首都圏に建つ超高層建築物の地震応答と制震補強に関する研究

首都圏に建つ超高層建築物の地震応答と 制震補強に関する研究工学院大学大学院　　久田研究室　修士２年 DM-08038 　島村　賢太 KOGAKUIN UNIVERSITY

首都圏で発生する恐れのある地震例 ■　工学院大学新宿校舎 STEC情報ビル東京湾北部地震想定首都直下地震　今後３０年　発生確率８０％東海地震東南海地震想定東海・東南海連動地震　今後３０年　発生確率３０～５０％

研究の流れ 設計用解析（等価せん断）モデルを用いた地震応答解析※１立体モデルによる弾性地震応答解析および観測記録との比較検討　（大学棟※２・３、オフィス棟）常時微動観測、人力加振観測、地震観測記録サイト波を用いた弾塑性地震応答解析とその評価首都直下地震、東海・東南海連動地震制震補強案の検討 ※1：小菅芙紗子他：首都圏にある超高層キャンパスの地震防災対策に関する研究（その3）　超高層ビルの微動観測と地震応答解析、日本建築学会大会学術講演梗概集（九州）2007.8 ※2：星幸男他：首都圏に建つ超高層キャンパスと地域連携による地震防災に関する研究（その3）超高層ビルの微動観測と地震応答解析、日本建築学会大会学術講演梗概集（中国）2008.9 ※3：島村賢太他：首都圏に建つ超高層キャンパスと地域連携による地震防災に関する研究（その4）超高層ビルの地震応答特性の評価、日本建築学会大会学術講演梗概集（中国）2008.9

対象建築物概要：大学棟 部材寸法（柱）部材寸法（梁）部材寸法（ブレース）部材寸法（大スパン梁）対象建築物概要太線はブレース位置北側立面図基準階伏図軸組図（左Y１４、右X２通り）

対象建築物概要：オフィス棟 対象建築物概要太線はブレース位置東側立面図基準階伏図軸組図（左Y１４、右X２通り）

立体モデル概要 S W E N 弾性モデル（正曲げのみを評価した合成梁）対象とする振幅が小さいため、合成梁の床スラブ　　　　　　　　　　　　　　にクラックが入らないと仮定弾塑性モデル（正負曲げを評価した合成梁）対象とする振幅が大きくなるため、正曲げ、負曲げを考慮立体モデル仮定条件及び解析条件・各階の床は剛床と仮定・柱脚の支持条件は固定と仮定・梁は床スラブの剛性,強度を考慮した合成梁として評価・パネルゾーンは剛域と仮定・ブレースは接点間距離を材長とし、両端ヒンジモデルを採用・人力加振観測結果より減衰定数1％のレーリー減衰・NS成分・EW成分・UD成分の3方向入力固有周期比較立体モデル ※使用解析ソフト　SNAPV4.0　（構造システム）

危険性の高いサイト波を用いた弾塑性地震応答解析　危険性の高いサイト波を用いた弾塑性地震応答解析　解析目的妥当性の確認された立体モデルによるサイト波を用いた応答解析より被害想定を行い、補強の必要性を確認する　　　　　　　　　　　　　　　　　弾塑性モデル概要柱（ＭＳモデル）・スーパーフレームおよびその上下階のみを弾塑性モデルとした・軸方向力とモーメントの相互作用を表現出来るＭＳモデル梁（材端バネモデル）・全ての部材を合成梁として正負で異なる全塑性　モーメントを指針を元に算出した ※4 ・履歴特性はバイリニア形とし2次剛性は1次剛性　の1/105とするブレース（材端バネモデル）・座屈を考慮した柴田-若林の履歴特性を使用・座屈荷重、座屈後安定耐力は、基準及び指針より算出した※5,6 ※4：日本建築学会編：各種合成構造設計指針・同解説 ※5：日本建築学会編:鋼構造設計基準 ※6：日本建築学会編:鋼構造限界状態設計指針・同解説履歴特性

弾塑性解析に用いる入力地震波 想定首都直下地震（東京湾北部地震）※7 想定東海・東南海連動地震※8 ※7：田中良一他:首都圏に建つ超高層キャンパスと地域連携による地震防災に関する研究（その2）首都直下地震の強震動予測日本建築学会大会学術講演梗概集（中国）、構造Ⅱ、pp.815-816、2008.9 ※8：株式会社大成建設より提供

各階最大応答値 最大変形角最大変形角最大加速度最大加速度首都直下地震解析結果東海・東南海連動地震解析結果大学棟解析結果（NS方向）最大変形角最大変形角最大加速度最大加速度首都直下地震解析結果東海・東南海連動地震解析結果オフィス棟解析結果（NS方向）

時刻歴波形：大学棟 首都直下地震解析結果東海・東南海連動地震解析結果大学棟解析結果（NS方向）首都直下地震　29F　加速度連動地震　29F　加速度首都直下地震　29F　速度連動地震　29F　速度首都直下地震　29F　変位連動地震　29F　変位

時刻歴波形：オフィス棟 首都直下地震解析結果東海・東南海連動地震解析結果オフィス棟解析結果（NS方向）首都直下地震　28F　加速度連動地震　28F　加速度首都直下地震　28F　速度連動地震　28F　速度首都直下地震　28F　変位連動地震　28F　変位

塑性化の評価：大学棟 X2 X10 首都直下地震振動状態基準階伏図 Y14通り X2通り X2通り東海・東南海連動地震解析結果東海・東南海連動地震解析結果首都直下地震解析結果首都直下地震解析結果各階平均塑性率（NS方向）塑性ヒンジ図

塑性化の評価：オフィス棟 首都直下地震応答スペクトル東海・東南海連動地震解析結果首都直下地震解析結果各階平均塑性率（NS方向）基準階図平面図 X15通り X12通り X15通り東海・東南海連動地震解析結果首都直下地震解析結果塑性ヒンジ図

制震補強案の検討 N X4 X2 X4 X2 目標大学棟NS方向21階に確認された応答を周辺階の1.5倍以下に低減させる補強案を施工性、運搬性、応答低減効果等をふまえ総合的に判断し提案する　　　　　　　　　　　　　　　　　現場調査によるダンパー設置可能位置の検討 :NS方向既存ブレース :ダンパー設置検討部 D2 D2 D1 D1 D2 D2 21階平面図軸組図　左：X2 右：X4

運搬性の検討 N D2 D1 ・最大積載重量1900kg ・最大積載部材長さ 2500～3000mm ・最低天井高さ2400mm ・最低廊下幅1100mm D2 天井高さが低く、幅が狭い廊下左：EVカゴ平面図右:アクソメ図電動式パワーリフター・最大積載能力1000kg ・自重225kg 三菱重工HP:http://www.grendia.com/b_power-lifter/index.html ダンパー配置位置軸組図　左：Ｄ2 右：Ｄ1 運搬用フォークリフト概要

使用ダンパー概要とモデル化 使用オイルダンパー概要図 ※９使用オイルダンパー性能使用オイルダンパー配置図　左：D2　右：D1 ※９：三和テッキHP http://www.tekki.co.jp/products/damper.html

各層応答値による補強前後の比較 梁　各階平均塑性率ブレース　各階平均塑性率最大変形角１．８倍１．４倍首都直下地震解析結果（ＮＳ方向）梁　各階平均塑性率ブレース　各階平均塑性率最大変形角東海・東南海連動地震解析結果（ＮＳ方向）

まとめ • 超高層建築物である工学院大学新宿校舎およびSTEC情報ビルを対象とした立体モデルを用い、首都圏において危険性の高い首都直下地震および東海・東南海連動地震の想定地震波を入力波とした弾塑性地震応答解析を行った。 • 大学棟では、スーパーフレームが配置されている直行方向であるNS方向21階において変形が大きく、構造的な弱点になることを確認した。また、曲げ変形の影響により、境界梁の被害が大きくなることを確認した。 • オフィス棟では、偏心の影響より、建物西側のX10およびX12通りの被害は少なく、東側であるX15およびX17 通りに被害が集中することを確認した。 • 施工性、運搬性、応答低減効果等をふまえ、大学棟のNS方向21階の応答を低減させる制震補強案の検討を行った。 • オイルダンパーを用い、弾塑性地震応答解析を行った結果、NS方向21階において目標としていた、周辺階の1.5倍以下の応答に抑えることができた。今後の課題 • オフィス棟において、施工性、運搬性、応答低減効果等を考慮した上で、建物東側であるX15およびX17 通りの部材の応答を低減させるような現実的な補強案を提案する必要がある。

首都圏に建つ超高層建築物の地震応答と制震補強に関する研究