神戸の減災研究会 WG４「神戸市の地震動特性と中高層建築物の耐震補強に関する研究」

目次
１． はじめに........................................................................................................................................................................ - 2 ２． 研究方法........................................................................................................................................................................ - 3 2.1 建物の振動解析による倒壊判定手法の概要 ....................................................................................................... - 3 2.2 倒壊判定を含めた耐震補強イメージと研究範囲............................................................................................... - 4 2.3 研究計画におけるフェーズ 2 の位置付け............................................................................................................ - 5 2.4 研究の流れと本報告書の構成................................................................................................................................. - 7 ３． 神戸市の地震動特性を考慮した入力地震動に関する検討............................................................................... - 8 3.1 地震動レベルに関する検討..................................................................................................................................... - 8 3.2 地震発生源に関する検討 ....................................................................................................................................... - 14 3.3 地震動評価における不確実性に関する検討 ..................................................................................................... - 18 ４．倒壊判定のための入力地震動作成フローの提案 .................................................................................................. - 23 4.1 入力地震動の作成に向けた考え方の整理.......................................................................................................... - 23 4.2 入力地震動作成フローの提案............................................................................................................................... - 24 ５．まとめ .............................................................................................................................................................................. - 26 参考文献................................................................................................................................................................................... - 27 ＜付録＞ 振動解析による倒壊判定手法の適用事例 .................................................................................................. - 28 --1-

１． はじめに集合住宅等の中高層建物は一般に建物重量が大きいために， 0.6 以上の Is 値を満足する従来の耐震補強方法
では，代表的な補強事例を図－1.1 に示すように大規模な工事が必要となり，費用負担面から耐震化が進みにく
い要因の一つになっている。一方，既往の Is 値のみにとらわれることなく，大地震後の再使用を前提としない等の条件付きながら「振動解析による倒壊判定手法」
により動的応答性状を検討する方法が提示されている 1)。
振動解析を行うにあたっては，解析結果に大きく影響する入力地震動の作成が課題となる。特に，耐震診断
や設計，補強等に従事する実務者にとっては時間・費用・技術の各観点を踏まえた判断が必要となる。例えば，
エル・セントロ波，タフト波等の既往の観測波は比較的容易に入手できるが，解析地点の地盤条件による増幅特性を考慮した波形を作成するには，地盤データを入手した上で別途解析（SHAKE 等）が必要であり，必要な各地盤パラメータの設定に迷うことになる。また，入力地震動の作成から振動解析による倒壊判定までを一人で全て実施できる実務者は限られるとともに，解析の各段階において種々の判断が必要であることから，実務者ごとに結果のバラツキが生じやすい。よって，実務者の立場からは簡便で一義的な形で入力地震動が作成可能な手法の開発やそのマニュアル化が望まれている。
近年，「大阪府域内陸直下型地震に対する建築設計用地震動および設計法に関する研究会」から，大阪府域を地盤特性の観点からゾーニングした上で，5 つの断層帯（上町，生駒，中央構造線，有馬－高槻，六甲・淡路）毎に膨大な破壊ケース数を想定して統計処理により作成された地表地震波（フラットタイプ，パルスタイプ）が詳細な解説とともに公開され，上町断層と生駒断層については地表加速度波形データが提供された。
ただし，
これは大阪府域を対象にしているため，神戸市内に距離的に近い有馬－高槻断層帯や六甲・淡路島断層帯については公開されていない。
上記の背景から，本研究ではより合理的な耐震診断・補強方法の実現により，耐震診断や設計，補強等に従事する実務者の作業負担軽減を図り，中高層建物の耐震化促進に貢献することを目的として，今後 30 年程度の建物使用期間の中で発生しうる最大級の地震に対して，建物は再使用できなくても倒壊はしない性能の確保を目的とした「振動解析による倒壊判定手法」の耐震診断・補強実務への導入可能性を検討する。
具体的には神戸市域の膨大な地盤情報が集積された高密度地盤情報データベース「神戸 JIBANKUN2)」を活用し，神戸市特有の地盤特性を反映した入力地震動を作成するための要件を整理して，実務者が入力地震動を選択する際の考え方を提示する。なお，本研究は 2015 年度から 2017 年度までのフェーズ 1 と，2018 年度から2020 年度までのフェーズ 2 に分けて研究を行う計画であったが，フェーズ 2 は新型コロナの影響で研究活動を中断せざるを得ない状況になったため，2021 年度まで延期して実施することとした。本報では主としてフェーズ 2 における研究成果を報告する。フェーズ 1 の研究成果の詳細は，「神戸の減災研究会 研究成果報告書（平成 27～29 年度）3)」を参照されたい。また参考として，フェーズ 1 において耐震補強前と補強後の建物を対象に実施した振動解析による倒壊判定の適用可能性に関するケーススタディの結果を巻末に再掲している。

図－1.1 中高層集合住宅の耐震補強事例-2-２． 研究方法
2.1 建物の振動解析による倒壊判定手法の概要
図－2.1.1 に「振動解析による倒壊判定手法」の概要を示す。まず，図－2.1.1 a)に示すような建物の振動解析
モデルを構築する。本研究では，振動解析モデルとして(1) 質点系解析モデルと(2) 3 次元立体フレーム解析モ
デルの 2 種類を構築する。次に地震動を振動解析モデルに入力し，振動解析結果から得られた各階の最大応答
層間変形角を基に建物倒壊の可能性を判断する。図－2.1.1 b)に最大応答層間変形角の例を，表－2.1.1 に判断基
準の例を示す。

RESP-D

入力地震動a) 建物の振動解析の例（3 次元立体フレームモデルの場合）

b）最大応答層間変形角の例

図－2.1.1 建物の振動解析による倒壊判定手法の概要

表－2.1.1 倒壊判定基準の例 1)
領域

最大応答層間変形角（rad）

Ⅰ

1/100 以下

倒壊はせず，構造体や内部の損傷も少ない

Ⅱ

1/100 を超え 1/50 以下

倒壊はしないが，構造体の損傷があるⅢ

1/50 以上

部分的または建物全体が倒壊する可能性が大きい

推定損傷状況

-3-

2.2 倒壊判定を含めた耐震補強イメージと研究範囲「振動解析による倒壊判定手法」を含めた耐震補強の進め方を図－2.2.1 に示す。まず，通常の耐震診断（2
次診断，3 次診断）を実施する。次に，振動解析による検証を行いたい実務者が，対象建物の建設地点における表層地盤特性が考慮された入力地震動（地表加速度波形等）を振動解析プログラムに取り込み時刻歴応答解
析を実行する。その解析結果を基に補強の費用対効果を考慮して，建物所有者と相談しながら補強計画を以下のように段階的に進めることを想定している。
1 次的補強： 極脆性柱や下階壁抜け柱など重要かつ壊れやすい部材（第 2 種構造要素）に対して，比較的容易かつ安価に工事できるスリットや柱巻き補強を行い，建物の決定的な弱点を改善する。
2 次的補強： ブレースなどの壁要素を既存建物に付加することで保有水平耐力を増強して目標 Is 値を満足させる。
（公的機関の評価取得や補助金申請が必要な場合）

開始「神戸JIBANKUN」を活用

耐震診断（2次，3次）研究対象
倒壊判定（振動解析）
1次的補強
の要否
2次的補強
の要否

⇒ 信頼性の高い情報により不確実性の低減を期待振動解析用
入力地震動・観測波（兵庫県南部地震等）
・設計波（エル・セントロ波等）
・想定波（活断層型，海溝型等）※重要かつ脆弱な部材に対して、比較的簡便かつ安価な工法（耐震スリット、柱巻補強、など）により建物の致命的な弱点を改善する※十分な補強により目標の耐震基準値（Is値）を満足させる

終了

図－2.2.1 倒壊判定を含めた耐震補強イメージと研究範囲

本研究の範囲を図－2.2.1 に併せて示す。本研究では１）「振動解析による倒壊判定手法」の適用可能性，および 2）振動解析に必要な入力地震動に関する検討について検討を行う。１）倒壊判定手法の検討では，ケーススタディとして耐震補強が進んでいない中高層集合住宅を対象に具体的な解析を実施し，大地震後の再使用を前提としない条件付きでその適用可能性を検討する。２）入力地震動に関する検討では建物倒壊の可能性を検討するにあたり，神戸市域においてどのような地震動を想定して設定すべきかを検討する。

-4-

2.3 研究計画におけるフェーズ 2 の位置付け
本研究は表－2.3.1 に示すように，フェーズ 1 とフェーズ 2 の 2 段階に分けて実施した。
表－2.3.1 研究フェーズと実施概要
フェーズ 1

実建物を対象に振動解析による倒壊判定に関するケーススタディを実施し，（2015.8~2018.7）

耐震補強検討のための入力地震動の要件に関する中間とりまとめを行う。

フェーズ 2（2018.8~2022.3）

フェーズ 1 で整理した要件を踏まえて，入力地震動の作成に関する検討を行う。

フェーズ 1 では，実建物を対象に補強前と補強後の振動解析モデルを構築し，仮想の建設地点を設定して倒壊判定に関するケーススタディを実施した。また，耐震補強検討のための入力地震動の要件に関する中間とり
まとめを行い，入力地震動の設定上の主な課題と対応の方向性について，以下の 3 点を整理している。
１）課題１：地震動レベルの設定
本研究の目的はより簡便で安価な耐震補強により，今後 30 年程度の建物使用期間の中での発生が想定される地震動に対して，倒壊を回避可能な耐震安全性を確保することにある。したがって，低頻度・大規模の地震動ではなく，例えば「30 年内の発生確率が 3％（再現期間：約 1,000 年）の地震動」など，
使用期間内で発生する可能性が比較的高い，現実的な地震動レベルを目安に入力地震動を設定すべきである。

２）課題２：地震発生源の選択
実務者が解析対象地点において，構造物の耐震性評価に最も適した入力地震動を簡単に入手できることが理想であるが，対象とする想定地震，つまり，地震発生源の選択は難しい課題である。したがって，入手可能な地震動を活用し，様々な地震発生源を設定して検討した上で，解析対象地点における地震動の特性を包含した入力地震動を設定すべきである。

３）課題３：地震動評価における不確実性の扱い「震源断層を特定しにくい地震」の扱いについて，比較的発生頻度が高いマグニチュード 7 クラスの地震が発生した場合，建設地点の近傍では大きな地震動となる可能性がある。確率論的な地震動評価では，「震源断層を特定しにくい地震」を含めた評価が行われているが，地震領域を定めて，その領域内に発生する地震群としての特徴を確率モデルとして取り扱っているため，必ずしも建設地点の近傍で発生することが仮定されているわけではない。技術的にはこのような震源位置の影響や，あるいは断層パ
ラメータのばらつきを考慮して，数多くの地震動を作成することは可能だが，膨大な作業量になり実務的には現実的ではないと考えられる。したがって，地震動予測に関する不確実性考慮して予測できる地
震動の範囲を鑑みて，一般的に考えられる地震動レベルを適用する方法が合理的である。
フェーズ 2 では上記の課題１）~３）について検討を行い，建物の振動解析による倒壊判定に必要な入力地震動の作成フローを提案した。なお，フェーズ 1 では上記以外に以下の課題も議論がなされたが，検討における難易度と優先度の観点から今後取り組むべき課題として整理し，フェーズ 2 の検討対象からは除外した。
-5-

＜今後取り組むべき課題＞
・ 短い間隔で複数回の揺れが発生した場合の対応：
2016 年の熊本地震は 4 月 14 日にマグニチュード 6.5 の前震が発生し，2 日後の 16 日にはマグニチュード 7.3 の本震が発生して，いずれの地震も最大震度 7 が観測された。また，2004 年 10 月 23 日に発生した新潟県中越地震では，午後 5 時 56 分にマグニチュード 6.8 の本震により新潟県内では震度 7 が観測された後，大きな余震が発生し，本震発生後 2 時間以内に 2 回の震度 6 強と 1 回の震度 6 弱が記録された。短い間隔で大きな地震が発生すると，強いゆれが建物に複数回作用することで被害が拡大する可能性があることを念頭におく必要がある。特に，本研究では大きな地震を経験した場合に建物を再使用しないことを前提にしており，2 回目の地震に対しては倒壊する場合があることを建物所有者や居住者に十分に説明して理解を得ておく必要がある。

・ 地震波形の公開方法：
各サイトの地盤特性を考慮した入力地震動が示され，かつ，振動解析による耐震診断，耐震補強のあり方が示されると実務者や市民にとってコスト面でのメリットが大きい。設計スペクトルのような指標が提案できることが望ましいが，地震動の公開方法について関係者と協議する必要がある。また，建物所有者や居住者に対して絶対に倒壊しないと断定することはできないため，設定以上の大きさの地震が発生した場合には倒壊する可能性があることも説明するような配慮が必要である。

-6-

2.4 研究の流れと本報告書の構成
フェーズ 2 における研究の流れと本報告書の構成を図－2.4.1 に示す。
第 1 章では，本研究の背景と目的を説明し，第 2 章では研究方法と本報告書の構成を示した。
第 3 章では，神戸市の地震動特性を考慮した入力地震動に関する検討を実施した。
3.1 節では，現実的な地震動レベルの設定に関する検討を行った。具体的には，今後 30 年程度の建物使用期
間中の地震発生確率を考慮するため，防災科学技術研究所が公開している J-SHIS を用いて，神戸市全域における地表最大速度の分布に関する情報の収集と分析を行った。
3.2 節では，地震発生源の選択に関する検討を行った。具体的には，神戸市域において入手可能な想定地震の波形を収集し，仮想の建設地点 2 か所における工学的基盤上の最大速度に関する情報を確認した。
3.3 節では，地震動評価における不確実性について検討を行った。具体的には，防災科学技術研究所の強震観
測網 K-NET と KiK-net，および気象庁の地震観測記録から震央距離 10km 未満の観測地点で記録された波形を抽出し，地震動レベルと応答スペクトルについて考察を行った。
第 4 章では入力地震動の作成フローについて検討を行った。
4.1 節では，
ケーススタディとして入手可能な地震波形を活用し，建物の振動解析による倒壊判定を実施した。
4.2 節では，上記の検討結果をもとに，今後 30 年程度の建物使用期間を考慮し，地震応答スペクトルから神戸 JIBANKUN を用いて入力地震動を作成するフローを提案した。
第 5 章では，フェーズ 2 における取り組みを中心に，5 か年の研究を通じて得られた知見をまとめて列記した。

図－2.4.1 研究の流れと本報告書の構成-7-

３． 神戸市の地震動特性を考慮した入力地震動に関する検討
3.1 地震動レベルに関する検討
神戸市において今後 30 年程度の建物使用期間の中での発生が想定される地震動レベルを把握するために，
防災科学技術研究所が公表している地震ハザードステーション「J-SHIS」を用いて検討を行った。

（１）地震ハザードステーション「J-SHIS」の概要
J-SHIS とは地震防災に資することを目的に，日本全国の「地震ハザードの共通情報基盤」として活用されることを目指して作られたサービスである。
「全国地震動予測地図」の公開システムとして，2005 年 5 月より運用が開始されている。地図そのものだけでなく，その作成の前提条件となった地震活動・震源モデル及び地下構造モデル等の評価プロセスに関わるデータも公開されている。
「全国地震動予測地図」とは，将来発生の恐れのある地震による揺れの強さを予測し，250m メッシュの分解能で結果を地図表示したものである。地図には大きく，①確率論的地震動予測地図と②震源断層を特定した
地震動予測地図の 2 種類がある。
図－3.1.1 に示している確率論的地震動予測地図は，日本およびその周辺で起こりうる全ての地震に対して，その発生可能性，規模を確率論的に評価し，さらにそれらの地震が発生したときに生じる地震動の強さをばらつきも含めて評価した結果を地図表示するものである。また，図－3.1.2 に示す震源断層を特定した地震動予測
地図は，ある特定の地震が発生した場合に各地点がどのように揺れるのかを計算して，その分布を地図表示するものである。

図－3.1.1 確率論的地震動予測地図

図－3.1.2 震源断層を特定した地震動予測地図-8-

（２）検討地点の設定研究会では実在する建設地点で検討を実施したが，本報では実在建物には住民が居住していることに配慮して，フェーズ 1 における検討と同様に仮想の建設地点を設定して検討を行った。したがって，定量的な評価の結果としての数値そのものは大きな意味はなさないが，神戸市における地震特性を理解し，各地点においてどのように振動解析用の入力地震動を設定するのか，について検討する上では，実在する建設地点での検討結果と同様な結論が得られたため，以降の検討では仮想の建設地点での結果を報告する。
仮想の建設地点は，表層地盤の違いによる影響を把握するために，神戸大学工学部地点（KU 地点）と神戸
市役所地点（KC 地点）の 2 か所を設定した。J-SHIS 上で表示した神戸市近傍に存在する主要活断層と KU 地点，KC 地点との位置関係を図－3.1.3 に重ねて示す。両地点ともに六甲・淡路島断層帯上に位置し，大阪湾断層帯，有馬－高槻断層帯，上町断層帯が比較的近傍に存在している。

KU地点（神戸大学工学部地点）

KC地点（神戸市役所地点）（J-SHIS 表示画像を一部加工して作成）
図－3.1.3 検討地点（仮想の建設地点）と主要活断層の位置関係-9-

（３）神戸市内における想定地震動レベルの分布
J-SHIS の確率論的地震動予測地図から今後 30 年内に 6%の確率（再現期間約 500 年に相当）で一定の揺れに見舞われる地表最大速度の分布を求めた。図－3.1.4(a)に平均ケースを，図－3.1.4 (b)に最大ケースによる分布を示す。平均ケースとは，「主要活断層帯」の地震の長期評価では平均活動間隔および最新活動時期が幅をもって評価されている場合が多いが，それぞれの中央の値をとって発生確率を計算したケースのことである。また，最大ケースとは発生確率が最大になるように，平均活動間隔の最も短い値と最新活動時期の最も古い値を採用して計算したケースのことである。なお，この分布図は 2019 年度に作成しており，報告書執筆時点で最新の2020 年版や 2021 年（NEID 作成版）の J-SHIS を用いた結果とは若干の差異が生じている可能性があることに留意されたい。図－3.1.4(a)，(b)ともに傾向は同じで神戸市南部の市街地を中心にした地域や西区の西部地域付近において，地表最大速度は比較的大きな値を示している。

(a) 平均ケース

最大ケース(b) 最大ケース
図－3.1.4 今後 30 年内に 6%の確率で一定の揺れに見舞われる地表最大速度の分布- 10 -

同様に今後 30 年内に 3%の確率（再現期間約 1,000 年に相当）で一定の揺れに見舞われる地表最大速度の分布を求めた。図－3.1.5(a)に平均ケースを，図－3.1.5 (b)に最大ケースの分布を図示する。地表最大速度は全体的に図－3.1.4(a)，図－3.1.4(b)よりも大きな値を示しているが，分布傾向は同じである。

(a) 平均ケース(b) 最大ケース
図－3.1.5 今後 30 年内に 3%の確率で一定の揺れに見舞われる地表最大速度の分布- 11 -

（４）神戸市内における地点別の想定地震動レベルの範囲
今後 30 年内に神戸市で発生する地震動レベルの範囲を把握するために，前掲の図－3.1.4 および図－3.1.5に示した地震動分布について分析を行った。具体的には 4 つの地点を対象に，30 年内 6%（再現期間約 500 年）の平均ケースと最大ケース，ならびに 30 年内 3%（再現期間約 1,000 年）の平均ケースと最大ケースの地震動
レベルについて比較を行った。比較対象とした地点とは，市内最小地点，市内最大地点，KU 地点，KC 地点の4 箇所である。
図－3.1.6 に地表上の最大速度に関する比較結果を示す。まず確率別に比較すると，30 年内 3%の最大ケースが最も大きく，次いで，30 年内 3%の平均ケース，30 年内 6%の最大ケース，30 年内 6%の平均ケースの順になっている。各地点における最大速度の範囲は以下のとおりである。なお，J-SHIS からは震度情報も得ることができ，参考までに併記している。
＜地表面の最大速度の範囲（再現期間約 500 年～1,000 年）＞
・ 市内最小地点：

23~ 29cm/s（震度 5 強程度）

・ 市内最大地点： 113~143cm/s（震度 6 強程度）
・ KU 地点：

26~ 34cm/s（震度 5 強程度）

・ KC 地点：

90~119cm/s（震度 6 強程度）

結果として，今後 30 年の建物使用期間を考慮し，その期間内に発生しうる現実的な地震動レベルを再現期間
500 年~1,000 年と設定して求めた場合，市内で最も小さい地域は地表面の最大速度で 30cm/s 程度（震度 5 強程度）
，大きい地域では最大速度 150cm/s 程度（震度 6 強程度）に備える必要があることが明らかになった。
建物振動解析による倒壊判定手法に用いる入力地震動を作成する場合には，このような地域毎の地震リスクの違いを考慮することが重要となる。方法としては，例えば，KU 地点では地表面で最大速度 40cm/s 程度，KC地点では最大速度 120cm/s を一つの目安として波形を作成することが考えられる。

図－3.1.6 確率論的予測地図に基づく地点別の想定地震動レベル（地表上の最大速度）- 12 -

図－3.1.7 に工学的基盤上の最大速度に関する比較結果を示す。確率別に比較すると，地表上の場合と同様に，
30 年内 3%の最大ケースが最も大きく，次いで，30 年内 3%の平均ケース，30 年内 6%の最大ケース，30 年内
6%の平均ケースの順になっている。各地点における最大速度の範囲は以下のとおりである。
＜工学的基盤上の最大速度の範囲（再現期間約 500 年～1,000 年）＞
・ 市内最小地点：

40~ 49cm/s

・ 市内最大地点：

54~ 70cm/s

・ KU 地点：

46~ 60cm/s

・ KC 地点：

48~64cm/s

結果として，今後 30 年内に発生しうる現実的な地震動レベルを再現期間 500 年~1,000 年と設定して求めた
場合，市内で最も小さい地域は地表面の最大速度で 50cm/s 程度，最も大きい地域では最大速度 70cm/s 程度となり，地表上の場合に比べると地域間の差は小さいことが確認された。
倒壊判定手法に用いる入力地震動を作成する場合には，上記の検討結果を参照して工学的基盤上での地震動レベルを定めて，表層地盤を考慮した地震応答解析により地表上の波形を算出する方法も考えられる。

(b) 工学的基盤上の最大速度
図－3.1.7 確率論的予測地図に基づく地点別の想定地震動レベル- 13 -

3.2 地震発生源に関する検討（１）入手可能な地震波形の収集
地震動の多様性評価や実務者が容易に耐震性検討できるためには，解析対象地点において最も適した地震波形が簡単に入手できることが理想である。そこで，入手可能な地震動を活用し，様々な地震発生源を考慮した上で解析対象地点における地震動の特性を包含した入力地震動を設定するため，J-SHIS から地震波形を収集して検討を行った。
J-SHIS の「震源断層を特定した地震動予測地図」とは，ある特定の断層で地震が生じた場合に各地点の揺れの大きさを計算してその分布を地図に示したものである。J-SHIS 上では「想定地震地図」として，工学的基盤
上の地震動最大速度の分布図と地表の震度の分布図を確認することができる。また，250m 解像度で工学的基盤上の地震動速度波形を入手することが可能である。
J-SHIS の「想定地震地図」に搭載されている神戸市近傍の地震断層の一覧を表－3.2.1 に示す。合計 7 断層について 28 ケースの計算が行なわれている。事例として，図－3.2.1 に「六甲・淡路島断層帯主部淡路島西岸区間（Mw6.6）」について，4 ケースの条件で計算された工学的基盤上の地震動速度分布図を示す。1 つの断層であっても条件の異なる複数の断層破壊シナリオが数ケース設定されている。断層面上には，アスペリティと呼ばれる主要な破壊領域（黒四角枠）が設定され，断層面上には破壊開始点（★印）が示されている。ケース毎に 2 方向の地震動速度波形が計算され，神戸市の場合は各地点で最大 56 種類の地震動速度波形が入手できる。
表－3.2.1 想定地震地図に搭載されている神戸市近傍の地震断層一覧
平均発生
間隔
（年）

最新活動
時期
（年前）

山崎断層帯主部南東部

3,900

1,570

草谷断層

6,500

1,270

有馬－高槻断層帯

1,500

424

六甲・淡路島断層帯主部
淡路島西岸区間
六甲・淡路島断層帯主部
六甲山地南縁－淡路島東岸区間

2,150

25

1,850

470

大阪湾断層帯

5,000

610

上町断層帯

8,000

18,500

断層名

30 年
発生確率※
（％）
0

50 年
発生確率※
（％）
0

(0.03～5％)(0.06～8％)(ほぼ 0％)(ほぼ 0％)(ほぼ0～0.02％)(ほぼ0～0.04％)

0
0

0
0

0

0

(ほぼ 0％)(ほぼ 0％)

00(ほぼ 0～0.9％)(ほぼ 0～2％)(0.004％以下)(0.007％以下)(2～3％)(3～5％)

0

2.89

0

4.78

マグニチュ
ード
(Mw)
6.8
6.3
7.1
6.6
7.3
6.9
7.0

※ 30 年，50 年発生確率：上段の確率は J-SHIS の表示に基づく。下段のカッコ内の確率は地震調査研究推進本部による活断層の長期評価に基づく。

- 14 -

図－3.2.1 J-SHIS「想定地震地図」から得られた工学的基盤上の地震動速度分布図（六甲・淡路島断層帯主部淡路島西岸区間（Mw6.6）
・ケース 1～ケース 4 の場合）

- 15 -

（２）検討地点における工学的基盤上の地震動最大速度
上記の想定地震地図を用いて，KU 地点と KC 地点における工学的基盤上の地震動最大速度に関する情報を整理した。
表－3.2.2 の KU 地点をみると，六甲・淡路島断層帯主部六甲山地南縁－淡路島東岸区間で地震が発生した場
合に最も大きな地震動の発生が想定されており，ケース 3 では約 86cm/s と計算されている。3.1 節の検討結果
では，再現期間 500 年～1,000 年に対応した工学的基盤上の地震動は 46~ 60cm/s と求められており，想定地震
地図の結果はそれよりも大きな値になっている。地震動の大きさに着目すると，ケース 2 の約 45cm/s や有馬―
高槻断層帯のケース 2 の約 43cm/s が再現期間 500 年～1,000 年に概ね対応している。
表－3.2.3 の KC 地点をみると，KU 地点と同様に六甲・淡路島断層帯主部六甲山地南縁－淡路島東岸区間で地震が発生した場合のケース 4 が最も大きく，約 163cm/s と計算されている。再現期間 500 年～1,000 年に対応した地震動の大きさは 48~64cm/s であり，その範囲を超えていることが確認できる。地震動の大きさの観点か
らは，山崎断層帯主要南東部のケース 2 や，有馬―高槻断層帯のケース 1～ケース 4，大阪湾断層台のケース 1，
ケース 2，ケース 4 が再現期間 500 年～1,000 年に概ね対応している。
想定地震地図から入手可能な地震波形を活用して倒壊判定手法に用いる入力地震動を作成する場合には，大きく以下の 5 つの方法が考えられる。
１） 工学的基盤上の地震動速度波形をそのまま用いて，表層地盤特性を考慮した地表面の地震波形を作成
２） 再現期間 500 年～1,000 年の地震動レベルに対応した工学的基盤上の地震動速度波形を抽出して表層地
盤特性を考慮した地表面の地震波形を作成
３） 再現期間 500 年～1,000 年の地震動レベルに対応するように工学的基盤上の地震動速度波形を調整して表層地盤特性を考慮した地表面の地震波形を作成
４） 工学的基盤上の地震動速度波形をそのまま用いて，表層地盤特性を考慮した地表面の地震波形を作成し，再現期間 500 年～1,000 年の地震動レベルに対応した地表上の地震動レベルに調整
５） 工学的基盤上で全ての地震動の応答スペクトルを計算して包含する応答スペクトルを設定して，基盤波形を作成。さらに表層地盤特性を考慮した地表面の地震波形を作成。再現期間 500 年～1,000 年の地震
動レベルへの対応は工学的基盤上，もしくは地表上で行う- 16 -

表－3.2.2 工学的基盤上の最大速度（KU 地点：メッシュコード 5235017822）（単位：cm/s）
1

2

3

4

5

6

山崎断層帯主部南東部（4 ケース）

6.4(3.9/4)21.9(4.2/4)4.8(3.6/3)13.0(3.9/4)--

草谷断層（2 ケース）

6.0(3.8/4)5.4(3.9/4)

-

-

-

-

有馬－高槻断層帯（4 ケース）

36.2(4.9/5 弱)

42.6(4.9/5 弱)

31.1(4.9/5 弱)

42.2(4.9/5 弱)--

六甲・淡路島断層帯主部
淡路島西岸区間（4 ケース）
六甲・淡路島断層帯主部
六甲山地南縁－淡路島東岸区間（4 ケース）

11.7(3.9/4)4.3(3.6/3)4.3(3.6/3)4.2(3.7/4)--32.1(5.3/5 強)

44.8(5.2/5 強)

86.0(5.7/6 弱)

69.4(5.6/6 弱)--

大阪湾断層帯（4 ケース）

24.4(4.5/4)13.3(4.5/4)33.8(4.9/5 弱)

14.5(4.6/4)

-

-

上町断層帯
（6 ケース）

15.4(4.3/4)17.3(4.3/4)9.9(4.2/4)9.1(4.0/4)10.7(4.1/4)7.6(4.0/4)

断層名

ケース※括弧内は（工学的基盤上の計測震度／地表の震度）

表－3.2.3 工学的基盤上の最大速度（KC 地点：メッシュコード 5235012543）（単位：cm/s）
1

2

3

4

5

6

山崎断層帯主部南東部（4 ケース）

20.7(4.8/6 弱)

58.9(5.2/6 弱)

16.8(4.7/6 弱)

38.3(5.1/6 弱)

-

-

草谷断層
（2 ケース）

13.1(4.8/6 弱)

16.7(4.8/6 弱)

-

-

-

-

有馬－高槻断層帯（4 ケース）

48.7(5.3/6 強)

46.3(5.3/6 強)

48.7(5.4/6 強)

55.7(5.4/6 強)--

六甲・淡路島断層帯主部
淡路島西岸区間（4 ケース）
六甲・淡路島断層帯主部
六甲山地南縁－淡路島東岸区間（4 ケース）

23.6(4.9/6 弱)

14.6(4.8/6 弱)

10.7(4.5/5 強)

15.0(4.6/5 強)

-

-

125.3
(6.0/7)162.8(6.2/7)145.1(6.2/7)162.9(6.4/7)--大阪湾断層帯（4 ケース）

70.7(5.4/6 強)

53.5(5.4/6 強)

89.1(5.6/6 強)

50.1(5.4/6 強)

-

-

上町断層帯
（6 ケース）

19.4(4.7/6 弱)

20.8(4.7/6 弱)

15.3(4.6/5 強)

13.7(4.7/6 弱)

21.2(4.7/6 弱)

27.5(4.8/6 弱)

断層名

ケース

※括弧内は（工学的基盤上の計測震度／地表の震度）- 17 -

3.3 地震動評価における不確実性に関する検討（１）観測地震波形の抽出「震源断層を特定しにくい地震」について，比較的発生頻度が高いマグニチュード 7 クラスの地震が発生した場合，建設地点の近傍では大きな地震動となる可能性がある。3.1 節の確率論的な地震動評価では，「震源断層を特定しにくい地震」を含めた評価が行われているが，必ずしも建設地点の近傍で発生することが仮定されているわけではない。地震動予測に関する不確実性を考慮して予測できる地震動の範囲を鑑み，一般的に考えられる地震動レベルを適用する方法を検討するため，観測地震波形を抽出して分析を行った。
観測地震波形の抽出条件は以下のとおりである。結果として，208 カ所の観測地点から 416 個の水平成分波形を抽出した。図－3.3.1 に示すように，抽出した地震波形の気象庁マグニチュード（M）の範囲は 3.2～7.5 まで，計測震度の範囲は 3.4～6.8 まで含まれている。
＜観測地震波形の抽出条件＞
・ 防災科学技術研究所強震観測網 K-NET，KiK-net（収集期間：1996.1.1～2019.9.30）
・ 気象庁強震観測データ（収集期間：1993.1.15～2019.6.18）
・ 震央距離 10km 未満

図－3.3.1 208 地点から抽出した地震波形（合計 416 波形）に含まれる
気象庁マグニチュードと計測震度の範囲- 18 -

（２）抽出波形の地震動レベルと応答スペクトルに関する比較検討a) 全波形を用いた場合（208 地点，416 波形）抽出した全波形について，図－3.3.2a)に計測震度の頻度分布を，b)に地表最大速度の頻度分布を示す。同図a)の計測震度をみると，その範囲は前述のとおり 3.4～6.8 で，最頻値カテゴリは 4.5～4.6 であった。最大速度の範囲は，同図 b)に示すように 0～182cm/s で，最頻値カテゴリは 10～20cm/s である。
図―3.3.3a)に加速度応答スペクトルを，b)に速度応答スペクトルを示す。同図 a)には参考として，耐震設計で用いられている工学的基盤上の告示スペクトルを重ねて図示している。青線は稀に発生する地震動で，赤線は極めて稀に発生する地震動に対応している。この図から分かるように，地表上と工学的基盤上の違いがある
ため直接的な比較はできないが，告示スペクトルを超える地震動が確認できる。

a) 計測震度b) 最大速度

図－3.3.2 抽出波形の地震動レベル（全波形）

告示スペクトルを重ねて表示
・稀に発生する地震動
・極めて稀に発生する地震動a) 加速度応答スペクトルb) 速度応答スペクトル

図－3.3.3 抽出波形の応答スペクトル（全波形）- 19 -

b) 気象庁マグニチュード M6.9 以下を対象にした場合（198 地点，396 波形）
震源断層を特定しにくい地震動の規模については多くの議論があるが，政府専門機関の見解を参考に M6.5
～6..9 程度する考え方がある。そこで，M6.9 以下を対象にして地震波形を再抽出して，全波形の場合と同様の検討を行った。198 カ所の観測地点から抽出した 396 波形について，図－3.3.4a)に計測震度の頻度分布を，b)に地表最大速度の頻度分布を示す。同図 a)の計測震度をみると，その範囲は 3.4～6.8 で，最頻値カテゴリは 4.5～4.6 であった。最大速度の範囲は，同図 b)に示すように 0～182cm/s で，最頻値カテゴリは 10～20cm/s であり，
計測震度，最大速度ともに全波形の場合と大きな違いは認められなかった。
図―3.3.5a)に加速度応答スペクトルを，b)に速度応答スペクトルを示す。同図 a)には工学的基盤上の告示ス
ペクトルを重ねて図示しているが，全波形の場合と同様に告示スペクトルを超える地震動が確認できる。

a) 計測震度b) 最大速度

図－3.3.4 抽出波形の地震動レベル（M6.9 以下）

告示スペクトルを重ねて表示
・稀に発生する地震動
・極めて稀に発生する地震動a) 加速度応答スペクトルb) 速度応答スペクトル

図－3.3.5 抽出波形の応答スペクトル（M6,9 以下）- 20 -

c) 工学的基盤相当レベルの観測地点を対象にした場合（21 地点，42 波形）
告示スペクトルと比較する場合，工学的基盤上の地震波形を抽出する必要がある。そこで，工学的基盤相当の地盤として，AVS400m/s 以上の岩盤上に設置されている観測地点を対象に波形の抽出を行った。21 カ所の観測地点から抽出した 42 波形について，図－3.3.6a)に計測震度の頻度分布を，b)に地表最大速度の頻度分布を示す。同図 a)から計測震度の範囲は 4.5～6.4 で，同図 b)から最大速度の範囲は 0～80cm/s であり，計測震度，最大速度ともに全波形の場合よりも範囲は小さくなっていることが確認できた。
図―3.3.7a)に加速度応答スペクトルを，b)に速度応答スペクトルを示す。同図 a)には工学的基盤上の告示ス
ペクトルを重ねて図示しているが，工学的基盤相当上で比較しても前述の検討結果と同様に告示スペクトルを超える地震動が確認できる。

a) 計測震度b) 最大速度

図－3.3.6 抽出波形の地震動レベル（工学的基盤相当：AVS400m/s 以上）

告示スペクトルを重ねて表示
・稀に発生する地震動
・極めて稀に発生する地震動a) 加速度応答スペクトルb) 速度応答スペクトル

図－3.3.7 抽出波形の応答スペクトル（工学的基盤相当：AVS400m/s 以上）- 21 -

以上のとおり，震央距離 10km 未満の波形記録を収集して，地震動レベルとスペクトル特性について考察す
ると，告示スペクトルを超える観測波形が存在することが確認できた。このような設計レベルを超えるような地震動の発生の可能性は，3.1 節で検討したような再現期間 500 年～1,000 年に対応する地震動レベルには含まれていない。
倒壊判定手法に用いるための入力地震動の作成においては，
地震動レベルは再現期間500年～1,000
年程度などの現実的なレベルを設定する考え方が合理的である。
一方で工学的基盤上の応答スペクトル特性は，極近傍の観測波形の特性も包含するように設定し，さらに検討対象地点における表層地盤の特性も考慮することが望ましいと考える。また，倒壊判定手法の適用に関しては，たとえばきわめて低い確率で発生する地震動は考慮していないことなどの手法の限界について，十分な事前説明を建物所有者に対して行うことも重要なポイントとして指摘される。

- 22 -

４．倒壊判定のための入力地震動作成フローの提案
4.1 入力地震動の作成に向けた考え方の整理
第 3 章における検討結果を踏まえて倒壊判定手法に用いる入力地震動作成に向けた考え方を整理した。作成
方法には大きく以下 a)～d)の 4 つの方法が考えられる。
a) 入手可能な地震波形を活用する方法
入手可能な主な地震波形として，告示波，観測地震波，設計用地震波，想定地震波が挙げられる。観測地震
波や設計用地震波は比較的簡便に用いることができる利点がある。フェーズ 1 では，①神戸海洋気象台 NS 波，②JR 鷹取 EW 波，③エル・セントロ NS 波，④タフト EW 波，⑤八戸 NS 波を使用して倒壊判定手法の適用に関する事例検討を行っている。その詳細については巻末の付録を参照されたい。告示波と J-SHIS の「想定地震地図」等から入手できる想定地震波は工学的基盤上の応答スペクトルや地震波形から地表上の波形を算定する必要があるが，表層地盤の特性を考慮することができる利点がある。しかし，入手可能な地震波形を活用する
場合は，今後 30 年間の建物使用期間に発生しうる地震動レベルを必ずしも反映してはいない課題がある。
b) 現実的な地震動レベルの地震波形を抽出して活用する方法
入手可能な地震波形から現実的な地震動レベルの条件を設定し，条件を満足する地震波形を抽出して活用する方法を挙げることができる。条件としては，例えば不動産の証券化に際して地震 PML を算出する場合に，建物の使用期間を考慮して 50 年間での超過確率 10 %（再現期間 475 年）が用いられているように，経済的評
価の観点では今後 30 年内の発生確率が 6％（再現期間：約 500 年）の地震動と設定する方法が考えられる。あるいは，耐震化は生命の安全に関わることや地震動予測の不確実性を考慮して，より厳しい条件となる今後 30
年内で 3%（再現期間：約 1,000 年）の採用も考え方としては合理的である。なお，発生確率 3%，または 6%を条件とする利点として，J-SHIS を活用することにより日本全国の各地点で各発生確率に対応した地震動レベ
ルに関する情報が容易に得られることが挙げられる。一方で，工学的基盤上，または地表上で条件を満足する
地震波形を抽出することになるが，特定の地震波形のみを用いることになり，多様な地震動特性を反映させることが難しい課題がある。
c) 現実的な地震動レベルに調整した地震波形を活用する方法
多様な地震動特性を反映させるためには，入手可能な地震波形を網羅的に活用する方法が考えられるが，現実的な地震動レベルに対応していない場合に調整が必要になる。工学的基盤上で地震波形を調整して地表面の地震波形を作成する方法や，地表面の地震波形を調整する方法が考えられる。一方で単純に地震波形の振幅調整を行った場合に，地震動の周期特性が影響を受けて変化してしまうことが課題として指摘される。
d) 工学的基盤上における包含的な応答スペクトルから地震波形を作成する方法
上記 c)とは別の方法で多様な地震動特性をより反映させる方法として，収集した全ての地震動波形について，工学的基盤上で応答スペクトルを計算し，それらを包含する応答スペクトルを設定して基盤波形を作成した後に，表層地盤特性を考慮して地表面の地震波形を算定する方法が挙げられる。工学的基盤上，または地表面上で地震動レベルを調整する点は上記 c)と同じ考え方である。

- 23 -

4.2 入力地震動作成フローの提案
多様な地震動の特性を包含し，現実的な地震動レベルを反映した入力地震動の作成方法として，図－4.2.1 に示す作成フローを提案する。本提案は 4.1 節における「d) 工学的基盤上における包含的な応答スペクトルから地震波形を作成する方法」の考え方をベースしている。
以下に作成手順を説明する。

＜STEP1：地震動の多様性を考慮した工学的基盤上の地震波形の作成＞
１）告示波，観測地震波，設計用地震波，想定地震波を入手して応答スペクトルを算定し，工学的基盤上で応答スペクトルを算定する。
２）上記応答スペクトルを包含する基盤スペクトルを設定する。
３）工学的基盤上で地震動の基盤波を作成する。

＜STEP2：現実的な地震動レベルの設定＞
１）建物の使用期間を考慮して地震動レベルの条件を設定する。条件について，例えば今後 30 年内の発生確率が 6％（再現期間：約 500 年）や 3％（再現期間：約 1,000 年）の地震動を設定すると，J-SHISの「確率論的地震動予測地図」から情報を得ることができる。
２）J-SHIS の想定地震地図を活用する場合は，工学的基盤上の地震波形と神戸「JIBANKUN」を用いて，想定最大地表速度を算出する。神戸市の場合は 7 断層について 28 シナリオの想定地震から合計 56波形を活用することが可能である。なお，海溝型の地震は含まれていないことから，国や兵庫県の地震被害想定資料等で想定される地震動レベルを確認する必要がある。
３）上記，１），２）の検討結果から現実的な地震動レベル（想定最大地表速度）を決定する。

＜STEP3：建物の使用期間を考慮した地震波形の作成＞
１）STEP1 で作成した工学的基盤上の地震波形について，「神戸 JIBANKUN」を活用して地表上の地震波形を作成する。
２）STEP2 で決定した現実的な地震動レベルを満たすように地震波形を調整する。なお，地震波形の調
整は地表上ではなく，工学的基盤上で調整する方法も採用できるものとする。ただし，具体的な調整方法については今後検討が必要と考える。

- 24 -

図－4.2.1 倒壊判定のための入力地震動作成フローとの提案- 25 -

５．まとめ本研究ではより合理的な耐震診断・補強方法の実現により，耐震診断や設計，補強等に従事する実務者の作業負担軽減を図り，中高層建物の耐震化促進に貢献することを目的として，今後 30 年程度の建物使用期間の中で発生しうる最大級の地震に対して，建物は再使用できなくても倒壊はしない性能の確保を目的とした「振動解析による倒壊判定手法」の耐震診断・補強実務への導入可能性を検討した。
第 1 章では本研究の背景として，近年，既往の 0.6 以上を確保する Is 値のみにとらわれることなく，建物の動的応答性状に着目した「振動解析による倒壊判定手法」に実務者の期待が寄せられていること，大阪府では地盤特性を考慮した地表地震波が公開されており，他の地域でもそのような振動解析のための入力地震動の公開が望まれていることを述べ，本研究の目的を説明した。
第 2 章では倒壊判定手法の概要を示した。倒壊判定手法は建物の振動解析結果から得られた最大応答層間変形角を基準に建物が倒壊する可能性を判定する手法である。また，この手法を含めた耐震補強の進め方として
1 次的補強，2 次的補強の考え方の導入を想定していることを説明した。さらに本研究は 5 か年計画の中でフェーズ 1 とフェーズ 2 の 2 段階で進めており，フェーズ 2 を対象とした本報における研究の流れを説明するとともに，本報告書の構成を示した。
第 3 章 3.1 節では，防災科学技術研究所が公開している地震ハザードステーション J-SHIS の「確率論的地震
動予測地図」を活用し，今後 30 年程度の建物使用期間の中での発生が想定される神戸市での地震動レベルを検討した。結果として，今後 30 年の期間内に発生しうる現実的な地震動レベルを再現期間 500 年~1,000 年と設定して求めた場合，市内で最も小さい地域は地表面の最大速度で 30cm/s 程度（震度 5 強程度）
，最も大きい地域では最大速度 150cm/s 程度（震度 6 強程度）に備える必要があることが明らかになった。一方で，工学的基盤上では，市内で最も小さい地域は地表面の最大速度で 50cm/s 程度，最も大きい地域では最大速度 70cm/s 程度となり，地表上の場合に比べると地域間の差は小さいことを確認した。また，建物振動解析による倒壊判定
手法に用いる入力地震動を作成する場合には，このような地域毎の地震リスクの違いを考慮することが重要になることを指摘した。
3.2 節では，入手可能な地震波形を収集して，様々な地震発生源を考慮した上で，解析対象地点における地震動の特性を包含した入力地震動を設定するため，J-SHIS の「想定地震地図」から地震波形を収集して検討を行った。神戸市では合計 7 断層について，28 ケース（56 種類）の地震動速度波形が入手可能である。これらの地震波形を用いて，仮想の建設地点 2 か所における工学的基板上の最大速度に関する情報を確認した上で，倒壊判定手法に用いる入力地震動を作成するための方法案を整理した。
3.3 節では地震動評価における不確実性を検討するため，
防災科学技術研究所の強震観測網 K-NET と KiK-net，
および気象庁の地震観測記録から震央距離 10km 未満の観測地点で記録された波形を抽出し，地震動レベルと応答スペクトルについて考察を行った。結果として，告示スペクトルを超える観測波形が存在することを確認した。このような設計レベルを超えるような地震動の発生の可能性に対して，現実的な地震動レベルを設定して倒壊判定手法を適用した場合に，きわめて低い確率で発生する地震動は考慮していないことなどの手法の限界について，建物所有者に対して事前に十分な説明を行う必要があることを指摘した。
第 4 章 4.1 節では，第 3 章における検討結果を踏まえて倒壊判定手法に用いる入力地震動作成に向けた考え方を整理した。また，4.2 節では，多様な地震動の特性を包含し，現実的な地震動レベルを反映した入力地震動の作成するためのフローを提案した。

- 26 -

フェーズ 2 では，主に入力地震動の作成に関する検討を実施したが，フェーズ 1 では実建物を対象に補強前と補強後の振動解析モデルを構築し，仮想の建設地点を設定して倒壊判定手法の適用性に関する事例検討を実施している。その研究成果を以下に列記する。詳細については，本報告書巻末の付録や「神戸の減災研究会 研
究成果報告書（平成 27～29 年度）3)」を参照されたい。
<フェーズ 1 における主な研究成果＞
・ 今後 30 年程度の建物使用期間の中で発生しうる最大級の地震に対して，建物は再使用できなくても倒壊はしない性能の確保を目的とした「振動解析による倒壊判定手法」の耐震診断・補強実務への導入可能性を検討した。
・ の確率論的な評価手法を適用した結果，同じ神戸市内であっても，建設地の位置や地盤の影響等により想定しておくべき地震発生源や地震規模は異なることや，南海トラフや主要活断層による地震以外に，震源断層を予め特定しにくい地震も検討する必要があることを確認した。
・ 解析対象建物に対して振動解析による倒壊判定を適用し，その適用可能性を検討した結果，補強前の建物は 1 階部分の最大応答層間変形角が倒壊する可能性が大きいレベルまで達したが， 1 階のピロティ部
分のみを対象に簡易的な補強を施すことにより，1 階部分が倒壊する可能性を大きく低減する効果が解析結果から認められた。
・ 入力地震動の作成要件を検討し，ワーストケース地震シナリオの設定における地震発生源の選定や地震規模の設定，地震動評価における不確実性の扱い，震源断層を予め特定しにくい地震の扱いを含めて，「振動解析による倒壊判定手法」のための入力地震動を設定するための考え方を整理した。

また，倒壊判定手法の適用にあたり，残された課題を以下に列記する。
・ 「振動解析による倒壊判定手法」の適用性に関しては，解析事例を増やして倒壊判定手法の検証を進めるとともに，振動解析モデルの精緻化や解析手法の標準化に向けた検討が必要。
・ 入力地震動の作成に関しては，海溝型地震の考慮や，「神戸 JIBANKUN」を活用して表層地盤の影響を考慮した具体的な地震波形の作成が必要。また，現実的な地震動レベルに調整する手法の整理が必要。
・ 短い間隔で複数回の揺れが発生した場合の対応や地震波形の公開方法，建物所有者を含む関係者とのリ
スクコミュニケーションに関する検討が必要。

参考文献
1)

(社)建築研究振興協会：既存建築物の耐震診断・耐震補強設計マニュアル 2003 年版，2003.

2)

沖村孝，田中泰雄，鎌江伊三夫，大星直樹，鳥居宣之，川下光仁：地盤情報データベースと GIS の活用による都市災害および都市開発の検討，土と基礎，48 号，pp.27-29，2000.

3)

神戸の減災研究会：研究成果報告書（平成 27～29 年度），2018.，http://kobe-gensai.com/index.html（最終閲覧日：2022 年 3 月 1 日）

4)

J-SHIS：地震ハザードステーション，http://www.j-shis.bosai.go.jp/（最終閲覧日：2022 年 3 月 1 日）

- 27 -

＜付録＞ 振動解析による倒壊判定手法の適用事例
参考として，フェーズ 1 において実施した「振動解析による倒壊判定手法」の適用可能性に関する事例検討
について，「神戸の減災研究会 研究成果報告書（平成 27～29 年度）3)」から当該箇所の内容を転載する。
（１）解析対象建物の概要
解析対象とした建物の概要を付表－1 に示す。対象建物は神戸市の協力のもと，建物の構造と兵庫県南部地震による被災履歴が明らかな神戸市に実在する 8 階建ての中高層集合住宅を選定した。被災履歴が明らかな建物を選定した理由は，地震応答解析において兵庫県南部地震による被災程度や箇所を再現することにより，より現実に即した解析モデルを構築するためである。
1 階～4 階までは柱と梁に充腹形の鉄骨材が使用された SRC
構造，5 階以上は RC 構造で，新耐震設計基準が適用される以前の 1979 年に建設されている。
付図－1 に 3 階部分の床伏図を示す。X 方向（桁行方向）は，X1-X2 間に設置されている外部階段を除くと7 スパンで，Y 方向（張間方向）は 1 スパンの建物規模である。付図－.2 a)と b)に A 通り（バルコニー側）とD 通り（廊下側）の軸組図を示す。1 階はピロティ構造で駐輪等のスペースになっており，2 階以上は居住空間に使用されている。典型的な集合住宅の特徴として，X 方向は耐震壁に開口部を有したラーメン構造，Y 方向
は各戸境に耐震壁を配置した耐震壁付ラーメン構造である。
解析対象建物は耐震診断（二次診断）が実施されているが，Is 値は 0.6 は満足していない。
付表－1 解析対象建物の概要
所在地
階数・構造
延床面積
建物高さ
建築年
基礎構造

神戸市内
5～8 階
1～4 階

RC 造
SRC 造（充腹形鉄骨）
2721.3m2
22.9m
1979
杭基礎

付図－1 ３階床伏図- 28 -

RC

廊下側
SRC

バルコニー側

１階は
ピロティ
構造

a) A 通り軸組図b) D 通り軸組図
付図－2 軸組図（２）兵庫県南部地震による被災状況
解析対象建物は 1995 年 1 月に発生した兵庫県南部地震により 1 階のピロティ部分に被害が集中した。図－3.2.1 に被害状況の写真を示す。主な被害として，付図－3 a)に示すように，1 階の柱の一部に主筋の座屈や被り
コンクリートの剥落が確認された。また，柱際の腰壁や垂壁のコンクリートが圧壊した箇所や，付図－3b)のよ
うに短柱化した袖壁がせん断破壊している箇所があった。階段室まわりについても外壁端において主筋の座屈や被りコンクリートの剥落が確認された。

a) １階柱脚筋の座屈状況b) 短柱化した１階袖壁のせん断破壊状況

付図－3 兵庫県南部地震による被災状況- 29 -

（３）振動解析の概要
解析対象建物について，倒壊判定手法の実現可能性を検討するために振動解析モデルを構築して地震応答解析を行った。振動解析モデルは耐震補強前と耐震補強後の 2 種類を構築した。構造解析プログラムは質点系振動解析や 3 次元立体フレームの時刻歴応答解析が可能な構造計画研究所の汎用ソフトウェア「RESP-D
ver.3.3.0.0」を使用した。各解析における共通の条件を付表－2 に示す。
付表－2 共通の解析条件
粘性減衰

初期剛性比例型（2％）

数値積分法

平均加速度法

計算時間間隔0.001 秒

入力地震動は，観測地震波から①神戸海洋気象台 NS 波，②JR 鷹取 EW 波，および設計用地震波から③エル・セントロ NS 波，④タフト EW 波，⑤八戸 NS 波の計 5 波を使用した。なお，③～⑤の設計用地震波は最大速度振幅 50cm/s で基準化した波形を用いた。解析に使用した入力地震動の波形を付図－4 に，各波形の加速度応加速度(cm/s 2)

答スペクトル（減衰 5％）を付図－5 に示す。

400
200
0
-200
-400
-600
5

10

15

20

25

30

35

0
-200
-400
-600
0

5

-200

20

25

30

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

-400
0

5

10

15

20

25

30

35

時間 (s)③ エル・セントロ NS 波

④ タフト EW 波

200
0
-200
-400
15

20

25

30

35

40

45

50

時間 (s)⑤ 八戸 NS 波
付図－4 入力地震動波形- 30 -

40-200

時間 (s)

10

35

200

400

5

15

400

600

0

10

② JR 鷹取 EW 波

0

5

200

① 神戸海洋気象台 NS 波

200

0

400

時間 (s)

400

-400

600

時間 (s)

加速度(cm/s 2)-8000

加速度(cm/s 2)

加速度(cm/s 2)

加速度(cm/s 2)

600

40

45

50

加速度応答スペクトル(cm/s 2)

1000

100

神戸海洋気象台NS波
JR鷹取波EW波
エル・セントロNS波
タフトEW波
八戸NS波
0.1

周期（s）

1

10

付図－5 加速度応答スペクトル（減衰 5％）（４）補強前の建物の地震応答解析a) 振動解析モデルの構築
補強前の建物の振動解析モデル（3 次元立体フレーム）を付図－6 に示す。モデルは解析対象建物を参考に
1979 年に建設された 8 階建ての集合住宅で，構造は 1～4 階は SRC 造，5 階以上は RC 造として構築した。
ここで，「RESP-D」等の一般の設計用解析プログラムでは，耐震壁に大きな開口部がある場合は，安全側の判断として非耐震壁として扱われ，剛性，耐力ともにフレームに反映されず，その結果，2～8 階はバルコニー
側，廊下側ともに X 方向（桁行方向）は純ラーメン構造となる。この条件でモデルを構築して振動解析を実施したところ 5～7 階に大きな応答が得られ，兵庫県南部地震で 1 階部分に被害が集中した被災状況を再現することができなかった。そこで，今回の解析では兵庫県南部地震における被災状況を再現できるように 2～8 階の開口部付き耐震壁の剛性，耐力の調整を行った上で解析を行った。したがって，解析対象建物に対して，振動解
析モデルは，1 階部分の構造は極力厳密に再現しているが，2 階以上は調整を加えた想定建物である点に留意されたい。
付表－3 に各層の建物重量を，付図－7 に荷重増分解析から得られた X 方向（桁行方向）の正加力時における各階のせん断力変形曲線を示す。

振動解析モデル
付図－6 補強前の建物の振動解析モデル（3 次元立体フレーム）- 31 -

付表－3 各層の建物重量
Wi
（kN）
5,160
5,418
5,295
5,299
5,324
5,327
5,327
6,132

層
8
7
6
5
4
3
2
1

A
（m2）
377.36377.36377.36377.36377.36377.36377.36377.36

ΣWi
（kN）
5,160
10,57815,873
21,17326,496
31,82337,151
43,283

Wi／A（kN/m2）
13.67
14.36
14.03
14.04
14.11
14.12
14.12
16.25

※ Wi：層重量，A：各層の床面積，Wi／A：各層の単位床面積あたりの重量
30,000(kN)

25,000

1F
2F

20,000

3F
4F
5F

15,0006F

10,000

7F
8F

5,000
0

(mm)
0

30

60

90

付図－7 補強前の建物のせん断力変形曲線（X 方向正加力）b) 振動解析結果「RESP-D」を用いて質点系振動解析と 3 次元立体フレームの時刻歴応答解析を行った。解析結果から得られた１次固有周期について，質点系振動解析は 0.243 秒，立体フレーム解析は 0.271 秒であった。付表－4 a)と b)に質点系振動解析および立体フレーム解析の結果から得られた最大応答層間変形角の一覧を示す。また，付図－8 a)と b)にそれぞれの結果を図化したグラフを示す。2 種類の解析方法ともに 1 層の層間変形角が大きく，兵庫県南部地震による被災状況を一定再現できていることを確認した。
最大応答層間変形角について，設計用地震波 3 波による解析結果は全てのケースで 1/100rad 以下であり，倒壊する可能性は小さいと考えられる。しかし，実際に観測された地震波による解析結果は，より大きな応答値が得られており，設計波を上回る地震動の発生を考慮する必要がある。特に神戸海洋気象台 NS 波を用いた解析結果からは，質点系振動解析において 1 層の最大応答層間変形角が 1/50rad を超えており，
本文 p3 の表－2.1.1
における倒壊判定基準の例に照らすと，「部分的または建物全体が倒壊する可能性が大きい」という結果になった。また，立体フレーム解析においても最大応答層間変形角は 1/59rad となり，「倒壊はしないが，構造体の損傷がある」という結果が得られた。

- 32 -

付表－4 最大応答層間変形角一覧a）質点系振動解析結果＜補強前＞神戸海洋気象台NS 波
1 / 5,281
1 / 1,705
1 / 424
1 / 360
1 / 180
1 / 84
1 / 54
1 / 35

層
8
7
6
5
4
3
2
1

（rad）

JR 鷹取
EW 波
1 / 4,806
1 / 1,210
1 / 393
1 / 345
1 / 259
1 / 172
1 / 132
1 / 80エル・セントロNS 波
1 / 5,648
1 / 3,052
1 / 526
1 / 416
1 / 4071 / 357
1 / 299
1 / 172

タフト
EW 波
1 / 5,285
1 / 1,614
1 / 419
1 / 357
1 / 291
1 / 234
1 / 2111 / 141

八戸
EW 波
1 / 5,945
1 / 3,469
1 / 2,556
1 / 745
1 / 611
1 / 546
1 / 536
1 / 338b）立体フレーム解析結果＜補強前＞神戸海洋気象台NS 波
1 / 277
1 / 2031 / 1391 / 1031 / 891 / 82
1 / 801 / 59

層
8
7
6
5
4
3
2
1

（rad）

JR 鷹取
EW 波
1 / 928
1 / 450
1 / 279
1 / 2141 / 185
1 / 1641 / 161
1 / 124

エル・セントロNS 波
1 / 2,001
1 / 918
1 / 554
1 / 430
1 / 4011 / 387
1 / 393
1 / 217

8層

8層

7層

7層

6層

6層

5層

5層

4層

4層

3層

3層

2層

2層

1層

1層
0

1/200

1/100

1/66

1/50

1/40

1/33

0

タフト
EW 波
1 / 1,508
1 / 670
1 / 396
1 / 288
1 / 249
1 / 235
1 / 251
1 / 181

1/200

1/100

八戸
EW 波
1 / 3,495
1 / 1447
1 / 855
1 / 737
1 / 724
1 / 632
1 / 593
1 / 379

1/66

1/50

1/40

応答層間変形角（rad）

応答層間変形角（rad）

a) 質点系振動解析結果＜補強前＞b) 立体フレーム解析結果＜補強前＞

付図－8 最大応答層間変形角- 33 -

1/33

（５）倒壊防止を目的とした補強後の建物の地震応答解析a) 振動解析モデルの構築
補強前の建物の分析結果では 1 層の最大応答層間変形角が大きくなり，質点系振動解析では倒壊する可能性が高い結果となった。そこで，倒壊防止を目的とした簡易な補強による効果を確認するため，1 層のバルコニ
ー側，廊下側の各 1 か所ずつに耐震壁を増設した場合を仮定して振動解析を行った。耐震壁の壁厚は 20cm と30cm の 2 パターンとした。耐震壁の増設箇所を付図－9 に示す。補強後の建物について，付表－5 に各層の建物重量を示す。また，付図－10 と付図－11 に壁厚 20cm および 30cm の耐震壁増設後の各振動解析モデルについて，荷重増分解析から得られた X 方向（桁行方向）の正加力時における各階のせん断力変形曲線を示す。

廊下側

バルコニー側耐震壁(壁厚20cmと30cmの2パターン)
付図－9 耐震壁の増設補強箇所

付表－5 各層の建物重量
層

1

8
7
6
5
4
3
2
耐震壁 20cm
耐震壁 30cm

Wi
（kN）
5,160
5,418
5,295
5,299
5,324
5,327
5,327
6,222
6,261

ΣWi
（kN）
5,160
10,57815,873
21,17326,496
31,82337,151
43,372
43,412A（m2）
377.36377.36377.36377.36377.36377.36377.36377.36377.36

Wi／A（kN/m2）
13.67
14.36
14.03
14.04
14.11
14.12
14.12
16.49
16.59

※ Wi：層重量，A：各層の床面積，Wi／A：各層の単位床面積あたりの重量- 34 -

30,000(kN)

1F

25,0002F
3F

20,000

4F
5F

15,000

6F
7F

10,000
8F

5,000

(mm)

0
0

付図－10

30,000

10

20

30

40

50

60

耐震壁増設後（壁厚 20cm）の建物のせん断力変形曲線（X 方向正加力）
(kN)

1F

25,0002F
3F

20,000

4F
5F

15,000

6F
7F

10,000
8F

5,000
0

付図－11

(mm)
0

10

20

30

40

50

60

70

耐震壁増設後（壁厚 30cm）の建物のせん断力変形曲線（X 方向正加力）b) 振動解析結果① 壁厚 20cm の耐震壁を増設した場合
補強前の建物と同様に質点系振動解析と 3 次元立体フレームの時刻歴応答解析を行った。１次固有周期は，質点系振動解析の場合は 0.239 秒，立体フレーム解析の場合は 0.252 秒であった。付表－6 a)と b)に質点系振動解析および立体フレーム解析の結果から得られた最大応答層間変形角の一覧を示す。また，付図－12 a)と b)にそれぞれの結果を図化したグラフを示す。2 種類の解析方法ともに１層の層間変形角は補強前より減少し，JR
鷹取波を用いたケースも 1/100rad 以下となった。また，神戸海洋気象台波を用いたケースにおいても質点系解析では倒壊する可能性が大きいという結果であったが，補強後は 1/50rad 以下となり，倒壊判定基準の例に照らすと倒壊はしないレベルまで応答が抑えられている。立体フレーム解析についても 1 層の層間変形角は1/59rad から 1/89rad に減少している。

- 35 -

付表－6 最大応答層間変形角一覧a）質点系振動解析結果＜耐震壁増設（20cm）＞
JR 鷹取
EW 波
1 / 4,294
1 / 5111 / 280
1 / 228
1 / 175
1 / 1411 / 159
1 / 151神戸海洋気象台NS 波
1 / 4,903
1 / 633
1 / 305
1 / 2141 / 112
1 / 691 / 591 / 51

層
8
7
6
5
4
3
2
1

（rad）
エル・セントロNS 波
1 / 5,204
1 / 1199
1 / 357
1 / 3011 / 288
1 / 270
1 / 330
1 / 302

タフト
EW 波
1 / 5,023
1 / 830
1 / 325
1 / 2731 / 223
1 / 195
1 / 231
1 / 230

八戸
EW 波
1 / 5,747
1 / 3,360
1 / 1,661
1 / 610
1 / 534
1 / 530
1 / 618
1 / 583b）立体フレーム解析結果＜耐震壁増設（20cm）＞
JR 鷹取
EW 波
1 / 639
1 / 320
1 / 204
1 / 167
1 / 160
1 / 165
1 / 2221 / 250神戸海洋気象台NS 波
1 / 150
1 / 123
1 / 94
1 / 891 / 82
1 / 81
1 / 97
1 / 89

層
8
7
6
5
4
3
2
1

（rad）

エル・セントロNS 波
1 / 1,518
1 / 704
1 / 432
1 / 332
1 / 311
1 / 322
1 / 419
1 / 372

8層

8層

7層

7層

6層

6層

5層

5層

4層

4層

3層

3層

2層

2層

1層

1層
0

1/200

1/100

1/66

1/50

1/40

1/33

タフト
EW 波
1 / 1,183
1 / 580
1 / 333
1 / 239
1 / 2101 / 2111 / 277
1 / 2850応答層間変形角（rad）

1/200

1/100

八戸
EW 波
1 / 1,607
1 / 8071 / 624
1 / 579
1 / 588
1 / 574
1 / 694
1 / 550

1/66

1/50

1/40

1/33

応答層間変形角（rad）

a) 質点系振動解析結果＜耐震壁増設（20cm）＞b) 立体フレーム解析結果＜耐震壁増設（20cm）＞

付図－12 最大応答層間変形角- 36 -

② 壁厚 30cm の耐震壁を増設した場合
１次固有周期は，質点系振動解析の場合は 0.238 秒，立体フレーム解析の場合は 0.247 秒であった。付表－7 a)と b)に質点系振動解析および立体フレーム解析の結果から得られた最大応答層間変形角の一覧を示す。また，
付図－13 a)と b)にそれぞれの結果を図化したグラフを示す。2 種類の解析方法ともに１層の層間変形角は大きく低減され，質点系振動解析において神戸海洋気象台波を用いたケースを除き，全て 1/100rad 以下の応答に収まっている。一方，上層階の中には補強前よりも最大応答層間変形角が顕著に増大したケースがみられた。例
えば，質点系振動解析において神戸海洋気象台波を用いた場合に，2 層の最大応答層間変形角は 1/52rad で，3層は 1/57rad であり，補強前よりも上層階で層崩壊が発生する可能性が高くなる結果となった。
付表－7 最大応答層間変形角一覧a）質点系振動解析結果＜耐震壁増設（30cm）＞
層
8
7
6
5
4
3
2
1

神戸海洋気象台NS 波
1 / 4,678
1 / 475
1 / 2731 / 132
1 / 83
1 / 57
1 / 52
1 / 87JR 鷹取
EW 波
1 / 4,203
1 / 459
1 / 266
1 / 200
1 / 156
1 / 129
1 / 158
1 / 267（rad）
エル・セントロNS 波
1 / 5,323
1 / 1503
1 / 377
1 / 3221 / 300
1 / 278
1 / 345
1 / 422タフト
EW 波
1 / 4,981
1 / 754
1 / 317
1 / 261
1 / 2071 / 179
1 / 220
1 / 305b）立体フレーム解析結果＜耐震壁増設（30cm）＞
層
8
7
6
5
4
3
2
1

神戸海洋気象台NS 波
1 / 1641 / 132
1 / 100
1 / 84
1 / 781 / 801 / 104
1 / 125JR 鷹取
EW 波
1 / 586
1 / 295
1 / 190
1 / 160
1 / 157
1 / 1731 / 256
1 / 369

八戸
EW 波
1 / 5,773
1 / 3,406
1 / 1,352
1 / 582
1 / 487
1 / 484
1 / 558
1 / 708（rad）

エル・セントロNS 波
1 / 1,171
1 / 618
1 / 397
1 / 3141 / 299
1 / 318
1 / 429
1 / 517- 37 -

タフト
EW 波
1 / 1,118
1 / 533
1 / 3141 / 229
1 / 204
1 / 2081 / 293
1 / 392

八戸
EW 波
1 / 1,794
1 / 839
1 / 573
1 / 510
1 / 515
1 / 523
1 / 670
1 / 669

8層

8層

7層

7層

6層

6層

5層

5層

4層

4層

3層

3層

2層

2層

1層

1層
0

1/200

1/100

1/66

1/50

1/40

1/33

0

応答層間変形角（rad）

1/200

1/100

1/66

1/50

1/40

1/33

応答層間変形角（rad）

a) 質点系振動解析結果＜耐震壁増設（30cm）＞b) 立体フレーム解析結果＜耐震壁増設（30cm）＞

付図－13 最大応答層間変形角（６）倒壊判定手法の適用可能性
振動解析において補強前の応答が大きかった 1 階のピロティ部分のみを対象に，簡易的な補強として集合住宅のバルコニー側と廊下側に 1 か所ずつ耐震壁を増設した補強効果の確認を行った。付図－14 a)～e)に質点系
振動解析について入力地震動毎に補強前と補強後の最大応答層間変形角の比較結果を示す。補強後については
壁厚 20cm と 30cm の耐震壁を増設した場合を併せて示している。また，付図－15 a)～e)に立体フレーム解析について同様の比較結果を示す。
2 種類の解析方法ともにピロティ部分の補強のみでも 1 層部分が層崩壊する可能性を大きく軽減する効果が得られた。一方，部分的に補強を施した今回の解析事例からは，神戸海洋気象台波や JR 鷹取波のように建物がある程度塑性化するようなレベルの地震動に対しては補強効果が認められたが，通常の設計レベルの地震動に対しては効果が表れにくい結果が得られた。
耐震壁の壁厚を 20cm と 30cm にした場合を比較すると，30cm にした場合の方が 1 層部分の応答層間変形角が小さくなっているが，反対に上層階の応答値が増加しているケースがみられた。したがって，部分的に過剰な補強を行うと，未補強部分に大きな影響を与えてしまうことがある点に留意する必要がある。
質点系振動解析と立体フレーム解析の結果を比較すると必ずしも応答値は一致しないが，同様の傾向が得られることが明らかになった。合理的な補強設計を行う上ではより精緻な解析手法である立体フレーム解析の採用が望ましいが，実務者の立場からは比較的扱いやすい質点系振動解析による方法の適用が期待されている。
今回の検討範囲では，質点系振動解析の方が比較的大きい応答値を算出しているが，倒壊判定の目的に照らすと安全側の評価となるため，適用性に大きな問題があるとはいえないと考える。今後の課題として解析事例を増やして倒壊判定手法の適用性の検証を進めるとともに，振動解析モデルの精緻化や解析手法の標準化に向けた検討が必要である。

- 38 -

- 39 -