Transcript 多数回繰返し外力に対するRC造建物の 設計法（風WG）

資料１－２
（非公開資料）
長周期地震動対策関係省庁連絡会議（第5回）
平成19年度長周期地震動対策に関する調査
各種構造物の揺れの推計と
補強対策の検討
2008年11月20日
日本建築学会
小鹿紀英 （小堀鐸二研究所）
実施内容
①予測長周期地震動を用いた各種構造物の揺れの
推計
・大都市圏で予想される長周期地震動に対して複数
の超高層ビルを設定し、揺れの傾向を把握、損傷
箇所と程度を推定
・大型タンクのスロッシング挙動
②各種構造物の揺れを減衰させる補強対策の検討
・損傷低減に必要な付加減衰量と制震化による損傷
低減効果の確認
1
検証用長周期地震動：目標スペクトル
超高層建物に対する長周期地震動の想定レベル1)
標準波・
告示波
地震動S
巨大地震による長周期地震動
平均的
特定の周期帯
地震動L
地震動LL
速度応答スペクトル
SV（cm/s）
SV=80～
SVm1=80～
SVm2=120～
エネルギースペクトル
VE（cm/s）
VE=120～
VEm1=180～
VEm2=270～
120cm/s
180cm/s
SVm2,VEm2
SVm2,VEm2
SVm1,VEm1
SVm1,VEm1
Ａ．Bi-linear 形状の方法
120cm/s
270cm/s
180cm/s
400cm/s
特定の周期帯
Ｂ．Bi-linear 形状に「山」を作る方法
文献1) 日本建築学会：長周期地震動と建築物の耐震性、2007.12
2
検証用長周期地震動の位置づけ
地震動S : 標準波・告示波
現行の超高層ビルの設計用地震動
地震動L : ｢平均的｣長周期地震動
一般的な超高層建物や免震建物用の目標ス
ペクトル
地震動LL :｢特定の周期帯｣長周期地震動
固有周期が特定の周期帯にある超高層建物
や免震建物あるいは特別な用途の建物用の
目標スペクトル
3
超高層モデル建物の設定
T1=4.5s
T1=6.2s
T1=3.8s
S30
121.5m
対象建物は既存の超高層を念頭に、鉄骨
系3種、RC系2種のモデル建物を作成
S50L
197m
S50T
197m
T1=1.8s
RC30
91.5m
T1=2.8s
RC40
129m
4
｢平均的」地震動L の機能・損傷判定
応答値の判定は、建物機能(設備系、2次部材、家具什器など)に関わる建物挙動(層間変形
角、加速度)と、建物損傷度(部材塑性率や累積部材塑性変形倍率) に注目して判定
S30
S50L
S50T
RC30
RC40
1/118
1/128
1/114
1/123
1/123
399
254
247
413
252
2
2
2
2
2
指定機能
確保
指定機能
確保
指定機能
確保
指定機能
確保
指定機能
確保
最大部材塑性率
1.14
2.70
1.15
2.31
1.16
(参) 梁の降伏割合
50%
95%
3%
100%
22%
最大部材 JASS6型
累積塑性 ﾉﾝｽｶﾗｯﾌﾟ
変形倍率
梁端混用
0.6
8.4
0.2
―
―
0.6
8.4
0.2
―
―
0.6
8.4
0.2
―
―
（参）梁部材破断割合
0%
0%
0%
―
―
3
2
3
2
3
軽微
小破
軽微
小破
軽微
層間変形角R(rad)
加速度a（cm/s2）
判断値λ
建物の機能
判断値λ
建物の損傷度
｢平均的｣長周期地震動L に対しては、部材降伏割合は高いものの層間変形角、塑性率は小さく、現状でもほとんど被害は生じない。
5
｢特定の周期帯」地震動LL の機能・損傷判定
S30
S50L
S50T
RC30
RC40
層間変形角R(rad)
1/72
1/137
1/70
1/98
1/69
加速度a（cm/s2）
495
360
352
430
349
0
2
0
1
0
機能確保
困難
指定機能
確保
機能確保
困難
限定機能
確保
機能確保
困難
3.26
3.72
1.99
2.42
2.33
100%
95%
46%
100%
100%
累積塑性 JASS6型
変形倍率
ﾉﾝｽｶﾗｯﾌﾟ
12.6
43.2
10.3
―
―
12.6
43.2
10.3
―
―
梁端混用
12.6
43.2
10.3
―
―
0%
36%
0%
―
―
1
0
2
3or2
3or2
中破
大破超
小破
軽微・小破
軽微・小破
判断値λ
建物の機能
最大部材塑性率
(参) 梁の降伏割合
梁破断割合
判断値λ
建物の損傷度
万が一、｢特定の周期帯｣長周期地震動LLに遭遇した場合、被害パターンは異なるものの、いずれの建物も
何らかの被害が生じる可能性が高い
6
超高層モデル建物の補強検討例
オイルダンパ
鉄骨30階建（S30-D）
オイルダンパによる補強
7
S30-Dのオイルダンパによる補強効果
｢特定の周期帯｣長周期地震動LL 入力
org
+DAMP
org
(階)
+DAMP
org
(FL)
30
+DAMP
(FL)
30
30
20
20
25
20
補強後
補強前 補強後
15
10
補強前
10
補強前
10
5
補強後
0
0
0
0.005
0.01
0.015
最大層間変形角
0.02
0
0
2
4
6
0
最大部材塑性率
制震化により層間変形角のみならず、建物の損傷度も大きく低減でき、
制震化の効果が顕著である
5
10
15
20
最大部材累積塑性
変形倍率
8
S30-Dのオイルダンパによる補強効果
長周期地震動LL 入力時頂部応答変形
150
ORG.
(cm)
0
-150
0
30
60
90
120
150
S30（オリジナル）
180
210
(sec)
240
建物種別によらず、頂部の片振幅で数十cmから1m超程度の揺れが長時間継続するため、在館者に
非常な不安感を与える可能性が高い
150
+DAMP
(cm)
0
-150
0
30
60
90
120
150
180
210
(sec)
240
S30-D（オイルダンパ設置後）
ダンパ設置により、大振幅の揺れの継続時間は大幅に短縮され、人の不安感の軽減にも大きく寄与する
9
S30-Dのオイルダンパによる補強効果
｢特定の周期帯｣地震動LL入力
S30
original
S30-D
オイルダンパ
層間変形角R(rad)
1/72
1/111
加速度a（cm/s2）
495
424
0
2
機能維持困難
指定機能確保
最大部材塑性率
3.26
1.80
最大部材累積塑性変形倍率
12.6
7.5
(参) 梁部材の破断割合*
0%
0%
2or1
2
小破～中破
小破
判断値λ
建物の機能
判断値λ
建物の損傷度
制震化により層間変形角のみならず、建物の損傷度も大きく低減でき、制震化の効果が顕著
10
長周期地震動に対する超高層の挙動まとめ
①長周期地震動として、｢平均的｣長周期地震動Lと、｢特定の
周期帯｣長周期地震動LLの2種類を設定
②応答値の判定は、建物機能(設備系、2次部材、家具什器など)
に関わる建物挙動(層間変形角、加速度)と、建物損傷度(部材
塑性率や累積部材塑性変形倍率) に注目して判定を行った。
③対象建物は既存の超高層を念頭に、鉄骨系3種、RC系2種の
モデル建物を作成した。
④｢平均的｣長周期地震動L に対しては、部材降伏割合は高い
ものの層間変形角、塑性率は小さく、現状でもほとんど被
害は生じない。
11
長周期地震動に対する超高層の挙動まとめ
⑤万が一、｢特定の周期帯｣長周期地震動LLに遭遇した場合、
被害パターンは異なるものの、いずれの建物も何らかの被
害が生じる可能性が高い。
⑥建物種別によらず、頂部の片振幅で数十cmから1m超程
度の揺れが長時間継続するため、在館者に非常な不安感
を与える可能性が高い。
⑦長時間の揺れに対して、RC造の梁は部材角1/100を越え
るような大振幅を多数回経験することになり、部材の劣
化等による損傷度への影響が懸念される。
➇石油タンクは、巨大地震に対して、波高が新消防法に規
定された側板余裕高を超える可能性もあることから、溢
流と着火防止対策に十分留意することが重要である。
12
長周期地震動に対する補強対策のまとめ
①｢平均的｣長周期地震動L に対しては、補強は不要である
が、万が一の｢特定の周期帯｣長周期地震動LL に対して
は、付加減衰2～4%程度が必要
②制震化により層間変形角のみならず、建物の損傷度も大
きく低減でき、制震化の効果が顕著である。
また、大振幅の揺れの継続時間は大幅に短縮され、人の
不安感の軽減にも大きく寄与する。
さらに、梁部材角の大変形レベルでの繰返し回数が大幅
に低減できる。
13
今後の課題
○建物の構造部材、非構造部材、設備機器等の保有耐震性
能の調査と損傷評価を行う方法の確立
○多数回の繰り返しを受ける部材・骨組みの終局挙動と復元
力特性を明らかにする
○地震後の被害の実態を把握するための手法の構造学的、
建築学的見地からの検討
○最適応答制御システムの技術開発の促進
○既存超高層建物の耐震性向上技術の開発、耐震改修法の
メニューの整備
14
以 上
15
以下、参考
16
検証用長周期地震動：模擬地震波
地震動L：｢平均的｣長周期地震動→ 告示波＋告示波
500
L
(Gal)
0
(sec)
240
-500
0
30
60
90
120
150
180
210
地震動LL：｢特定の周期帯｣長周期地震動 → BCJ-L2+BCJ-L2
500
LL
(Gal)
0
-500
0
30
60
90
120
150
180
210
(sec)
240
17
検証用長周期地震動：SVとVEｽﾍﾟｸﾄﾙ
S
L
LL
S
(h=0.05)
(cm/s)
LL
(h=0.10)
(cm/s)
600
250
地震動LL
地震動LL
200
150
L
450
｢特定の周期帯｣レベル
地震動L
｢特定の周期帯｣レベル
300
｢平均的｣レベル
100
｢平均的｣レベル
150
50
｢標準波｣
地震動L
(sec)
0
0
2
4
6
SVスペクトル
8
(sec)
0
0
2
4
6
8
VEスペクトル
18
建物機能・損傷度判定
性能評価項目
損傷限界
安全限界
余裕度Ⅰ
安全限界
余裕度Ⅱ
安全限界
安全限界
超過
4
3
2
1
0
建物の機能
建物の損傷度
機能維持
無被害
主要機能確保
軽微
指定機能確保
小破
限定機能確保
中破～大破
機能確保困難
大破以上
挙 層間変形角
動
床加速度 (Gal)
＜1/200
1/200-1/150
1/150-1/100
1/100-1/75
1/75以上
－
250以下
250-500
500-1000
1000以上
骨 層塑性率
組
ﾋﾝｼﾞ発生率(%)
1.0以下
1.0-2.0
2.0-3.0
3.0-4.0
4.0以上
0
0-30
30-60
60-100
100
構
造
部
材
1.0以下
1.0-2.5
2.5-3.75
3.75-5.0
5.0以上
0
0-5.4
5.4-12.0
12.0-21.5
21.5以上
0
0-9.0
9.0-20.5
20.5-36.5
36.5以上
0
0-3.5
3.5-7.5
7.5-13.5
13.5以上
判断値λ
部材塑性率
累積塑 JASS6
性変形 型
倍率
ﾉﾝｽｶﾗｯ
ﾌﾟ
梁端混
用
出典：北村他、性能設計における耐震性能評価基準値の関する研究、AIJ、No.604
19
S50Lの付加減衰による応答低減
｢特定の周期帯｣地震動LL入力
Original
+2%
+4%
+6%
1/137
1/159
1/172
1/182
360
246
223
207
2
3
3
3
指定機能
確保
主要機能
確保
主要機能
確保
主要機能
確保
最大部材塑性率
3.72
2.86
2.27
2.03
(参) 梁の降伏割合
95%
95%
95%
95%
最大部材累積塑性変形倍率
43.2
23.9
13.1
6.8
(参) 梁部材の破断割合*
36%
14%
0%
0%
0
0
1or2
2
大破超
大破超
中破･小破
小破
層間変形角R(rad)
加速度a（cm/s2）
判断値λ
建物の機能
判断値λ
建物の損傷度
*はJASS6型スカラップで判定している
20
RC40の付加減衰による応答低減
｢特定の周期帯｣地震動LL入力
Original
+2%
+4%
+6%
層間変形角R(rad)
1/69
1/85
1/102
1/117
加速度a（cm/s2）
349
312
270
242
0
1
2
2
機能確保
困難
限定機能
確保
指定機能
確保
指定機能
確保
2.33
1.82
1.45
1.22
(参) 梁の降伏割合
100%
100%
72%
28%
判断値λ
3or2
3
3
3
軽微･小破
軽微
軽微
軽微
判断値λ
建物の機能
最大部材塑性率
建物の損傷度
21
地震動LLに対する必要付加減衰
｢特定の周期帯｣長周期地震動LL 入力
S30
機
能
損
傷
度
S50L S50T RC30 RC40
層間変形角1/100以下
加速度500gal以下
+2
0
+2
0～
+2
+2
～4
部材塑性率3.75以下
部材累積塑性12.0以下
0～
+2
+4
0
0
0
(参)梁降伏割合60%以下
4～6 +6上
0
+6上 +4強
22
制震装置での応答低減効果
必要付加減衰を与える方法としては制震装置が最適
制震装置の種類
1) 制御力型：屋上付近に設置した重りを駆動することにより、
建物に制御力を与えて応答低減をはかる
2) エネルギー吸収型：層間に配置され、建物の応答に応じ
てエネルギーを吸収し、応答低減を図るもので、使用す
る材料と機構により以下の各種あり
a.弾塑性ダンパ：鋼材ダンパ、鉛ダンパなど
b.粘性ダンパ ：オイルダンパ、粘性壁、MRダンパ等
c.粘弾性ダンパ
d.摩擦ダンパ
23