第一工業大学研究報告第26号（2014）pp.151－154

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第一工業大学研究報告第26号(2014), pp. ??-???.

火山噴火に伴い発生する大地震が木造住宅に与える影響に関する研究
火山噴火に伴い発生する大地震が木造住宅に与える影響に関する研究
重野翼 1・古田智基 2

重 野 翼1・古 田 智 基2
1

第一工業大学

建築デザイン学科卒業（現在高知工科大学大学院修士課程1年生）
2
第一工業大学 指導教授 建築デザイン学科（〒899-4395 鹿児島県霧島市国分中央1-10-2）
E-mail : t-furuta@daiichi-koudai.ac.jp

Volcanicity Major Earthquake Response Estimation of
Wooden House
Tsubasa SHIGENO1, Tomoki FURUTA2
桜島大正大噴火は我が国が体験した20世紀最大の火山噴火である。噴出物による被害のほか、噴火に伴う火山性の大地震により鹿児島県内各所で多大な被害が出た。
現在、桜島の溶岩の蓄積量は大正大噴火当時の噴火がいつ起きてもおかしくない状態にまで達しているといわれている。
そこで、本研究は、実際に鹿児島県錦江湾を震源として発生した地震のデータをもとに、在来軸組工法2階建ての木造住宅を対象に地震応答解析を実施し、火山性大地震が木造住宅に与える影響を検証した。
Key Words : Wooden house, Volcanicity major earthquake, Earthquake response analysis
1. 本研究の目的
桜島大正大噴火はわが国が体験した 20 世紀最大の火山噴火である。噴出物による被害のほか、噴火に伴う火山性の大地震により鹿児島県内各所で多大な被害が出た（写真 1）1）。現在、桜島の溶岩の蓄積量は大正大噴火当時の噴火がいつ起きてもおかしくない状態にまで達しているといわれている 2）。
そこで、本研究は、実際に鹿児島県錦江湾を震源として発生した地震のデータを用いて、在来軸組工法 2 階建て木造住宅を対象に地震応答解析を実施し、火山性地震が木造住宅に与える影響を検証した。
2. 研究方法
まず、防災科学研究所の強震観測網(K-NET)3)を用いて 1996 年から 2013 年までに鹿児島県錦江湾を震源に発生した地震のデータを検索し、①国分、②鹿屋、③喜入の観測所でそれぞれ最大1

写真 1 鹿児島市内の被害状況
震度となる地震波を地域波として 3 種類入手した。図 1 はそれぞれの地震の震源地を示している。
次に、解析モデルは図 2 のような柱－横架材接合部をピンとする 2 層の骨組みモデルで、たすき掛けの二つ割り筋かいを 1 本の非線形バネで表現している。構造用合板耐力壁を併用するケースでは、この非線形バネも並列に配置する。
非線形バネには、4 折れ線の NCL モデル 4)を用いた。増分解析で得られた耐力壁の荷重－変形関係を図 3 に示す。
2 階建ての在来軸組工法木造住宅の解析モデルを作成するにあたり、壁量充足率および 1 階と 2階の床面積比を主なパラメータとした。1 階と 2階の壁量充足率は、基本的に同じとしている。
また、構造用合板耐力壁を併用した場合や、2 階の壁量充足率を 1 階より高くした場合についても解析を行った。表 1 にパラメータの一覧を示す。
解析モデルの 1 階には、壁長が 910mm のたす
き掛け二つ割り筋かい耐力壁を 1 箇所配置し、節点に付加する重量と 2 階耐力壁の量を調整することで、壁量充足率や床面積比を調整した。
節点に付加する重量は、以下の式(1)～(3)で求めた。ここで建物重量には、耐力壁以外の準耐力壁などによる負担分を全体の 1/3 と仮定し、2/3 を乗じている。
以下の式(1)～(3)を用いて、節点に付加する重量を求めた。ここで建物重量には、耐力壁以外の準耐力壁などによる負担分を全体の 1/3 と仮定し、2/3 を乗じている。
建物重量(1 階+2 階)＝壁倍率×壁長×基準耐力/Co/壁量充足率×2/3(1)

1 階重量＝建物重量/(1＋単位面積重量比×面積比)(2)

2 階重量＝建物重量－1 階重量①③②

図 1 地域波の震源地

2階重量
2階構造用
合板バネ

2階
筋かいバネ

1階重量
1階構造用合板バネ

(3)

1階
筋かいバネ

2730mm

第26号（2014）

2730mm

第一工業大学研究報告

152

910mm910mm

ここで、壁倍率は 1 階耐力壁の壁倍率であり、4.0（たすき掛け）とした。壁長は 910mm、基準耐力は 1.96kN/m、C0 は層せん断力係数で 0.2 である。単位面積重量比とは１階と 2 階の単位面積当たりの重量比で、ここでは 0.7 とした。面積比は 1 階と 2 階の床面積比である。なお、解析モ
デルの一次固有周期は、壁量充足率 1.0 の場合で0.36 秒程度だった。
解析における入力地震波は、地域波のkokubu2012、kanoya2009、kiire2009 の 3 種類と、比較として JMA Kobe NS の 4 種類とした。固有周期が 0.16～0.64 秒における減衰定数 5％の時の応答加速度の平均が図 4 のように概ね 980gal となるように、加速度の倍率を kokubu2012 及びkanoya2009 は 100 倍、kiire2009 は 40 倍とし、JMA Kobe NS は 0.55 倍とした。代表的な地震波形（kokubu2012 加速度波形）を図 5 に示す。

図 2 解析モデル

図 3 耐力壁の解析モデル（壁長：1P(910mm)）

2重野・古田：火山噴火に伴い発生する大地震が木造住宅に与える影響に関する研究り約 7 倍の、2 階では約 15 倍の差が生じた。現行基準である壁量充足率 1.0 のときは、1 階で約7 倍、2 階で約 4 倍の大きな差が生じた。
図 4 に示したように、JMA Kobe NS は固有周期 0.3 秒以上で応答加速度が増大しているのに対して、地域波は 0.3 秒以上で収束しており、木造住宅の固有周期帯（0.3～0.5 秒）とずれたためにこのような応答変位の差が大きく生じたと推測される。
また、図 7 は、2 階の壁量充足率を 1 階の壁量充足率の 2 倍とした場合（壁量充足率比 2.0）の解析結果である。1,2 階とも同じ壁量充足率の場合（壁量充足率比 1.0）と比べて 2 階の層間変位は小さくなり、壁量充足率 0.5 の時 kokubu2012
は 8.8mm（R=1/310rad）で約半分に、JMA Kobe
NS は 20mm（R=1/134rad）で約 1/15 となり、壁量充足率 1.0 の時 kokubu2012 は約半分、JMAKobe NS は約 1/6 となった。しかしながら 1 階の層 間変位 は大 きくな り、 壁量充 足率 0.5 の時
kokubu2012 は約 1.4 倍、JMA Kobe NS は 2.3 倍となり、壁量充足率 1.0 の時はともに 1.3 倍となった。
ここで、図 6 で比較した壁量充足率 1.0 の時の解 析 結 果 （層 せ ん 断 力－ 層 間 変 位） を 、 図 8（kokubu2012）及び図 9（JMA Kobe NS）に、同
じく図 7 で比較した解析結果（層せん断力－層間 変 位 ） を 、 図 10 （ kokubu2012 ） 及 び 図 11（JMA Kobe NS）に各々示す。

表 1 解析モデルのパラメータ
床面積比1.25

10.75

応答加速度(gal)0.5

壁量充足率 壁量充足率比 1次周期0.50.53
10.3751.50.3060.5
0.524
110.37
1.5
0.302
0.5
0.515
10.364
1.5
0.297
0.5
0.473
210.334
1.5
0.273
0.5
0.503
110.356
1.5
0.291

2500

2012国分

2009鹿屋

2000

2009喜入

BCL L21500

Kobe

NS

1000

500

0
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

153

1周期(sec)

図 4 加速度応答スペクトル(h=5％)加速度（gal）

kokubu2012
400
300
200
100
0-100-200-300-400-500-600
0102030
経続時間（ｓ）

4050

図 6 最大層間変位（壁量充足率比 1.0）

図 5 加速度波形（kokubu2012）
3. 研究結果
壁充足率を 1，2 階とも同じとして（壁充足率比 1.0）解析した地震波の中で、応答変位が最も大きかった kokubu2012 と JMA Kobe NS 入力時の最大層間変位の比較を図 6 に示す。
kokubu2012 の壁量充足率による変化はほとん
ど見られず、全て安全限界（R=1/30rad）を下回った。壁量充足率 0.5 の場合、1 階の kokubu2012の層間変位 14mm（R=1/195rad）に対し、JMAKobe NS の層間変位は 96mm（R=1/29rad）とな

図 7 最大層間変位（壁量充足率比 2.0）
3

第一工業大学研究報告

154-3062階

420-20-10-2010-20206

層せん 断力(kN)

層 せ ん 断 力 (kN)

1階第26号（2014）

420-10-20-4-41020

層間変位(mm)

層間変位(mm)-6-6-8-81階

31025

図 7 最大層間変位0（壁量充足率比2.0） 20-10010-201-10-10030

層間変位(mm)

層せん 断力(kN)

150200

図 11 解析結果（層せん断力－層間変位）（JMA Kobe NS：壁量充足率比 2.0）
4. まとめ入手した地域地震波による応答変位は、最大でも kokubu2012 の 1 階で 20mm（R=1/135rad）（床面積比 1.0、壁量充足率 1.0）、2 階で 31mm
（R=1/88rad）（床面積比 0.5、壁量充足率 1.0）となり損傷限界（R=1/120rad）近傍であったのに対し、JMA Kobe NS の場合は、1 階が 141mm（R=1/19rad）（床面積比 1.0、壁量充足率 1.0）、2 階が 311mm（R=1/9rad）（床面積比 0.75、壁量充足率 0.5）と安全限界（R=1/30rad）を大幅に超え、倒壊の可能性が確認された。

6420050100150

層間変位(mm)-4-6
層せん 断力(kN)

100-15-2

1階50-10

図 8 解析結果（層せん断力－層間変位）（kokubu2012：壁量充足率比 1.0）-500

層間変位(mm)-3-100-50-5-2

2階15

層せん 断力(kN)4

層 せ ん 断 力 (kN)

2階151050-100-50

050100火山性の地域地震波は、固有周期 0.3 秒以上の加速度が急激に減少するために木造住宅の固有周期帯（0.3～0.5 秒）と共振点が外れ、大きな応答変位にならなかったと推測される。

150-5
層間変位(mm)-10-15

図 9 解析結果（層せん断力－層間変位）（JMA Kobe NS：壁量充足率比 1.0）
5

層せん 断力(kN)

2階【参考文献】
1） 内閣防災情報のページ（http://www.bousai.go.jp/index.html）
2） 桜島大正大噴火 100 周年 Web サイト（http://sakurajima100.org/）
3） 防災科学研究所 強震観測網（K-NET）（http://www.kyoshin.bosai.go.jp/kyoshin/）4） 松永裕樹，曽田五月也，宮津裕次：木質構造物の復元力特性のモデル化と動的解析への適用，日本建築学会関東支部研報告集，pp.201204，2008.3

4
32
10-15-10-5-1 0-2510
層間変位(mm)

151020層間変位(mm)30-3

1階

層せん 断力(kN)-410-10-2 08642【謝辞】
本研究を進めるにあたって、論文の書き方から研究の内容まで懇切丁寧にご指導していただ
いた古田智基先生、毎日明るく楽しい雰囲気の中で研究を進めさせてくれた古田研究室の皆様に感謝致します。

0-30-20-4-6-8

図 10 解析結果（層せん断力－層間変位）（kokubu2012：壁量充足率比 2.0）4