「GIS による造成宅地の推定盛土深さと地震被害との関連」 - Informatix

「GIS による造成宅地の推定盛土深さと地震被害との関連」岩井哲氏
2005 年 7 月 19 日（火）福岡会場／2005 年 7 月 21 日（木）広島会場
「GIS による造成宅地の推定盛土深さと地震被害との関連」
広島工業大学工学部建設工学科教授地理情報システム学会中国地方事務局長
岩井哲氏
-1-
本日の講演概要
空間情報シンポジウム2005
GISによる造成宅地の推定盛土深さ
瀬戸内海で2001年に発生した芸予地震（Ｍ6.7）
によって，広島市近郊地域では造成された丘陵盛土
と地震被害との関連
地盤上で木造住宅の瓦屋根被害が多く現れた。GIS
を利用して造成宅地の切土・盛土の層厚の推定を行っ
広島工業大学工学部建設工学科
た。この切土・盛土の層厚と地盤の常時微動特性，
教授岩井哲
e-mail: [email protected]
地震被害の関連を考察する。
1
2
目的
平成13年の芸予地震によって，丘陵地に造
成された木造住宅団地では，盛土地盤で瓦屋
根被害が多く集中する傾向が見られた。
１．
地震被害分析のための3D-GISに
よる盛土・切土地盤の区分評価
本研究はGIS(地理情報システム)を用いて，
造成前・後の地形を立体的(３Ｄ)データ化し，
①盛土・切土を区分判別すること，②盛土深さ
を推定することにより，木造被害と盛土地盤・
盛土深さとの関連を調べるものである。
3
4
広島市西区己斐上３丁目
丘陵地住宅団地の木造屋根瓦被害
（広島市西区己斐上３丁目）
5
6
1
地図の３Ｄ化
■ 切土
■ 盛土
(a) S45標高の入力 (b) S45標高の抽出 (c) S45グリッドの生成 (d) S45グリッドの3D化
0
50
200
100
300
400
500m
造成前と後を重ね合わせたもの
(e) H10標高の入力 (f) H10標高の抽出 (g) H10グリッドの生成 (h) H10グリッドの3D化
0
50
100
200
300
400
500m
地盤の切盛り区分と常時微動計測点
（廿日市市阿品）
N
0100200300400500（m）
平成10年の地形図 1/2500
(i) 切土・盛土のグリッド (j) 切土・盛土のグリッドの3D化
31
50
100
200
300
400
500m
200
阿品台北
160
阿品台2丁目
家屋件数
140
阿品台1丁目
阿品台5丁目
50
瓦屋根被害率（%）
瓦屋根家屋件数
スレート屋根件数
RC等の陸屋根件数
瓦屋根被害件数
180
45
40
35
120
30
100
25
80
20
60
15
40
10
20
5
0
0
-40
阿品台4丁目
-30
-20
-10
0
10
切土・盛土の層厚(m)
20
30
40
阿品台
阿品台3丁目
50
切
土
50
盛
土
45
40
30
30
25
20
20
15
阿品4丁目
10
瓦屋根被害率（%）
40
35
家屋件数
32
昭和45年の地形図 1/2500
瓦屋根被害率（%）
0
２．
地震被害分析のための3D-GISに
よる盛土・切土地盤の区分評価
10
5
0
0
-40
-30
-20
-10
0
10
切土・盛土の層厚(m)
阿品4丁目
0
100
200
400
600
800
1000m
20
30
40
33
34
家屋の切土・盛土の層厚と瓦屋根被害
目的常時微動計測器
上下方向
本報告は廿日市市阿品の造成宅地において、
GIS（地理情報システム）を用い切土・盛土
の判別を行うともに、地盤の常時微動調査を
水平方向
行い、造成宅地の盛土･切土地盤における常時
微動振動特性と推定される盛土深さとの関連
について調べたものである。動コイル型電磁変換方式小型長周期振動計
【東京測振社製SM-121(水平動)、SM-122(上下動)】
35
水平方向
36
1
速度波形一例
計測速度
mkine(10 -3 cm/sec)
2
測点7（盛土厚26ｍ）
1
0
-1
-2
0
10.24
Max=
0.547
-3
計測速度
2
mkine(10 cm/sec)
20.48
時間 (sec)
Min=
mkine
-0.543
mkine
測点14（切土厚33ｍ）
1
0
-1
-2
0
10.24
Max=
0.182
20.48
時間 (sec)
Min=
mkine
-0.246
mkine
37
38
解析方法
阿品台常時微動計測（東西方向）速度H/Vスペクトル
計測した速度波形
4096
6144
切土
8192
フーリエスペクトル解析結果
1
0
地盤 NS方向
8192
2
10240
12288
14336
1
0
-1
-2
14336
2
16384
18432
20480
1
0
-1
-2
20480
2
22528
24576
26624
28672
30720
32768
フーリエスペクトル (mkine・sec)
-2
0.4
3.1Hz
0.3
パワースペクトル比
12.5
0.5
-1
10
7.5
盛土
1ｖ-EW/UD
2ｖ-EW/UD
13ｖ-EW/UD
19ｖ-EW/UD
25ｖ-EW/UD
27ｖ-EW/UD
26ｖ-EW/UD
8ｖ-EW/UD
10ｖ-EW/UD
17ｖ-EW/UD
21ｖ-EW/UD
23ｖ-EW/UD
12.5
5
2.5
パワースペクトル比
2048
2
10
7.5
9ｖ-EW/UD
14ｖ-EW/UD
18ｖ-EW/UD
22ｖ-EW/UD
24ｖ-EW/UD
5
2.5
0
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
2
4
6
8
振動数（Hz)
0.2
10
12
14
16
18
20
振動数（Hz)
地盤の常時微動の速度H/Vスペクトルの傾向
0.1
1
0
-1
0
-2
26624
2
2
4
6
8
10
12
12
14
14 16
16
卓越振動数
比率
振動数特性
18
18 20
20
振動数（Hｚ）
1
0
39
盛土
３∼４Hzでピーク
４∼６倍
盛土では共通している
切土
もたない（フラット）
１∼２倍
盛土・境界と異なる
0
40
-1
-2
地盤のH/Vスペクトル
15
3
11
10
12
14
16
18
20
H/V スペクトル
2
4
6
2
4
6
8
10
12
17
14
16
18
4
8
10
12
振動数（Hｚ）
14
16
18
20
2
4
6
8
10
12
14
16
18
16
18
20
0
3.2Hz
3.5 Hz
2
4
6
8
10
12
14
16
18
6
8
10
12
振動数（Hｚ）
14
16
18
20
16
18
20
0
2
7
4
6
8
10
12
14
16
18
20
振動数（Hｚ）
2.8 Hz
2.7 Hz
盛土26ｍ
12
6
0
14
盛土16ｍ
2.9 Hz
3.0 Hz
盛土23ｍ
9
0
12
6
20
12
4
9
15
19
3
10
0
0
3
8
3
盛土22ｍ
2.4 Hz
2.4 Hz
2
6
12
6
振動数（Hｚ）
9
0
4
振動数（Hｚ）
15
6
2
9
盛土12ｍ
9
20
H/V スペクトル
H/V スペクトル
14
0
0
H/V スペクトル
6
12
3
12
0
10
18
4.3 Hz
5
3
8
15
盛土11ｍ
4.2 Hz
盛土16ｍ
2.9 Hz
2.9 Hz
2
6
振動数（Hｚ）
9
0
4
振動数（Hｚ）
9
20
12
6
2
12
6
15.7 Hz
15.3 Hz
6
0
0
20
15
22
41
18
0
0
6
16
15
振動数（Hｚ）
18
14
3
0
19
12
ここから盛土
4.9 Hz
5.6 Hz
6
15
17
10
12
3
5
8
9
3
振動数（Hｚ）
盛土7ｍ
9
6
0
0
15
H/V スペクトル
20
4
12
S
8
3
7
16
E
6
切土14ｍ
12
9
3
振動数（Hｚ）
H/V スペクトル
3
15
W
4
12
14
N
2
15
24
8
6
0
0
21
2
9
3
0
9
23
1
13
6
2
切土22ｍ
12
H/V スペクトル
22
15
16
切土24ｍ
12
H/V スペクトル
H/V スペクトル
10
15
12
切土33ｍ
9
H/V スペクトル
14
12
H/V スペクトル
15
H/V スペクトル
阿品4丁目地盤の測点位置
2.6 Hz
2.5 Hz
9
6
3
42
0
0
2
4
6
8
10
12
振動数（Hｚ）
14
16
18
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
振動数（Hｚ）
1
地盤の卓越振動数
地盤の卓越振動数と切土･盛土の層厚の関係
-40
NS方向
EW方向
-30
3.37 3.56
切土・盛土の層厚 H （m)
10
14.5
14.45
18.95
15.67 15.33
-20
2.88 2.88
3.61 3.91
22
2.64
11
2.88 2.98
2.64
9
23
-10
21
1
切土
13
0
30
卓越
-2卓越
0
なし
2
なし
4
6
24
5.62 4.93
8
2.73 2.83
3
7.23
4
16
2.44 2.39
2.59 2.54
5
12
4.25 4.3
3.47
3.22
2.49 2.2
N
8
10 12
卓越振動数 f (Hz)
14
16
18
20
W
43
E
20
7
3.37 2.39
15
f = 151/4H
ｒ = 0.59
f = 144/4H
r = 0.47
20
2
14
盛土
10
4.35 4.15
17
18
19
6
44
S
結論
1. 盛土の厚い層厚にかけて卓越振動数が2.2∼5.6Hzと
低くなる傾向がみられる。切土で20mを超える層厚
を持つ硬い地盤では明確な卓越振動数を持たない。
2.造成地盤の卓越振動数が3Hzに満たない地域の周辺
家屋では多くの瓦屋根被害が出ている。卓越振動数
を持たないか、10Hzを超える高い卓越振動数を持
つところでは瓦屋根被害はほとんどない。
３．
木造住宅の常時微動特性と
2001年芸予地震による被害との
対応
3.切土・盛土の層厚が地盤の卓越振動数に関わり、地
盤の卓越振動数の違いが家屋の瓦屋根被害に大きく
45
影響を与えた可能性は高いと考えられる。
安芸郡熊野町の被害
新宮
初神
46
木造家屋の常時微動計測概要
建設地
城之堀
中溝
平谷
安芸郡熊野町
萩原
出来庭
呉地
川角
N
500
0
500
1000
1500m
■被害率10%以上
■被害率5∼10％
■被害率3∼5%
●被害家屋
建物名称
被
延べ面積
建築年
害
（㎡）
廿日市市阿品
耐力壁
屋根
① SY邸有 1992年
219.91
軸組構法
二つ割筋かい
瓦屋根
② TY邸無 1982年
96.07
軸組構法
三つ割筋かい
瓦屋根
③ UK邸有 1981年
-
軸組構法
-
瓦屋根
④ BK邸無 1979年
-
軸組構法
-
瓦屋根
-
瓦屋根
⑤ WF邸無 1979年
123.35 木質パネル
⑥ YS邸有 1978年
129.61
軸組構法
三つ割筋かい
瓦屋根
⑦ KK邸無 1972年
120.08
軸組構法
三つ割筋かい
瓦屋根
⑧ KT邸無 1969年
262.18
軸組構法
三つ割筋かい
瓦屋根
軸組構法
-
瓦屋根
軸組構法
-
瓦屋根
軸組構法
三つ割筋かい
瓦屋根
軸組構法
-
48
スレート屋根
⑨ MK邸有 1964年
47
構造
-
⑩ YK邸無 1979年
119.23
⑪ FK邸無 1984年
135.40
⑫ NT邸無 1985年
-
2
計測位置（平面図）
△ △ ▲
△
△
▲
浴室
▲
和室
居間
▲
Y軸
▲
2階平面図
和室8帖
便所
浴室
脱衣所
浴室
台所
1/4
台所
存在壁量
＞ 1.0
建築基準法で定める必要壁量
両端の充足率の小さい方
＞ 0.5
両端の充足率の大きい方
押入
押入
押入
ホール
和室8 帖
和室8帖
和室8帖
和室8帖
玄関
押入
1/4
玄関
廊下
押入
廊下
Y
1/4
51
X
1/4
壁量充足率、充足率の比
1/4
1.0
40
250
0.8
0.8
0.2
0.0
X軸方向
Y軸方向
X軸方向
Y軸方向
0.6
0.4
被害あり
被害あり
被害なし
被害なし
0.2
0.0
2
4
6
8
10
12
家屋卓越振動数（Hz)
充足率と家屋の卓越振動数
0
2
4
6
8
X軸方向
Y軸方向
X軸方向
Y軸方向
10
12
家屋卓越振動数（Hz)
53
充足率の比と家屋の卓越振動数
30
20
被害あり
被害あり（2次）
被害なし
被害なし（2次）
10
0
家屋延べ面積（㎡）
1.0
家屋築年数（年）
300
充足率の比
50
被害あり
被害あり
被害なし
被害なし
52
X
常時微動特性
1.2
0.4
Y
1/4
1.2
0.6
押入
ホール
1/4
脱衣所
50
充足率の比
和室8帖
便所
△
1/4
壁量充足率
△
▲
1階平面図
X軸
49
△
▲ ▲
ノートPC
【ソニー製、VAIO】
動コイル型電磁変換方式小型長周期振動計
【東京測振社製SM-121(水平動)、SM-122(上下動)】
和室
押入
△
和室
▲ ▲ ▲
X軸方向
▲
地盤
地盤 X Y UD方向
押入
2階
食堂
△
押入
down
△
△
ｕｐ
ホール
玄関
PCカード型データ収集システム
【キーエンス製、NR−2000】
充足率
便所
洋室
台所
Y軸方向
0
押入
脱衣
▲
低周波増幅器
【東京測振製、AL−120】
2階 X Y UD方向
△
洗面
便所
和室
UD方向
△
木造家屋の計測方法
200
150
100
被害あり
被害あり
被害なし
被害なし
50
0
0
2
4
6
8
10
12
家屋 X軸方向卓越振動数（Hz)
築年数と家屋の卓越振動数
0
2
4
6
8
X軸方向
Y軸方向
X軸方向
Y軸方向
10
12
家屋卓越振動数（Hz)
54
延べ面積と家屋の卓越振動数
3
常時微動特性
常時微動特性
木質パネル構造
被害あり
被害なし
0
0
2
4
6
8
10
12
6
4
被害あり
被害あり（2次）
被害なし
2
軸組構法
0
0
地盤 X軸方向卓越振動数（Hz)
地盤の卓越振動数
2
4
10
8
6
4
被害あり
被害あり（2次）
被害なし
被害なし（2次）
2
0
6
8
10
12
家屋 X軸方向卓越振動数（Hz)
55
家屋の卓越振動数
0
2
4
6
8
10
家屋 Y軸方向卓越振動数（Hz)
2
8
家屋 X軸方向卓越振動数（Hz)
4
家屋 Y軸方向卓越振動数（Hz)
地盤 Y軸方向卓越振動数（Hz)
6
10
z
2H
8
12
z
2H
10
12
z
2H
12
z
2H
12
10
12
地盤 X軸方向卓越振動数（Hz)
8
6
4
被害あり
被害あり（2次）
被害なし
被害なし（2次）
2
0
0
2
4
6
8
10
12
地盤 Y軸方向卓越振動数（Hz)
地盤と家屋の卓越振動数
56
ＧＩＳセミナー・中国
結論
1.地盤の卓越振動数は2.2∼5.5Hzに卓越しているとこ
ろが多く、被害のあった家屋の地盤の卓越振動数は
5Hz付近に集中している。
2.家屋の卓越振動数は、軸組構法では平均はX軸方向で
2.7∼5.9Hzで平均4.7Hz、Y軸方向は2.8∼5.1Hzで平
均3.8Hzとなっている。木質パネル構造では軸組構法
と比べると3Hz以上高い卓越振動数を持つ。
3.家屋と地盤の卓越振動数の差が2Hz以上ある所では瓦
屋根被害は起きていない。さらに、家屋と地盤の卓
57
越振動数が共に3∼6Hz付近までの所で起きている。
参考文献
岩井哲，浅野照雄（2003）平成１3年芸予地震による丘陵地
造成地の木造住宅被害と地盤の常時微動特性（その１∼その
２），日本建築学会中国支部研究報告集第26巻，P.155162.
岩井哲，浅野照雄（2004）平成13年芸予地震による丘陵
造成地の木造住宅瓦屋根被害と地盤の常時微動特性，自然災
害科学，日本自然災害学会，Vol.22，No.4，pp.429-440．
藤原健蔵・資料（2001）広島市消防局広島市地震情報ネッ
トワークシステム検討委員会平成13年度資料．
山本春行（2003）地域防災ネットワーク構築事業成果報告
書(5.3 人工造成地盤の切盛り区分情報)，平成14年度広島大
学地域貢献特別支援事業，地域防災ネットワーク構築事業実
59
行委員会，pp.80-85．
http://www.osu.ac.jp/ gisac/
地理情報システム学会中国地方事務局主催
年間２回，これまでに３回開催
産・官・学を問わず，ＧＩＳに関心のある方々
が自由にご参加戴くよう期待します。
セミナーやＧＩＳ関連情報はＧＩＳ学会員に
は，ニュースレターやメーリングリストでお
知らせしています。が，本セミナーは学会員
以外の方のご参加も大歓迎です。
58
謝辞
使用した都市計画図は廿日市市役所から，住宅地図
Zmap−TOWNⅡは（株）ゼンリンからご提供頂きま
した。広島大学大学院国際協力研究科山本春行助教授
には地図の取り扱いやデジタル処理において有意義な
指摘を戴きました。
本研究の実施には平成16年度科学研究費［基盤研究
（C）（2）課題番号16560518，研究課題名：人工造
成宅地における木造家屋と瓦屋根の地震被害に関する
研究（研究代表者名：岩井哲）］の補助金を一部利
用させていただきました。ここに，記して深く感謝し
ます。
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