建築研究所の強震観測の60年

平成２９年度建築研究所講演会

建築研究所の強震観測の60年
国立研究開発法人建築研究所
国際地震工学センター
鹿嶋俊英

国立研究開発法人 建築研究所

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Building Research Institute建築研究所の強震観測の60年

平成２９年度建築研究所講演会

内容
I. はじめにII. 建築研究所の強震観測の歴史
III. 建築研究所の強震観測網
IV. 主な地震の観測記録とその影響
V. 強震記録が明らかにした建物の地震応答
VI. 強震観測の最近の話題
VII. おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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I. はじめに• 強震観測– 強い地震時の建物や地盤の揺れを計測• 目的– 地震工学、耐震工学の基礎資料を提供する– 建物の耐震安全性向上に資する• 建築研究所の強震観測– 日本の強震観測の黎明期から関与– 観測網の展開を始めて60年

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II. 建築研究所の強震観測の歴史• 1948年福井地震– 甚大な被害を受けたが、観測データがない• 1951年標準強震計試作試験研究委員会– 東京大学地震研究所、東京大学建築学教室、建築研究所、明石製作所の研究者と技術者で組織• 1953年標準型強震計完成– 委員会の英語名称(Strong Motion AccelerometerCommittee)からSMAC型強震計と命名

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SMAC型強震計• 機械式強震計– 3方向の振り子型加速度センサー– 梃子による振り子の動きの拡大– ゼンマイ駆動のロール紙• 堅牢で電源不要

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建築研究所の強震観測の歴史• 1956-1957年建設省で予算措置– 25台の強震計の購入• 1957年強震計を建築研究所に移管– 建築研究所内(新宿区百人町)、東北大学建築学科本館、新潟県庁舎、広島県庁舎、秋田県庁舎• 1964年新潟地震– 県営川岸町アパート

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1964年新潟地震の強震記録• 県営川岸町アパート– 傾斜した4階建RCの地階にSMAC型、と4階にDC型強震計• 強震観測を促進

1964年新潟地震・川岸町アパートの被害状況

Acc. (cm/s²)

250

Acceleration
B1F-NS (peak: -132.2cm/s²)

0-250
250
Acc. (cm/s²)– 日本で最初の被害地震の強震記録– 液状化と長周期地震動

B1F-EW (peak: 208.4cm/s²)0Acc. (cm/s²)

-250
250
B1F-UD (peak: -50.65cm/s²)0-250
0102030Time (s)405060

川岸町アパート地下階の強震記録

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現在に至る強震計の改良・開発• 強震計– 機械式→電気式– アナログ→デジタル

サーボ式センサー + メモリーカード

振り子センサー + ロール紙

サーボ式センサー + カセットテープ

SMAC(-A), 1953~
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SMAC-M, 1972~

SMAC-MD, 1988~
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現在に至る強震計の改良・開発• 強震計の小型化と信頼性の向上• 強震記録の品質の向上• 記録処理の省力化と遠隔管理の実現

SMAC-MDU, 1997~
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CV-374, 2009~9
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III. 建築研究所の強震観測網• 全国強震観測網– 仙台高密度強震観測網(1983~1999)– 首都圏地震動観測網(1996~)• 主要な都市に87地点

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観測網の構成• 内部に複数のセンサーを持つ建物は68棟– 免震建物9棟、超高層建物11棟(うち制振5棟)
建物と地盤, 5

その他, 1

20階超, 11
地盤, 10

1~5階, 1416~20階, 3

鉄骨(S)造,13

建物基部のみ, 9

建物と地表,
22

鉄筋コンクリート(RC)造,26

11~15階, 76~10階, 33
建物, 40

観測体制
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建物階数

鉄骨鉄筋コンクリート(SRC)造, 28

建物構造
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IV. 主な地震の観測記録とその影響
1) 1993年釧路地震
2) 1994年三陸はるか沖
3) 1995年兵庫県南部地震
4) 2003年十勝沖地震
5) 2004年新潟県中越地震/2007年新潟県中越沖地震6) 2011年東北地方太平洋沖地震

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1993年釧路地震• 711 gal(建研)、919 gal(気象台)の大加速度強震記録– 合同観測等、表層地盤増幅の研究推進– デジタル強震計への置換を促進

Acc. (cm/s²)

1000

Acceleration
063-GL (peak: -711.4cm/s²)0Acc. (cm/s²)

-1000
1000
153-GL (peak: -637.2cm/s²)0Acc. (cm/s²)

-1000
1000
UP-GL (peak: 363.4cm/s²)
0

-1000
0

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1020

30

40
Time (s)

50

60

70

80

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1995年兵庫県南部地震• 都市域の活断層型地震

130˚

– 震災の帯、キラーパルス– 震度7– 5000以上の観測地点の整備(地盤上)– 気象庁震度決定法の改定

44˚

42˚

40˚

– 首都圏地震動観測網– テレメータ化の促進

132˚126˚134˚128˚138˚136˚140˚142˚144˚146˚130˚44˚30˚28˚42˚
28˚26˚40˚26˚126˚128˚130˚38˚38˚36˚36˚34˚34˚32˚

32˚km

130˚132˚134˚136˚138˚

0200

400

140˚142˚144˚

主な強震観測地点
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2003年十勝沖地震• M8.0の海溝型地震– 津波– 長周期地震動

Sensors

40
20 m

09F

• 苫小牧の石油タンク火災– 釧路地方合同庁舎• 免震化された国の大規模庁舎の先駆け

0

Peak Acceleration (cm/s 2)
100
200
300
09F

Height (m)

30
N167E
20N257E

10Base isolation devices
01F

GL

001F

GL
B1F

B1F
G10G10-10-20

G34-30
G34-40釧路地方合同庁舎の最大加速度分布
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2011年東北地方太平洋沖地震• M9.0の巨大海溝型地震– 津波– 長周期長時間地震動

44˚

134˚ 135˚ 136˚ 137˚ 138˚IJMA

43˚42˚• 被災建物の強震記録• 共振した超高層建物の強震記録

44˚
43˚HKU

7654321041˚– 61/79地点で強震記録

˚139˚ 140˚ 141˚ 142˚ 143˚ 144˚ 145˚ 146

KGC
HRO

42˚

HKD
41˚

HCN2, HCN

HRH

40˚40˚

MYKAKT39˚39˚TRO
38˚

THU,SND TAMA2,MIYA2

NIG

37˚

2011/03/11
14:46(JST)h=24 km, M9.0

38˚
37˚

IWKNGNISK36˚36˚MIZ35˚34˚134˚

OSK,SKSMTS
135˚136˚

KSO
YMN
NGY
SMZ

137˚

SMS
138˚139˚

35˚km

140˚0141˚142˚143˚100
144˚200145˚34˚146˚

強震記録が得られた観測地点
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V. 強震記録が明らかにした建物の地震応答
1) 長周期長時間地震動と長周期構造物
2) 建物被害と建物の応答
3) 変化する建物の動特性

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長周期長時間地震動と長周期構造物• 大阪湾岸の超高層
建物

150
52階の変位 (最大: 134 cm)
10050
変位 (cm)– 大振幅・長時間の応答– 震度3・設備/非構造部材被害– 低減衰と強震– 制振改修

0-50

-100

-150
100
38階の変位 (最大: 85 cm)

0-100
30
18階の変位 (最大: 30 cm)
0-30
1階の変位 (最大: 11 cm)

100-100

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100

200

300

400
500
時間 (秒)

600

700

800

900

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建物被害と建物の応答• 東北大学人間環境系研究棟– 1978年宮城県沖地震の記録– 被災・耐震改修・被災・取り壊し– 長年にわたる強震記録や分析結果の蓄積
Acc (gal)1000

Acc (gal)

−1000
1000

Disp (cm)(b) Acc. in N282E

09F(N282E)
01F(N282E)(c) Rel.Disp. in N192E

0−4040

Disp (cm)

09F(N192E)
01F(N192E)

0−100040(d) Rel.Disp. in N282E

0−402.0T (s)(a) Acc. in N192E0(e) Natural period

1.51.0
N192E

N282E

0.50

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50

100
Time (s)

150

200

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変化する建物の動特性– 建物の動特性(固有周期や減衰定数)は経年で変化する– 建物の動特性は振幅に依存する

1.00.5
N180ºE
N270ºE
0.0
10N180ºE
N270ºE8

Damping ratio (%)• 長年にわたる強震記録の蓄積から得られた知見

Natural period (s)1.564201998

Natural period (s)1.52000

2002

2004

2006

2008
Year

2010

2014

2016

2018

EW

NS

1.0

0.5
Before 311
After 311
0.0
10NS

8
Damping ratio (%)

2012

Before 311
After 311

Before 311
After 311
EW

Before 311
After 31164
200.02

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0.05 0.1 0.2
0.5 12Max. displacement angle (10-3)

510 0.02

0.05 0.1 0.2
0.5 12Max. displacement angle (10-3)

51020
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VI. 強震記録の最近の話題
1) 建築研究所の強震記録の公開と利活用
2) 構造ヘルスモニタリングと強震観測
3) 簡便な建物の応答予測

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建築研究所の強震記録の公開と利活用• 建築研究所の強震記録の利用– 最大値や波形はウェブで公開 (17,266記録)– 地盤や建物基部の記録はウェブから取得可能– 他の記録は申請によって取得可能• 建物の地震応答の詳細な分
析、耐震技術の検証、振動実験の入力地震動、etc

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構造ヘルスモニタリングと強震観測• 建物の状態を常時監視し、異常を検知するシステム– 2011年東北地方太平洋沖地震後、実用化が進展– 建物内に加速度計を設置し揺れを監視• 建物の変形量 - 構造的な被害• 加速度の大きさ - 設備機器や非構造部材の被害– 強震観測で得られた知見や経験– 先進性• センサー技術・通信技術• 分析結果の可視化と即時伝達

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簡便な建物の応答予測• 気象庁の取り組み– 緊急地震速報 - 地震が来る前に震度を予測– 長周期地震動階級(試行) – 地震後に発表される高層ビルの応答の推計値• 地震前に応答を予測することも可能となるか?
– 過去の知見や観測データがその基礎資料となる

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おわりに• 強震観測は地震工学や耐震工学の発展に貢献• 長い時間スパンでの観測への取り組み– 成果が地震の発生に依存• 将来の強震観測 – 受けから攻めへ– 蓄積された膨大な強震記録と豊富な知見の活用– モニタリングなど新しい分野との連携• 強震観測の新たな価値の創造• 他分野の技術を使った新たな展開

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