熊本市・八代市およびその周辺地域の日奈久断層系による地震被害想定 −広周波数帯域予測強震動と耐震性能を考慮した被害関数による建物被害の予測− [ PDF

全文

(1)熊本市・八代市およびその周辺地域の日奈久断層系による地震被害想定 −広周波数帯域予測強震動と耐震性能を考慮した被害関数による建物被害の予測− 増田. １.はじめに. 有周. ３.強震動評価. 2002 年 5 月 9 日、地震調査推進本部は調査の終了したい. 建物被害予測領域の建物被害予測領域の設定. くつかの断層帯（活断層）の将来の発生確率（長期評価）を. 対象とする領域は、日奈久断層に沿って西側の地域とし、. 発表し、熊本県の布田川、日奈久断層帯は、今後 30 年以内. 熊本市から八代市に及ぶ地域とする。基準点を緯度. に地震が起きる確率は最大 6％と得られ、地震発生の高いグ. (32.402°)、経度(130.286°)にとりこの点から北に 64km、. ループに属すとした。この発生確率は、九州ではこれまでの. 西に 26.4km の領域を取り断層に平行になるよう北から時計. ところ最大であり、まだこの地震に対する被害推定はなされ. 回りで 35.06°回転させた領域とする。日奈久断層中部は 3. ていない。我々はその強震動評価を行い、建物被害を想定す. セグメントにモデル化する。北部(北端：緯度 32.722°,経度. ることを目的とする。またその際には、兵庫県南部地震から. 130.786°南端：緯度 32.581°,経度 130.710°距離：約. 再評価された建物耐力を考慮し、面的な被害想定を行った。. 17.1km)、中部(北端：緯度 32.578°,経度 130.701°南端：. ２.研究手法. 緯度 32.487°,経度 130.637°距離：約 11.7km)、南部(北端：. 都市防災研究において、直下地震における建物被害を想定す. 緯度 32.487°,経度 130.637°南端：緯度 32.379°,経度. るためには、地震動を精度よく推定し、その地震動によって受. 130.510°距離：約 17km)となり北から南まで約 46km の断. ける建物被害を定量的に推定するための被害関数を用い建物. 層として設定した。領域を図 2 に表す。 E130°E. 被害想定を行う。本研究では、まず動く確率の高いと言われる. E130°E. E131°E. E34°N. E34°N. E33°N. E33°N. E33°N. E33°N. E32°N. E32°N. 26.4km. 日奈久断層中部付近の、熊本市・八代市、その間に挟まれた地. mnkl. 域を被害想定領域と設定し、統計的グリーン関数法(SGFM)と. tuvwxyU. 3 次元有限差分法(3D-FDM)からの HYBRID 法により強震動. pqrs 64km. 評価を行う。次に長戸・川瀬(2001) 1) 2)により、兵庫県南部地震. ijkl. の被害から、建物が実際に有する耐力が評価され、建物群モデルがRC 造、鉄骨造、木造建物について構築されており、この. ijz. モデルに観測された強震動を入力とし、地震応答解析を行い、 IJo. 建物被害予測のための被害関数を構築する。最後にこれら予測. E32°N. E32°N. E130°E. 地盤構造の地盤構造の推定. 建物被害想定を行う(図1)。. 日奈久断層における強震動予測のため地盤構造を推定する。. !"#$%& '( ) *+. *6IJ KLM !" N O P. ,-./ ) *+. QRSTU,0 ) #$ VW !"XY Z [GH. 567 839 :;< : ;<. = >? @ABCD. E131°E. 図２．建物被害予測領域. 強震動と被害関数から熊本市・八代市およびその周辺地域での. ,0 1 234) 234 ) *+. E130°E. 我々は 2002 年 9 月 29,30 日、熊本八代平野において常時微. !"\ N O P ) .]. 動計測を行った(図 3 に観測点を示す)。その計測記録を解析し、地盤の H/V スペクトルを求める。近年 1 点観測から求められる H/V スペクトルの周期特性に基づいて地盤構造を推定する研究成果が発表されており、この方法を用いるとS 波. ^&E0F Z _Y `a ,0bcde. 速度構造を簡便に推定できる。まず八代平野の基準S 波地盤. H YB R ID D. defg ) GH. KMM012(八代市役所)の構造を全域に仮定し、深層地盤につ. E0FGH. #$;< ) .]. いては同じような地盤環境と推定される KiK-net 観測点. 構造を設定する。表層地盤については K-NET 観測点. KMMH16(益城)を用いる。微動計測の結果から短周期成分の !"#$h+. 図１．研究フローチャート研究フローチャート. H/Vスペクトルのピークは顕著だったものの長周期成分についてはその振幅レベルが低く、ピークがはっきりしないため、. 16−1.

(2) 川瀬・原田(2002)3)の coda 波によるものを使って深層地盤. No 4. の層厚を求めた。一方表層地盤については微動計測結果と Rayleigh 波の理論 H/V スペクトルにフィットさせるよう. 10.0km. No 1. に地盤の S 波構造を求め、それを基準として他点の地盤. 5.0km. 構造も推定した。これらの結果と、防災科学研究所の深部. 震源. 地盤モデルの資料を基にボーリングデータ、PS 検層デー P,S-WAVE VEL (m/sec) 0 2500. (N0m) 0.62 ).07 2.59 4.83. ) 2 3 4. 5000 PWAVE SWAVE. Line). !"$%. !"&'(. Line). Line2. +, KMM0)2 YAT00) YAT002 YAT003 YAT004 YAT005 YAT006 YAT007 YAT008 YAT009. -. 32.504 32.538 32.527 32.5)6 32.494 32.48) 32.6)7 32.599 32.576 32.558. /. )30.605 )30.569 )30.579 )30.59) )30.6)5 )30.625 )30.624 )30.644 )30.668 )30.688. DEPTH (m). !"#. -200. 10.0km. C. N. 1 (sec). 4.505 4.505 80)0 80)0. 0.85 ).47 ) ).9. 902 902 902 902. 0.9 ).56 0.53 ).0). 2 2 5 5. 0.6 0.6 0.6 0.6. No 3 10.0km No 2. No 1. 5.0km. -300. 震源. 4.5km. 6.0km. 4.5km. 6.0km. 8.0km. 6.0km. 8.0km. 図６．日奈久断層全体に日奈久断層全体に分布させた分布させたモさせたモデル層までを 1 次元重複反射理論で計算した。3D-FDM も. -400. Vs=530m/s の層までを計算し、ここでマッチング周波. :+; :+;+<=> P45. S45. 6. (m/s) (m/s) (g/cm3). 数を 1.75Hz として波形合成を行い、図 4 に示す熊本・. 530 680 ))57. ).9) ).9) ).9). 八代平野の表層地盤構造を基に、地表面波形を 1 次元. 789. 重複反射理論で計算した。最も広域に大加速度領域が. 0.04 0.5) 0.45. 分布した Scenario3 の最大加速度、最大速度分布および代表地点（八代市役所と熊本市役所）の速度波形、. ?7+< @A$% P45. S45. 6. 789 (m/s) (m/s) (g/cm3). 700 ))00 )420. Dip. Dip 90° (Senario3,4) Dip 45°(Senario7,8) 45 (Senario7,8). 16.0km. 図３．常時微動計測の常時微動計測の観測点と観測点と推定した推定した基準地盤構造した基準地盤構造. 0 0 3 50 5 0 3 )0 0 ) 00 3 ) 50 ) 50 3 2 00 2 00 3 2 50 2 50 3 3 00 3 00 3 3 50 3 50 3 4 00 4 00 3. 8.0km. D0 (m). No 4. -500. )420 )779 2500. 8.0km. SIZE (km0km). 図５．松島・松島・川瀬の川瀬の断層モデル断層モデル. Line* Line * -)00. 10.0km. No 2. 4.5km 4.5km. Asperity NO. M00)0)8. タを基に解析領域における地盤モデルを構築した。 0. No 3. Dip 90° (Senario1,2) Dip 45°(Senario5,6) 45 (Senario5,6) 16.0km. )00 200 300. ).6 ).7 ).8. 周波数特性を図 7,8 に示す。. 0.)4 0.28 0.58. ?7+< !"$% P45. S45. 6. 789 (m/s) (g/cm3) (m/s). 720 )420. )65 3)0. ).7 ).8. 0.64 0.36. 図４.推定地盤構造左は Vs=2,700m/s Vs=2,700m/s の層の上面深さ上面深さ(m). 地震シナリオ地震シナリオのシナリオの設定兵庫県南部地震における神戸側セグメントである松. 0 3 2 00 2 00 3 4 0 0 4 00 3 6 0 0 6 00 3 8 0 0 8 00 3. 5)に従い、断層の南端. を震源(Scenario1)、北端を震源(Scenario2)、南端を震源. 0 3 30 3 0 3 60 6 0 3 90 9 0 3 )2 0 )20 3. 図７．左：PGA(gal) 右：PGV(kine) Scenario３ Scenario３. とし断層全体に分布させた(Scenario3)、同じく北端を震源とした(Scenario4)と各 Scenario のすべり角を 135°. )00. S552E MAX=)07.)6kine. FOURIER AMP(VEL*SEC). 島・川瀬(2000)4)の断層モデル(図. とした Scenario5∼8 を設定し強震動評価を行った。強震動予測. N352E MAX=43.6)kine. 入倉・釜江(1999)5)により、大地震における強震動として、短周期帯域を「SGFM」で、1 秒よりも長周期帯域を. S552E N352E )0. ). 0.). 0.0) 0. )0. 「3D-FDM」で計算し、それらを組み合わせる「HYBRID. 20 TIME(SEC). 30. 0.). ) FREQUENCY(HZ). )0. )00. いる。これと同じ手法で、解析領域を 400m のメッシ. FOURIER AMP(VEL*SEC). S552E MAX=)9.34kine. 法」を用いて福井地震における強震動の再現が行われて. N352E MAX=)7.54kine. ュに細分し各メッシュの中心点の強震動を評価した。 SGFM では伊藤・川瀬 6)が抽出した統計的経時特性とスペクトル特性に基づき Vs=1,070m/s の層まで計算し、. S552E N352E )0. ). 0.). 0.0). 0. 基準地盤において工学的基盤と見なす Vs=530m/s の. )0. 20 TIME(SEC). 30. 0.). ) FREQUENCY(HZ). )0. 図８．解析地震動特性上：八代市役所下：熊本市役所 16−2.

(3) 3.0. ３.被害関数構築. 0.6 0.4 0.2. して建物群の保有耐力の確率密度分布を推定し建物群モ. 0. いる地震動強度指標は、どれが最も適しているかこれまで. 20000 40000. 60000 80000 300000 320000 PGA*PGV. 0. 3.0 3F P 6F Q 9F R 32F S. 0.4. 0.6 0.4. 0.2. 0.2. 0.0. 0.0 200. 800. 3000. 3200. 400. 600. 800. 3000. 3200. A0. 3.0 3F P 4F Q 5F R. 0.8. MNO. MNO. 0.4. 0.6 0.4 0.2. 0.2. 表１．応答解析に応答解析に用いた強震動いた強震動における強震動における主における主な地震. 0.0. 0.0 0. 20000. 40000. 0. 60000 80000 300000 320000 PGA*PGV. 3F P 4F Q 5F R. 40000 60000 80000 300000 320000 PGA*PGV. 3F P 4F Q 5F R. 0.8. 0.6. MNO. MNO. 0.8. 0.4 0.2. 0.6 0.4 0.2. 0.0. 0.9. 20000. 3.0. 3.0. 1.0. 3F P 4F Q 5F R. 0.8. 0.6. A0 で計算)の指標について被害関数を構築した(図 11-13)。 !"#$%&'JST( ")*+ ,-./012 ")! 3995/3/37 5:46 20km Mj 7.3 456789:; 3997/3/26 37:33 30km Mj 6.5 <=96>?!@ 3997/5/33 34:38 30km Mj 6.3 <=96>?!@ 2000/30/6 33:30 30km Mj 7.3 AB6C; 2003/3/24 35:28 60km Mj 6.4 DEFG HIJI!"95K 0LDL353km 3.5LMjL6.8 4.3LXL362.7km. 200. 3.0. と考えられる最大加速度と最大速度を掛け合わせた. 0.0 200. 400. 600. 800. 3000. 3200. 200. 400. 600. A0. 0.8. 800. 3000. 3200. A0. 図１２．１２．鉄骨造左：旧耐震(1981 旧耐震(1981 年以前) 年以前) 右：新耐震(1981 新耐震(1981 年以前) 年以前). 0.7 0.5. PGA PGV PGA*PGV PG(A*V) SI A0. 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 3 階建 6 階建 9 階建1 建1 2 階建3 建3 階建 6 階建 9 階建1 建1 2 階建 RC造旧耐震. RC造新耐震. 3階建 4階建 5階建 3階建 4階建 5階建木造. 鉄骨造旧耐震. 鉄骨造新耐震. 3.0. 3.0. 0.8. 0.8. 0.6. 0.6. 0.4 0.2. 0.15. 20000. 40000 60000 80000 300000 320000 PGA*PGV(galTkine). 0. 200. 400. 600 A0(gal). 800. 3000. 3200. 図１３．１３．木造物被害関数年代区分なし年代区分なし. PGA PGV PGA*PGV PG(A*V) SI A0. 0.20. 0.0 0. 0.30. 0.4 0.2. 0.0. 図９．確率紙上の確率紙上の相関合成指標. 0.25. MNO. 0.6. MNO. 相関係数. 600. 図１１．１１．RC 造左：旧耐震(1981 旧耐震(1981 年以前) 年以前) 右：新耐震(1981 新耐震(1981 年以前) 年以前). および兵庫県南部地震の再現性を確認し(図 10)、最も良い. DAMAGE RATIO. 400. A0. 係、被害関数を構築する際用いる確率紙上での相関(図 9). PGA*PGV もしくは計測震度(河角の計測震度を計算する. 40000 60000 80000 300000 320000 PGA*PGV. 3F P 6F Q 9F R 32F S. 0.8. MNO. 0.6. 十分な検討が為されていないため、その強度指標同士の関. 20000. 3.0. 0.8. MNO. できる予測式(被害関数)を構築した。また被害関数に用. 0.4. 0.0. デルを構築している。これに対し、これまで観測されて析を行い、結果を統計解析により建物被害を面的に評価. 0.6. 0.2. 0.0. きた各地の地震波(表 1)を入力地震動として地震応答解. 3F P 6F Q 9F R 32F S. 0.8 MNO. 県南部地震の被害から建物耐力を再評価している 1) 2)。そ. MNO. 長戸･川瀬が設計基準から標準建物モデルを作り、兵庫. 3.0. 3F P 6F Q 9F R 32F S. 0.8. ４.建物被害想定強震動予測波形を被害関数に入力し、建物別の被害率を表した(図 14,15)。ここでは熊本および八代平野で最も広. () 0.10. 域で強震動が計算された Scenario3 においてのみ示す。ま. 0.05. た RC 造と鉄骨造建物は最も多いと予想される旧耐震 3F のみの計算結果を示す。どの構造においても、かなりの被. 0.00 3 !". 6 !". 9 !" 12 !" 3 !". RC #$%&. 6 !". RC #'%&. 0.8. 0.6 0.5 0.4. 害が見られる。特に木造建物が 30％以上倒壊した地域は震度 7 の領域とされるが、八代平野においては断層近傍で. PGA PGV PGA*PGV PG(A*V) SI A0 (). 0.7 DAMAGE RATIO. 9 !" 12 !". あること、ディレクティビティの影響をまともに受けることから広い範囲で震度 7 となる可能性があることがわかる。また、熊本市においても最大アスペリティ No.4 の影響から市街地で建物被害が生じている。また被害関数は長. 0.3 0.2. 戸・川瀬による建物モデルの応答解析結果の統計によるも. 0.1. ので、これを使った被害想定はあくまで簡便な方法である. 0.0 3 !" *#. 4 !". 5 !". +,#$%&. 3 !". 4 !". ため、予測強震波形を入力とし、長戸・川瀬建物モデルで. 5 !". 応答解析をし、各建物別の被害率分布を計算し、被害関数. +,#'%&. による被害と比較し適応性を確認してみた(図 16)。. 図１０．１０．兵庫県南部地震観測被害との兵庫県南部地震観測被害との相関との相関合成指標 16−3.

(4) 計測震度 0 ! 4. 5 4 .5 ! 5 5 ! 5. 5 5 .5 ! 6 6 ! 6. 5 6 .5 !. RC 3F. S 造 3F. 旧耐震. 旧耐震. 0 ! 0. 05 0 .0 5 ! 0 . " 0 ." ! 0 .2 0 .2 ! 0 .3 0 .3 !. 0 ! 0. 05 0 .0 5 ! 0 . " 0 ." ! 0 .2 0 .2 ! 0 .3 0 .3 !. 木造 0 ! 0 .0 5 0 . 0 5 ! 0 ." 0. " ! 0. 2 0. 2 ! 0. 3 0. 3 !. PGA*PGV (gal・ (gal・kine) 0 ! 2 0 ,0 0 0 2 0 , 0 0 0 ! 4 0 ,0 0 0 4 0 , 0 0 0 ! 6 0 ,0 0 0 6 0 , 0 0 0 ! 8 0 ,0 0 0 80, 00 0 ! "0 0, 00 0 " 0 0 ,0 0 0 !. RC 3F. S 造 3F. 旧耐震. 旧耐震. 0 ! 0. 05 0 . 0 5 ! 0 ." 0. " ! 0. 2 0. 2 ! 0. 3 0. 3 !. 木造. 0 ! 0 .0 5 0 .0 5 ! 0 . " 0 ." ! 0 .2 0 .2 ! 0 .3 0 .3 !. 0 ! 0. 05 0 . 0 5 ! 0 ." 0. " ! 0. 2 0. 2 ! 0. 3 0. 3 !. 図１５．１５．Scenario3 PGA*PGV での被害率での被害率(A 被害率(A0 で計算) 計算) 一番左は一番左は PGA*PGV 分布. 計測震度 0 ! 4. 5 4. 5 ! 5 5 ! 5. 5 5. 5 ! 6 6 ! 6. 5 6. 5 !. RC 3F. S 造 3F. 旧耐震. 旧耐震 0 ! 0.0 5 0.05 ! 0." 0." ! 0 .2 0.2 ! 0 .3 0.3 !. 0 ! 0 .0 5 0. 05 ! 0 . " 0. " ! 0 . 2 0. 2 ! 0 . 3 0. 3 !. 木造 0 ! 0 .0 5 0.05 ! 0." 0 ." ! 0 .2 0 .2 ! 0 .3 0 .3 !. 図１６．一番左は１６．Scenario3 長戸・長戸・川瀬の川瀬の建物モデル建物モデルをモデルを使った応答解析った応答解析による応答解析による被害率による被害率一番左は計測震度分布細な地盤構造のモデル化、断層の破壊シナリオの影響図 16 の被害率分布と図 14､15 の被害関数による分布を比較すると RC 造被害関数による被害は過大評価の. 評価、および建物棟数と分布の把握により、熊本市・. 傾向があるが相関があることが分かる。この被害率同. 八代市およびその周辺地域での地震防災計画の進展に. 士の相関係数はそれぞれ表 2 のようになり、これら被. つながるものと期待される。. 害関数の適応性があることが分かった。. 参考文献 1)長戸,川瀬：建物被害データと再現強震動による RC 造建物群の建物予測モデル, 日本建築学会構造系論文集 p31-38, 2001.6 2)長戸,川瀬：強震動特性と構造物の被害, 月刊地球／号外 203-211, 2002 3)川瀬,原田：K −NET 観測データから求めた P 波,S 波,coda 波の H/V スペクトル比と地盤増幅特性との関係,日本建築学会大会学術講演梗概集,B-2 分冊,p47,2002 4)松島,川瀬：1995 年兵庫県南部地震の複数アスぺリティモデルの提案とそれによる強震動シミュレーション,日本建築学会構造系論文集,33-40, 2000.8 5)入倉,釜江,1948 年福井地震の強震動評価−ハイブリッド法による広周期帯域強震動の再現,地震,第 2,52,129−150,1999 6)伊藤,川瀬：統計的グリーン関数法による強震動予測法の検証と仮想福岡地震への適用,日本建築学会構造系論文集 57-64,2001.2. 表２．被害率分布の被害率分布の相関係数 #$%&'() RC RC* *3F +,$ -.* -.*3 3F +,$ 01$'2 0.566 0.730 01$' 2 A0 3 0.739 PGA*PGV 0.582. /* 0.877 0.8"4. ５.考察とまとめ他の Scenario においては、熊本平野での被害は少なかったが八代平野においては同じように甚大な被害を示した。八代平野は断層近傍にあり、ディレクティビティの影響を大きく受ける可能性が高い。今後より詳 16−4.

(5)