地震時の家具の転倒・滑り挙動における上下動の影響について
The Influence of Vertical Ground Motion for the Overturning and Sliding of Furniture
井川望*1

藤井Nozomu Ikawa

田邊太一

睦*1

伊藤Atsushi Fujii*2

河井Taichi Tanabe

翔太郎

真二*1

Shinji Ito*2

Shotaro Kawai

向後智弘*3

Tomohiro Kougo

要旨
大地震時に、人命に被害を及ぼす要因のひとつである家具の転倒･滑りについて、多くの研究が行われているが、上下動を考慮した研究は少ない。本研究では、地震時の家具の転倒･滑りにおける上下動の影響を検討するため、振動台を使って実験を行い、さらに数値解析により実験結果の検証を行った。実験より、転倒に関しては上下動の影響は少ないものの、滑りに関しては上下動が作用すると、滑り量が増大する場合が多く、上下動の影響が無視できないことがわかった。また、数値解析において、実験と同様な傾向が見られ、ほぼ妥当な結果が得られた。
キーワード：什器 振動台実験 上下動 転倒 滑り

１．はじめにめのレーザ変位計を試験体両側に各 1 台、転倒計測のための上下方向レーザ変位計を試験体両端に各 1 台設置する。

大地震において、人命に被害を及ぼす要因の一つとして家具の転倒・滑りが挙げられる。過去の研究において、多くの実験･解析が行われており、転倒挙動、滑り挙動それぞれに着目して簡易予測式や転倒予測プログラムの開発などがされてきた 1～3)。しかし、それらの研究は、水平方向の地震動に対してのみ考慮されている研究がほとんどであり、上下動を考慮した研究は少ない。近年、上下方向に大きな加速度が生じる地震波が観測されており、上下動も考慮する必要があるのではないかと考えられる。以上の背景を踏
まえ、本研究では、上下動が転倒、滑りに与える影響を実験により検証し、さらに、実験結果を解析により再現することを目的とする。
図1

試験体配置と計測機器設置図

２．実験概要試験体配置図と計測機器設置位置を図 1 に、試験体（H/B=5.72）を写真１に示す。実験は、㈱鴻池組技術研究所の 3次元 6 自由度振動台を使用して行う。加振方向は、「水平 1方向のみ」と「水平 1 方向+上下 1 方向」の 2 種類とする。
水平方向の加振方向を図 1 に示す。試験体は幅 B 290mm、高さ H 415mm、奥行き 595mm のボックスを 2,3,4 個積み重写真 1 試験体（H/B=5.72）

ね、塔状比 H/B は 2.86、4.29、5.72 の 3 種である。計測は、各試験体に、加速度計 2 台(水平と上下)、滑り量計測のた
*1

技術研究所

建築技術研究部門

*2

大阪本店

建築設計部
― 37 ―

*3

東京本店

建築設計部

鴻池組技術研究報告

2.1

床仕上げ

2013

動が床との摩擦力の増減に影響を与えていると考えられる。

床仕上げは、フローリング、カーペットの 2 種とする。

図 4～6 より、床仕上げによる滑り量の違いは顕著に現わ

なお、静止摩擦係数は、床に置かれた試験体をばねばかりれており、摩擦係数が小さいフローリングの場合、滑り量で引張り求めた。フローリングで平均 0.22、カーペットでが増加しやすいことが分かる。

平均 0.26 である。
加振波

実験の加振波は地震波と正弦波である。
地震波は JMA KOBE NS,UD(KO)、El Centro NS,UD (EL)、
HACHINOHE NS,UD (HC)、Taft EW,UD (TF)の観測波 4 波と、80最大速度(cm/s)

2.2

100

6040告示波(目標スペクトル（水平動は告示、上下動は告示をも20とに作成したスペクトル 4))に適合する乱数位相の時刻歴0波形) (L)の計 5 種とする。それぞれの地震波は、水平方向

0.25

正弦波は、周期 T = 0.25、0.50、0.75、1.00、1.50(秒)の 5 種とする。上下動に関しては、水平動と上下動の位相を同位相にした波(以下、同位相とする)、90 度ずらした波1.50

1.00100最大速度(cm/s)

時、各々の最大加速度は観測記録と同じ比率とする。

0.75

正弦波周期 (秒)(a)フローリングの最大加速度を 100gal ごとに増加させていき、振動台の加振限界に至るまで実験を行う。水平動と上下動を加振する

0.50(以下、90 度位相とする)の 2 種とする。正弦波の波形は、80604020

目標の加速度で 10 サイクル繰り返し、前後 5 サイクルで増0減させる。最大加速度は 100gal ごとに増加させていき、振0.25

0.50

0.75

1.001.50

正弦波周期 (秒)(b)カーペット

動台の加振限界に至るまで実験を行う。水平動と上下動の(◯：非転倒 ☓：転倒 ■：Vcr)
各周期ごとに左から上下動無し、同位相、90 度位相
図 2 転倒限界速度(正弦波加振、H/B=5.72)

最大加速度は 2:1 とする。

３．実験結果100…上下動有

図 2,3 に H/B=5.72 の試験体の実験結果の一例を示す。加速度（加振限界まで転倒しない波については、加振限界速度）を○で示す。■は文献 1)による転倒危険性が生ずる速度 Vcr の計算値を示す。他の塔状比を含めいずれも Vcr を下最大速度(cm/s)

振波ごとに、転倒する最小の速度を×、転倒しない最大の80604020回って転倒するケースは見られない。また、上下動が及ぼ0す転倒への影響は少ない。

EL

図 4 は告示波加振時の滑り量の時刻歴波形の一例である。
ことが分かる。いずれも上下動有りの方が、滑り量は大きい。図 5 に、他の地震波について最大加速度と最大滑り量の関係を示す。なお、転倒したケースは除いている。上下動の有無で滑り量を比較すると、上下動が有ると滑り量が増加しているものが多く、上下動の影響を無視できないことが分かる。図 6 に、正弦波について同様の図を示す。この場合も上下動有りのケースは滑り量が増加する場合が多く、上下動の影響を無視できないことが分かる。位相差で見ると、同位相の滑り量は増大しやすい傾向があり、上下― 38 ―KOTF
地震波名(a)フローリングL

100…上下動有80最大速度(cm/s)

同レベルの加速度で上下動の有無により滑り挙動が異なる

HC604020L
TF
KO
地震波名
(b)カーペット(◯：非転倒 ☓：転倒 ■：Vcr)
図 3 転倒限界速度(地震波加振、H/B=5.72)

0EL

HC

地震時の家具の転倒・滑り挙動における上下動の影響について

150

400

100300

最大滑り量(mm)上下無上下有5000102030-50405060708090

上下 無同位相90度位相

200
100時間(秒)0(a)フローリング

03020

最大滑り量(mm)2030-10405060708090時間(秒)(b)カーペット
図41200

上下 無同位相90度位相

500109002(cm/s)最大加速度60上下有0600(a)フローリング

上下無10300

滑り量の時刻歴4030
2010(告示波、最大加速度 600gal、H/B=2.86)00100300
600900600
9002(cm/s2)
最大加速度(cm/s)
最大加速度

1200(b)カーペット
最大滑り量(mm)80

図 6 最大加速度と最大滑り量(正弦波加振、周期 0.25 秒、H/B=2.86)

60

４．解析方法4020

解析モデルを図 7 に示す。水平面上に載る高さ H、幅 Bの剛体(H/2=h、B/2=b)を想定し、重心位置の水平 x、回転

00200

400

600

800

10002
最大加速度(cm/s )し、また、剛体は飛び跳ねないものと考え、上下方向は水(a)フローリング平面と同じ動きをするものとし、検討しない。回転が生じ16ても剛体底面の摩擦係数  は一定とし、剛体底面の速度 xuの方向に応じ、 (sgn( xu ) ･m( g  yg )) の摩擦力が働くも最大滑り量(mm)12のとする。水平方向の運動方程式は式(1)となる。

mx  (sgn( xu ) ･m( g  yg ))   mxg84(1)

ここで m は質量、 x は重心位置の水平方向応答相対加速度、

xg は水平方向入力加速度、 yg は上下方向入力加速度、 g0は重力加速度である。回転については、底面の摩擦と底面
0200

400600800

2
最大加速度(cm/s )JMA KobeTaft
El CentroHachinohe

上下 無
上下 無
上下 無
上下 無の鉛直反力を考慮する。鉛直反力は回転変位の方向に応じ、①θ=0 の場合は、底面の中央位置、②θ＞0 の場合は、底(b)カーペット

図5θの運動方程式を作る。回転に伴う上下方向の運動は無視

上下 有
上下 有上下 有
上下 有

最大加速度と最大滑り量(地震波加振、H/B=2.86)

面左端からある範囲ℓに均等に、③θ＜0 の場合は、底面右端からある範囲ℓに均等に、働くものとする。なお、ℓはθにより変化するものとする。回転方向の運動方程式は式(2)となる。
― 39 ―

鴻池組技術研究報告60(2)ここで I は重心周りの慣性モーメント、L は鉛直反力の働く位置と重心との水平距離である。なお、摩擦係数μ、鉛直反力の働く幅ℓは、床面材料(フローリングまたはカーペット)、試験体形状ごとに実験結果から決定するものとする。

実験結果
解析結果

40200

水平変位(mm)  h･sgn( x ) ･m( g  y )  L･m( g  y )  0Iθugg

2013-20-40-60-80-100051015時間(秒)20(a)フローリング 水平変位60h水平変位(mm)bθ

L

実験結果
解析結果

yθ
重心

x40
200-2005

摩擦力

1015時間(秒)20(b)カーペット 水平変位

鉛直反力0.3

図7回転角（rad.)

ℓ

解析モデル

５．解析結果0.20.1
0-0.1

解析結果
実験結果

-0.2

解析により得られた水平変位と回転角の一例を実験結果-0.30とともに図 8 に示す。この地震波の場合、フローリングでは解析においても、実験と同様、ロッキングが生じず、滑510(c)カーペット
図815時間(秒)20回転角

解析結果(Taft 波、最大加速度 600gal、H/B=2.86)

りのみ生じる結果となっている。また、カーペットでは解析においても、実験と同様、滑りとともにロッキングが生参考文献じる結果となっている。

1)金子美香：地震時における家具の転倒率推定方法、日本建築学会構造系論文集、第 551 号、pp.61-68、2002.1

６．まとめ2)金子美香、林康裕：剛体の転倒率曲線の提案、日本建築学会構造系論文集、第 536 号、pp.55-62、2000.10

家具を想定した振動実験より、転倒に関しては上下動の3)金子美香、林康裕、田村和夫：家具の地震時滑り量の簡易評価、影響は少ないが、滑り量に関しては上下動が作用すると、増大する場合が多く、上下動の影響が無視できないことが日本建築学会技術報告集、第 8 号、pp.73-78、1999.6
4)日本建築学会：建物と地盤の動的相互作用を考慮した応答解析わかった。また、数値解析において、実験と同様な傾向が見られ、ほぼ妥当な結果が得られたものと考えられる。
今後、異なる床材料や異なる試験体を用いて実験･解析を行い、転倒･滑りの評価手法の確立を目指したい。

― 40 ―と耐震設計、2006.2