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たかとしもてぎ
5 years ago
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1 建築物の耐震安全性地震工学名古屋大学減災連携研究センター福和伸夫最近気になっていること本当に分かっていることは何? 分かっていることと仮定していること目をつぶっていること技術者は勉強している? 使っている式プログラムの中身を理解している? 周辺をだましていない? 次設計の想定震度免震制震の安全性超高層の安全性難しいことを言ってごまかしていない? 地震への危機感を持たず技術を過信している? 最近気になっていること人員構成の逆ピラミッド化と領域の専門化技術者の勉強不足と基礎学力の低下建物高さと耐震性我々の実力の過大評価 ( 入力と耐力 ) 設計想定震度耐震免震制震の安全性高層ビルの安全性などについての誤解構造技術者の会話能力と作文能力技術者の楽観主義と地震に対する危機感の無さ率先市民になれない技術者日本国憲法と建築基準法第 5 条すべて国民は健康で文化的な最低限度の生活を営む権利を有する国はすべての生活部面について社会福祉社会保障及び公衆衛生の向上及び増進に努めなければならない第 9 条財産権はこれを侵してはならない財産権の内容は公共の福祉に適合するやうに法律でこれを定める私有財産は正当な補償の下にこれを公共のために用ひることができる建築基準法第条この法律は建築物の敷地構造設備及び用途に関する最低の基準を定めて国民の生命健康及び財産の保護を図りもつて公共の福祉の増進に資することを目的とする

耐震基準の体系耐震解析の範囲超高層建物 (6m 超 ) Yes No ( 設計者の判断によって検証法を選択 ) 許容応力度等計算許容応力度等計算限界耐力計算一般化した特別な検証法

建物システム建物システム建物への入力動的相互作用システム相互作用無視入力地震動既知自由地盤の動き建物システム動的相互作用システム表層地盤システム

高層建物は変形しやすく特定の周期で揺れやすい建物に加わる地震力軟かい堆積地盤上の特定の高層建物はある周期で揺れやすい堆積層で特定の周期の揺れが増幅 448 8 6 4. 4.4..8 F (7) 9.

7 9 6F (54) 9 9.7 9 8 8.9.. 7F 8,9,F () (45) 無被害軽減小破中破大破倒壊不明 % 95 割合 8 6 4 98 年以降 88 89 78 64 58 7 9.

2 耐震基準の体系耐震解析の範囲超高層建物 (6m 超 ) Yes No ( 設計者の判断によって検証法を選択 ) 許容応力度等計算許容応力度等計算限界耐力計算一般化した特別な検証法旧来の新耐震設計法技術基準特別な検証法時刻歴計算 ( 建設大臣の認定 ) 指定性能評価機関限界耐力計算静的な耐震設計建物システム建物システム建物への入力動的相互作用システム相互作用無視入力地震動既知自由地盤の動き建物システム動的相互作用システム表層地盤システム建物システム動的相互作用システム表層地盤システム相互作用考慮入力地震動既知 ( 建設主事等の確認 ) 特別な検証法 : 時刻歴計算基盤地震動基盤地震動既知伝播経路システム断層システム高層建物は変形しやすく特定の周期で揺れやすい建物に加わる地震力軟かい堆積地盤上の特定の高層建物はある周期で揺れやすい堆積層で特定の周期の揺れが増幅 F (7) 年以前 % 割合 4F (6) F (55) 兵庫県南部地震での RC 建物被害.. 階数.7 9 6F (54) F 8,9,F () (45) 無被害軽減小破中破大破倒壊不明 % 95 割合年以降 F (58) 4F (59) 5F (94) 6F (77) 7F (8) 8,9,F () 階数古い建物の被害大高い建物の被害大低い新しい建物は想定の何倍も強かった新耐震は是認された正しかったか?

3 つの中低層建物の地震応答波形建設時強震観測 4 号館 4F 9 号館 F 新号館 F 6F 建物応答増幅度の解析表現単純な話 u C ab u g b ab u g b i h b i i g b i hb i i b V g g 8 V b b r H k a k r a k H g g b b Vg Vg Vb H r ρ b V b ρ g V g ν 一次元せん断連続体拡幅一次元せん断土柱 arv rv a b b b ab HVg HVg 建物が無限に広がっている場合が相互作用最大建物を連続体に置換する ( ラーメンの場合 ) T=αH&T=4H/Vs Vs=4/α ~ ρ= 単位面積床荷重 / 階高.~.4 二層連続体の増幅特性 ( 共振時 ) ρvsの比表層地盤はVsは前後 ρは前後? 壁式構造はVsが大原子炉建屋はρが程度建物の重さ固さで増幅度が異なる ( 重くて堅い建物は揺れにくい= 原子炉建屋 )

壁式 6 S ラーメンは m/s 程度 7(S) 6( 原子力 ) 硬質地盤上の低層建物

時刻歴計算 ) 7Kine 程度地盤増幅約倍 5Kine 程度 5Kine 程度

最低基準 ) 外力 = 建物応答加速度 ( 入力応答増幅 ) 質量抵抗力 = 強度

4 H r ρ b V b ρ g V g ν C =. のときの地動加速度一次元せん断連続体 98Gal.5 拡幅一次元せん断土柱扁平な建物の増幅度地盤建物階階階 :RC 造壁式階 α=.5,ρ=.,h=. 震度 7 α=6,ρ=.,h=.5 α=.5,ρ=.,h=.5 横軸 5.4 震度 6 強階 :RC 造ラーメン震度 6 弱階 :S 造ラーメン χ=πrv b /HV g 地盤の ρ は.8t/m 程度 V は ~4m/s(m/s) ρv 地盤 =6 建物の ρ は RC は. S は. 原子炉建屋は.t/m 程度 ρv 建物 =6(RC ラーメン ) 8( 壁 ) V は RC ラーメン壁式 6 S ラーメンは m/s 程度 7(S) 6( 原子力 ) 硬質地盤上の低層建物 ( 許容応力度等計算 ) 剛体的応答 Gal Gal 程度 7Gal 相当建物地盤条件と地震力軟弱地盤上の中層建物 ( 許容応力度等計算 ) 応答増幅約.5 倍 Gal 4Gal 程度 Gal 程度軟弱地盤上の高層建物 ( 限界耐力計算 & 時刻歴計算 ) 7Kine 程度地盤増幅約倍 5Kine 程度 5Kine 程度構造物の安全性建築物の抵抗力 < 建物に作用する外力通常は法で規定した外力を利用 ( 最低基準 ) 外力 = 建物応答加速度 ( 入力応答増幅 ) 質量抵抗力 = 強度靱性入力を減じる震源伝播サイト増幅入力損失建物応答を抑制する共振回避減衰増大建物の抵抗力を増大する強度靱性疲労接合部基礎部材塑性化部材破断全体崩壊新耐震基準の対応震度新耐震基準では建物の平均的な揺れが Gal 程度までは損傷をしない ( 次設計 ) Gal 程度までは倒壊をしない ( 次設計 ) ことを保証もしも地盤に比べて建物の揺れが.5 倍に増幅するなら地盤の揺れは 8~ ガル ( 次設計 ) 震度 5 弱 4 ガル ( 次設計 ) 震度 6 弱震度 6 強以上の安全は必ずしも保証していない ( 震度が上がると揺れは倍になる )

5 建築物の耐震設計建物がガルで揺れるときには建物が堅いと地盤もガル震度 5 強建物が柔らかいと地盤は8ガル震度 5 弱建物堅さにより設計で考えている震度は異なる関東地震では東京本郷はガル程度の揺れ当時は堅い建物なので建物もガルの揺れ当時は安全率を考えていたので建物はガルで設計戦後安全率を.5 にしたのでガルに変更建物が柔かくなった分想定震度は低下? 建築年と安全性新しい耐震基準ほど耐震性能は高い RC:97&98 木造 :98& 新しいほど戸建住宅はプレハブツーバイフォー比率が高い戸建住宅の被害率は新しいほど減少集合住宅は高層化している ( 神戸では中高層建物の被害は多かった ) コスト至上主義になっている ( バリューエンジニアリングで余裕が減っている ) 建設する地盤条件が悪化しているビルについては新しい建物の実力は低下かも地震力層せん断力 C W i i 層の層せん断力 = 層せん断力係数層より上の重さ C i は層より上の平均応答水平震度 Q 層せん断力係数地盤や建物の硬軟で建物応答が同じ R t 軟弱な地盤は長周期の揺れが大きい? 西暦 679 年から 948 年河角マップ年以内に起きるであろう地震の最大加速度の分布最大加速度の年期待値のマップ地震地域係数高頻度に発生する地震による揺れの期待値 ( 年ほどの歴史データ文書の偏り活断層は考慮できず ) 防災拠点の地震地域係数のあり方は?

6 95 年の建設省告地震地域係数 (979 年 ) 978 年建設省告示第号 464 高層建物の設計用入力地震動観測地震波の加速度評価観測地震波の速度評価応答スペクトルに一致する模擬波サイト波 ( 断層モデルなど ) 告示波長周期地震動 El Centro 地震動 Taft 地震動 Hachinoke 地震動制震建物の普及汐留六本木高層建物の新宿副都心免震建物の465 登場登場高層免震住宅の普及免震建物の普及代表的な観測地震波制震建物の登場調和波に対する応答増幅 ( 外乱振動数 p 減衰振動数 ω ) 共振時の応答建物の基本的応答特性共振振幅の β 倍に成長するのに必要な波の数 h=% だと 45 倍の応答になるのに 7 波 h=% だと.5 倍の応答になるのに波周期 5 秒 (5m の高層建物 ) では分で周期 5 秒の免震建物では秒で共振状態周期共振パルスに対する応答 h=% だと入力振幅の倍の応答 h=% だと入力振幅の.5 倍の応答超高層ビルの設計想定応答層間変形角逆三角形モードを仮定建物周期 T=H y ΔH Δ y ΔH T Δ y ΔH 4 T H =., =. then V max =.4m/s m.m & 4.9m/s 5m.m & 49 m/s H H

7 h t y sint h 共振に必要な継続時間共振時の調和地動に対する自由度系の応答 (p=) ln n h e ht h sin' t h 共振応答の倍になるのに必要な波の数 ht / T e sint (T)&h When =.8, then nh=.56 h=. & T=4s n=5 cycles then s ( 高層ビル ) h=. & T=4s n= cycle then 4s ( 免震ビル ) e h=. h =. h =.5 h= t / p パルス地動に対する建物応答単位地動加速度パルスに対する非減衰自由度系の最大加速度応答 y T sin 4 T T T T max T & h= T / Response for sec Pulse : T< sec then % T=4 sec then 75% of Input Ground Motion t Sin 波に対する応答 Sin 波に対する応答スペクトル半波 h=.5 波 h=.5 input T/T= 半波 h=. 波 h=. input T/T= h=. h=.5 半波半波波波波波 4. 5 波 5 波 h= h= h= 波 h= 波 h=

8 6 5 4 兵庫県南部地震以前兵庫県南部地震以後構造別減衰定数頻度分布高層建物の設計固有周期 S 造 RC 造 SRC 造建物数建物数 El Centro-NS Taft-EW 6 Hachinohe-NS 固有周期 (sec) Vel.(kine) Vel.(kine),, 8,, 6,, 4,,,,,, 8,, 6,, 4,,,, 昭和 8 年 5 階以上 ~4 8~ 6~7 5 4 階昭和 4 年共同住宅の高層化昭和 48 年昭和 5 年昭和 58 年昭和 6 年平成 5 年平成年平成 5 年減衰定数 (%) 名工大市之瀬に加筆構造物による被害率イメージ 474 解析の位置づけ解析は目的では無い目的は物作りあくまでも目的を達成するための道具使いこなすには力学数学の基礎力が必要しかし成否はデータとモデル化が鍵を握る外力のモデル化や材料物性の把握が重要モデル化には判断力挙動の把握力がデータ作りには地道な努力がさらに結果に対する判断力が必要すなわち自己の技術の総合的な結晶与条件で最適な解析法は全く異なる

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<4D F736F F D208C46967B926E906B82CC96C6906B8C9A95A8899E939A89F090CD> 平成 29 年 9 月 1 日観測記録に基づく免震住宅の地震応答解析 - 216 年熊本地震 - 1. はじめに 216 年 4 月 16 日 1 時 25 分に発生した熊本地震はマグニチュード 7.3 最大震度 7 と発表されています防災科学技術研究所では強震観測網 (K-NET KiK-net) により観測されたデータを公開データしていますこの観測地震動を用いて免震住宅の地震応答解析を実施しました