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こうごさどひら
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3 16 12 WG (1)(2) (3)(4)(5) (6)(7) (8) WG 1955 (2007 )a.b. c.d.e.f. g.h.i.j. k.l () 5,834 1,913 1,

4 2

6 [1]

7 [2]

8 [3]

9 WG WG

10 WG 4 [1] [2] [3]

11 強震観測と耐震設計強震観測小委員会片岡俊一 ( 弘前大学 ) 1. はじめに現在の強震観測小委員会は, 建築学会に参加している各機関の強震観測の相互協力や観測データの効果的且つ迅速な共同利用を推進すること, および地盤および建築物で観測される地震記録の分析に基づく現象の解明を目的として活動している. 強震観測小委員会の歴史は長く, 微細な名称や所属する委員会は変わっているが, 次のようにまとめられる [1],[2]. 強震観測小委員会の発足時点は不明であるが, 耐震連絡委員会 ( 発足 :1956 年 ) の傘下に設置された. その活動として, 強震観測データに関する情報の収集整理, および建築会館に設置されている強震計の管理と観測データの公表を行った.1992 年 4 月に行われた学会委員会組織の一部改組により, 上記の耐震連絡委員会は研究委員会としての地震災害委員会に生まれ変わった. それに伴い, その傘下に強震観測運営委員会, 強震データ小委員会が置かれた. この2つの委員会に課せられた役割は,i) 強震観測データの収集整理公表とそのための強震記録集の継続的刊行,ii) 建築会館の強震観測ならびに観測記録と解析結果の公表であった. その後,1997 年に振動運営委員会傘下に移動となった. この当時の委員会の目的として, 強震観測に関わる諸問題を高所大所から横断的に検討し, 建築学会での強震動分野における情報発信及び先導的役割を果たすことが挙げられている. このように, 当小委員会は, 建築会館に設置されている強震計の管理と観測データの公表という事業を抱えている点に特徴がある. 2. 強震観測が耐震設計に及ぼした影響建築分野における強震観測の目的は耐震的な建築物を建設することにあることは言うまでもない. その目的を果たすために, 二種類の観測がある. 一つは入力地震動を得るための観測であり, もう一つは建築物の地震時挙動を把握するための観測である. 地点に固有な特性を有する地震動を使うことは, 構造物の耐震設計に必須であり, これまでにも観測データが様々な形で使用されている. 当小委員会が関係したデータ集もこの目的に使用可能であり, 定量的な評価はできないが, 利用された方の声は聞く. また, 設計用地震動スペクトルの多くは, 観測地震動記録を統計処理したうえに工学的判断を加えて設定されたものであり, 強震観測が耐震設計に寄与している一例である. 建築物の地震時挙動の把握については, 小委員会としての活動はないが, 個別事例が学会大会などに報告されている. 加えて耐震設計における実建物の地震時挙動の把握の重要性については,2006 年度の大会 PD において紹介されている [3]. 3. 建築学会と強震観測建築学界 ( 学会ではない ) は, 当初から強震観測を推進してきたと言えよう. 本節 9

12 では現状を理解するために, 文献 [4],[5] を参考に K-NET 以前, 特に建築会館における強震観測が始まる頃 (1980 年代 ) までの日本における強震観測の状況を簡単にまとめ, その後に当小委員会の活動を紹介したい. 3.1 K-NET 以前の強震観測日本における強震計の開発は,1951 年に発足した標準強震計試作試験研究会 ( 委員会 ) ( 英語名, Strong Motion Accelerometer Committee ) に始まる. この委員会が開発した SMAC 型強震計は 1953 年 7 月 29 日から東京大学地震研究所において観測を開始した. 翌 1954 年の時点での強震観測点は, 民間協力によるものが4 箇所であるのに対し, 国費によるものは2 箇所のみであった. その後の 10 年間は, 国の研究機関が次々に強震観測を開始したことから観測点は順調に増えたが, そのうちの 80% は建築物であった. さらに,1985 年までの約 30 年間を見ると, 観測点は増えていったが,SMAC 型強震計の年間設置台数は 1974 年をピークとし, その後は減少している.2004 年に開かれた日本の強震観測 50 年記念シンポジウムの際に, 片山は K-NET 以前の 10 年を強震計の設置がやや下火になった 10 年と記している [6] が, この期間に対応しているのであろう. 一方, 建築学会では後述する記録集の出版を目指した小委員会がこの時期に発足している. 3.2 建築学会の強震観測建築学界の強震観測に対する熱意の表れの一つとして建築会館における強震観測が挙げられよう. 日本建築学会は, 明石製作所 ( 当時 ) の強震計 SMAD-1 と振動技研製のタイムコードジェネレータの提供を受けて,1984 年 4 月から建築会館において強震観測を行っている. 設置時の目的として, 当時の建築雑誌には以下のものが挙げられている [7]. 広く建築学会会員各位に強震観測の重要性を認識して頂くための礎となること. 観測された強震観測を公表し, 学術技術の調査研究の活用すること ( 原文のまま ) その後, 強震計の老朽化に伴ってこの強震観測は維持できなくなった. しかしながら,1992 年には, 強震計メーカー 4 社 ( 株式会社アカシ, 株式会社勝島製作所, 株式会社パシコ貿易, 株式会社東京測振 ) から当時としては最新鋭のディジタル強震計を提供して頂き, 先の SMAD-1 に代えて建築会館の地下 1 階に設置した年兵庫県南部地震を契機に, さらに4 社の強震計メーカー (IMV 株式会社, 株式会社電子応用, 国際計測器株式会社, リオン株式会社 ) からの協力が得られることになった. そこで, 以前から設置されていた強震計を全国展開し, 新規に提供された強震計を 1997 年から順次建築会館の地下 1 階に設置した [8]. 当小委員会では建築会館における強震記録を公開するだけでは不十分と考え, 建築会館の振動性状を把握するために微動測定を行い, 併せて学会が保有していた地盤資料を公表した [9],[10]. この測定結果によれば, 会館の高層部の並進の基本モード固有振動数は, 長辺方向が 2.8Hz, 短辺方向が 3.4Hz であり, これに対応し, 地下 1 階の 10

13 強震計位置での微動は, 地盤相当位置のそれに比べて高層部の固有振動数の成分が卓越していることが分かった. 全国展開の一環として, 静岡地域で共同観測を 1997 年から 2005 年まで行った [8]. ゼネコン各社が既に設置していた観測点 4 箇所に加え, 最盛期には学会保有の強震計 2 台, 委員各位が設置した強震計 3 台が設置されていた. 委員会メンバーの湯沢植竹はこれらの観測記録に周辺の強震記録を加え, スペクトルインバージョン法により観測地点のサイト特性を把握し, 比較的近接する K-NET 静岡, 気象庁の静岡観測点, および静岡駅周辺であっても周波数特性は大きく異なることを指摘している [11]. 3.3 強震記録の公開上述した建築会館における観測では, 東京で震度 4 以上が観測される度に, 建築雑誌に記録などを報告しており, これまでに紹介した地震動記録は9 地震におよぶ. また,1992 年から 1996 年までの間で, 東京で震度 3 以上を観測した際の建築会館の記録については, ホームページで公開している. さらに, それ以降の記録についても同様に公開する予定になっている. 時代は戻るが,1992 年には 1987 年千葉県東方沖地震の地震動記録を集めた出版物 [12] が発行されている. 厳密に現在の小委員会と同じ組織とは言えないものの, 各機関から強震記録を集めて公開したことは, 特筆すべき出来事であったと言えよう. このデータ集の作成の際には, 建築物最下層の地震動記録をデータ集に含むことについての議論があった. つまり, 地盤と構造物の動的相互作用の影響が含まれている記録が有用か否かという議論である. 3.4 建物を対象とした強震観測に対する提言上述のように K-NET が整備される前の本小委員会の活動は地盤 ( 相当 ) における地震動の収集分析が主たるものであった. しかしながら,1995 年兵庫県南部地震以降 K- NET および KiK-net の整備により自由地盤における地震動記録は飛躍的に増えた. 一方, 構造物一般における観測はそれに比して貧弱なものになった. そこで,2003 年に本小委員会は, その時点における建築物の強震観測の現状と課題を整理した報告書 [13] を作成し, 建築物を対象とした強震観測のあるべき姿として次の6 項目を提案した. 日本全土をカバーする建物の地震時挙動観測の実施とデータの公開高密度建物震動観測の実施とデータの公開観測記録, 建物構造, 地盤情報の共通書式の提案と電子化の推進観測記録の権利関係の指針作成と広報建物の強震観測指針の策定強震観測の推進, 観測記録の収集整理と公開のための組織の創設と予算措置このうち, 日本全土をカバーする建物の地震時挙動観測の実施は大凡 50km 間隔の観測点と, さらに大都市や地方中核都市にも観測点を複数配置することで, 日本全国に約 420 箇所の建物観測点を設置するものである. ここでは, 自由地盤, ロッキング振動の把握, ねじれ振動の把握を必須とした観測点配置を提案している. 11

14 4. 今後の課題建築物における強震観測の今後の課題の多くは, 上述の提案を推進すれば解決すると思われる. しかしながら, 作成時点と状況が変化した事項もあるので, 追加の意見を述べたい. また, 提言にはない研究的な課題を最後に述べる. 4.1 建築物における強震観測を推進するに当たり解決すべき事項 a) 観測台帳の作成日本の建築物における強震観測の全容は分かっていない. 必ずしも全容を知る必要はないと思えるが, 概要が把握されていることは望ましいであろう. 概要を知る試みは種々行われている. 例えば, 筑波建築研究機関研究協議会の若手勉強会では,1990 年から 2001 年までの 12 年間の日本建築学会大会学術講演概要集から強震観測を行っている建物数を調べ,127 棟を数えている [14]. また, 建築研究所は 2003 年に公団や電力等の公的機関や建設関係の企業,39 機関を対象にアンケート調査を行い,32 機関で強震観測が行われており,159 棟の建物について個別の情報を得ている [15]. また, ( 財 ) 免震構造協会では会員を対象に免震建築における地震観測の実施状況についてと題したアンケートを行い 152 棟の免震建築について回答を得ている [16]. 建築物における強震観測の状況を把握することは, 権利関係の問題があり完璧を期すことはできないであろう. また, 資金の裏付けがないことからボランティアベースの作業とならざるを得ないであろう. そこで, 筑波建築研究機関研究協議会のように文献を調査し, それをインターネット上で公表し, メインテナンスはホームページを見ている人々と行うということを提案したい. b) 共通書式建築物の強震観測にあっては, 地震動記録そのものに加え, 建築物, 基礎および地盤の情報も必要になってくる. 建築物における強震データが流通しない理由の一つには, 地震動データ以外の情報を併せて整理する必要があることが挙げられよう. この解決策として, 国土交通省が進めている電子納品の結果を援用することが考えられる. ただし, どのように情報を抽出するかを考えることは容易ではなく, とりあえず他者のデータを使ってみることから始めた方が良いように思える. 地震動記録については, 最近は地震計メーカーがデータ変換ソフトを用意する例が多く, 表計算ソフトに取り込み処理することも簡単にできるようになってきた. この際に注意したいことは, データの再配布時の桁落ちである. 加速度を扱っている場合には問題が少ないが, それを積分する場合には, 問題になるように思える. また, 将来の震度計のデータ形式として WIN 形式が提案されている [17] ことから, 今後の強震計のデータ形式もこれに習う可能性は高い.WIN 形式はデータ流通には優れていると思うが, 差分を使っていることから変換は単純ではなく, 強震計メーカーには変換ソフトを是非用意していただきたい. c) 観測記録の権利関係の指針建築物における観測の場合, 観測実施者と建物所有者が異なることが通常である. このような場合, 建物や地盤の情報, そして観測記録自体の所有権の問題が生じる可 12

15 能性が高く, またその権利関係の判断も明確ではない. このような状況では, 法に近い裏付けが得られない限り, 強震記録の自由な利用は難しいであろう. 現在, 科学技術研究振興調整費の統合化地下構造データベースの構築のなかで, 地盤工学会はボーリングデータの権利について広く検討していると聞く. その成果が建築物に関連する諸データの権利関係整理に生かされることを期待したい. 4.2 大都市圏における地震動現在大都市圏中心部における建蔽率は非常に高く, 個々の建築物の基礎は実質的に連結しているようにも思える. 一方で, 建築物の耐震設計にあっては対象とする建物が孤立して建設されるものとして設計している. 筆者には, この間に齟齬があるように思える. 局部的に見れば, 隣棟間の動的相互作用の問題であり, 実建物における観測的検討 [18] や解析的検討 [19] が行われている. 大局的に見れば, 地表面に振動子が並んだ状況であり, これにより地震動が減衰するとした論文 [20] もある. 耐震設計法までを考えると, 大きな問題であるが, 現象の解明には目的を持った観測とそれをサポートする解析技術が必要であることは言うまでもない. 5. まとめ強震観測の状況は兵庫県南部地震を境に劇的に変化した. それを理解していただくために, 本章ではそれ以前の状況から説明した. また, この変化により相対的に建築物の観測が貧弱になってきたことは否めない. データの使用が自由な建物強震観測を学会が推進してゆくことは難しく, 公的な機関が推進することに期待したい. しかしながら, 学会に参加している機関が行っている観測も捨てがたい. 筆者としては, 学会あるいは当委員会の最低限の役割は, これらの観測を有効利用する仕組みを作り, 日本の強震観測体制を下支することにあると考えている. 参考文献 [1] 瀬尾和大 : 強震データの活用に関するシンポジウムの開催にあたって主旨説明, 強震データの活用に関するシンポジウム, 日本建築学会,1-2,1995. [2] 北川良和 : 第 2 回強震データの活用に関するシンポジウム建物の耐震性能設計を目指した強震観測の開催にあたって主旨説明, 第 2 回強震データの活用に関するシンポジウム, 日本建築学会,1-2,2000. [3] 金山弘雄山田有孝 : 構造設計から見た建物強震観測,2006 年度日本建築学会大会 ( 関東 ) 構造部門 ( 振動 ) パネルディスカッション資料, 建築物の地震時挙動を知るために, 日本建築学会,25-34,2006. [4] 田中貞二 : 日本における強震計の開発と初期の強震観測, 日本建築学会, 強震データの活用に関するシンポジウム,39-48,1995. [5] 田中貞二 : わが国の強震観測事始めを振り返って- 加速度強震計の開発と初期および発展期の強震観測 -, 記念シンポジウム日本の強震観測 50 年 - 歴史と展望 - 講演集, 防災科学技術研究所研究資料,7-20, 第 264 号,

16 [6] 片山恒雄 : 記念シンポジウム日本の強震観測 50 年の開催にあたって, 記念シンポジウム日本の強震観測 50 年 - 歴史と展望 - 講演集,3, 防災科学技術研究所研究資料, 第 264 号,2005. [7] 大沢胖 ( 耐震連絡委員会委員長 ): 建築会館で強震観測開始, 建築雑誌,vo1.99, No.1222, 1984 年 7 月, p(31). [8] 強震観測小委員会 : 2005 年度強震観測小委員会報告書, よりダウンロード可能,2006. [9] 山村一繁, 片岡俊一, 山村一繁, 吉村智昭, 境茂樹, 渡壁守正 : 微動測定による建築会館の振動特性把握目的及び地下階における微動特性, 日本建築学会大会学術講演概要集 ( 関東 ),21244, ,2006. [10] 片岡俊一, 吉村智昭, 境茂樹, 渡壁守正 : 微動測定による建築会館の振動特性把握上部構造の振動特性, 日本建築学会大会学術講演概要集 ( 関東 ),21245, ,2006. [11] 湯沢豊, 植竹富一 : 静岡共同強震観測点におけるサイト増幅特性の評価, 日本建築学会大会学術講演梗概集 ( 北海道 ),21277, , [12]Architectural Institute of Japan: Digitized Strong-Motion Earthquake Records in Japan, [13] 強震観測小委員会 : 建物の強震観測に関する将来像 ( 案 )- 強震観測小委員会活動報告 -, よりダウンロード可能,2003. [14]Okawa, I., T. Kashima, K. Yamagishi, and M. Watakabe: Status Report on Strong Motion Recording for Buildings in Japan, Proceedings of the 35th Joint Panel Meeting on Wind and Sismic effects, May 2003, Tsukuba, [15] 小山信, 飯場正紀, 鹿嶋俊英 : 建物の強震観測現状調査, 日本建築学会大会学術講演概要集 ( 北海道 ),21439, ,2004. [16]( 財 ) 日本免震構造協会 : 第 4 章免震建物における地震観測について, 技術報告会資料,4-1~4-5,2006. [17] 消防庁 : 次世代震度情報ネットワークのあり方検討会最終報告書, からダウンロード可能 [18] 松山智恵, 福和伸夫, 飛田潤 : 強震観測強制振動実験常時微動計測に基づく隣接する中低層建物の振動特性, 日本建築学会構造系論文集, 第 545 号,pp.87-94,2001. [19] 文学章, 福和伸夫 : 隣接建物の存在が直接基礎の動的相互作用特性に与える影響, 日本建築学会構造系論文集, 第 600 号, pp ,2006. [20] 山辺克好, 金井清, 羽場崎淳 : 地震波の距離減衰に関する研究, 第 6 回日本地震工学シンポジウム, ,

17 ()

18 [ 1] [2] [3] [ 4]

19 km 10km () ( ) 1 2 [5] 300Gal 50cm/sec 2 VII cm/sec 750Gal900Gal [6] () 100km 8 5 ( 20km ) 17

20 [1] 5() (350Gal 400Gal) () [6]( ) [7] 30% 18

21 evidence-based seismic design WSW JMA KBU MOT N233ÞE ENE dip90þ N053ÞE No.3 No.4 dip85þ 16km 10km N053ÞE N053ÞE dip90þ No.1 dip90þ No.2 10km 5km 4.5km 4.5km 8km 8km 19

22 (1) (2) (1) (2) (3)

23 (1996) [1] [2] Reissner Toriumi(1955)(1959) Kobori(1962)

2. 1. 1985 4 1 2 4 8 2 3 1995 4 5 20 6 2002

1 1989 2 1991 3 1995 4 1996 1998 5 2001 6

24 [1]2006 [3] PD

25 Inertial interaction Kinematic interaction [1],[3] (Kinematic Interaction) 2. 3.

26 3 3. Site nonlinearity Local nonlinearity Structure nonlinearity 3.2. [2] 3 4. a) b) c) a) b) c)

27 [4] FEM 5. 25

28 ( ) (SR or ) (SR or ) 3 [4] [1] [2] [3] [4]

29 27

30 28

31 29

32 ) ) ) ) )

33 31

34 [1] [2] (1976) [3] [4] [5] WG [6] [7] 1999 PD [8] [9]

36 [1]

37 [3]

2 VE SV, h = 0 h=0% (1) SV VE 5% 0.7 ( ) ( SV = SV, h =0 1 + 3h + 1.2 h = VE 1 + 3h + 1.

38 2 VE SV, h = 0 h=0% (1) SV VE 5% 0.7 ( ) ( SV = SV, h = h h = VE 1 + 3h h ) (1) cm [4] 270cm/s [2] 2 α 1 (= α f+ α s ) [3] 0.35 α s =20% α f /δ max α s =10% V E =120cm/s T f = 4sec α s =0% δ max (cm) 3 [3]

39 4 1 We ( t) Wp( t) = E( t) W e ( t) W p ( t) E( t) + (2) 4 V E V E =300cm/s 40cm 5 WEST WEST 35km 1 WEST NS EW UD [3] /1 1/2 1/4 1FL(NS) RFL(NS) 1FL(EW) RFL(EW)

40 1 6 UD 1.8 NS 1/3.5 EW 1/3 10cm gal FL /21/4 500gal 30cm 6 isolate [1] [2] [3] [4]

41 [1] 1972 Yao structural control [2] [3] AMDActive Mass Damper ATMD 39

42 Active Tuned Mass Damper [4] [5] 0.2% 0.5% 1/10 10%20% [6] cm/sec 2 10% 10% H [7] 2 t f T T ( X QX + u Ru) dt X u Q R 1990 [6] H H 1981 Zames [8]1990 [9]1990 [7] 40

43 1 Q R [6] 2.2 MR MR 4 [4,5] 1500kN2100kN MR 200kN400kN [6] 1000kN [10] H Karnopp [11] c( t) x! ( t) f ( t) = 0 u( t) x! ( t) > 0 and c( t) = u( t) x! ( t) 0 u( t) / x! ( t) 2 u(t) x! (t) c(t) Maxwell [12] [10]MR [13] [6]Maxwell 2 41

44 [5] Seismic Response Control Special Theme Session [14] Housner Earthquake Engineering & Structural Dynamics Special Issue Practical Applications of Active or Semi-Active Response Control to Actual Civil Engineering Structures 8 [7] [4]

45 ATMD

46 [1] pp [2] J. T. P. Yao: Concept of Structural Control, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 98 (ST7), pp , [3] T. Kobori et al.: Seismic-response-controlled Structure with Active Mass Driver System (Part2) Verification, EESD, Vol.20, No.2, pp , [4] [5], [6], [7] Nishitani, A. and Inoue Y.: Overview of the Application of Active/Semiactive Control to Building Structures in Japan, Special Issue on Practical Applications of Active and Semi-active Structural Control Systems to Actual Civil Engineering Structures, EESD, Vol.30, No.11, pp , [8] G. Zames: Feedback and optimal sensitivity: Model reference transformations, multiplicative seminorms, and approximate inverses; IEEE Trans. Automatic Control, Vol. AC-26, No. 2, pp [9] H, No.444pp [10] 1 6 pp [11] Karnopp, D. C., et.al. : Vibration control using semi-active force generators, Trans. ASME. J. of Eng. For Industry, Vol.96, No.2, pp , [12] C pp [13] Dyke et. al. : Modeling and control of Magnetrheological Dampers for Seismic Response Reduction, Smart Materials and Structures, Vol.5, pp , [14] Kobori. T. : State-of-the Art Report Active Seismic Response Control, Proc. of 9WCEE, Vol.8, pp ,

47 1. (Structural Health MonitoringSHM) SHM 2002 SHM SHM SHM SHM SHM SHM 2.1. BIGLOBE 45

48 BCP BCP 100% 100% BCP BCP BCP 1. BCP 2.2. SHM SHM SHM SHM 2SHM [5] SHM SHM 46

49 3.1. a) b) SHM SHM SHM c) SHM 47

50 3. 30 [6] x =1 e 3.2. )m SHM f1,2 f1,2:x 1 (, [7], ) X 2( Dr ( x, y ) = e 6.68 x xy 2 ) (1) f2,3 4. f2,3:x 2( (log PGV /, ) Y( [7] ) 48 (2) 4.

51 3.3. SHM [8] SHM 49 [9]

52 4 SHM SHM SHM [6] 2006 [7], 1517 A)(2), [8] [9] B-2, (2006) 50

<4D F736F F D208C46967B926E906B82CC96C6906B8C9A95A8899E939A89F090CD>

<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