広島工業大学紀要研究編
第 ₅₃ 巻（₂₀₁₉）137 – 142

論文

常時微動計測に基づく非構造部材が鉄骨建築物の振動特性に及ぼす影響に関する調査研究小林礼奈*・渡壁守正**（平成₃₀年₁₁月 ₁ 日受付）

A Study on Effect of Non-Structural Components for Vibration Behavior of
Steel Building Based on Microtremor Measurements
Reina KOBAYASHI and Morimasa WATAKABE(Received Nov. 1, 2018)

Abstract
Serious damage to non-structural components such as ALC walls, ceilings and windows was reported
after the 2011 earthquake off the Pacific coast of Tohoku. However, it is thought that the stiffnessbuildings is effect of the stiffness and strength of non-structural elements as well as only structuralskeletons. In this study, We obser ved microtremors of the 3-stor y steel building in the case of only
structural skeletons and the case of inserting non-structural components, and compared the dynamic
characteristics derived from of microtremors. Also, the effect of non-structural components for total
behavior of the steel building in deliberated. As a result, it is confirmed that the torsional component
is primar y in the case of only structural skeletons, and is not primacy in the case of inserting nonstructural components.
Based on it, effective data that facilitated a numerical model of building for studying the effect ofnon-structural components on buildings duaring large earthquakes are derived.
Key Words: steel building, non-structural components, microtremor measurements, vibration behavior

る₂︶。そのため，最近の建物では，主に非構造部材に被害

₁ ．はじめにが多く見られる。しかし，非構造部材が入ることによって₂₀₁₁年 ₃ 月₁₁日に発生した東北地方太平洋沖地震をはじ構造躯体のみの状態に比べ建物の剛性は上昇し，また非構め多くの大規模地震により ALC 壁，天井，窓など非構造部造部材が損傷することで，建物応答への揺れエネルギーを

₁︶

材の損傷，落下等の被害事例が多く報告されている 。地吸収し構造躯体に及ぼす損傷を軽減させた可能性があると震の被害からも，非構造部材の被害額，建築機能に及ぼす考えられる。中小規模の鉄骨造建築物を例とし，非構造部影響，居住者に与える心理的・肉体的影響は構造部材の被材が構造骨組みの剛性および耐力に対して無視できないほ害と同様に大きく深刻なものである。非構造部材が及ぼすど大きな影響を与えることが報告されている₃︶。しかし，定被害の原因として，非構造部材は，躯体構造の耐震設計に量的に評価した論文はさほど多くはない。

際して，その影響が無視できるものとして，耐震要素から本研究は，鉄骨造建築物の間仕切り壁や ALC 壁など外壁除外して考える部材として位置付けられているからであ材の非構造部材に着目し，それらが建物全体の挙動にどの* 広島工業大学大学院工学系研究科環境学専攻** 広島工業大学環境学部建築デザイン学科
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小林礼奈・渡壁守正

ような影響を与えているかを明らかにするため，昨年より回目は，構造躯体のみの時，第二回目は，非構造部材を取本学で建設が進められている新生命学部棟₂₇号館を対象にり付けた後の竣工後に実施した。

常時微動計測を実施した。得られた計測記録を分析するこ

計測は，サンプリング周波数を₂₀₀Hz，計測時間を各とで，非構造部材の有無が建物の振動特性に及ぼす影響にケース₃₀分間とした。加速度センサはリオン製 L.S－₁₀を使ついて明らかにする。

用し，加速度センサの数は ₅ セット用意した。加速度セン
サは，建物中央の柱付近に設置した。センサ設置状況，計₂ ．対象建物及び計測概要
₂.₁

測拠点及び非構造部材取り付け前後の様子を写真 ₂ ～写真

対象建物の概要

₇ にそれぞれ示す。

対象建物の概要及び外観写真を表 ₁ 及び写真 ₁ にそれぞれ示す。新生命学部棟₂₇号館は，₅₆.₉₇ m×₂₈.₂₀ m で整形な平面形状であり，屋根は陸屋根である。塔屋は ₂ 箇所存在している。外周部への突出物は， ₂ 階 ₁.₂ m 程度の庇を有する鉄骨造 ₃ 階建ての建物である。図 ₁ に南側立面図と₂ 階平面図を示す。架構形式は，X，Y 方向ともラーメン構造 で あ る。柱 は BCR₂₉₅，STK₄₉₀，大 梁 は SN₄₀₀B，（a）南側立面図

SN₄₉₀B 材，柱梁接合部は通しダイヤフラム SN₄₉₀C 材を用いている。小梁・間柱等は SS₄₀₀，STKR₄₀₀を用いている。柱脚は露出型弾性固定柱脚工法（認定品）で，各階床は，コンクリートスラブとなっている₄︶。
₂.₂

常時微動計測の概要

常時微動計測は ₁ 階～ R 階の各階床上に加速度計を設置
し，建物の長辺方向（X 方向），短辺方向（Y 方向）の鉛直方向並進 ₂ 方向とねじれ方向に関して計測を行った。計測は非構造部材が建物全体に及ぼす影響を調べるため，第一表₁（b） ₂ 階平面図

建物概要

図₁

建築物名

広島工業大学新生命学部棟₂₇号館

建物階数

地上 ₃ 階構造・架構種別S 造・ラーメン構造

延べ床面積₄,₈₀₃.₃₃ m₂

建築面積

₁,₆₄₄.₅₁ m₂

建物高さ

₁₇.₀₅ m（建築基準法上）

軒の高さ

₁₆.₅₆ m（建築基準法上）基礎底部の深さGL-₂.₅₀（フーチング底）支持深さGL-₁₀ m ～₁₆ m

地下―階

塔屋 ₁ 階

写真 ₂

写真 ₄

写真 ₁

対象建物の概要

写真 ₆

広島工業大学新生命学部棟₂₇号館
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測定拠点

写真 ₃

建物内部（躯体のみ） 写真 ₅屋上（躯体のみ）

写真 ₇

LS-₁₀C（加速度計）

建物内部（非構造あり）

屋上（非構造あり）

常時微動計測に基づく非構造部材が鉄骨建築物の振動特性に及ぼす影響に関する調査研究

構造躯体のみ（第一回常時微動計測）のセンサの設置場

₃ ．計測記録 及び分析結果

所を図 ₂ に示す。青い 印 は鉛直方向並進振動計測時，赤い 印 はねじれ振動計測時のセンサ配置をそれぞれ図中に構造躯体と非構造部材取り付け後での振動特性の抽出に示す。また階数に対するチャンネル（以下 CH）表を，表関しては， ₁ 階に対する ₂ 階， ₃ 階それぞれのフーリエス

₂ に示す。本研究では，長辺方向を X 方向，短辺方向を Yペクトル比の卓越振動数より共振振動数を求め推定した。

方向，としている。非構造部材あり（第二回常時微動計測）

図 ₃ ，図 ₄ に，構造躯体が立ち上がった際に計測した ₁ 階のセンサ設置場所および CH 表は，図 ₂ および表 ₂ とほぼから屋上階までの常時微動の加速度波形とそれらのフーリ同様であるため，紙面の都合上割愛する。

エスペクトルの例をそれぞれ示す。フーリエスペクトル結分析は常時微動計測記録より求めたフーリエスペクトル

果から，短辺方向の ₁ 次ピーク， ₂ 次ピークを読み取るこおよび， ₁ 階に対する ₂ 階～ ₃ 階のフーリエスペクトル比とができる。また， ₁ 階から上層階へと増幅する傾向がを求める。そのフーリエスペクトル比の ₁ 次ピーク， ₂ 次はっきりと確認できる。この結果から，これらの計測記録

ピークなどから，建物の長辺方向（X 方向）や短辺方向（Yは比較的安定した記録と考えられる。

方向）の卓越振動数をそれぞれ読み取った。

構造躯体のみの鉛直方向並進振動計測の記録に関して長辺方向，短辺方向で求めたフーリエスペクトル比を図 ₅ ，
図 ₆ にそれぞれ示す。図 ₅ から短辺方向の ₁ 次固有振動数は ₂.₂₉ Hz，図 ₆ より，長辺方向の ₁ 次固有振動数は ₂.₃₅〈センサの位置〉ねじれ振動計測

鉛直方向並進振動計測

図₂構造躯体のみセンサ配置箇所

表₂構造躯体の測定階と計測方向

図₃

構造躯体のみの加速度波形の一例
鉛直方向並進（短辺方向）（a）鉛直方向並進計測
測定階軸方向

CH 番号

地盤x, y₅₁Fx, y₄₂Fx, y₃₃Fx, y₂RFx, y₁（b）ねじれ計測
測定階軸方向

CH 番号

RF 東側

y₅RF 西側

y₄RF 南側x

₃RF 北側x

₂RF 中央x, y₁

図₄─ 139 ─

構造躯体のみのフーリエスペクトルの一例
鉛直方向並進（短辺方向）

小林礼奈・渡壁守正

Hz と確認できる。また，図 ₆ で示す構造躯体のみのスペクるが，非構造部材の剛性の変化が明瞭に寄与していること

トル比には，長辺方向の ₁ 次固有振動数のピーク値の近傍が分かる。これは非構造部材ありではねじれ成分が見かけに ₂.₈ Hz のピーク値が表れている。この固有振動数はね上隠れているように見えるが大地震時に非構造部材が損傷じれの影響によるものと考えられる。

した場合，そのねじれ成分と共振するような入力地震動が計測した実建物は東西に長い長方形であることから図 ₇

建物に作用すると，大きくねじれる可能性があると推察でで示すようにねじれ易いと考えられる。ねじれの測定の際きる。に建物の中央部に配置したセンサ（CH₁）とよりねじれの₁ 階のフーリエスペクトルに対する R 階のフーリエスペ影響が出ると考えられる端部に配置したセンサ（CH₅）をクトルの比を求め，鉛直方向並進振動の短辺方向と長辺方比較することができる。そのフーリエスペクトル結果を図₈ ，図 ₉ にそれぞれ併せ示す。図 ₈ より端部（CH₅）のフーリエスペクトルに ₂ つのピーク値が現れていることから ₂ つ目のピーク値はねじれの影響でできたものであることが分かる。
また図 ₉ で示すように非構造部材を入れることによってねじれ成分が小さくなる結果となった。常時微動計測であ

図₅

構造躯体のみのスペクトル比（短辺方向）

図₆

構造躯体のみのスペクトル比（長辺方向）

図₇

ねじれ振動測定のセンサ位置

図 ₈ 構造躯体のみのねじれ振動測定
建物中央部（CH₁）と端部（CH₅）比較

図₉
─ 140 ─非構造部材ありのスペクトル比（長辺方向）

常時微動計測に基づく非構造部材が鉄骨建築物の振動特性に及ぼす影響に関する調査研究

図₁₂

構造躯体のみ ₁ 次フィッティング 短辺方向（RF/₁F）

向の非構造部材の有無を比較して図₁₀，図₁₁に示す。図₁₀，
図₁₁の ₁ 次， ₂ 次ピークから読み取った結果を表 ₃ に各条件ごとにまとめて示す。図中の赤色の実線のスペクトル比が構造躯体のみ，青色の破線のスペクトル比が非構造部材

図₁₀ 構造躯体のみと非構造部材ありスペクトル比の比較 短辺方向（RF/₁F）ありの分析結果を示す。表 ₃ より ₁ 次， ₂ 次ともにピーク値の位置がずれ，非構造部材ありの ₁ 次固有振動数は長辺方向，短辺方向ともに構造躯体のみに比べて約₂₀％大きいことがわかる。この結果は，非構造部材の剛性の上昇によるものだと考えられる。また ₂ 次固有振動数の増大率は₂₈～₃₅％と ₁ 次固有振動数の場合よりも大きくなっていることも確認できる。そのため非構造部材は ₁ 次固有振動数よりも ₂ 次固有振動数に大きく影響していることが確認できた。
また図₁₀，図₁₁のスペクトル比に ₁ 自由度系の応答倍率をフィッティングする方法により各減衰定数を求めた。
モード減衰定数を表 ₄ ，構造躯体のみの短辺方向の ₁ 次フィッティング（RF/₁F）結果の一例を図₁₂に示す。短辺方向の ₁ 次減衰定数は構造躯体のみが₂.₂₀％，非構造部材ありが₃.₂₀％と推定できる。長辺方向の ₁ 次減衰定数は構造躯体のみが₂.₄₀％，非構造部材ありが₃.₈₀％と推定でき

図₁₁ 構造躯体のみと非構造部材ありスペクトル比の比較 長辺方向（RF/₁F）
表₃る。

₄ ．まとめ

固有振動数

モード

（イ）
構造躯体のみ
（Hz）

（ロ）
非構造あり
（Hz）

（ロ／イ）
増大率（倍）

短辺

₁次

₂.₂₉

₂.₇₃

₁.₁₉

方向

₂次

₆.₁₀

₇.₈₀

₁.₂₈

長辺

₁次

₂.₃₅

₂.₈₂

₁.₂₀

方向

₂次

₅.₉₉

₈.₈₀

₁.₃₅

ねじれ

₁次

₂.₇₁

₂.₈₀

₁.₀₃

表₄

新生命学部棟₂₇号館を対象として常時微動計測を実施し，非構造部材の有無について建物振動特性を分析し比較検討を行った。非構造部材の有無が鉄骨造建築物の振動特性に与える影響ついて定量的に把握することができ，検討結果は大地震時での建物応答モデル構築や健全性の検討に有効活用できる基礎資料を得ることができた。得られた知見を以下に示す。
₁ ）長辺方向並進振動測定のデータを分析し非構造部材の減衰定数（RF/₁F）

モード

構造躯体のみ非構造部材あり有無を比較した結果，構造躯体のみの場合はねじれ成短辺₁次₂.₂₀％₃.₂₀％分が卓越して現れていることが確認できた。また，非方向

₂次₂.₂₇％₃.₂₀％

構造部材を取り付けた場合にはねじれ成分の卓越はほ長辺

₁次₂.₄₀％₃.₈₀％

とんど見られないことが確認できた。

方向

₂次₂.₀₀％₃.₃₀％₂ ）非構造部材を取り付けた後での計測結果からは， ₁ 次
─ 141 ─

小林礼奈・渡壁守正

固有振動数は構造躯体のみに比べて約₂₀％大きくなり，計測にあたり快く対応していただきました。常時微動計測

非構造部材の取り付けが剛性の上昇に繋がったものとの実測においては渡壁ゼミの ₃ ， ₄ 年生（₂₀₁₇年度卒，確認できた。また， ₂ 次固有振動数は増大率が₂₈～₂₀₁₈年度卒）にご協力いただきました。心より感謝申し上

₃₅％と ₁ 次固有振動数への影響より大きいことも確認げます。また解析には国立研究開発法人建築研究所のできた。

viewwave ソフトを使用させていただきました。さらに，本₃ ）非構造部材の有無に関する減衰への影響は，固有振動数の比較で示した剛性変化の差ほどは現れなかった。

研究は公益財団法人古川技術振興財団の支援を受けました。
併せて感謝の意を表します。

今回の実測は，鉄骨造建築物の非構造部材の有無が振動特性に及ぼす影響について実測した一例に過ぎない。今後
は，新生命学部棟₂₇号館に類似した建物形状についても計測を実施し，データを蓄積して基本的な振動特性を詳細に調査する必要がある。さらに，蓄積したデータを基に建物の応答解析モデルを構築し地震時挙動に関する検討も行う予定である。

文献₁ ）寺本隆幸：ALC 間仕切の被害から見る今後の課題，建築技術，pp. ₁₅₆-₁₅₉，₂₀₁₂.₆
₂ ）日本建築学会 非構造部材の耐震設計指針・同解説および耐震設計・施工要領（₁₉₈₅）
₃ ）福本早苗：鉄骨造建築物の地震応答に及ぼす非構造部

謝

材の制震効果に関する研究（₁₉₉₇）

辞₄ ）株式会社フジタ 広島工業大学（仮称）生命学部棟新築

常時微動計測に用いた計測機器は戸田建設株式会社に多大なるご協力をいただきました。株式会社フジタには現場─ 142 ─工事構造計算書（₂₀₁₆）