実建物における連結制振構法の検証
Verification of Coupled Vibration Control Structures by Vibration Test of Actual Buildings
井川望*1

Nozomu Ikawa

伊藤真二

勉*2

北中

Tsutomu Kitanaka*1

浅井Shinji Ito

純

安居院徳重*2

Norishige Aguin*3

Jun Asai

要旨
振動性状の異なる隣接する建物をエネルギー吸収能力の高い部材で連結し、互いの振動を制御する連結制振は地震に対して効果的な構法であり、当社においても数件の設計･施工実績がある。今回、隣接する複数の建物をオイルダンパーで連結した旧鴻池本社ビルの解体にあたり、連結制振の効果の確認を行うために実建物での振動実験を行った。その結果、ダンパーで連結することにより振幅が急速に低下することが確認された。また、解析結果ともよく一致した。さらに、今回の実験結果をもとに解析モデルを作成し、地震観測記録の検証を行い、ダンパーで連結することにより、建物応答が低減し、耐震性能を向上させていたことが確認された。

キーワード：振動実験 連結制振 オイルダンパー 地震観測 エネルギー吸収

１．はじめに振動性状の異なる隣接する建物をエネルギー吸収能力の高い部材で連結し、互いの振動を制御する連結制振は地震に対して効果的な構法である。古くから研究が行われており、当社においても高層建物など数件の設計･施工実績がある 1),2)。今回、隣接する複数の建物をオイルダンパーで連結した旧鴻池本社ビルの解体にあたり、連結制振の効果の確認を行うために実建物での振動実験を行った。以下にその実験の概要を紹介する。また、実験結果をもとに地震時についての解析を行い、地震時のダンパーの効果について
写真 1

検討を行ったのでその概要を紹介する。

建物外観(写真中央の A 棟とその右側の B 棟で実験を実施)

２．建物概要
旧鴻池本社ビル(写真 1)は大阪市中央区にあり、9～12階の 4 棟からなる事務所ビルである。1995 年の兵庫県南部地震(大阪で震度Ⅳを記録)後に耐震改修が行われ、棟間に19 個のオイルダンパー(写真 2)が設置された。ダンパーのエネルギー吸収により耐震性能を向上させ、また、建物同士の衝突を防いでいる３)。建物配置図と断面図を図 1 に、建物概要、ダンパーの設置状況を表 1、表 2 に示す。
写真 2
*1

技術研究所

建築技術研究部門

*2

大阪本店

建築部

*3― 51 ―大阪本店

ダンパー取付状況

建築設計部

鴻池組技術研究報告

2008

後、急速に除荷し、建物を自由振動させた。ダンパーの取り付けられた状態と取り外した状態で実験を行い、実験結
A棟

B棟果を比較することにより、ダンパーの効果を確認した。なお、3 台のジャッキは荷重が等しくなるように制御し、最大 1500kN(3 台で 4500kN)の荷重を与えた。また、荷重レベルを変えた実験も行った。A 棟-C 棟間、C 棟-D 棟間のダ

屋上
9階
ジャッキ 8 階
ダンパー 7 階

ンパーは実験前に取り外した。
実験では、建物屋上などで加速度 8 成分、レーザー変位計により棟間変位 10 成分を 200Hz のサンプリングで収録した。

(a)断面図
D棟
B棟

C棟

写真 3

A棟

ジャッキ取付状況

４．実験結果：ダンパー

N
図1：ジャッキダンパーの取り付けられた状態(以下、｢ダンパーあり｣)(b)配置図
建物配置図と断面図とダンパーを取り外した状態(以下、｢ダンパーなし｣)について、A 棟-B 棟の棟間変位、A 棟，B 棟の加速度を図 2 に

表1

A棟
B棟
C棟
D棟

建物概要

地上12階9階9階9階示す。A 棟 10 階床、B 棟屋上床レベル(建物中央付近)の東

階数
塔屋
１階３階３階２階構造
地下２階
２階
３階
－

SRC造
SRC造
SRC造
RC造

竣工年 延床面積2(m )
1978年 12,444
1968年 6,840
1968年 17,814
1989年 2,619

西方向(加力方向)のものである。棟間変位は、ジャッキ除荷時が最大であり、その後、振動を繰り返しながら減衰していく。ダンパーなしと比べダンパーありの場合、振幅が早く減衰していることが分かる。なお、ダンパーの有無にかかわらず、建物は幾分ねじれが生じており 1500kN 加力

表2

ダンパー設置状況時には南側端部で最大 28mm、北側端部では最大 16mm の場所
階
A棟－B棟 8階,屋上棟間変形(回転角で 0.0004 程度)が生じた。D 棟が加力の影

能力
個数
50ton用 3(8階1,屋上2)35ton用2 (各階1)
A棟－C棟 7階,8階,9階 50ton用
6 (各階2)C棟－D棟 7階,9階35ton用
8 (各階4)

響により変形しなかったものとすると、A 棟、B 棟北側端部 で の そ れ ぞ れ の 絶 対 変 形 (D 棟 に 対 す る 相 対 変 形 ) は7mm(西向き)、9mm(東向き)であった。
加速度は、除荷直後に瞬間的に増大し、やや短周期の波

３．実験概要が現れ、その後、固有周期と思われる振動数で振動している。B 棟では除荷直後に 200cm/s2 を超える加速度が発生し実験対象は 12 階建ての A 棟と 9 階建ての B 棟とし、解体開始直後の時期に実験を行った。急速開放油圧ジャッキ(最大荷重 1800kN、ストローク 150mm、写真 3 参照)3 台を 9 階床レベルの建物間に設置し、東西方向に押し広げたている。ダンパーなしと比べダンパーありの場合、振幅が早く減衰していることが分かる。ダンパーありの場合の各ピーク点での最大加速度値のダンパーなしの場合のピークでの値に対する割合(最大加速度比)を図 3 に示す。横軸は― 52 ―

実建物における連結制振構法の検証

除荷からのピークの数である。最大加速度比は時間ととも加速度波形から読み取った加速度振幅と周期の関係を図に小さくなり、B 棟では 5 ピーク目(3 サイクル目)で 0.4 程

4 に示す。A 棟では振幅により周期が変化しており、振幅度まで低下している。A 棟は B 棟に比べればダンパーによが大きくなると周期が長くなる傾向が分かる。ダンパーのる加速度低減効果は小さいが 7 ピーク目(4 サイクル目)で影響はあまりないことが分かる。B 棟では A 棟ほど顕著な70％に、15 ピーク目(8 サイクル目)で 60％程度に低減され振幅依存性は見られない。なお、加力実験前後に行った微ている。なお、減衰定数では B 棟のダンパーを取り外した動測定(10 階最大加速度 0.2～0.3 cm/s2 程度)より得られた状態で 9％であるが、ダンパーが取り付けられることによ固有周期は A 棟、B 棟それぞれ 0.79 秒、0.37 秒であり、振り 13％に増大している。A 棟においても 4％が 5％に増大

幅が小さい微動時の周期は加力実験時の微小振幅時している。B 棟は A 棟と比べ、延べ床面積で半分程度であ(1cm/s2 程度)の周期より短い。

り、重量が軽く、ダンパーの効果が良く現れたものと思われる。

1.05

棟間変位(mm)

8

ダンパーなしダンパーあり1.00
周期(秒)40-4-802(a)棟間変位

4時間(秒)

0.90

62

加速度(cm/s )30

ダンパーなしダンパーあり0.85

ダンパーなしダンパーあり150.950510
振幅(cm/s2 )01520(a)A 棟-150.65-30
024時間(秒)(b)A 棟 10 階東西方向加速度

60.60
周期(秒)

ダンパーなしダンパーあり500-500.55

ダンパーなしダンパーあり

0.50

-100
0

2

4時間(秒)

6(c)B 棟屋上東西方向加速度
図20.450

実験結果

30

振幅(cm/s2 )60(b)Ｂ棟

1.0

周期 10.8

振幅１0.6振幅２最大加速度比(ダンパーあり/ダンパーなし）

2

加速度(cm/s )1000.4A棟
B棟

0.2

周期 2(c)振幅と周期の決め方

0.0
12345678

図49 10 11 12 13 14 15 16除荷からのピーク数
除荷からのピーク数

図3

ダンパーによる最大加速度の低減効果― 53 ―

振幅と周期の関係

90

2008

鴻池組技術研究報告

A 棟、B 棟の地下 2 階でも加力方向の加速度を測定した。

いての解析を行い、地震時のダンパーの効果について検討

ダンパーの有無にかかわらず、ともに最大 3cm/s2 程度でほを行った。

ぼ同じ位相であり、同じような振動をしていたものと思われる。

6.1

地震観測概要本建物では A 棟と B 棟の 9 階、C 棟の地下 2 階で水平 2５．実験結果の検証

方向と上下方向の加速度を、また、A 棟－B 棟間のダンパー(屋上床レベル 3 個のうちの中央のもの)の変形量を測定

耐震改修時に、各棟ごとに各階を 1 質点としたモデルにしていた。耐震改修後の 1999 年 3 月から 2007 年末までのより時刻歴解析が行われている。この時の解析モデルをも間に 90 を超える地震記録が観測された。2001 年 8 月 25 日とに、実験結果について数値解析を行った。今回の解析での京都府南部の地震(マグニチュード 5.1、震央距離 54km)

は A 棟と B 棟の東西方向(加力方向)について検討した。まで全記録の最大となる最大 58.8 cm/s2 の加速度が B 棟 9 階ず、ダンパーを取り外した状態での解析を行い、モデルを(東西方向)で得られている。この地震時の最大加速度一覧修正し、実験結果と一致するモデルを作成した。次に、ダを表 3 に、東西方向の加速度波形を図 6 に示す。この地震

ンパーを速度に比例した減衰力で評価し解析を行った。ダでのダンパーの最大変形量は 5.27mm であった。

ンパーが取り付けられている状態での解析結果を実験結果
302分の波は表現できていないが、解析結果は実験結果とよく加速度(cm/s )とともに図 5 に示す。加速度に見られる除荷後の短周期成一致しているものと思われる。

150-15-30

実験
解析

2002-10024時間(秒) 6(a)棟間変位時間(秒)4030時間(秒)40300-60

実験
解析

2501020(b)B 棟 9 階東西方向

0302-25加速度(cm/s )230-3050加速度(cm/s )20600-500

24時間(秒) 6(b)A 棟 10 階東西方向加速度
150
実験
解析

1002加速度(cm/s )10(a)A 棟 9 階東西方向

10加速度(cm/s )棟間変位(mm)

30508ch150-15-300102030時間(秒)40(c)C 棟地下東西方向0

図6地震時の加速度波形（観測）-50-100

表3-15002

図54

最大加速度一覧(単位：cm/s2)

時間(秒) 6(c)B 棟屋上東西方向加速度
解析結果と実験結果の比較(ダンパーあり)

A棟9階
B棟9階
C棟地下

南北
39.935.2
12.7

東西25.858.8
18.0

上下24.814.7
10.6

６．地震観測記録の検証
6.2

観測記録の検証

この建物では耐震改修後地震観測を行っており、多くの耐震改修の検討時に用いられた解析モデルを用いて観測記録が得られている。今回の実験結果をもとに地震時につ記録の検証を行った。解析モデルは 4 棟地上部各階を 1 質― 54 ―

実建物における連結制振構法の検証

表4点とし、水平 2 方向とねじれの 3 自由度を考慮した。A 棟、解析による最大値(単位：cm/s2)
A棟

B 棟については今回の実験結果をもとに、C 棟、D 棟については微動測定の結果や地震時観測記録を参考に解析モデ

ﾀﾞﾝﾊﾟｰあり (a)ﾀﾞﾝﾊﾟｰなし (b)ルを修正した。ダンパーは速度に比例した減衰力で評価し比 (a/b)

た。最大の加速度記録が観測された 2001 年 8 月の京都府南

南北
21.94
20.44
1.07

東西
20.21
20.52
0.98

B棟
南北
38.65
39.02
0.99

東西42.9368.71
0.62

部の地震での地下階での観測記録を入力として解析を行った。図 7 に 9 階の地震計設置位置での東西方向加速度の解A棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)
C棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)A棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)C棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)A棟(観測)

析結果を示す。観測記録(図 6)を概ね再現できているものと考えられる。

2

加速度(cm/s )30

B棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)D棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)
B棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)D棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)B棟(観測)

階1315011-15

9-300102030

時間(秒)40(a)A 棟 9 階東西方向

72加速度(cm/s )6030503-30-600102030時間(秒)140(b)B 棟 9 階東西方向
図70102030
最大加速度(cm/s2 )(a)南北方向400204060
最大加速度(cm/s2 )(b)東西方向80

図9最大応答値分布

地震時の加速度波形（解析結果）

階13ダンパーの効果を確認するため、ダンパーを取り外したモデルにより、同じ地震波を入力して解析を行った。9 階11の地震計設置位置での東西方向加速度波形を図 8 に示す。9階加速度の最大値をダンパーの有無について表 4 に示す。

92加速度(cm/s )30715503-15-30022030時間(秒)140(a)A 棟 9 階東西方向

60加速度(cm/s )10300-30

9 階加速度の最大値では B 棟東西方向ではダンパーにより-600102030時間(秒)(b)B 棟 9 階東西方向
図8ダンパーを外したモデルによる地震時加速度波形

4040％程度小さくなっているが、それ以外の結果はあまりダンパーの効果が見られない。4 棟各階の応答加速度の最大値分布を図 9 に、RMS 値分布を図 10 に、屋上(A 棟 10 階)― 55 ―

鴻池組技術研究報告2008

表5の最大棟間変位を表 5 に示す。建物、方向によりダンパー最大棟間変位(単位：mm)の低減効果には違いが見られる。東西方向のみダンパーがﾀﾞﾝﾊﾟｰあり (a)ﾀﾞﾝﾊﾟｰなし (b)比 (a/b)

取り付けられている B 棟、D 棟では、南北方向でダンパーによる違いはあまりないが、東西方向ではダンパーで連結

A棟-B棟 A棟-C棟 C棟-D棟
4.87
2.103.53
8.96
5.28
11.71
0.540.400.30

することにより応答値は大幅に減少している。A 棟では 2方向ともダンパーの有無による違いが最大値ではあまり見られないが、RMS 値で見ると 20～30％小さくなっている。

７．まとめ

なお、ダンパー設置場所の棟間変位についてはどの点にお複数の建物をダンパーで連結した旧鴻池本社ビルで強制いてもダンパーが取り付けられることにより大幅に減少し振動実験を行い、実建物による連結制振効果の確認を行っている。

た。その結果、ダンパーで連結することにより振幅が急速
A棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)
C棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)A棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)C棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)A棟(観測)

B棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)D棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ有)
B棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)D棟(ﾀﾞﾝﾊﾟｰ無)B棟(観測)

階13に低下することが確認された。また、解析結果ともよく一致し、設計法の妥当性が検証された。さらに、今回の実験結果をもとに解析モデルを作成し、地震観測記録の検証を行った。ダンパーで連結することにより、応答は低減し、耐震性能を向上させていたと考えられる。
今回のような実建物による振動実験の実施例は少なく、

11

貴重なデータを得ることができた。今後、より詳細な検討を行い、複数の建物による連結制振やアウトフレーム連結

9制振 4)の設計･施工に役立てていきたい。なお、建物に設置されていたオイルダンパーの一部を回収し、出荷時と同じ7条件で振動試験などの検査を行い、性能確認を行う予定である。

5

最後に、今回の実験を行うにあたり、ご理解･ご協力いた
3

だきました関係各位に深く感謝の意を表します。

10246810
加速度RMS(cm/s2 )(a)南北方向12

参考文献
1)樫原健一ほか：連結制振構法を用いた事務所ビルの耐震改修、
第 3 回粘弾性ダンパーの開発と耐震設計･耐震補強への応用に階関するシンポジウム(早稲田大学理工総研プロジェクト研究)、13pp.82-87、1999
2)古城豊光ほか：粘弾性体をジョイントダンパーとして使用した

11

高層建物の設計、日本建築学会大会学術講演慷慨集、B-2 分冊、pp.857-858、1998.9

93)黒木安男ほか：連結制震構法を用いた事務所ビルの耐震改修、

7

鴻池組技術研究報告、Vol.10、pp.75-81、2000.34)黒木安男ほか：アウトフレーム連結制振構法による耐震補強(そ5の 2)、鴻池組技術研究報告、Vol.17、pp.25-28、2007.6

3105101520
加速度RMS(cm/s2 )25(b)東西方向
図 10

加速度 RMS 値分布― 56 ―