高層建物と免震建物の地震観測とその評価
Observations and Evaluations of Earthquake Responses ofHigh-rise Buildings and Base-isolated Buildings
井 川 望 *1

藤 井 睦 *1

伊 藤 真 二 *1

Nozomu Ikawa

Atsushi Fujii

Shinji Ito

古 城 豊 光 *2

太 田 崇 士 *2

Toyomitsu Furuki

Takashi Ohta

要旨
現 在 、 当 社 で 設 計 ･施 工 し た 10 建 物 に お い て 地 震 や 風 観 測 を 実 施 し て い る 。 実 建 物 に お け る 地 震 ・ 風 観測は、観測建物の耐震、耐風性能評価に有効かつ不可欠であるだけでなく、今後の耐震、耐風設計への活用が期待できる。隣接する立体駐車場と粘弾性ダンパーで連結された超高層住宅であるシーリアお台場、免震建物である技術研究所について、地震観測記録をもとに数値解析を行った。数値解析により観測記録を再現することができ、解析モデルの妥当性が明らかになった。

キーワード：地震観測

高層建物

免震建物

耐震性能評価

１．はじめに粘弾性ダンパー

２.シーリアお台場

1989 年に関西初の超高層 RC 建物である高見フローラル

シーリアお台場2,3）は東京のウォーターフロント・台場にタウン、翌年に免震建物である市川社宅の観測開始以来、2000年に竣工した32階建ての超高層住宅である。高さ80mの

現在、表 1 に示す高層建物や免震建物など 10 物件で地震や立体駐車場が住居棟に隣接している。各々単独で設計した強風時の建物の振動観測を実施している 1）。これら観測中

場合、駐車場の剛性が小さく、変形が大きくなりすぎる。の建物は当社が設計・施工した建物であり、高層 RC や免震･一方、駐車場と住居棟を一体とした場合、駐車場作動時の制振など施工時に何らかの新技術が導入された建物である。

固体伝搬音が問題となる。これらの問題を解決するため、構造特性に関する基礎データの収集や建築物に導入した構粘弾性ダンパーを連結材として使用している。本報告では、造技術の評価、耐震・耐風設計法の検証などを目的として、この建物で観測された地震記録の紹介と、観測記録をもと観測を実施している。にした解析結果について報告する。

本報告では、隣接する立体駐車場と粘弾性ダンパーで連結された超高層住宅である「シーリアお台場」、免震建物である「鴻池組技術研究所」での地震観測の概要と観測記録をもとに行なった数値解析について報告する。

2.1 設計概要
この建物は鉄筋コンクリート造地下 1 階、地上 32 階建ての超高層住宅である。住居棟の基準階階高は 3m、建築高さは 104m である。住居棟に高さ 80m の鉄骨造の立体駐車場

表1が隣接している。建築面積は 2,381m2、延床面積は 36,977m2

観測建物一覧

建物名称
高見フローラルタウン
市川社宅
浦安マリーナイースト

観測開始
所在地
構造・規模
大阪市 RC 31階
1989/9市川市 RC 2階 (免震)1990/3
浦安市 RC 28階
1996/2
THE ITOYAMA TOWER 東京都 CFT 18階 （屋上にHMD)
1997/7名古屋市 RC 26階、11階
1997/11
サンクレア池下鴻池組技術研究所
つくば市 RC 3階 (免震)1997/11鴻池ビル
大阪市 SRC12､9階(ﾀﾞﾝﾊﾟｰで連結) 1999/4
酉島リバーサイドヒル 大阪市 CFT40階 (層間にﾀﾞﾝﾊﾟｰ)
1999/7
後楽複合ビル
東京都 CFT9階＋RC5階 (免制震) 2000/3
シーリアお台場
東京都 RC 32階、S造駐車場(連結) 2001/4である。図 1,2 は軸組図と基準階伏図である。
基礎は直径 2m、杭長 47m の場所打ち拡底鋼管コンクリート杭で、全部で 45 本使われている。建設地点(地表から GL-47ｍまで)の S 波速度は 90～570m/s である。
住居棟と立体駐車場を独立に設計した場合、駐車場の剛性が小さく、変形は大きくなり、2棟の衝突が避けられない。住居棟と立体駐車場を一体として設計した場合、駐車場作動時の固体伝搬音が問題となる。これらの問題を解決するため、粘弾性ダンパーを連結材として使用している。

*1

技術研究所 建築技術研究部門*2

東京本店 建築設計部

この建物で使用されている粘弾性ダンパーはジエン系ゴ果が大きいことが確認された。また、連結することによるムを使い、厚さ 15mm で 4 層構造としている。設置場所は図

住居等に対する影響もほとんどないことが確認された。な

1,2 に示すように 4～5 層ごとに 6 体づつ、合計 30 体設置

お、温度の変化による応答の違いは小さく、2 棟間距離のされている。

変化量は温度が高い場合でも±5cm 以下となった。

26 階(立体駐車場の屋根)は、住居棟の集会室及び庭園となっているため、上下接続部には、過大な応力集中を避け、かつ駐車場作動時の防音防振対策を目的として積層ゴムが2.2 地震観測
この建物では、建物の振動特性と粘弾性ダンパーの効果の確認のため建物竣工以来、地震観測を行っている。加速採用されている。

度計が8ヶ所(住居棟の屋上、24階、14階、1階、駐車場棟の24階、14階、杭先端と地表)に2または3成分設置され、全部積層ゴムで22成分である。建物間の変形を計るために24階と14階にあわせて4つの変位計が設置されている。現在までに多くの記録が観測されている。
観測記録の一例として、震央までの距離が約25kmである

粘弾性ダンパー

表2の地震により観測された加速度波形を図3に示す。表3,4にこの地震での最大値を示す。最大の加速度記録は駐車場棟24階(東西方向)の98.9cm/s2 であり、加速度を積分して得られた変位の最大値は住居棟屋上(東西方向)で9.3mmである。水平2方向の加速度について、杭先端と比べて地表では2.3～2.8倍に増幅しており、建物1階では地表面の半分程度に低減され､屋上では1階の2.2～2.5倍に増幅している。

図1 軸組図立体駐車場

表 2 地震の概要日時
2003 年 10 月 15 日 16:30
マグニチュード5.1
震源千葉県北西部 深さ 74km
（北緯 35°37’、東経 140°3’）
表 3 最大加速度

住居棟

N

屋上
１階
24 階(駐車場棟)
地表
杭先端

南北
66.0
29.6
37.4
74.6
26.8(単位:cm/s2)
東西
上下
98.2
42.4
39.2
13.5
98.9
35.9
67.3
33.9
28.7
7.2

印は粘弾性ダンパーを示す

図2 基準階伏図
設計時には住居棟、立体駐車場とも 3 次元立体モデルの静的増分解析結果をもとに 1 層 1 質点の質点系モデルにモ

表 4 最大棟間変位
南北方向
24 階
0.58
14 階
0.70(単位:mm)
東西方向
2.36
1.71

デル化され、粘弾性ダンパーで連結された。粘弾性ダンパ
ーは、振幅依存、振動数依存、温度依存の特性を有するため、Maxwell モデルを並列につないだ 4 要素モデルに置換され、動的特性は早稲田大学曽田研究室による RL 法を用いた実験結果をもとに設定された。温度依存の検討のため、
低温 0℃、常温 20℃、高温 35℃の 3 ケースについて検討された。
時刻歴解析の結果、立体駐車場の応答は粘弾性ダンパーで連結しない場合と比べかなり小さくなり、ダンパーの効

表 5 に住居棟の加速度記録から得られた固有周期を示す。
これらの固有周期(測定値)は設計時の固有周期(水平 2 方
向とも１次：2.12 秒、２次：0.81 秒)とは幾分異なる。実際のコンクリート強度が設計値を上回ることや、設計時には考慮されていない非構造材が存在するため、一般に測定された固有周期は設計値よりも短くなる。今回の観測値も1 次周期で 10～15％程度短くなっている。

2.3 応答解析
構造設計の有効性を確認するため観測記録をもとに数値

100

解析による検証を行っている。ここでは 2003 年 10 月 15加速度（cm/s2 ）住居棟屋上(東西)50日の記録を用いた数値解析について紹介する。解析は水平方向について行う。設計時に用いられた方法と同じ解析方0法により、3 次元モデルをもとに質点系モデルを決定する。
-50

住居棟と駐車場棟は各階 1 質点の質点系モデルとし、1 階で50や非構造材の影響により実際の建物の剛性は設計値と幾分異なるため、測定された周期と一致するように剛性を割り増0す。なお、今回の解析は弾性範囲内であるため、耐力は設計-50時と同じ値とする。振幅レベルが小さいため、減衰は１％とする。

501階(東西)

気象庁の記録によると地震時の東京の気温は 18℃程度0であるので、粘弾性ダンパーの解析モデルは設計時に用いられた 20℃でのモデルとする。

-5050

地表(東西)

図 4 は住居棟屋上、図 5 は駐車場 24 階の加速度波形(東西方向)である。住居棟屋上の解析結果は観測記録とよく一致0しているが、駐車場の解析結果は観測記録とはやや異なる。
-5050

解析では高振動数成分をよく表せていない。解析において杭先端(東西)考慮していないフレームが存在しているために、複雑な応0答をしているものと思われる。加速度記録を積分して求め

5050
住居棟屋上(上下)100
観測

2加速度（cm/s ）05050

駐車場24階(上下)0500-50解析

2加速度（cm/s ）-100
1005050

1階(上下)

050
0-50時間（秒）

-100

50
500

地表(上下)

102030

図 4 加速度波形（住居棟屋上、東西方向）

01002加速度（cm/s ）

観測

5050

杭先端(上下)050

2040

時間（秒） 60

図 3 加速度波形（観測記録）

表5 固有周期
南北方向
1次
1.86
2次
0.550

東西方向
1.82
0.573

(単位 :秒)
上下方向
0.223
-2050
0-50

100-100
加速度（cm/s ）22加速度（cm/s2 ） 加速度（cm/s2 ） 加速度（cm/s2 ） 加速度（cm/s2 ） 加速度（cm/s ） 加速度（cm/s ）加速度（cm/s2 ）加速度（cm/s2 ）加速度（cm/s2 ）の観測記録を入射波として用いる。コンクリート強度の違い
駐車場24階(東西)解析
500-50時間（秒）-1000

102030

図 5 加速度波形（駐車場棟 24 階、東西方向）

た変位は 5.18mm で、解析による変位(4.88mm)と近く、変位震観測を行っている。本報告では、地震観測の概要および波形はかなりよく一致している。駐車場について今後、さこれまでに得られた多数の中小地震での記録を整理して示らなる検討が必要である。

すとともに、最近発生したやや顕著な地震での観測記録を

図 6 は 24 階の棟間変位(東西方向)である。この波形も用いた応答解析について示す。

解析と観測がよく一致している。
3.1 観測建物と観測方法
写真1に示すように、観測対象の建物は杭基礎・ＲＣ造耐

棟間変位（mm）

2.5観測1.5

震壁付きラーメン構造３階建てであり、平面24m(3スパン)0.5×48m(8スパン)の比較的扁平な形状を持つ。中央部の吹抜-0.5

けで上部構造は二分されており、１階以外では大梁のみで-1.5連結されスラブは連続していない。地震時設計重量6150ト

棟間変位（mm）-2.52.5ンの上部構造に対して、短辺中央の短いスパンを１積層ゴ

解析

1.50.5ムに集約することで27(3×9)基の積層ゴムアイソレータに-0.5より支持している。一般部の積層ゴムには冷間接着型4）を-1.5-2.5010

図6時間（秒）用いている。ダンパーには鋼棒製(4C-70φ×12基)と鉛製30(U-180×8基)の２種類を併用している。図7に免震デバイス

2024 階棟間変位（東西方向）の配置を示す。

表 6 に南北、東西方向の最大値を示す。南北方向の解析
結果についても東西方向と同様の傾向を示している。
表 6 最大値一覧
住居棟屋上 加速度(cm/s2)
駐車場 24 階 加速度(cm/s2)24 階棟間変位 (mm)

南北
東西
南北
東西
南北
東西

観測
66.0
98.2
37.4
98.9
2.360.58

解析
67.6
100.7
27.7
39.0
2.530.77

写真 1

観測建物

左：管理研究棟(免震)右：実験棟(非免震)

2.4 まとめ
粘弾性ダンパーで連結された超高層の住居棟と立体駐車場からなるシーリアお台場について 2003 年 10 月に観測された地震記録の紹介と観測記録をもとにした時刻歴解析を紹介した。立体駐車場の解析用モデル化など検討すべき項目は残っているが、観測記録は概ね数値解析により再現でき、粘弾性ダンパーを含む設計時に行われた解析の妥当性が確かめられた。

３. 当社技術研究所

図7

免震デバイスの配置

地震の観測には、フィードバック型の加速度計を用いており、図8に示すように、建物近傍の地中３点(地表，中間技術研究所(茨城県つくば市)の管理研究棟では、免震デバイスの低コスト化と選択自由度の向上を目標とした免震システムを導入しており、これらの性能および免震設計の妥当性を実際の地震で検証するため、1997年の開所以来地層GL-8m，せん断波速度Vs=550m/s層GL-36m)、基礎、１階および屋上に合計24成分の加速度計を設置している。吹抜け部では、スラブ不連続の影響を見るため、その両側に複数の観測点を設けている。また、耐震構造との比較のため、隣接する実験棟(ＲＣ造地下１階･地上３階，一部鉄骨造)

1.6
1.5

観測について、クリープ観測のための変位計および地震時の詳

1.4

Ramberg-Osgoodモデル

細挙動を見るためのビデオカメラを設置している。

1.3

RNY

RCX,Y,ZRSY RF

RKX,Y

１次周期 (秒)の屋上に観測点を設けている。なお、冷間接着型積層ゴム

1NY+X←

実験棟
（非免震)

2F

1SY 1F

吹抜1.2
1.11.00.9

3F
管理研究棟（免震）

マルチリニアモデル

0.80.70.01

GL

免震層

G0X,Y,Z0.11
免震層相対変位(cm)

図 1010免震層相対変位と１次周期の関係

GL-12m

1EX,Y,Z, 1WZ
BEX,Y,Z, BWZ

G1X,Y

3.3 応答解析例
2004年10月から2005年2月にかけてのやや顕著な３地震

Accelerogramにより免震層の相対変位が最大0.9～1.5cmとなる応答が生
G2X,Y,Z
GL-36m図8

じた。過去の微少な記録とあわせ、観測記録を用いた弾塑性時刻歴応答解析を行った。図11に示すように、鉛ダンパ

センサー配置ーについて設計では入力レベル(小地震･レベル１･レベル２)ごとに特性値を変えたバイリニアモデルとトリリニア

3.2 地震記録
1997年11月から2005年2月までに地表計測震度5以下の約モデルを用いている。前出図10に示すように、マルチリニ200個の地震記録が得られている。これらの最大加速度とそアモデルではマクロな変形‐周期関係は表せるが、変形レの増幅率の関係を図9に示す。非免震では平均増幅率が1.7ベルによっては誤差が大きくなる。今回は、変形‐ 周期関倍であるのに対して、免震では全数平均増幅率0.8倍、基礎係が実測同様に滑らかで、また弾性から大変形まで連続的

2加速度15cm/s 以上での平均では0.4倍であり、免震による加に扱えるRamberg-Osgoodモデル6）も採用した。図10に示す

速度の低減効果は入力が大きいほど明瞭となっており、こように大変形域および実測の変形(0.01～1.5cm) ‐ 周期関れらの傾向は他の加硫接着型積層ゴムを用いた免震建物で係に適合させた場合、同モデル復元力特性は、支配する指の傾向

5）と同様である。

数がγ=4となり、完全剛塑性とはならない。

5増幅率432
非免震全平均 1.661
免震全数平均 0.7715gal以上平均 0.380110100
地震動の大きさ (基礎最大加速度［gal］)

図91000N=206荷重（鉛製ダンパ全基） (tf)120
在来棟(長辺方向)
在来棟(短辺方向)
免震棟（長辺方向）
免震棟（短辺方向）

10010cm時
60～70tf

8020cm時80tf

60
バイリニアモデル(レベル２)

40

バイリニアモデル(レベル１)

小変形時は実測の変形周期関係20トリリニアモデル(小地震用)
Ramberg-Osgoodモデル

005

図 11101520
免震層変形 (cm)2530

鉛ダンパーの復元力特性

加速度増幅率図 12 に変形量の異なる３記録(応答変形 0.1,0.9,1.5

前述の記録から得た免震層の最大相対変位と１次周期のcm)での免震層の相対変位波形を、図 13 には過去最大の入関係を図10に示す。周期は変形の増大とともに徐々に延び、力であった記録での１階加速度を入力の加速度とあわせて弾性域から弾塑性に変わる領域(鉛製ダンパーの塑性化)でそれぞれ示す。いずれのモデルも変形レベルにかかわらずは片対数表示で下向凸の滑らかな曲線となる。なお、微少計 算 値 は 観 測 値 と ほ ぼ 整 合 し て い る 。 ま た 、 Ramberg

変形での実測周期0.80～0.86秒は、弾性での設計周期0.76-Osgood モデルはトリリニア(免震層全体ではマルチリニ秒に比べやや長めとなっている。

ア)モデルに比べて全体的に整合性が優れる。

観測(2004/07/17)
計算(R-Oモデル)

相対変位（cm）

0.2

・弾性域での周期は設計値とほぼ整合するが、実測がわずかに長めの側にある。

0.0

・中小地震に対する加速度の低減効果は、加硫接着型積層

相対変位（cm）

0.2-0.2
0102030

観測(2004/07/17)
トリ 50
40計算(バイリニアモデル)
60時間 （秒）0.0

ゴムを用いた免震建物での傾向と変わらない。
・免震デバイス最大変形1.5cmまでの観測記録による時刻歴応答解析を行い、設計モデルおよび実測の変形‐周期関-0.201020(1)デバイス変形0.1cm

304050 時間 （秒） 60

係をもとに作成したモデルの妥当性を確認した。
・Ramberg-Osgoodモデルによる鉛ダンパーのモデル化は、

2004/7/17房総半島南東沖

弾性から大変形まで連続的に扱え、遠距離大規模地震に観測(2004/10/23)
計算(R-Oモデル)

相対変位（cm）

相対変位（cm）

2.0
1.0

よる居住性振動など、様々な応答量となる際の解析に有効と考える。

0.0-1.0
2.0-2.0
1.0 203040

観測(2004/10/23)
計算(バイリニアモデル)
トリ
5060

４．おわりに

時間 （秒）

0.0

隣接する立体駐車場と粘弾性ダンパーで連結された超-1.0-2.02030(2)デバイス変形 1.5cm

4050

時間 （秒） 60

2004/10/23 新潟県中越(本震 M6.8)

高層住宅であるシーリアお台場、免震建物である当社技術研究所での地震観測の紹介と観測記録をもとに行なった数

相 対変 位 （cm）

相対 変位（cm）

値解析についてまとめた。両建物とも数値解析により観測
観 測 (2005/02/16)
計 算 (R-Oモ デ ル )

1.0
0.0
-1.0
1.0

記録を再現することができ、解析モデルの有効性が確認できた。
今後も地震観測を続け、記録の蓄積に努めるとともに、

01020

観 測 (2005/02/16)30トリ
計 算 (バイ リ ニ時間
アモデル )40（秒）シミュレーションによる検証も並行して行っていく予定である。

0.0

最後に、本研究は、独立行政法人 都市再生機構を始め、-1.0
010(3)デバイス変形0.9cm
図 122030時間 （秒） 40

2005/02/16茨城県南部(M5.4)

施主、設計事務所等のご理解とご協力を得て実施することができました。ここに厚くお礼申し上げます。

免震層相対変位時刻歴の観測値と解析値

加速度（gal）

加速度（gal）

参考文献
400

観測（１階長辺方向）計算（R-Oモデル）-408040

基礎（入力）

0-40-800

図 1310

加速度時刻歴2030

時間(秒) 40

2005/02/16 茨城県南部

3.4 まとめ
技術研究所における地震観測の概要について示すとともに、観測記録を用いた応答解析について示した。観測記録やそれらを用いた解析より以下のような知見が得られた。

1)井川望ほか：高層建物･免震建物における地震･風観測とその評価、鴻池組技術研究報告、Vol.13、pp.71-76、2003.3
2)古城豊光ほか：連結制振として粘弾性ダンパーを用いた高層建物の設計･施工、鴻池組技術研究報告、Vol.13、pp.85-90、2003.33)N.Ikawa, T.Furuki, S.Oda: Design and Earthquake
Observation of High-rise Building with Visco-elasticDampers as Vibration Control Joint Devices, SmartStructures Technologies and Earthquake Engineering,
pp.687-692,2004.7
4)岡城寛ほか：冷間接着型アイソレータの実用化 第１･第２報、日本建築学会大会講演梗概集、B-2、1997.9
5)藤井睦ほか：免震構法の開発 その１～６、日本建築学会大会講演梗概集、B、1990・1992
6)日本建築学会：建築物の耐震設計資料、丸善、1981