地盤 一建物 の動的相互作用解析 による入力損失 と逸散減衰 の評価
1.は じめに
建物 と地盤 の相互 作用 は地震時の建物の動的挙動 に大 き く関係 してい るこ とが酪旅 していることが指摘 されて い る｡ この相互作用 は､大 き く入力損失効果 と地下逸散 減衰効果の要素が含 まれ ている｡
本研究では､動的相互作用解析 を行 うプ ログラムの
1
つである
Supe r FLUSH/
2D を使用 し､異 なる入力時振 動が地盤 と建物 の動 的相互作用 による入 力損失 と逸散減 衰 の効果 につ いて検討 を行 った ものである｡2.
解析モデル建物モデル は階高 3.5m とし 1､2､3､5､7､10階の 6 種類､地盤モデル は
S
波速度 100､200､300､400､500m/ S
の
5
種類 を設 定 した｡建 物の概要を表1
と図1
､基 礎物 性値 を表2
､地盤物性値 を表3
に示す｡解析モデル は6
種類の建物モデル と 5種類 の地盤モデルを組み合 わせ､
地盤のみのモデル
5
種類 ､基礎一地盤モデル 30種類 ､建 物 一基礎一地盤モデル 30種類､計 65の解 析モデル を作 成 した｡ なお､基 礎形状 は建物高 さ(Ii)の1 J 2
とした03.解析方法
作成 した解 析モ デ ル に地震 波 を入 力す るO 地震 波 は
EL‑ Ce nt
m 波､HACHI NOH
E波､KOBE
波､T
Am 波 の 4種類 を入力 し､計 260の解析 を したO入力地震波 をAO
とし､出力点 と して建物頂部 をAl
､基礎上部 を A2 (基礎がない場合 は地盤表面)､基 礎底部 をA3､FEM
部 底部 をA4
､建 物 よ り2 H
離れた地盤表面をA5
とした｡地盤のみのモデルで は表層地盤 A2､基礎‑地盤モデルで は基礎上部 A2､建 物 一基礎 一地盤モデル では建物頂部
Al
､基礎上部 A2､基 礎底部A3､FEM
部底部A4
､地 盤表面A5
で加速度波形 を出力 したo図2
に出力点 を示した
F EM
モデル を示す｡荏本研 究室 200119252 蔦野 雅俊
4.
解析結果解 析結果 は加速度波形で出力 し､入力地震動毎に最大加 速度を入力地震波の最大加速度 AO で除 した増幅率を求 めた｡建物項部
Al
の増幅率Al / AO
を図3
に示す｡図に 示す結果 よ り地鮭が硬質 になる程 ､増幅率は増加 し､相互作用効果 は低 下す るQ この傾 向は地震動 による相違 は ないが､特徴的 に建物階数によって大 きな増幅率が認 め
られ､地震動の卓越周期 に依存す る もの と思われ るO 表 1 建物概要
階数 高さ 重量 固有周期
(
m)( I
) (s e e )
1 3.5 5.7 0ー07 2 7.0 45,5 0ー14 3 10̲5 154̲0 0.21 5 17̲5 711ー0 0.35 7 24.5 1950̲0 0̲49
表
2
基礎物性値 図1
建物概要 ポアソン比 単位体積重量 S波速度(tum3) hn/S)
モデル S波速度
P
殻速度 ポア ソン比 単位体積重量 bn/S) Gn/S) (tgn3) A 1# 245 0ー 4
00 1.60ち 2
0 0
447 0.375 1.70C 3(X) 624 0̲350 1.80 D 4
0 0
786 0̲325 1.5X)図 2 FEM
モデルs i pa t i o nd a mp i nge b ys o i l ‑ s t r uc t u r ed yl a
m ic a li n也r a c do n
ana l y s i s
331
T W O M
asatoshi5 .入力損失
本研究では地盤のみのモデルの地盤表面 A2 と基礎一 地盤モデルの基礎上部 A2の最
大
加速度を比較 した｡いず れも､入力地震波の最大加速度AO
で除 した増幅率により 比較する｡比較結果を図4
に示す｡縦軸に基礎上の増幅 率､横軸に地表面の増幅率をとったO増幅率の小 さいものから地盤種別
A､
B､C､D､E
となっている｡ どの地 震波の比較でも基礎上の増幅率より地表面の増幅率は小さいO階数が
1
階か ら1 0
階‑ と基経形状が大きくなり､地盤が
E
からA
‑ と地盤が軟 らかくなると､変化は大き くなる｡入力損失は地盤が軟 らか く基礎が大きいほど効 果が大きくなる｡6 .逸散減衰
本研究では基礎固定 とした 1質点系の地震応答解析に よる最大加速度 と建物 一基礎 一地盤モデルの建物項部
Al
の最大加速度を比較 した｡1
質点系には地盤のみのモ デルの表層地盤 A2での応答結果を入力 し､建物項部Al
における最大加速度を求めた｡いずれ も､入力地震波の 最大加速度
AO
で除 した増幅率により比較する｡比較結果 を図5
に示す｡縦軸に相互作用を含んだ増幅率をとり､横軸に基礎図定時の増幅率をとった｡増幅率の小 さいも
図 3 増幅率
(左上
EL‑ Ce n
tro､右上KOBE
､左下
HACHI NOHE
､右下W )
‑J6.‑‑‑ ‑‑ ‑ 一一T‑‑I
‑ 1 i ≡ . "
r一一
一‑‑‑ ‑一･一一 ‑のから地鮭
種別A､B､C､D､E
となっている｡基礎固 !葺.一.｣ 定時の増幅率より相互作用を含んだ増幅率は小 さい｡ただ､7階の
f t ACHI NO壬 I
E波と､2
階と1
0階のT AFT
波の応答は地鮭が硬質になると基礎園定時の増幅率より 相互作用を含んだ増幅率が大きくなった｡また､増幅率
によってはその大小が地盤の
S
波速度や､基礎形状の大 きさに必ず しも比例 しなかった｡ これは相互作用を含む 解析であったため逸散減衰効果だけでなく入力損失効果 も含まれていることと､入力地震波の周期粋性が建物モ デルの周期特性 と近似す ることなどによる影響が考えら れる｡7
.まとめ本研究では動的相互作用解析を行い､入力損失 と逸散 減衰の効果に関する評価 を行った｡入力損失､逸散滅哀 共に地盤が軟らか く､建物階数が高いモデルに表れた｡
今後の課題 として実際の地盤は物性値の異なる層が重 なりあっているため地盤の多層モデルを作成することと 地盤の非線形性 を考慮す ることにより入力損失 と逸散減 衰の評価を行 うことが必要であるD
参考文献
1 )
構造計画研究所 ･地震工学研究所: S u p e r FL US H
/2D 使用説明書 Ve
r s i o n 3. 1 2 )
日本建築学会 :入 門 ･建物と地盤 との動的相互作用､1 9 96 3 )
日本建築学会 :建築物の減衰
､2000
3 3 2
1
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図
4
人力積失効果(左上
EL‑ Ce n
tro､右上KOBE
､左下
HACHI NOHE
､右 下mFT)
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■▼‑Jl■斗2 図 5 逸散減衰効果(左上
EI J ‑ Ce n
tro､右上KOBE
､左下
