日本建築学会大会 (2020年)

地震被災建物の被害度即時評価・表示技術に関する振動台実験○正会員 日高 和幸*1，同 神崎 喜和*2，同 梶原 浩一*3，同 長江 拓也*4，同 高谷 和樹*4，同 岡崎 太一郎*5，同 松宮 智央*6，同 中澤 博志*3，同 御子柴 正*3損傷モニタリング，LED，Gyro，層間変形，震度，床応答
1. はじめに2 層ユニットハウス（図 1）に JMA 神戸波を入力する振動

3. 実験結果
本実験では，層間変形角を被害度の指標として提案技術実台実験から，被害度即時評価・表示技術の概要を紹介する。

装を検証したが，計測震度，床応答スペクトルを指標とした場合を想定した制御方法についても，考察内容を報告する。
3. 1 層間変形角を被害度指標とした場合
本実験では 2 種類の Gyro A, Gyro B による計測値を 1 階積分することで，層間変形角を計算した。それぞれの仕様を表1 に示す。Gyro B により計測された角速度を 5 秒ごとに積分とフィルタ処理(1/3~30Hz バンドパスフィルタ)を行い，累積図 1 試験体 2 層建築（ユニットハウス）させて各時刻の層間変形角とした。JMA 神戸波 50%加振およ

2. 技術の概要
提案する被害度即時評価・表示技術の概念を図 2 に示す。

び 100%加振の時刻歴波形を図 5 に示す。図 4 で示した各段
階の LED 照明色を重ねている。層間変形角をモーションキャ計測器から得たデータをもとにリアルタイムで被害度に関連プチャ(以降，M-Capture) と Wire 変位計から求めたところ，する工学指標を計算し，あらかじめ設定した閾値をもとに被最大値において 1.2 倍程度 M-Capture の方が大きくなった。

害度を複数段階で評価する。評価の段階に対応する LED の照表 1 Gyro 仕様

明色を白，黄，燈，赤に変化させることで周囲へ評価結果をGyro

速やかに表示する。使用した各計測器の設置位置，および定格容量[rad / s]AB

±15.71±1.75

Angle [rad]LED 照明色の制御実績を図 3，図 4 に示す。

加振倍率0.06 50%

オフセット誤差

解像度[LSB / (rad / s)]±0.5%RO±0.1%RO

公称値なし
2.9×10加振倍率
100%

0-0.0615202515Time [s]2025段階(図4の照明色)
4赤
Gyro
3燈
Wire変位計
2黄1白
M-Capture
2黄3燈
4赤
表示時刻

図 5 層間変形角の時刻歴波形と表示タイミング（W 棟）
ピーク時層間変形角の M-Capture 評価に対する Gyro 評価の比(図 6)では，10%加振時に Gyro A で差異が大きい。Gyro A
は定格容量が大きい分，角速度の解像度が相対的に低いと考えられる(表 1)。最大値の比較(図 7)において Gyro A, B と M-

図 2 モニタリングシステムの概念図

Capture との差は 10%程度に収まっており，差は小さくなった。

Ratio

加振倍率

AB

100%

1-1 151820 15Time [s]1820Angle [rad]

加振倍率

3 10%

図 6 Gyro の層間変形角比
図 3 計測器配置

0.040.020

Gyro A
Gyro B
M-Cap.

加振倍率

図 7 最大値の比較(図 5 の表示時刻の意味するところとして)閾値を超過した時刻から，積分区間に相当する時間差の分だけ表示までにタイムラグが生じたが，南海トラフ地震の発生時に長い時間をかけて揺れが増幅する状況下での避難誘導を実利用形態のひとつに想定しており，実務的には即時評価・即時表示の技術体系が成立したと考えている。

図 4 層間変形角閾値に応じた LED 照明色の制御実績

Shaking Table Test for Quick Damage Monitoring and Indication Technologies for Buildings in Seismic DisasterKazuyuki HIDAKA, Yoshikazu KANZAKI, Koichi KAJIWARA, Takuya NAGAE, Kazuki TATKAYA,Taichiro OKAZAKI, Tomohiro MATSUMIYA, Hiroshi NAKAZAWA, Tadashi MIKOSHIBA

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Gyro 設置位置の傾き評価と，層間変形角の差異(図 8)に夫が評価の信頼性に重要である。

関して，柱梁間を完全固定と仮定すると，式 1 に示すよう実験値 1成分に層間変形角に対する比は 1.5 となる。M-Capture に基づ

JM A神戸波 3成分

フーリエ変換き，層間変形角(図 3 の床梁間青丸)と柱回転角(図 3 の燈
伝達関数丸)を計算し，ピーク時の両者の平均比を図 9 に示す。変𝐻𝐸𝑊
𝑁𝑆𝐻𝑈𝐷𝑁𝑆形角比は 1.2 程度となった。これは，梁の変形および柱梁接合部の固定度低下に起因するもので，加振ごとに減少

計測震度フィルタ(図12)する傾向は，梁端部の損傷に起因するものである。
計測震度計算図 10 計測震度
フィルタ

柱の下半分を片持ち梁として抜き出すと，柱の中央部につい図 8 Gyro 設置位置の評価
Ratio

1.20.8て，モールの定理から，
𝑢 𝑃𝐻
2 24𝐸𝐼𝑃𝐻
𝜃柱8𝐸𝐼
よって，
柱中央の変形角𝜃柱 は，𝑢𝜃柱 1.5𝐻
層間変形角𝑅加振倍率

図 12 計測震度時刻歴より，

0.4

𝜃柱𝜃梁0加振倍率

図 9 変形角比の平均

図 11 計測震度の計算フロー

図 13 計測震度最終値

3. 3 床応答スペクトルを被害度指標とした場合
屋上床位置での加速度記録を，吊り下げ天井，設備，配管1.5となる。

等の非構造部材に対する入力動として考え（図 14），その床式 1 構造力学

応答スペクトル (h=5%) から特定の周期帯におけるスペクト

3. 2 計測震度を被害度指標とした場合
3 階建て木造住宅 E-Defense 実験 (2019.2) において，1 階床ル振幅を天井や配管等の被害評価に使用する。10 層 RC 造骨組 E-Defense 実験 (2018.12) で設置された吊り長さ 600 mm の位置における加速度波形から計測震度を計算することによるスプリンクラー配管の結果を参照し，0.3-0.5 sec の周期帯の被害度評価が行われた。計測震度の計算では 3 方向成分（水平均振幅を指標とした。実験データに基づく床応答スペクト

平 2 方向成分 + 鉛直方向成分）の時刻歴波形を周波数領域でルを図 15 に示す。平均スペクトル振幅(図 16)では，50%加フィルタ処理(図 10)するが，本実験は水平 1 方向加振であり，残りの 2 方向成分を JMA 神戸波の原波から補完した；本実験

振から 100%加振において，躯体の顕著な塑性化により加振倍率に対して増大程度が鈍い(55 m/s2⇒75 m/s2)。100%加振 2での入力成分(NS 方向)に対する残り 2 成分(EW，UD 方向)回目では 55 m/s2 まで低下しているが，これは躯体の損傷が進の伝達関数をそれぞれあらかじめ求めておき，計測値のフーむことでスペクトルのピークが長周期側へ移ったためである。

リエスペクトルに計測方向変換フィルタとして乗じることで疑似的に対応した(図 11)。計測震度の計算では，降順の0.3/∆t番目を取り出す過程があるため，波形の前半部分に対して，その時点までの計測震度を算出できる。計測開始時刻から，算出時刻までの計測震度を Real Time 計測震度とした。
計測終了時までの全波形を，計測開始時刻から 3 秒おきに取図 14 床応答入力

図 15 床加速度の応答スペクトル

図 16 平均スペ
クトル振幅

り出し求めた Post 計測震度との比較を図 12 に示す。いずれと設備応答も計測開始直後に震度が急上昇している。原波の 3 方向成分を用いた計測震度とともに計測震度最終値を図 13 に示す。最4. まとめ
層間変形角を閾値とし，地震被災建物の被害度評価と大値で見ると震度 1 段階程度の差が生じている。震度 6 弱とLED 照明表示技術を実験検証した。事後検証で計測震度，震度 6 強の差において地震被災建物の被害度が格段に大きく

床応答スペクトルを閾値とする場合の手順を例示した。

なるケースが多々見られるので，ここでの解像度確保への工今後は，複数指標評価を統合する総合評価を検討する。

*1 文化シヤッター株式会社*2 不二サッシ株式会社*3 国立研究開発法人防災科学技術研究所*4 名古屋大学*5 北海道大学*6 近畿大学

Bunka Shutter Co., Ltd
FUJISASH CO., LTDNIED
Nagoya University
Hokkaido University
Kindai University2