ＢＲＩ－Ｒ０３講演会テキスト

強震観測記録に基づく鉄骨造超高層建築物の振動特性の推定に関する検討
国際地震工学センター 主任研究員

中川 博人

年 10 月の 180 イベント、建物 C で 2003 年 5 月～2021 年 10

Ⅰ はじめに月の 784 イベント、建物 D で 1995 年 3 月～2020 年 11 月の建築研究所では、建物の地震時挙動の把握に資するため、国内において強震観測を実施している 1)。ここでは、建築研

373 イベントである。

究所の強震観測網の中から 4 棟の鉄骨造超高層建物を対象とⅢ 建物振動特性の推定方法し、それらの振動特性（固有周期および減衰定数）について強震観測記録から建物振動特性について検討するため、既振幅依存性に着目した検討例を紹介する。対象建物の振動特報 4)と同様に、以下の手順により 1 次の固有周期と減衰定数性は既に Kashima2)や池田ら 3)によって評価されているが、本を推定する。4 棟の検討対象建物の L 方向（長辺方向）およ

検討はこれら既往の検討とは異なる推定手法を用い、小振幅

び T 方向（短辺方向）のそれぞれについて、頂部と基部で観の記録も含めて同建物の振動特性を再評価したものである。

測された加速度波形から算出した 2 点間のフーリエスペクト

Ⅱ 対象建物の概要と強震観測記録ル比を確認し、1 次モードを抽出するように観測波形にバン

図 1 に検討対象建物の概要と地震計設置位置2)を示す。建ドパスフィルターを施す。具体的には L・T の両方向とも

物 A は仙台市にある 1973 年竣工の建物である。建物 B は東0.3Hz から 0.8Hz のバンドパスフィルターをかける。次に、京都千代田区にある 1994 年竣工の建物である。
基礎及び低層フィルター処理した加速度波形に対し、部分空間法（本検討部を共有するツインタワー型の建物であるが、本検討では文では MOESP 法）による同定 5)を行う。MOESP 法の設定は、

献 2)3)と同様にタワーC のみを対象とした。建物 C は建物 B

入力を基部、出力を頂部（中間階の観測記録がある場合はそと同じく東京都千代田区にある 2000 年竣工の建物である。
極れも出力に含める）、システム次数を 2 とした。また同定に用軟鋼制振壁と粘性体制振壁による制振壁を有している。建物

いる波形の時間については、頂部と基部の 2 点間の相対変位

D は横浜市にある 1995 年竣工の建物である。

が最大となる時間から 40 秒間を使用した。
ブロックハンケル

分析対象とした強震観測記録は、建物 A で 1989 年 6 月～

行列のブロック行数は試行的に 100 としている。なお、同定2021 年 10 月の 286 イベント、建物 B で 1994 年 10 月～2021の際には L 方向と T 方向をそれぞれ個別に取り扱っている。

Tower B

95 m

85.5 mL-dir.
(N164°E)(a) Building A

16.6 m104.5 mSection106.4 mSection74.1 mL-dir.
(N208°E)

T-dir.
(N298°E) Plan
N(b) Building B

38.4 m

01F, 20F

19F

51.8 m26.2 mB2F

Tower B
39.2 m26.2 m

15F
B2F

T-dir.
(N074°E)
N

B4F

74.1 mSection

45 m
Section

Plan

13F

01F
22.5m

B2F

21.8 m10.2 m62.7 m

15F

23F

21F

20F

19F

96.6 mTower C

B4F
21F

L-dir.
(N208°E)
96 m
Plan

T-dir.
(N298°E)
N(c) Building C

図 1 検討対象建物の概要と地震計設置位置（★）2)

B2F
23F
50.4 mT-dir.
(N303°E)
N

L-dir.
(N213°E)
Plan(d) Building D

Ⅳ 振幅依存性と 2011 年東北地方太平洋沖地震前後の差異●、■）に比べ、以降の記録から推定したそれ（△、×）の図 2～図 5 に各建物で推定された 1 次の固有周期と減衰定方が長いことがわかる。図中の破線は Kashima2)により評価さ数を示す。各図とも 2011 年東北地方太平洋沖地震以前を●おれた固有周期と最大変形角の関係であるが、どの建物においよび■、以降を△および×で示しており、上段が固有周期、ても本検討の評価結果とおおむね対応していることがわかる。

下段が減衰定数、また左列が L 方向（長辺方向）、右列が T一方で各図の下段に示した減衰定数については、ばらつきが方向（短辺方向）である。振幅依存性に着目するため、全て大きく、最大変形角や地震前後での明瞭な傾向は見られない。

6)のグラフの横軸を次式による最大変形角 θmax としている。

=
θ max d Top (t ) − d Base (t )maxH

(1)

Ⅴ まとめ
4 棟の鉄骨造超高層建物を対象に、長期間に渡って観測さここに t は時間、dTop(t)および dBase(t)はそれぞれ建物頂部およれた強震観測記録に基づく建物振動特性の検討例を紹介した。

び基部の（前述のバンドパスフィルターを施した）変位時刻

部分空間法により推定された固有周期については振幅依存性歴、H は 1 階床面から頂部の加速度計までの高さ2)である。

が認められたが、減衰定数についてはばらつきが大きく明瞭

各図の上段に示した固有周期について見てみると、θ max がな傾向は見られなかった。今後さらなる検討が必要である。

大きくなると固有周期が長くなる振幅依存性が認められる。

謝辞：強震観測の実施には建物管理者や関係者の方々にご理解・ご協力を戴いまた東北地方太平洋沖地震の前後の記録から推定した固有周

参考文献：1)建築研究所の強震観測網：https://smo.kenken.go.jp/ja 2)Kashima：期を比較すると、全ての建物において系統的な違いが見られ、Procedia Eng., 199, 2017. 3)池田・倉田：DPRI Annuals, (63B), 2020. 4)中川・鹿

東北地方太平洋沖地震の以前の記録から推定した固有周期（
Kashima(2017)ています。一部の図の作成に GMT7)を使用しました。記して謝意を表します。

嶋：AIJ 大会, 2021. 5)肥田・永野：AIJ 論文集, 79(701), 2014. 6)鹿嶋・北川：
AIJ 技術報告集, 11(22), 2005. 7)Wessel & Smith：EOS Trans. AGU, 79(47), 1998.
Kashima(2017)

Kashima(2017)
After

After

Before

After

After
BeforeBefore

図 2 建物 A の固有周期・減衰定数と最大変形角の関係

Kashima(2017)

Before

図 3 建物 B の固有周期・減衰定数と最大変形角の関係

Kashima(2017)
After

After

Kashima(2017)
BeforeKashima(2017)

After

Before

図 4 建物 C の固有周期・減衰定数と最大変形角の関係Before

AfterKashima(2017)
Before

図 5 建物 D の固有周期・減衰定数と最大変形角の関係