A-53
地震等に配慮したステンレス配管の高耐久性の確保に関する研究
Study on Functional Maintenance of Stainless Piping System after Massive Earthquake(第１報) E−ディフェンスによる高層建物用配管の耐震性評価実験
Part 1 Evaluation of Seismic Performance of High-Rise Building by E-Defense Table Test
正 会 員

○中野和幸 （日新製鋼）

非 会 員

中島 淳

正 会 員

坂上

非 会 員

（ﾉｰﾗｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ）正 会 員

恭助 （明治大学）

Kazuyuki NAKANO*1

非 会 員

田辺 真行

（日本ヴィクトリック）小池 道広 （長谷工ｺｰﾎﾟﾚｰｼｮﾝ）
斉藤 大樹（建築研究所）

Masayuki TANABE*2 Atsushi NAKAJIMA *3

Michihiro KOIKE*4

Kyousuke SAKAUE*5

Taiki SAITO *6*1 Nisshin Steel Co Ltd *2 Japan Victric Co. Ltd *3 Nowla Engineering Co.Ltd*4 Haseko Corporation *5 MEIJI University*6 Building Research Institute<Synopsis> For a building to remain functional after a massive earthquake, it must have a sound structure and in addition,
lifelines such as its plumbing system need to be safeguarded.
To date, however, few investigations have comprehensively covered these two factors - response of the structure anddamage to the plumbing system. Japan Stainless Steel Association (JSSA), in collaboration with Building ResearchInstitute, conducted a quake resistance experiment on the world’s largest seismic simulator owned by National ResearchInstitute for Earth Science and Disaster Prevention; E-defense) to verify earthquake-proof safety of the entire plumbing
system including the support apparatuses.
The results are provided in this report.
はじめに兵庫県三木市にある実大三次元震動破壊実験施設( Ｅ−ディフェンス) において、独立行政法人防災科学技術研究所を中心に超高層建物の耐震性を検証する振動台実験が平成 20 年 2 月から 3 月にかけて実施された 1) 。本実験において、独立行政法人建築研究所は非構造部材や建築設備の耐震性評価を担当し、とくに配管設備の実験に当たっては、建築研究所を幹事とする「建築設備耐震実験検討会」を（社）空気調和・衛生工学会内に設置して、実験の計画・実施・取りまとめを共同で行うこととした。
本論文は、このうちステンレス協会が担当した給水配管の実験結果をとりまとめたものである。

実験は、高層建物の平均的な規模として地上２１階、高さ８０mの建物を想定し、１階から４階までを実規模の鉄骨造架構とし、その上に５階から２１階までの揺れを反映するシステムを組み込み実施した。
表−２に組み込んだステンレス配管の概要を示す。
試験体は, メイン管を100Φと50Φとし、各階の取り出し配管を25Φとした。
管 種

管
径(㎜）
114. 3

表−２ 試験体の概要
継手種類

写真−２および写真−３に実験に使用した試験体とステンレス配管の取り付け状況を示す。

表−1 Ｅ- ディフェンスの仕様
20m × 15m

最大搭載加重

12MN (1200tonf)

加震方向
最大加速度

X,Y - 水平2900 ㎝/S

Z - 垂直1500 ㎝/S2

最大速度

200 ㎝/S

70 ㎝/S

最大変位± 100 ㎝

± 50 ㎝

枝管

一般配管用
SAS322, SAS361, SAS363 Lｱﾝｸﾞﾙ
ﾚﾍﾞﾙﾊﾞﾝ
ｽﾃﾝﾚｽ鋼管＋Uﾎﾞﾙﾄ
ﾄﾞ48. 6
SAS322, SAS361
SUS304TPD<注> SAS: ｽﾃﾝﾚｽ協会規格 322: ﾒｶﾆｶﾙ, 361: ﾊｳｼﾞﾝｸﾞ, 363: 管端つば出し

１．実験台と試験体の概要
E –ﾃﾞｨﾌｪﾝｽ振動台の仕様を表−1に示す。
振動台の大きさ支持金物
立て管写真−1 Ｅ- ディフェンスの外観
空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2011.9.14 〜 16（名古屋）｝-1753-

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写真−２ 試験体

４．加震後の配管の調査結果
4. 1. 配管の変位
Ｅディフェンス振動台実験は、
気象庁波、El Cent ro波、東扇島波、三の丸波の入力順序で実施された。図−３に最大層間変形角分布を示す。

光反射体

鉛板

桁行方向

4

写真−３ 加震前のステンレス配管取り付け状況（２階）

各階の取出し管 25Φには SAS322（ステンレス協会規格）継手を用いた。また、各階の支持は、各階床上のアングル材と Uボルトで固定した。

ﾏｸﾞﾆ
ﾁｭｰﾄﾞ

地震波の最大加速度

東海地震

8. 0

190 ｶﾞﾙ

三の丸波

東海・東南海地震

8. 3

El Centro波ﾚﾍﾞﾙ2――＜ 参 考 ＞

東北大地震

9. 0地振動

想定地震

気象庁波

関東地震

東扇島波

7. 9

三の丸1

東扇島

三の丸2

El Centro ﾚ ﾍ ﾞﾙ 2
El Centro ﾚ ﾍ ﾞﾙ 1

2２．地震波入力条件
本実験で用いた地震動を表−３に示す。
設計用地震動として、ﾚﾍﾞﾙ２のEl Cent ro波（最大速度0. 5m/s）を採用し、首都圏に予測される長周期地震動として、気象庁波、東海地震を想定した東扇島波を、さらに東海・東南海地震を想定した三の丸波を採用した。
表−３ 実験に用いた地震動

3三の丸3100.0050.010.015

0.020.025

最大層間変形角 (rad)図−３ 最大層間変形角

4. 2. 管内圧力変動
給水配管の実体に合わせ、管内の空気圧を0. 2MPaに加圧し、圧力変動を求めた。結果を図−４、写真−４に示す。
試験を行った50Su、100Su いずれの試験体も最大層間変位 1/66. 7 ( 躯体最大変位量144㎜) まで漏気はなかった。

335 ｶﾞﾙ

加圧力 (Mpa)

186 ｶﾞﾙ

0.25―

0.0.20202933 ｶﾞﾙ

0.15

これらの速度応答スペクトルを図−１に示す

事前準備

三の丸波 2El Centro ﾚﾍﾞﾙ

予備加震実験

気象庁波

東扇島波

三の丸 30.10

地震強さSV(m/S)

50Su
100Su

0.05

0.00

01

23

ステップ

456

図−４ 圧力変動測定結果

三の丸 加震前

地震強さSV(m/S)

図−１ 応答スペクトル（水平方向）

三の丸 加震後

写真−４ 加震前後の配管内圧力の状況

実験では、三の丸波を入力したとき、梁間方向の現場溶接接合部において、梁端下フランジが破断した。
図−２に、その破断時刻を示す。

4. 5 ステンレス配管の損傷状態
東海・東南海地震を想定した三の丸波を入力した加震実験後、ステンレス配管の損傷状態の調査を行った。
加震後の代表的な試験体の損傷状況を写真−５に示す。
50Suの固定と枝管用ﾁｰｽﾞ

50Suｿｹｯﾄ

最初の下フランジ破断

１階

写真−５ 加震後のステンレス配管取り付け状況（その１）

図−２ 層間変形角の時刻暦波形（水平方向同時加振）

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2011.9.14 〜 16（名古屋）｝

１階-1754-

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100Su枝管の曲がり (5°)

５．加震実験後の回収試料の評価結果
Ｅ- ディフェンスの加震実験に使用した継手について、実験終了後に回収し、試験後の継手の状態、漏れの有無、その他異常の有無の確認を行った。

100Su枝管の曲がり (7°)

表−５ に回収した試料の明細を示す。

２階100Su貫通部の持ち上がり

２階

表−５ 回収した継手の明細

３階

口

100Su貫通部の持ち上がり

４階

径

継手の種類

調査数

100Su

ﾊ ｳ ｼﾞﾝｸﾞ継手(リングﾞ)150Su

ﾊ ｳ ｼﾞﾝｸﾞ継手(リングﾞ)

150Su

拡管式継手

520Su

拡管式継手

55. 1 拡管式継手
Ｅ−ディフェンスで行われた耐震実験の返却試験体の代表的な外観を写真−６に示す。

写真−５ 加震後のステンレス配管取り付け状況（その２）

加震条件別に、ステンレス配管の加震後の損傷状態の評価結果のまとめを表−４に示す。

表−４ 試験体の損傷状態のまとめ

写真−６ 回収したメカニカル継手

加震条件の概要

試験体の評価結果

最終準備、空圧0.6MPa 負荷し漏れ無しを確認。空圧を維持したままとした。

―――――

予備加震試験、最大はホワイトノイズ 270ガル 想定層間変 100Su立て管の若干の持ち上がり確認、目立つ異常無く、気密
位 1/300
試験による漏れ無し。
１）関東地震を想定した首都圏地震動
100Su立て管の持ち上がり確認、このため２階〜４階の枝管ソ（気象庁波）Ｘ方向−335ガル、Ｙ方向−251ガル 想定層間変ケット二次側配管の曲がり発生。気密試験による漏れ無し。
位 1/200
50Suには、ハウジング継手の性能による変位吸収が見られる
２）設計に用いられてきた地震動他、目立つ異常無し。気密試験による漏れ無し。
（EL Centro）レベル２ Ｘ方向−287ガル、Ｙ方向−463ガル
東海地震を想定した首都圏地震動（東扇島波）
Ｘ方向−190ガル、Ｙ方向−138ガル 想定層間変位 1/100

100Su立て管、２階〜４階の枝管の曲がりに変化無く、気密試
験による漏れ無し。
50Suには、目立つ異常無し。気密試験による漏れ無し。

東南海地震を想定した名古屋の地震動（三の丸波）
Ｘ方向−155ガル、Ｙ方向−186ガル 想定層間変位 1/66.7

100Suの立て管の持ち上がり、２階〜４階の枝管の曲がりに変化無く、気密試験による漏れ無し。
50Suには、目立つ異常無し。気密試験による漏れ無し。

100Suの立て管の更なる若干の持ち上がり有るが､2階〜4階の枝管ソケット二次側配管の曲がり（2階5°,3階及び4階７°）に目立つ変化無く、気密試験による漏れ無し。
50Suには、ハウジング継手の性能による変位吸収に変化なく、目立つ異常無し。気密試験による漏れ無し。

鋼構造部の梁溶接の破断確認有り、Ｙ方向加震を２度実施
加震条件は三の丸波 Ｙ方向−186ガル

以上の結果から、スラブ貫通部に若干の持ち上がりが発生したが、ステンレス管や継手に大きな異常はなかった。
また、50Su、100Suとも最大層間変位 1/66. 7 まで圧力変動もなかったことから機能維持には問題がないと判断される。

空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2011.9.14 〜 16（名古屋）｝

これらの試験体について、表−６ に示す検査を行い、加震による継手の異常の確認を行った。

この結果、分解前後において、いずれのサンプルも異常がないことが確認された。

-1755-

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表−６ 加震による異常の発生の有無（拡管式）
状 態
分解前

分解後

対 象状

表−８ 加震による不適合事象

況①

漏気の発生なし

なし

ﾅ ｯﾄ緩み試験ﾊﾞﾙ ﾌﾞ、ﾅ ｯﾄの緩み無し。

気密試験

0.6MPa､2分間で漏れなし。

②継手の損傷ｶﾞｽｹｯﾄ材を含め異常なし。

ｶﾞｽｹｯﾄ材を含め異常なし。

ｺﾞﾑ リング

気密に影響する変形などの異常なし

③

配管の変形

異常なし

④

貫通部の持ち上がり

枝管曲り発生（最大 7°）

異常なし

わずかに発生。

ボルトナット 変形や永久伸びなどの異常なし
僅かな擦れ確認。止水性に影響なし

表−９ 損傷度と修復指数の関係を表す目安
損 傷 の 程 度
無損傷

による継手の異常の確認を行った。

表−７ 加震による異常の発生の有無（ﾊｳｼﾞﾝｸﾞ式）
状 況

製品外観

割れ、変形、緩み、その他異常なし。

ﾊ ｳｼﾞﾝｸﾞ

割れ、変形、摩擦痕などの異常なし

ｺﾞﾑ リング

気密に影響する変形などの異常なし

ボルトナット 変形や永久伸びなどの異常なし
配管端部変形やキズ、摩耗などの異常なし

この結果、分解前後において、いずれのサンプルも異常がないことが確認された。
5. 3. 加震後の機能維持
今回の実験で得られたステンレス配管システムの損傷状態を整理した結果を表−８ および 表−９ に示す。
(1) 加震による不適合事象
加震後の不適合事象から、損傷の程度、および、修復の可否について整理すると、ステンレス配管システムは、修復不要、ないしは、軽微な補修で機能維持可能なことが確認できた。
空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集｛2011.9.14 〜 16（名古屋）｝

気なし

軽微損傷

軽微補修

なし

小 破

部分補修

接続部滲み

中 破

補修

大 破

取替え

破

壊

今回の実験
○○あり

６. まとめ実大の建築構造物に取り付けられたステンレス配管について、Ｅディフェンスによる大規模地震後の機能維持について調査した。
本研究で得られた結果を以下にまとめる。
( 1) 東南海地震を想定した三の丸波の最終加震では、2階における最大層間変位角が1/66. 7 に達したが、加震後、いずれの立て管にも機能維持に支障をきたす損傷はなかった。
( 2) 漏れ試験では、加震前後で同じ圧力を示しており、いずれの配管も、漏気はなく、給水管としての機能は維持されていた。
( 3) 実験終了後の解体検査においても、管および継手とも異常は認められなかった。
( 4) 今後は、東北地方太平洋沖地震を想定した損傷限界について、検討を行う必要がある。
併せて、大規模地震後の機能維持のための損傷評価と修復費用、および、期間について、今後の検討が必要である。

これらの試験体について、表−７で示す試験を行い、加震に対象

漏

修復不要

軽微損傷

写真−７ 回収したハウジング継手

分解後

配管 100Su

変形、緩み、その他異常なし。

5. 2 ハウジング継手
Ｅ−ディフェンスで行われた耐震実験の返却試験体の代表的な外観を写真−７に示す。

分解前

配管 50Su

製品外観

拡管角部

状態

不適合事象

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参考文献

1）防災科学技術研究所：首都直下型地震防災・減災プロジェ
クト成果報告書（平成 19 年度）、( 2008. 5)2）消防庁：大規模地震に対応した消防用設備等のあり方に関する検討会報告書、( 2011. 3)3）米沢千瑳夫：配管・配線工事と建築構造体の関係、空気調和・衛生工学、No81 第 5 号、（2008. 5）