都市減災研究センター（UDM）2010年度研究成果報告会研究テーマ１都市型建築の効果的な耐震補強・改修法の開発と推進小課題 1.1）首都圏直下地震・活断層等による強震動予測と超高層建物等の減災対策建築学部まちづくり学科教授久田嘉章准教授山下哲郎大成建設吉村智昭 1 目的と内容 • 目的：首都圏で考慮すべき地震（首都圏直下地震、海溝型巨大地震、および活断層帯における地震）を対象に強震動予測を行い、各地震動特性に対応した効果的な超高層建物等の都市型建物の減災対策を提案 • 内容（2010年度）：①強震動予測手法に関するベンチマークテストの実施、②大規模な地殻内地震における震源モデル化と震源近傍の強震動特性に関する研究、③首都圏直下地震と海溝型巨大地震による超高層建築の地震応答解析と制震補強に関する研究 2 強震動予測手法のベンチマークテスト（日本建築学会・地盤震動小委員会・科研費：2009-2011) • 強震動予測手法が実用化。様々は計算コードはあるが、実務者には容易に使いこなせない。同じ対象の地震・観測点でも結果のバラつきが大きい場合あり • ベンチマークテストの必要性： ○３つの代表的な強震動計算手法：理論的・数値解析・統計的手法 ○単純なモデルによる２段階ステップ（2009年度）：・単純な一様地盤＋２層の平行成層地盤・ステップ１（点震源）、ステップ２（面震源） ○複雑なモデルによる２段階ステップ（2010年度）：・より現実的かつ複雑な地盤モデル・ステップ３（点震源）、ステップ４（面震源） ○ブラインドプレディクション（2011年度予定）： ○結果・データ・ソフト・マニュアル公開共同研究者：青井真（防災科学技術研究所）、加藤研一・森川淳（鹿島建設）、早川崇（清水建設）、川辺秀憲・釜江克宏・上林広敏（京都大学）、永野正行（東京理科大学）、吉村智昭（大成建設）、境有紀（筑波大学）、野津厚（港湾空港技術研究所）、宮腰研・大西良広（地域地盤環境研究所）、Seckin Ozgur Citak（海洋研究 3 開発機構 )、大野晋（東北大学）、野畑有秀（大林組）ステップ４ (T41+100:地中・離散・一様破壊断層、減衰2層地盤) 0.012 0.012 T41+100(NS) 0.01 0.01 Hisada 0.008 Velocities(m/s) Velocities(m/s) T41+100(EW) 0.006 Nagano 0.004 0.002 Hisada 0.008 0.006 Nagano 0.004 0.002 Nakagawa Nakagawa 0 0 0 20 40 ・全員ほぼ一致！ 60 time(s) 0 80 20 1 frequency (Hz) 10 0.001 0.0001 Hisada Nagano Nakagawa 0.00001 80 0.01 T41+100-NS 0.01 Fourier Amplitude (m) Fourier Amplitude (m) 0.1 60 time(s) 速度波形（水平２成分） 0.01 0.01 40 0.000001 速度フーリエ振幅スペクトル（NS成分） 0.1 1 frequency (Hz) 10 0.001 T41+100-EW 0.0001 Hisada Nagano Nakagawa 0.00001 Vs=2000 m/s Vs=3464 m/s 0.000001 横ずれ断層 2 ４ｘ８ km 4 統計的G法：ステップ２の結果例（S41+010） S41：面震源, 2層地盤、Ｒ＝10 ｋｍ, 0－20 Hz, 減衰なし参加４チーム：統計的グリーン関数法－側の計算点 (-002, -006, -010） +000 +002 1 km 2 km X +006 (North) tan-1(3/4) +010 UD （＋側） Radial Transverse Y (East) 4 km Medium 1 6 km Z (Down) 震源(0,1,4) km Medium 2 EW UD S41：計算点+010 5 数値解析手法：ステップ2の結果例（N41） N41：点震源, 傾斜地盤、 0－2.5 Hz, 減衰あり参加チーム：３次元差分法（５）、３次元有限要素法（１）有限要素法の要素分割（傾斜地盤） X 吸収ゾーン 2km Vx 2km ● ● 堆積盆地 ● ● ● 2.4km ● ● ● ● Lx Y-4.8 8km ▲ ▲ ▲ XY-4.8 2.4km XY-6.4 ● ● ● ● XY+0.0 ● ▲ ▲ ● ● ● ● Vx 吸収ゾーン 2km 30km ● ● ● Y+4.8 ▲ ▲ XY-1.6 ● ● Y+6.4 ▲ ▲ ▲ ● 30km Y ● ● XY-3.2 ★震源D ★ 震源C ● ● 差分法の要素分割（傾斜地盤） ● ● Vy Ly Vy 2.4km 8km 2.4m 吸収ゾーン 2km 1000 震源深さ 40000 2400 4000 6400 4000 12800 2400 6400 N 33モデル N 42モデル N 41モデル 6 震源Ｄ・観測点Y+4.8での速度波形比較大規模な地殻内地震における震源のモデル化と震源近傍の強震動特性関東平野における活断層関東平野北西縁断層帯平井-櫛挽断層帯指向性パルス立川断層帯伊勢原断層帯三浦半島断層群富士川河口断層帯神縄・国府津松田断層帯北伊豆断層帯フリングステップ  立川断層地震で東京は7 東西分断、直上対策は？地殻内の大規模地震の計算 Displacement(cm) 1999年トルコ・コジャエリ地震の震源モデルと断層近傍の強震 comp_SKR_Displacement(EW) Inversion-RecipeObservation 250 obseversion-dis-EW 200 inversion-dis-EW 150 recipe-dis-EW 観測 Sekiguchi他 100 レシピ（上部無し） 50 0 20 40 Time(s) 60 80 Sekiguchiほか、ＢＳＳＡ（2002） comp_SKR_Displacement(EW) Inversion-SimulationObservation Displacement(cm) 250 200 obseversion-dis-EW 150 simulation-dis-EW 100 inversion-dis-EW 観測上部のみ 50 0 強震動予測レシピ 20 40 Time(s) 60 断層上部のみ 80 8 超高層建築の地震応答解析と制震補強に関する研究地震応答解析（首都直下地震）新宿校舎の立体フレームモデルと制震補強案 9 制震による補強効果の検討（想定首都圏直下地震の場合） X2通り X4通り X2通り X4通り X4 X2 31 31 D0 D8 D40 26 26 21 21 16 階 11 16 階せん 11 曲げ含む変形角断変 6 形角 6 ダンパー設置位置軸組図左：D8 右：D40 （太線：ダンパー設置位置） D0 D8 D40 D0 D8 D40 系列1 1 0 500 1000 （gal）1500 最大加速度 1 0 （rad） 1/200 1/100 最大変形角 10 研究成果 • 査読付き論文４編：日本建築学会技術報告集、米国地震学会 • 学術雑誌・解説など４編：建築雑誌など • 口頭発表２６：日本建築学会、日本地震学会など • 招待講演８：日本建築学会・大会ＰＤなど • 外部資金５：・文部科学省・科研費・基盤Bなど • 各種メディア５：毎日新聞、東洋経済新聞など • 博士１、学士１２、ほか →詳細は報告書Ｐ１２5を参照ください 11 おわりに • 本研究で得られた成果はテーマ２（設備・２次部材など）やテーマ５（被害・負傷者推定）などに活用 • 2011年東北地方太平洋沖地震や余震による様々な被害調査を実施中（西口超高層建築、活断層、津波など） • 今年度はこれらの成果を生かし、引き続き研究を継続新宿校舎の天井の被害エレベータの被害 2011/4/11 福島県浜通り地震 12 の地表断層による被害調査