巨大地震・強風時における免震装置の機能維持性能評価と簡易予測モデルの提案

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18161
• Research Institution: Kanazawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 白山 敦子 金沢工業大学, 環境・建築学部, 講師 (00736077)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 免震建物 / 巨大地震 / 地震応答解析 / 機能維持性能 / 残留変形 / 地震応答特性 / 地震応答低減効果 / 耐震設計法

Outline of Annual Research Achievements

近年、事業継続性(BCP)や耐震安全性確保の観点から、免震構造を採用する建物が増えており、2011年に発生した東日本大震災において、免震構造は高い耐震性を発揮した。免震構造への社会的ニーズは、急激に高まっており、様々な種類の免震装置が開発され、それらを組み合わせることで適切な設計が行われている。しかしながら、今後、想定されている長周期・大都市直下の極大地震は、これまでの設計レベルを大幅に上回る。さらに、免震構造の超高層化に伴う風荷重の増加により、風の影響を受けやすくなっており、耐風設計が問題視されている。そこで本研究では、実験ならびに解析的検討により、巨大地震や強風発生後に、免震装置に生じる「残留変形」および「回復性状」を明確にし、高性能な建築物を実現するための設計時の指標として資するデータを提供することを目的としている。
初年度である平成27年度は、検討対象となる免震建築物モデルを作成して、地震応答解析用のモデルを構築すると同時に地震応答解析を行い、免震装置に生じる「残留変形」や建築物の各種応答などを解析的に把握した。地震応答解析に用いた地震動は、過去に発生した様々な観測地震動を用いるとともに、東海・東南海・南海の連動地震や首都直下地震を想定した模擬(告示)波や長周期地震動を作成し、各種地震動に対して、パラメトリックな検討を行うことにより、定量的な解析結果を提示している。特に「どの地震の時」に「どの程度の強さ」の地震が発生した場合、そこに存在する超高層免震建築物や免震建築物等にどのような応答が生じ、それによりどのような状態が生じ得るかについて、規模や、免震装置の組み合わせを変化させ、様々なケースを想定し、明らかにした。また、2年目に実施予定の免震装置設置用の鉄骨冶具の実験・計測システム計画の準備も行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題は3ヶ年の研究計画となっている。平成27年度は、検討対象となる免震建築物モデルを作成し、地震応答解析により、様々な地震動に対して、免震装置に生じる「残留変形」などに着目してパラメトリックスタディを行い、定量的に把握する。平成28年度は、平成27年度の地震応答解析結果をもとに、実験により検証を行う。実験は、免震装置単体および複数の種類を組み合わせた場合を想定し、免震装置に軸力および水平荷重を与え変形させた後、水平荷重のみを除去した上で長時間放置することにより、どの程度回復できるかを検討する。平成29年度は、平成27年度の解析結果と平成28年度の実験結果を比較検討し、入力波形、特に巨大地震・強風時における免震装置の復元力特性について、新たな評価手法や簡易予測指標を提案し、その妥当性を定量的に示し、実務構造設計時における免震装置の検討に対して大きな助けとなる資料を提示することを予定している。
平成27年度の達成度としては、超高層免震建築物や免震建築物モデルを作成して、地震応答解析用のモデルを構築し、過去に発生した様々な観測地震動を用いるとともに、東海・東南海・南海の連動地震や首都直下地震を想定した模擬(告示)波や長周期地震動を作成し、各種地震動に対して、パラメトリックな検討を行うことにより、免震装置に生じる「残留変形」や建築物の各種応答などを解析的に明らかにした。また、2年目に実施予定の免震装置設置用の鉄骨冶具の実験・計測システム計画の準備も先行して行った。
以上のように、初年度に計画した研究を実施するとともに、2年目に実施予定の実験準備を着実に進めた成果を鑑みて、本研究課題の進捗状況を「おおむね順調に進展している」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度は、平成27年度の地震応答解析結果をもとに、実験により、免震装置に残留変形を与えた後に、どの程度回復できるか検証を行う。そのため、試験体(各種免震装置)を設置する鉄骨冶具を製作し、計測システムの計画を行う。
具体的には、免震構造に一般的に用いられている「天然ゴム系積層ゴム支承」、「高減衰ゴム系積層ゴム支承」、「鉛プラグ入り積層ゴム支承」、「すべり支承」、「鉛ダンパー」および「鋼材ダンパー」などを対象とする。免震装置に鉛直荷重および水平荷重を与え変形させた後、水平荷重のみを除去した上で長時間放置する。
１）実大で実施できる免震装置について、免震装置単体での静的加力実験を実施し、弾性剛性や摩擦係数などの基本的な性能・数値を得る。さらに、除荷時における剛性および機能回復までの時間を計測する。２）実大試験体と比較して縮尺率を検討し、免震装置に作用する軸力を作用させ、縮小試験体を用いて、各種免震装置単体の静的加力実験を実施する。３）さらに大変形を与え単体での特性を確認する。４）実施構造設計を踏まえ、2種類または3種類の免震装置を組み合わせた実験を行う。
また、平成27年度に引き続き、免震建物と地盤との動的相互作用効果の影響を考慮した地震応答解析を行うことにより、より詳細に免震建築物の耐震性能を評価し、定量的な評価が可能な精確な応答解析モデルを用いて入力と応答の両面から検討を行い、今後発生する巨大地震・強風に対する免震建築物の応答をできるだけ精度よく予測する手法を提示する計画である。
様々な因子により、実験・解析を実施、免震装置の性能を詳細に把握し、実構造設計に用いる復元力特性について検討し、そのデータを提供する。

Causes of Carryover

平成28年度に実施予定の実験計画を、平成27年度に前倒しで検討した際、想定以上に費用がかかると判断したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

各種免震装置などの試験体費用や、試験体設置のための鉄骨冶具を製作する費用に使用する計画である。