工学院大学建築系学科卒業論文梗概集
久田研究室 2013 年度

首都圏に建つ偏心ある超高層建築の制振補強に関する研究
D1-10134 白崎
1． 研究の背景と目的

2．2

和幸

立体モデル概要

近年首都圏で は、 M7 ク ラスの首都直下 地震による 強既往の研究 1 ）により、構造 計算書及び施工図面を元に震動や、M8 クラスの東 海 、東南海地震に よる長周期 地立体フレームモデルが作成されている。地下部分は剛性震動の危険性が高まっていると指摘されている。更にの高い RC 構造である為 、 本研究では地下階は扱わず、2011 年 3 月 11 日に発生した東日本大震災では、過去 に地上階の構造部分のみを対象とする。非構造部材につい例がないほどの大きな振幅レベルの波形が観測され、そては既往の研究では考慮していない。建物重量は、構造のため超高層建築における地震応答解析はより重要なも部材及び小梁については構造計算書から部材の大きさをのとして注目されている。

算出し、解析ソフト（任意形状立体フレーム弾塑性解析

本研究では超高層建築における地震応答解析の一環として、新宿副都心の一角に位置する超高層建築物である

プログラム SNAP V.5） を 用いた自動生成により算出した。

STEC 情報ビル（以下オ フ ィス棟と呼ぶ）を対象とし、今後発生するであろう強震動の被害予測等の対策に使用

2．3

立体モデルの改善する為にオフィス棟立体モデルでの弾塑性地震応答解析

既存モデルでは外壁、内壁などの非構造の壁重量が考を行い、立体モデルに修正を加える事でより精度の高い慮されていないが、今回の研究では新たにオフィス棟モ解析結果を得る事が出来るモデルへと改善し、その立体デルに壁重量を追加し、その応答を解析する。壁重量をモデルの応答解析を行う。

追加する前後の固有周期の移り変わりと、東北地方太平洋沖地震で観測された固有周期を表：2 に示す。また 大2． 対象構造物概要
2．1

学棟の重量を追加したことによる各階重量と全層合計重量、割合の移り変わりを図 2 に示す。これを見ると、壁

オフィス棟概要

オフィス棟の建物概要を示す。表 1 にオフィス棟構造
概要、図 1 に基準階平面・伏図及び強震観測センサーの位置を示す。地上部は S 造 のブレース付きラーメン構造となっており、東西端部に 9.6m 幅のブレース構造の コアを持つダブルコアの建物である。また、コアを結ぶ22.4m の大スパン梁が 8 本配置されている。図 1 に示す
通り、東西端部のコアの大きさが X 通り方向で異なる 為、偏心によるねじれの影響が懸念される。
表 1：オフィス棟構造概要
建物名称
建築場所
竣工年
基準階面積
階数
アスペクト比
構造種別
地業形式
基礎構造

エステック情報ビル（オフィス棟）
東京都新宿区西新宿
1989年
1499㎡
28階
NS：3.96、 EW：3.16
地上：鉄骨造り（ブレース付きラーメン構造）
地下1～2階：鉄骨鉄筋コンクリート造
地下3～6階：鉄筋コンクリート造
東京れき層下部を支持層とする直接基礎（べた、布、独立基礎）
一部周辺低層部に基礎杭を併用

重 量 を 追 加 し た こ と に よ っ て 全 体 の 重 量 が お よ そ 15%程度増加したことが分かる。
表：2

各周期の比較
固有周期
NSEW
ねじれ一次
一次
二次
一次
二次
3.11観測2.9780.934
3.181
0.979
2.206
重量追加前
2.691
0.924
2.854
0.890
1.835
重量追加後
2.984
1.022
3.175
0.982
2.196
3126
2116変更前

階11変更後61

NS1

0NS2500t1000 1500 2000

図 2: 壁重量追加による重量の移り変わり

EW
UD

2．4 入力地震波
大学棟で観測システムより観測された東北地方太平洋
沖 地 震 （ 以 下 東 北 地 震 と 呼 ぶ ）、 想 定 首 都 直 下 型 地 震 2 ）
図 1：左）基準階平面図右）基準階伏図（ 以 下 首 都 直 下 地 震 と 呼 ぶ ）、 想 定 東 海 ・ 東 南 海 地 震 3 ）（以下東海東南海地震と呼ぶ）の NS、EW、UD 成 分 の3． 地震応答解析結果

3 成分を使用して行う。図 3 は、各地震の加速度の NS

図 5、6、7 に各地震の最大応答値を示す。東北地震の方向の時刻歴波形、図 4 は各地震の加速度応答スペクト

み観測記録との比較を載せているが、層間変形角についルを示す。ては観測器が各階に設置されていないため、観測記録との比較は行っていない。東北地震の最大応答値を見ると、

acceleration(gal)50

Max 49.5gal

観測記録と同様 NS1 より も NS2 の方が応答値が大 きくなっており、ねじれが再現されていることが分かる。応0

答値の大きさには若干の差があるものの、最大値の形か-500100

200

300

400time(sec)ら全体的に見ても実際の応答の形が上手く再現されてい600ると考えられる。首都直下地震では、全体的に応答値が500

acceleration(gal)60大きく、特に層間変形角では 22 階付近で最大で 1/100

Max 59.5galを超える部分があり、大きな被害が予測される。また

0NS1、NS2 での差が大きい ことも特徴で、加速度は NS1-600102030405060time(sec)に比べて NS2 の応答は 50%を超える差があり、層間 変

80形角では 3 階付近で 60%を 超える差が見られた。その為

70

acceleration(gal)

20偏心の影響による構造的被害が予測される。東海東南海

Max 17.4gal

地震では首都直下地震に比べて各最大応答値は小さいも0のの、他の地震同様に偏心の影響が見られる。層間変形time(sec)-20050100150

図 3：上段

200250300

東北地震 NS中段

首都直下地震 NS下段

東海東南海地震 NS1000

は NS1 では 1/200 を下回 っているものの 、NS2 では ほぼすべての層で 1/200 を超 えていることが分かる。
313126262121

response acceleration spectrum(h=0.01)800

16acceleration(gal)

EW
NSUD

600

16NS1NS2観測NS1観測NS2階
11400

6200

0
3500

0.5

1.52EW
NS
UD

2500

2000

02.5 time(s) 3

response acceleration spectrum(h=0.01)

3000

acceleration(gal)

1200

1000

3126

26NS1NS2観測NS1観測NS216500
000.5

11.5

22.5time(s)30(mm)400

3121

1500

61

10NS1NS2観測NS1観測NS2階
11階
11500 (mm/s) 1000

2116階
11NS1NS22000response acceleration spectrum(h=0.01)
EW
NS
UD

acceleration(gal)

1500

1000

66(mm/s~2)1102500

5000 0

1/500

1/250

図 5：東北地震 最大変位(上段左)、最大速度（上段右 ）、500

最大加速度（下段左）、層間変形角（下段右）000.5

図 4：上段

11.5

22.5 time(s) 3

東北地震加速度応答スペクトル

中段

首都直下地震加速度応答スペクトル

下段

東海東南海地震加速度応答スペクトル31312626

21211616

階
11階
114．制震補強案の検討
解析結果より、図 8 で示すように最も応答の大きかった首都直下地震で層間変形角が 1/100 を超えている 22階近辺と、NS1 と NS2 で 60~70%程度の差が発生し てNS1NS26

いる 3 階付近の二カ所の応答の低減を目標に制震補強

NS1
NS26

1400(mm) 8000313126262121NS116NS2階111500 (mm/s) 3000 パー設置位置を図 10 に示す。
31C２FrV(mm/s)

C121Vmax

NS116階11NS2階11(mm/s~2)

11/1001/50

図 6：首都直下地震 最大変位(上段左)最大速度（ 上段右 ）図 9：ダンパー減衰力

NS1

速度関係図NS2615000 07500F(KN)
Fmax

2660

NS2 の差を 20%低減させる 事を設計目標とする。使用 す166
1角が NS1、NS2 共に 1/100 を下回る事、3 階付近は NS1、るオイルダンパー性能を表 4、図 9 に示す。オイルダン

10案の検討を行う。具体的には、22 階近辺は最大層間変形

101/100 (mm) 1/50

図 8：首都直下地震層間変形角

最大加速度（下段左）、層間変形角（下段右）3131262621211616階11NS1

表：4階
11NS1NS26

型式 SD2000kN-160
最大減衰力Fmax(kN)
2000
リリーフ減衰力Fr(kN)
1600
減衰係数C1(kN・s/mm)
50
減衰係数C2(kN・s/mm)
3.39
内部剛性kd(kN/mm)
430

NS261

ダンパー性能10400(mm) 800

0313126262121

NS116NS2

階111000 (mm/s) 2000

NS1NS216

図 10：オイルダンパー設置位置（赤線）

階116

右、軸組図(X17,Y3,Y13)左、平面図6(mm/s~2)

116000 05．地震応答解析結果比較1/100

図 11、12 に補強後の解 析結果を示す。 首都直下地震

図 7：東海地震 最大変位(上段左)、最大速度（上段右 ）での変位と速度には大きな変化は見られないものの、最最大加速度（下段左）、層間変形角（下段右）大加速度を見ると NS1 の 値が大きくなり、 NS2 の値 が030001/200小さくなっている。その為、NS1 と NS2 での応答 の 差が小さくなり、偏心の影響が小さくなっていることが確認できる 。層 間変形 角で は NS1、NS2 とも に最 大 値が31311/100 を下回っており、 ま た 3 階付近での東西の差は元2626の 160~170%から 135%程 度に抑えられた。東北地震の解析結果を見ると、変位、速度共に値が小さくなってお補強前NS121

補強後NS1補強前NS2り、首都直下を対象としたダンパーの配置であるものの16他の地震にも一定の効果が得られることが分かった。層階
11間変形角に関しても、ダンパーを配置していない側の応答も小さくなっているので、偏心に対してはあまり効果があるとは言えないものの、全体の応答が小さくなっていることから補強としての効果はあるといえる。
3131262621211616補強前NS1補強後NS1補強前NS2補強後NS2階1160400(mm) 800

31補強後NS2補強前NS1補強後NS1補強前NS2補強後NS2101500 (mm/s) 3000

101/500

1/250

最 大 変 位 (上 段 左 )最 大 速 度 （ 上 段 右 ）れ、東側の応答が西側より二割から七割程度大きくなった。
もっとも応答の大きかった首都直下地震の 22 階付 近

166の差を 170%から 30%減 ら すことを目標にダンパーを配置し解析を行った。その結果、加速度では東西の差が小さくなり、層間変形に関しても 22 階 は 1/100 を下回 り、3 階付近も東西の差が 135%程度に抑えられ、目標を 達2167500(mm/s~2)15000

2000(mm/s~2) 4000の層間変形角が 1/100 を下 回ることと、 3 階付近の東 西階1101と近い値となった。またどの地震でも偏心の影響が見ら

階
11階
111

補強後NS2モデルに壁重量を追加した結果、固有周期は観測の物成することができた。また、首都直下地震に対しての補補強前NS216補強前NS2階
116．まとめ

26
補強後NS1補強後NS116最大加速度（下段左）、層間変形角（下段右）補強前NS121補強前NS16031266

図 12： 東 北 地 震

61補強後NS221

補強前NS1補強後NS1補強前NS2補強後NS2強案だったが、東北地震に対しても応答の低減の効果を発揮することが分かった。
今後の課題としては、実際に補強をする上での施工性、運搬性などの検討、多くの企業が事務所として利用してい る の で BCP(事 業 継 続 計 画 )に つ い て も 検 討 し て い く

101/100必要がある。

図 11：首都直下地震,最大変位(上段左)最大速度（上段右 ）最大加速度（下段左）、層間変形角（下段右）313126262121

参考文献
1) 藤 波 昭 秀 :首 都 圏 に 建 つ 超 高 層 建 築 の 制 震 補 強 に 関 する研究

工学院大学 2010 年度修士論文2) 田 中 良 一 他：首 都圏 に 建つ 超 高層 キ ャ ン パス と 地域 連 携に よる 地 震 防 災に 関 する 研 究（ その 2）
首都直下地震の強震動予測日本建築学会大会学術講演梗概16

補強前NS1
補強後NS1
補強前NS2
補強後NS2

階
11616
階116

10200

1(mm) 400 0

集 （ 中 国 ）、 構 造Ⅱ 、 pp.815-816、 2008.9
補強前NS1
補強後NS1
補強前NS2補強後NS2500 (mm/s) 10003) 株式会社大成建設提供