溶岩層上の建築物における地下空洞の影響に関する検討（PDF：2.50MB） 筆者：保井美敏 海老澤弘道 手塚純一 金子治 成田修英 山本健史
8
0
0
全文
(2) 溶岩層上の建築物における地下空洞の影響に関する検討. 溶岩層上の建築物における地下空洞の影響に関する検討. 保井 美敏 *1 海老澤弘道 *2 手塚 純一 *2 金子 治 *1 成田 修英 *1 山本 健史 *1. １．はじめに. 直荷重）ともに独立フーチング直下（常時・地震時水 平の基礎梁による荷重は基礎幅全体）に載荷している。 荷重の大きさを一覧にして表－ 1 に示す。 地盤定数を表－ 2（1）に示す。表層 1（盛土）と表 層 2（玉石層）は弾性材料とし溶岩層は D-min 法モデ 1） ル（非線形材料） を用いた。D-min 法モデルは図－ 3 に示すモデルで非線形特性をあらわすパラメータは 表－ 2（2）に示す設定とした。溶岩層の圧縮強度、 引張強度はボーリングコアによる岩石試験結果を用い た。充填材（エアミルク）は配合試験に基づいて変形 係数を、過去の実績に基づいてポアソン比を設定した。 解析はポアソン比と側圧係数が溶岩層の安全率に影 響を与えると考え、表－ 3 に示す 3 ケースを実施した。 ケース 1 は溶岩層の材料 D-min 法モデルの初期ポア ソン比 0.25 として破壊時のポアソン比を 0.482）、ケー ス 2 は初期・破壊時ともポアソン比 0.48、ケース 3 は 自重解析時に表層は側圧係数を 0.5、溶岩層の側圧係 数を 1.0 として建物荷重解析はケース 1 と同じにした。 ケース 1、ケース 2 の自重応力解析はポアソン比から 求めた側圧係数を用いた。解析は自重解析（弾性解析） と建物荷重解析（非線形解析）による 2 ステップで行っ た。 2.2 解析結果 安全率は Mohr-Coulomb の破壊基準（C=3.4N/mm2、 φ =61.5°）を用いて図－ 4 のとおり求めた。安全率は、 常時荷重 3 以上、 （常時＋地震荷重時）1.5 以上確保す ることとした。. 免震レトロフィットにより耐震改修される建築物が 地下空洞を持つ溶岩層に直接基礎で支持されているこ とから、この地下空洞が支持力と入力地震動に与える 影響について、2 次元 FEM により解析的に検討を行っ た。支持力の検討では溶岩層のポアソン比および溶岩 層に作用する側圧の影響とその安全性について検討し た。 地下空洞は基礎から 1 ～ 2m 程度と 10m 程度の上 下 2 か所に存在している。一連の解析は上部の地下空 洞（以降、 「第 1 空洞」と称す）はエアミルクで充填し、 下部の地下空洞（以降、 「第 2 空洞」と称す）は空洞 のまま残す検討を行った。なお、エアミルクの物性に ついては設計時には実績に基づく値を用いていたが、 本解析では施行前に実施した試し練りの結果から設定 した値とし、一部、実設計とは異なる入力値を設定し ている。. ２．支持力に関する検討. 2.1 解析モデルと地盤定数 建物基礎と第 1 空洞・第 2 空洞の 2 つの地下空洞が 重なる代表的な位置関係を 2 次元 FEM 解析モデルに して図－ 1 に示す。上部建物部分は、5 階建て部分の 高層部と 1 階建て部分の低層部からなっている。第 1 空洞はレーザー測量にて形状を詳細に計測しており、 この結果を基にモデル化した。 載荷荷重状態を図－ 2 に示す。常時（長期）荷重、 地震時荷重（水平荷重および転倒モーメントによる鉛. 28.5m. 19.3m. 10.7m. ૐጀ. . 㜞ጀ . 4m. 5m. 1m. . 31.5m. ጀ㧝(⋓) ጀ 2㧔₹⍹ጀ㧕. 3m 3m. ╙㧝ⓨᵢలႯ᧚ ╙㧞ⓨᵢ. . 30m. ṁጤጀ. 24m. . 90m. . 図－ 1 解析モデル *1 技術研究所 *2 構造設計部. 11-2.
(3) 戸田建設 技術研究報告 第36号. 低層棟. 高層棟 地震時鉛直荷重. 地震時水平荷重. 常時荷重 押し込み側. 浮き上がり側. 荷重の種類 常時荷重. 考慮している荷重 固定荷重＋積載荷重 地震時転倒モーメン 地震時 地震時鉛直荷重 トによる変動軸力 荷重 地震時水平荷重 地震時層せん断力. 図－ 2 荷重載荷状況 表－ 1 荷重一覧 常時 変動軸力 地震時水平荷重 （kN/m2） （kN/m2） （kN/m2） 665 － 617 297 876 － 147 384 693 679 230 70 1 196 103 40 176. 通り芯 Y3 Y2 Y1 Y0' Y0. a. 表－ 2（1） 材料定数一覧. ⎕უㄭធᐲ. 初期変形 初期 破壊時 材料 圧縮強度 引張強度 粘着力 係数 E0 ポア 変形 2 2 2 モデル（N/mm ） （N/mm ） （N/mm ） （kN/m2） ソン比 係数 表層１ 1×106 0.25 弾性 表層 2 2×106 0.25 弾性 溶岩層 3×106 0.25 D-min 21 2.2 3.4 0.001×E0 充填材 6×105 0.25 弾性 -. 破壊時 ポア ソン比 0.48 -. 表－ 2（2） 非線形特性一覧 破壊包絡線 指数 a 1. 非線形特性 指数 m 0.5. ゆるみ係数 k 2. 非線形特性 指数 n 0.25. 表－ 3 解析ケース一覧 溶岩層 側圧係数 ケース 備考 ポアソン比 （自重解析時） 初期 0.25 ～ 1 ポアソン比より算定 基本ケース 破壊 0.48 初期 0.48 ～ 2 ポアソン比より算定 ポアソンの影響 破壊 0.48 表層は 0.5, 初期 0.25 ～ 3 側圧係数の影響 破壊 0.48 溶岩層は 1.0. τ (ో₸) = L/r. L c σt. φ. r σ3. σ1. (σ1+σ3)/2. σ. 図－ 4 安全率の評価. 図－ 3 D-min 法モデル概要 1）. 11-3.
(4) 溶岩層上の建築物における地下空洞の影響に関する検討. 常時荷重と常時＋地震時荷重での解析結果について、 最大主応力を各ケースで溶岩層の空洞周辺のみを抜き 出し図－ 5 に示す。最大主応力（引張）はいずれのケー スもほぼ同様の大きさとなっており、ポアソン比や側 圧係数の影響はほとんどないといえる。常時荷重で最 大 0.8N/mm2（ケース 1,3） 、常時＋地震時荷重で最大 1.2N/mm2（ケース 1,3）で事前の地盤調査で得られた 引 張 強 度 の 平 均 値（ 常 時 荷 重 時 は 安 全 率 3 と し 1.1N/mm2、 常 時 ＋ 地 震 時 は 安 全 率 1.5 と し 1.65N/mm2）以下となっている。. 図－ 4 の方法で求めた安全率分布を各ケースで図－ 6 に示す。図は溶岩層の空洞周辺のみを抜き出し、第 1 空洞充填材は白抜きで示している。いずれのケース も基礎と第 1 空洞の間で安全率は最小となっている。 最小安全率はいずれのケースでも同様な大きさとなっ ている。これらの最小安全率を一覧して表－ 4 に示す。 最小安全率は常時荷重 3.0、常時＋地震時荷重 2.0 とそ れぞれ設定した安全率の常時荷重 3.0、常時＋地震時 荷重 1.5 以上となっており、安全性に特に問題ないと いえる。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. 1. 1.1. 0. C Ᏹᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߩන㧦0OO 㧕 D Ᏹᤨ⩄㊀㧗㔡ᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߩන㧦0OO 㧕 . ࠤࠬ ᒁᒛਥᔕജ . . . . . . . . . . . . . . 0.8. (N/mm2 ) 2. 1. 1.2. . . 0. . . (N/mm2 ). . . . 0. . 0.7. . 1.2. . . . 1. C Ᏹᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߩන㧦0OO 㧕 D Ᏹᤨ⩄㊀㧗㔡ᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߩන㧦0OO 㧕 ᒁᒛਥᔕജ . ࠤࠬ . . . 2. . . (N/mm2 ). . 0.8. . ᒁᒛਥᔕജ. . C Ᏹᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߩන㧦0OO 㧕 D Ᏹᤨ⩄㊀㧗㔡ᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߩන㧦0OO 㧕. ࠤࠬ 図－ 5 最大主応力分布 分布図では最大主応力マイナス（圧縮）は 0 としている. 注）. 11-4.
(5) 戸田建設 技術研究報告 第36号. . 3.0. 2.0. . C Ᏹᤨ⩄㊀㧔ᢙሼߪᦨዊో₸㧕 D Ᏹᤨ⩄㊀㧗㔡ᤨ⩄㊀㧔ᢙሼߪᦨዊో₸㧕 . ࠤࠬ 3.0 2.2 㧔ᢙሼߪᦨዊో₸㧕. C Ᏹᤨ⩄㊀ D Ᏹᤨ⩄㊀㧗㔡ᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߪᦨዊో₸㧕. ࠤࠬ . 3.0. 2.2. . . C Ᏹᤨ⩄㊀㧔ᢙሼߪᦨዊో₸㧕 D Ᏹᤨ⩄㊀㧗㔡ᤨ⩄㊀ 㧔ᢙሼߪᦨዊో₸㧕. ࠤࠬ 図－ 6 安全率分布 表－ 4 最小安全率一覧 ケース ケース 1 ケース 2 ケース 3. 常時 常時＋地震時 常時 常時＋地震時 常時 常時＋地震時. 安全率 3.0 2.0 3.0 2.2 3.0 2.2. 11-5. 安全率の目標値 3 1.5 3 1.5 3 1.5.
(6) 溶岩層上の建築物における地下空洞の影響に関する検討. ３．入力地震動に関する検討. 洞の影響を受け、最大値で 15% 程度空洞有が大きく、 疑似速度応答スペクトルは 0.06 秒より短周期で空洞 有がやや大きくなっている程度である。 これらより、充填材のヤング係数が E=1000MN/m2 程度あれば水平動・上下動とも第 1 空洞を充填し第 2 空洞をそのままにする影響はないと考えられる。. 3.1 解析モデルと材料定数 静的解析同様、第 1 空洞を充填し、第 2 空洞をその ままに残すことの入力地震動に与える影響を動的 FEM 解析を用いて解析的に検討を行った。解析モデ ルを図－ 7 に示す。上端は GL-5m の高層棟の基礎が 位置する深さとし、基礎部分は一体に挙動すると考え ら れ る こ と よ り、 剛 体 ビ ー ム を 設 置 し て い る。 GL-30 ｍから地震動を入力し地表の応答波形を求めた。 検討は解析モデルに示す検討対象位置と同じ深さ位置 の 1 次元解析結果（第 1 空洞、第 2 空洞とも存在しな い場合）を比較対象とすることで、第 1 空洞を充填し 第 2 空洞が存在する影響について検討した。 材料定数を表－ 5 に示す。地盤剛性については、溶 岩層は事前に実施された PS 検層結果を用い、充填材 （エアミルク）は材料の歪依存性を考慮し静的試験か ら微小ひずみの値を求め 1000MN/m2 を設定した。ポ アソン比については、溶岩層は S 波速度と P 波速度 の関係より求め、充填材は 0.25 を設定した。 解析は 4 ケースで、水平動については告示波 3 波 （JMA-NS 位相、Elcentro-NS 位相、HACHINOHE-NS 位相） 、上下動については告示波 1 波（JMA 位相）で、 計 4 ケースを実施した 3.2 解析結果 解析結果を空洞無（1 次元解析）と空洞有（2 次元 解析）の応答波形（加速度波形）と疑似速度応答スペ クトルについて図－ 8 ～ 11 に示す。ここで 「空洞無」 , は空洞を無視した 1 次元解析の結果、 「空洞有」は第 1 空洞を充填した状態（第 2 空洞は充填せず）での 2 次元解析の結果である。 図－ 8 ～ 10 から明らかのように、水平動に関して は充填材の影響はほとんど受けず、最大値、疑似速度 応答スペクトルともほぼ同様となる。 一方、図－ 11 の上下動の結果では上下動は若干空. ４．まとめ. 基礎直下の第 1 空洞をエアミルクで充填し、第 2 空 洞を残した溶岩層について、支持力に関する検討と入 力地震動への影響を 2 次元 FEM により検討し、以下 の結論を得た。 （1）支持力に関しては、ポアソン比や側圧係数の影 響を考慮しても、常時荷重に対し安全率 3 以上、常時 荷重＋地震時荷重に対し安全率 1.5 以上となっており、 溶岩層は十分安全性を確保している。 （2）水平方向の入力地震動に関しては、最大値・疑 似速度応答スペクトルともほぼ同様で空洞の影響はほ とんどなかった。 （3）上下方向の入力地震動に関しては空洞の影響で 最大値がやや大きくなり・疑似速度応答スペクトルは 0.06 秒より短周期でやや差が生じている程度である。 参考文献. 1） 伊藤忠テクノソリューソンズ：理論マニュアル静的解 析、pp.134,2009 2） 地 盤 工 学 会： 設 計 用 地 盤 定 数 の 決 め 方 ― 岩 盤 編 ―、 pp.142-143、平成 20 年. 表－ 5 材料一覧 ポア S波 P波 単位体積 変形係数 ソン 速度 速度 重量 （MN/m2） 比 （m/s） （m/s） （kN/m3） 溶岩層 3160 750 1700 22 0.38 充填材 1000 750 580 7 0.25 地盤. 剛体ビーム. 高層棟の範囲. １次元出力位置（空洞無）. １ 検討出力位置（空洞有）. 第２空洞. 第１空洞充填材. 次 元 解 析. 地震動入力位置 図－ 7 解析モデル. 11-6.
(7) Acceleration. HORIZONTAL ACCEL.. AT TOP OF LAYER 空洞無. Acc. (cm/s/s). 500. 1 (peak:- 389.5 cm/s/s). 0 -500 500. HORIZONTAL ACCEL.. AT NODAL空洞有 POINT. Acc. (cm/s/s). Acc. (cm/s/s). Acc. (cm/s/s). 戸田建設 技術研究報告 第36号. 286 (peak:- 398.3 cm/s/s). 0 -500. 0. 10. 20. 30 Time (sec). 40. 50. 500. -500. 60. Pseudo Velocity Response [cm/s]. Pseudo Velocity Response [cm/s]. HORIZONTAL ACCEL.. 10. 0. 10. 1. HORIZONTAL ACCEL.. 0. 10. 20. 30. 40. 50. AT NODAL POINT 空洞有. 60 Time (sec). 70. Acc. (cm/s/s). 1 (peak: 335.6 cm/s/s). 286 (peak: 342.6 cm/s/s). 80. 90. 100. 110. 120. 500. -500 500. 10. Period [sec]. 1. 10. VERTICAL ACCEL.. -500. 0. 10. 1 (peak: 174.2 cm/s/s). AT NODAL POINT 空洞有. 286 (peak:- 203.9 cm/s/s). 20. 30 Time (sec). 40. 60. 空洞無. 空洞有. 100. 10. 0.1. Period [sec]. 1. （b）擬似速度応答スペクトル. （b）擬似速度応答スペクトル. 50. （a）応答波形. 1 0.01. 10. AT TOP OF LAYER 空洞無. 0. Pseudo Velocity Response [cm/s]. Pseudo Velocity Response [cm/s]. 空洞有. 100. 1. Period [sec]. VERTICAL ACCEL.. 1000. 0.1. 空洞有. 0.1. Acceleration. （a）応答波形. 1 0.01. 60. 0. 1000. 空洞無. 50. （b）擬似速度応答スペクトル. 0 -500. 40. 図－ 9 解析結果（水平：Elcentro-NS 位相）. 0 -500 500. 30 Time (sec). 10. 1 0.01. Acc. (cm/s/s). Acc. (cm/s/s) Acc. (cm/s/s). 空洞無 AT TOP OF LAYER. HORIZONTAL ACCEL.. 286 (peak: 381.3 cm/s/s). 100. 10. 図－ 8 解析結果（水平：JMA-NS 位相）. Acceleration. 20. 空洞無. （b）擬似速度応答スペクトル. 500. 空洞有POINT AT NODAL. （a）応答波形. 100. Period [sec]. 1 (peak: 367.5 cm/s/s). 1000. 空洞有. 0.1. 空洞無 AT TOP OF LAYER. 0. （a）応答波形. 1 0.01. HORIZONTAL ACCEL.. -500 500. 1000. 空洞無. Acceleration. 0. 10. 図－ 11 解析結果（上下：HACHINOHE-UD 位相）. 図－ 10 解析結果（水平：HACHINOHE-NS 位相）. 11-7.
(8)
(9)
関連したドキュメント
成績 在宅高齢者の生活満足度の特徴を検討した結果，身体的健康に関する満足度において顕著
そのような状況の中， Virtual Museum Project を推進してきた主要メンバーが中心となり，大学の 枠組みを超えた非文献資料のための機関横断的なリ ポジトリの構築を目指し，
１．共同配送 ５．館内配送の 一元化 １１．その他. ２０余の高層ビルへの貨物を当
Amount of Remuneration, etc. The Company does not pay to Directors who concurrently serve as Executive Officer the remuneration paid to Directors. Therefore, “Number of Persons”
As a result of the Time Transient Response Analysis utilizing the Design Basis Ground Motion (Ss), the shear strain generated in the seismic wall that remained on and below the
本案における複数の放送対象地域における放送番組の
建築物の解体工事 床面積の合計 80m 2 以上 建築物の新築・増築工事 床面積の合計 500m 2 以上 建築物の修繕・模様替（リフォーム等） 請負金額
敷地と火山の 距離から，溶 岩流が発電所 に影響を及ぼ す可能性はな
