
(21.4m) (41.9m)

5月(74.7m)7月
9月(111.6m) (144.4m)

Day
11月(162.4m) (Height)

図5 減衰定数の変化

20 08 / 12 /1

2 00 8 /1 0/ 1
2 0 08 /1 1 /1

2 00 8/ 9 /1

2 00 8/ 8 /1

20 08 / 2/ 1
2 00 8/ 3 /120 08 / 1/ 120 07 / 12 /1

2 00 7 /1 1/ 120 08 / 6/ 1
20 0 8/ 7/ 1

積載荷重

C2 02 埋 込
C2 02 外 付
C2 04 埋 込

- 0. 0 0 03

C2 04 外 付
- 0. 0 0 04
- 0. 0 0 05
- 0. 0 0 06
- 0. 0 0 07

△スラブ打設完了△Ｓ建方完了ひ ずみ- 0. 0 0 02竣工▼

側面詳細

光ファイバーセンサーの設置状況▽下側ブラケット前面詳細
図２Day9月
11月(144.4m) (162.4m) (Height)

2720t クレー ン解体▽- 0. 0 0 01

t6

レコーダ接続光ファイバー側面

20 0 7/ 9/ 1
2 00 7/ 1 0/ 1

20 07 / 8/ 1

20 07 / 7/ 1

2 00 7 /6 /1

20 0 7/ 4/ 1
2 00 7 /5 /1

温度（℃）

2010400t クレーン解体

50

計測部分

7月
(111.6m)

40
300

計測部分

柱5月
(74.7m)柱軸変形の変化（温度補正済）

2550

3月
(41.9m)

短軸

0.99

2.18

固定金具

M6

10.5

図4Damping (%)

2.95
220 07 / 3/ 1

アルミ
ブラケット

ねじれ

3

ねじれ

2.97

測定部分

300

長軸

実測1次周期(sec)

2 0 07 /2 / 1

アルミ
ブラケット長軸1.501月(21.4m)

設計1次減衰定数(%)

光ファイバー
測定部分

柱短軸

2

振動特性の設計値と実測値（竣工時）の比較
短軸

光ファイバセンサによる柱軸変形測定

32.5

2 00 8 /4 /1
2 0 08 /5 / 1

表33.5

Period (sec)

回帰直線
相関係数
0.99
短軸 T y1 = 0.019H (sec)
0.97
長軸 T x1 = 0.014H (sec)
0.7
ねじれ T t1 = 0.007H (sec)• 他に整形建物など複数の実測例を蓄積

温度計

鉄骨(インナー)高さ120

図3 建設状況と強震計設置階の変化

設計1次周期(sec)前面

Hei ght(m)• 工事の進捗に伴う固有周期の変化は明確

C2 06 埋 込
C2 06 外 付
C2 10 埋 込
C2 10 外 付

日数→

施工の進展状況と柱変形計測値は整合する

損傷検出精度

部分的な損傷を想定した検討
梁下フランジ破断を想定し、応力変化を解析的にスタディ
自由振動の方向

梁下フランジ破断による応力の変化。
建物周期の変化はないが…
柱端の曲げ応力
梁破断モデル 変化率
(kNm)
(%)

柱端の曲げ応力
梁破断モデル 変化率
(kNm)
(%)

J端 健全モデル
I端J
18FC309

I

★
梁損傷位置

J
17FC309

I

梁損傷位置

J

2.19E+01 2.19E+01-2.38E+01 -2.38E+01
2.53E+01 2.52E+01-2.33E+01 -2.33E+01
2.41E+01 2.42E+01-2.63E+01 -2.64E+01
2.45E+01 2.48E+01-2.25E+01 -2.27E+01

J
18FC205I
100.4%
100.3%
101.0%
101.0%

98.2%
98.2%
93.4%
93.3%
16FG3
J 1.97E+01 1.82E+0192.8%-2.15E+01 -2.00E+01
92.9%
15FC309
I 2.19E+01 2.14E+0197.7%-2.00E+01 -1.96E+0197.7%
16FC309IJ
14FC309IJ
13FC309I

J端 健全モデル
I端(kNm)(kNm)

2.34E+01 2.29E+01-2.54E+01 -2.50E+01
2.29E+01 2.14E+01-2.10E+01 -1.96E+01

2.10E+01 2.13E+01-2.29E+01 -2.32E+01
2.22E+01 2.23E+01-2.04E+01 -2.05E+01

101.4%
101.4%
100.6%
100.6%

1.89E+01 1.89E+01-2.08E+01 -2.08E+011.97E+01 1.97E+01-1.79E+01 -1.79E+01

99.9%
100.0%
100.1%
100.1%

J
17FC205

IJ
16FC205

I

梁破断
★

J

15FC205

IJ
14FC205

IJ
13FC205I
凡例

7.52E+00-8.03E+00
7.52E+00-8.03E+00

7.55E+00-8.06E+00
7.55E+00-8.06E+00

100.4%
100.4%
100.4%
100.4%

8.59E+00-9.48E+00
1.07E+01-9.55E+00

8.66E+00-9.56E+00
1.08E+01-9.72E+00

100.8%
100.8%
101.8%
101.8%

5.60E+00-5.93E+00
4.09E+00-3.69E+00

5.49E+00-5.80E+00
3.07E+00-2.76E+00

97.9%
97.9%
75.1%
74.8%

6.975E+00-7.674E+00
1.247E+01-1.120E+01

5.97E+00-6.58E+00
1.22E+01-1.09E+01

85.5%
85.7%
97.6%
97.6%

1.02E+01-1.10E+01
9.34E+00-8.58E+00

1.04E+01-1.13E+01
9.39E+00-8.62E+00

102.2%
102.2%
100.5%
100.5%

8.87E+00-9.92E+00
1.08E+01-9.49E+00

8.84E+00-9.89E+00
1.08E+01-9.48E+00

99.7%
99.7%
100.0%
99.9%

5％以上の変化率：損傷が明らかに検出
1％～5％未満の変化率：条件が良ければ検出可能

22