Transcript 水戸市に建つ超高層免震建物の強震観測例

東京工業大学建築物理研究センター講演会
「東北地方太平洋沖地震における建物強震記録」
水戸市に建つ超高層免震建物の
強震観測例
2011年9月27日
ハザマ 境 茂樹
1
・はじめに
○ 国内の免震建物の推移と超高層免震建物の用途割合
250
対象建物
ホテル 学校
1%
1%
1998評定取得
超高層
非超高層
200
オフィス・
事務所
9%
その他
1%
病院
1%
139棟
棟数
150
100
共同住宅
(複合施設
含）
87%
50
0
1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009
年代
免震建物の推移（評定完了時）
超高層免震建物の用途割合
*各評定機関の公開された性能評価ｼｰﾄおよびMENSHIN等の雑誌を参照（～2008.12まで）
2
・対象建物の位置
目標耐震性能
対象建物の位置
震央距離Δ＝288km
茨城県水戸市（震度6弱）
一次固有周期
（秒）
気象庁による
震源のすべり分布図
3
・建物の概要
地上21階、塔屋1階
軒高さ：64.05m 最高高さ：68.85m
鉄筋ｺﾝｸﾘｰﾄ造 純ラーメン構造
直接基礎（2種地盤、Ｔg＝0.28s）
免震部材：天然ｺﾞﾑ系積層ｺﾞﾑ、
鋼捧ﾀﾞﾝﾊﾟｰ、鉛ﾀﾞﾝﾊﾟｰ
地震計設置位置
※免震構造設計指針(2001)の設計例2の建物
Y
Z
X
基準階伏図
X
軸組図
4
・免震装置の配置
免震部材配置図
5
・目標耐震性能と一次固有周期
目標耐震性能
一次固有周期
（秒）
免震層
固定時
微小変形時
ﾀﾞﾝﾊﾟｰ降伏時
レベル２時
積層ｺﾞﾑのみ
X方向
1.06
1.56
2.23
3.78
4.32
Y方向
1.16
1.61
2.26
3.80
4.33
6
・地震後の免震装置の状況
鉛ﾀﾞﾝﾊﾟｰ
鋼捧ﾀﾞﾝﾊﾟｰ
（損傷無し）
（一部に塗装はがれ、マークズレあ
り）
地震後の免震装置の状況写真
7
・地震観測結果(1)加速度波形
2000
RF-X Max. Acc.=－149 cm/s2
ＲＦ
Acc. (cm/s2)
1600
1200
RF
RF-Y Max. Acc.=　181 cm/s2
800
400
RF-Z Max. Acc.=　506 cm/s
2
0
-400
0
50
100
2000
150
Time (sec)
200
250
300
1F-X Max. Acc.=－113 cm/s 2
１階
Acc. (cm/s2)
1600
1200
1F-Y
Max. Acc.=－185 cm/s 2
800
400
1F-Z Max. Acc.=　287 cm/s 2
0
-400
2000
0
50
100
150
Time (sec)
200
250
300
FC-X Max. Acc.=－314 cm/s
2
X
Y
Z
基礎上
Acc. (cm/s2)
1600
1200
１階
800
基礎
400
FC-Y
Max. Acc.=　402 cm/s 2
0FC-Z
Max. Acc.=　240 cm/s 2
200
400
600
加速度(cm/s2)
0
-400
0
50
100
150
Time (sec)
200
250
300
8
・地震観測結果(2) 入力（基礎部）の応答スペクトル
400
0
0.0
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
8.0
1200
SV　(cm/s)
SA　(cm/s2)
Y　h=0.05
Y　h=0.20
800
400
0
0.0
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
1200
SV　(cm/s)
SA　(cm/s2)
Z　h=0.05
Z　h=0.20
800
400
0
0.0
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
Ｓａ
8.0
4.0
Period　(sec)
6.0
0.0
8.0
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
8.0
50
Y　h=0.05
Y　h=0.20
Y　h=0.05
Y　h=0.20
40
30
20
10
0
0.0
1600
20
0
2.0
160
140
120
100
80
60
40
20
0
8.0
30
10
0.0
1600
X　h=0.05
X　h=0.20
40
SD　(cm)
800
X　h=0.05
X　h=0.20
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
0.0
8.0
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
8.0
50
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Z　h=0.05
Z　h=0.20
Z　h=0.05
Z　h=0.20
40
SD　(cm)
1200
50
160
140
120
100
80
60
40
20
0
SD　(cm)
X　h=0.05
X　h=0.20
SV　(cm/s)
SA　(cm/s2)
1600
30
20
10
0
0.0
2.0
4.0
Period　(sec)
Ｓｖ
6.0
8.0
0.0
2.0
4.0
Period　(sec)
6.0
8.0
Ｓｄ
9
・地震観測結果(3) 固有振動数と減衰定数（全体系）
ARX条件
ﾊﾞﾀｰﾜｰｽﾌｨﾙﾀｰ FH=1.0Hz、FL=0.1Hz
ﾘｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ20Hz ｳｨﾝﾄﾞｳ：10秒 1 ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ置き
次数（20,1,3）
Xdirection Natural Frequency
0.8
0.6
0.4
0.2
50
100
200
250
0.6
0.4
0.2
300
50
100
0.4
0.2
0
50
100
150
time [sec]
(a) X方向
200
250
300
150
time [sec]
200
250
300
250
300
Ydirection Damping Ratio
0.6
damping ratio
damping ratio
150
time [sec]
0.8
Xdirection Damping Ratio
0.6
-0.2
Ydirection Natural Frequency
1
frequency [Hz]
frequency [Hz]
1
0.4
0.2
0
-0.2
50
100
150
time [sec]
200
(b) Y方向
全体系の固有振動数と減衰定数の時間変化（ＡＲＸによる）
（上図：固有振動数、下図：減衰定数）
10
・設計モデルとの比較(1)
変位[cm]
応答変位波形
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
21階　X方向
観測
解析
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
変位[cm]
時間[s]
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
1階　X方向
観測
解析
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
時間[s]
観測結果と設計モデルによる解析結果との比較（X方向）
11
・設計モデルとの比較(2)
免震層の相対変位
観測
観測
20
20
15
15
10
10
Y方向変位[cm]
Y方向変位[cm]
解析
解析
5
0
-5
5
0
-5
-10
-10
-15
-15
-20
-20
-20 -15 -10
-5
0
5
X方向変位[cm]
10
15
20
14cm
-20 -15 -10
-5
0
5
10
15
20
X方向変位[cm]
免震層相対変位の観測結果（左図）と解析結果（右図）の比較
（X方向、0-120秒）
12
免震層の累積変位
9m
累積変位　(m)
10.0
8.0
6.0
4.0
X方向
Y方向
2.0
XY平面
0.0
0
50
100
150
200
250
300
時間　T　(sec)
免震層の累積変位（300秒間）
13
・免震と非免震の比較（解析）
X方向
25
X方向
25
解析（免震）
解析（非免震）
20
15
15
層
階
20
10
解析（免震）
解析（非免震）
10
観測
5
5
0
0
0
200
最大加速度[cm/s/s]
400
0
0.005
0.01
層間変形角
免震と非免震の最大応答分布の比較
14
・入力特性と上部構造固有周期の免震効果に与える影響(1)
免震層の復元力特性
せん断力
Ki
Ws
弾性
上部構造
Wi
免震層
履歴型ﾀﾞﾝﾊﾟｰの復元力特性
Ks
Ws：Wi＝1 : 0.25
解析モデル
Qyi
変形
変形
免震層の復元力特性
上部構造の復元力特性
Ts  2π
Ws
ｇ・ Ks
T i＝2π
Ws＋Wi
ｇ・ Ki
Ci 
Qyi
Ws  Wi
Ti0＝0.5 sec
解析時のパラメータ
上部構造
固有周期Ts
0.0～5.0sec，0.2秒きざみ
降伏せん断力係数
Ci＝ 0.03，0.05
降伏後周期
Ti＝ 3.0，4.0，5.0 sec
免震層
速度応答ｽﾍﾟｸﾄﾙ　SV (cm/s)
２質点系の検討モデルとパラメータ
*参考文献：小倉他、1997年技術報告集
K-NET水戸：震度5.8，PGA＝787cm/s2，PGV＝30cm/s
K-NET古川：震度6.2，PGA＝572cm/s2，PGV＝89cm/s
1000
100
10
K-NET 水戸
K-NET 古川
1
0.1
1.0
周期　T (sec)
10.0
検討に用いた入力地震動のSV（減衰5%)
15
・入力特性と上部構造固有周期の免震効果に与える影響(2)
◎2質点系モデルによるパラメトリックスタディの結果
K-NET水戸
（IBR006・EW)
50
40
30
上部建屋の応答加速度　(cm/s2)
免震層の応答変位　(cm)
60
Ti=3.0,C=0.03
Ti=3.0,C=0.05
Ti=4.0,C=0.03
Ti=4.0,C=0.05
Ti=5.0,C=0.03
Ti=5.0,C=0.05
20
10
0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
上部建屋の固有周期　Ts (sec)
40
30
20
K-NET古川
（MYG006・EW)
0
1.0
2.0
3.0
4.0
上部建屋の固有周期　Ts (sec)
(1)免震層の応答変位
5.0
K-NET水戸
（IBR006・EW)
300
Ti=3.0,C=0.03
Ti=3.0,C=0.05
Ti=4.0,C=0.03
Ti=4.0,C=0.05
Ti=5.0,C=0.03
Ti=5.0,C=0.05
200
100
0
0.0
上部建屋の応答加速度　(cm/s2)
免震層の応答変位　(cm)
50
0.0
400
5.0
60
10
免震層の弾性周期Ti0＝0.5秒、
Ti：降伏後周期、Ci：降伏せん断力係数
1.0
2.0
3.0
4.0
上部建屋の固有周期　Ts (sec)
5.0
400
K-NET古川
（MYG006・EW)
300
200
100
0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
上部建屋の固有周期　Ts (sec)
5.0
(2)上部構造の応答加速度
入力地震動と上部構造の固有周期の違いが免震建物の応答に与える影響
16
・入力特性と上部構造固有周期の免震効果に与える影響(3)
上部建屋の応答低減率
1.0
0.8
K-NET水戸
（IBR006・EW)
K-NET古川
（MYG006・EW)
1.0
上部建屋の応答低減率
Ti=3.0,C=0.03
Ti=3.0,C=0.05
Ti=4.0,C=0.03
Ti=4.0,C=0.05
Ti=5.0,C=0.03
Ti=5.0,C=0.05
0.6
0.4
0.2
0.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
上部建屋の固有周期　Ts (sec)
(a) K-NET水戸
5.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
上部建屋の固有周期　Ts (sec)
5.0
(b) K-NET古川
上部建屋のせん断力低減率 （免震／非免震（弾性））
17
・ まとめ
・本建物の入力は周期2.0秒以下の短周期成分が優勢であった。
・全体系の固有振動数は、主要動前0.8Hz、主要動部0.4Hzと低下
し、後続部0.6Hzと変化した。また、減衰定数は、主要動前0～
20%、主要動部20～40%、後続部20%程度と変化した。
・設計モデルによる解析結果は振幅、位相ともに観測結果と対応。
・免震層の最大相対変位は１4cmで、基礎部の変位応答ｽﾍﾟｸﾄﾙ
Ｓｄ（減衰20%）の結果とも対応。
・上部建物の固有周期と免震層のTi及びCiをﾊﾟﾗﾒｰﾀとした2質点系
モデルによるパラメータスタディの結果、周期１秒以上が卓越す
る入力地震動に対しては、応答変位や応答加速度が大きくなり、
上部建物の固有周期や免震層ﾊﾟﾗﾒｰﾀの違いによる応答の差も大き
くなった。従って、免震建物の設計において、サイトの入力地震
動特性の把握が重要である。
謝辞：本検討では、(独）防災科学技術研究所のK-NETの記録を使用させていただきました。 18
ご清聴ありがとうございました。
19