ＢＲＩ－Ｈ１８講演会テキスト

建物を対象とした強震観測
国際地震工学センター 主任研究員

鹿嶋 俊英

Ⅰ はじめに
Tsukuba Mt.

実際の建物の地震時挙動を計測し分析することは、建物のAgeo

耐震安全性の向上に資する有用な手段である。このような観

Mitsukaido
Noda

Toda

点から建築研究所では半世紀に渡り、建物を対象とした強震

TsukubaMiyashiro

SapporoMisatoKushiroYachiyo

Kodaira

Hiroo

Chiba

観測を続けている。この間 1964 年新潟地震や 1978 年宮城県

Hakodate

Kawasaki
Yokohama

Hirosaki沖地震など多くの地震で貴重な観測成果を挙げてきた。

km

現在全国の主要な都市の 72 の観測地点に新鋭のデジタル

0Kanto Area

Akita

20

Hachinohe
Miyako40
Tsuruoka型強震計を設置し、観測記録の収集と分析を進めている。加Niigata
JoetsuHiroshima
FukuokaMatsusaka

Takamatsu

を紹介する。

ShimodaShizuoka

ShinguOita

Kochi
Sendai

TAMA0NAKA

では建築研究所の強震観測の概観し、最近の観測成果の一部

Kofu

NagoyaOsaka

ORID

YonagoHamada

SND
MIYA

観測の普及を目指した関連研究を行っている。本パネル展示

Iwaki

NaganoKiso

TRGA

Kanazawa
Maizuru

THU

えて強震記録の有効利用や廉価な観測機器の開発など、強震

km
1020

Nobeokakm

Miyazaki
Miyakonojo

Ⅱ 建築研究所の観測体制

0200400

建築研究所の強震観測は、その開始以来一貫して建物の耐図 1 強震観測地点

震設計技術の向上に資することを目的としている。このために実地震時の地盤震動や建物の挙動を観測し、その分析と関連する研究を行っている。

Ⅲ 建物の固有周期の変動

図 1 に示すように、現在全国の 72 ヶ所の観測地点に強震

建物の地震時の挙動を議論する場合、建物の振動特性を正計を設置している。基本的な観測網は大地震発生時にどこかしく理解することが重要であり、振動特性を表す基本的なパで記録が得られるように、200 km 程度の間隔で観測地点を配ラメータが固有周期と減衰定数である。建物の固有周期が地置し全国を覆っている。一方で東京を中心とした首都圏には震動の持つ卓越周期と一致すれば揺れは大きくなり、また減約 1/3 の観測地点が放射状に配置されており、関東平野の地衰定数が小さいとやはり建物の応答が増大してなかなか収ま形的な影響を考慮した密な観測体制となっている。また仙台らない。通常建物が構造的な損傷を被らない限り、固有周期市周辺に 7 つの観測地点があり、うち 5 地点は地震動の特性や減衰定数は変化しないと考えているが、強震観測結果からを検討するため表層地盤効果を測定対象としている。

は別の側面が見えてくる。

地盤を観測対象としているいくつかの観測地点を除いて、

図 2 は、建築研究所新館建物(SRC 造地下 1 階、地上 8 階

強震計は建物内に設置されている。建物の観測の場合、建物建)の竣工以来の固有周期と減衰定数の変化を示している。◇

や周囲の状況に応じて複数のセンサーを配置することが多い。と◆が桁行方向、□と■が張間方向に対応する。この建物で通常地震時の入力と応答を観測するため建物の頂部と基礎部

は 1998 年の竣工以来徐々に固有周期が延びており、注意深くにセンサーを置き、可能であれば地盤上にもセンサーを設置見ると比較的振幅の大きな地震(◆と■)によって周期の延びする。これは、地盤と建物の動的な相互作用の影響を検討すが促進されているようである。観測された地震動の震度は最るためである。

大でも 4 であり、中小の地震でも建物の振動特性に変化を与える一例である。

－

129 －

ットしたものである。図を見ると、建物が高くなると固有周に比べ鉄骨構造の建物(◇と□)が更に固有周期が長くなって0.6

X (θmax<1/400)
Y (θmax<1/400)
X (θmax>1/400)
Y (θmax>1/400)

0.50.4
10Damping ratio h (%)

期が長くなる傾向が明瞭で、コンクリート系の建物(◆と■)0.786いる。図 4 には建築基準法や日本建築学会による固有周期の推定式が直線で示されており、建築研究所の観測で得られた結果はこれらの推定式と調和的である。

X (θmax<1/400)
Y (θmax<1/400)
X (θmax>1/400)
Y (θmax>1/400)

3

Natural period: T (s)Natural period T (s)0.84201998

1999

2000

2001
2002
Year

2003

2004

2005

RC/SRC X
RC/SRC Y
SX
SY

2

T=0.03H
T=0.02H

T=0.015H

1

図 2 建築研究所新館の固有周期(上)と減衰定数(下)の変化
00

図 3 は八戸市に建つ RC5 階建建物の振動特性の経年変化を表す。この建物の場合、1994 年三陸はるか沖地震を経験し、20406080
Building Height: H (m)100

図 4 各建物で推定された建物高さ H と固有周期 T の関係軽微な被害を受けている。三陸はるか沖地震の前後で、固有周期が変わっていることが明瞭に読み取れる。また本震時の

図 5 は、図 4 と同様に 25 の建物について固有周期と減衰減衰定数は前後の地震の値に比べ倍程度に大きくなっており、定数の関係をプロットしたものである。
ばらつきは大きいが、建物の応答が非線形領域に至ったと推察される。このような低層のコンクリート系建物の方が減衰定数が大きく、概ね固観測成果を構造的な知見と組み合わせることによって、建物有周期に反比例している様子が伺える。の被災の程度の把握や被災後の安全性の検討を的確に行うこ10
Damping ratio: h (%)とができる。長期的に使う建物には長期的視野に立った観測が重要である。

Damping ratio: h (%)

Natural period: T (s)0.5

1994 年三陸はるか沖地震

0.40.3X
YRC/SRC X
RC/SRC YSXSY

864

h=0.02/T
h=0.01/T

2000.21012
Natural period: T (s)3

図 5 各建物で推定された固有周期 T と減衰定数 h の関係

864

Ⅳ おわりに2

本稿では建築研究所の強震観測を紹介し、最近得られた研究

01995

2000
Year2005

成果のうち、建物の振動特性の変化や建物高さとの関係を検討した。建物の振動特性を適切に把握することは、建物の大図 3 RC5 階建建物の固有周期(上)と減衰定数(下)の変化

地震時の挙動や耐震性能を検討するうえで重要なことであり、今後更に建物を対象とした強震観測を積極的に進めてゆく予

図 4 は、建築研究所が観測している 25 の建物について固定である。

有周期の平均値を算出し、建物高さと固有周期の関係をプロ－

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