52-1
多数回地震入力を受ける鋼構造超高
の応答と損傷
袁 士宇
1．背景および目的
気象庁資料 1)
，内陸及 沿岸 発生 M6.5 地震(計33例) う ，一ヵ 内 M5 余震 1回 発生 26例，M6 7例 あ ．強震 後 地良い余震 付 確率 高い 知
渡 い ．さ ，2016 4 熊本地震 ，震 6 強震 短期間 多数回発生 ．前震 損
傷 建物 ，本震 倒 例 報告さ い 2)
．
現行 建築基準法 規定 耐震設計 2 段階設計 ，2次設計 建築物 該当地域 い ， 最大級 影響 及 考え 地震 動 対 建
築物 倒壊 防 ，人命 こ 目的 い
，多数回 地震動 連続 入力 こ 規定さ
い い． ，各建築基準適合判定機関 業務書 3,4)
決 検討地震動 条件 規定さ い い ．
特 ， 超高 場合 ，仮 多数回地震動入力
予想 損傷 修復困難 至 ， 産維持 視点
大 損失 ．さ 倒壊 至 ， 隣接 街
地 2 次災害 大 い 考え ． ，既 存鋼構造超高 多数回入力 対 応答 損傷 特
性 把握 こ 要 あ ．
本研究 ，前述 背景 踏 え，90 建 既存鋼構造超高 特徴 踏 え 面骨組 設
計 ，2回地震入力 受 場合，2回目 強さ倍数x 応答 損傷指標 変 影響 ， エネ ー入
力 配 特徴 把握 こ 目的 あ ．
2．解析手法
本研究 利用 解析手法 ー
限要素法 基 面骨組解析 5)
あ ，剛体変 除去
法 幾何学非線形 考慮 ．各微小 間増 い
Newton-Raphson法 不釣 合い 収束計算 行う．
動的解析 Newmark-β法 利用 (β=1/4)，減衰 ー 型 ，減衰定数 2% ．
2.1．材料の応力-歪関係と 歴則
鋼 応力- 関係 小俵 6)
提案 鋼構造
部 局部 屈 耐力劣 挙動 追跡
(図1) 採用 ．2本 Menegotto-Pinto 7)
曲線 降伏
強さ y 引張強さ u 漸近 う ，
合わ 基本 ．山田
8,9) 提
案 基 ，圧縮側 ンカー 劣 勾配
設 い ．梁 初期剛性 影響 コン ー
床 配 慮 ， 応 力- 関 係 劣 Popovics式
10)
採用 ．
歴則(図 2) 加藤，秋山 提案 11)
，孟，
大井 移動則 12)
加え 採用 ．弾性除荷
Bauschinger部 u 漸近曲線 同様 1本 曲線
表 ，載荷側 ε 塑性 εy 超え ，
ンカー 記憶さ ε 方向 倍率=0.8
倍 移動 い ．
2.2．断面の分割と部材材長方向の分割
部 断面 面 持 仮定 ， 長方向 行方
向 微小要素 割 ，各微小要素 応力繊維
(図3)．要素 断面力 変形 こ 応力繊
維 応力及 変形 積 表 ．梁柱部 長方向
割 ，各部 両端 塑性域 設定 ，塑性域
長さ 部 断面高さ 等 い 割 ．
図1 鋼材の -ε関係 図2 鋼材の 歴則 図3 断面と部材の分割
H形鋼梁とスラブ
D 塑性域 D
D
角形鋼管柱
断面の分割
h
b
部材の分割
D
52-2
3．対象鋼構造超高 モ の設計
解析対象 ，超高 構造 系列変 13,14)
参考 ，90 建 超高 務所ビ 1例 作成 40階建 鋼構造 あ ．図4
面図 軸組図 示 ．床荷 7.82kN/m 2
あ ．
鋼 強 490N/mm 2
級 使用 ．部 ン FA
ン ．柱梁耐力比COF1.5 図5 ，COF 計算 梁耐力 長期軸力 考慮 い ．固 値解
析 固 周期T 4.88sec い ．
静的設計基 断係数Cb=0.05，Ai 従う う ．動的設計 い ， 表的 90 設計 用入力地震動 あ 86ビ タ版
15)
記録波El Centro NS，Hachinohe NS，Taft EW 25 kine 50 kine 基準
， 1 2 入力地震動 ．表 1 従 設計 ．図6,7 ， 静的 設計条件 余裕 小さい ，動的設計 条件
対 余裕 大 い．
4．2回入力地震波 ータの作成
本研究 用い 検討地震波 告示波対応 JSCA工学 基 3波
16)
1.25倍 増幅 ， 2相当 地
表面波 仮定 ．3 波 持続 間 60sec あ ． 図 8 示 う，検討波 設計波 固 周期 T
対 pSv 差 倍 い あ ．
1回目入力 後 振動 収 確認
，2回入力 間 設 静止 間+t 適 長さ 検討 ．入力波 JSCA基 3波 0.2倍 地表面3 波，計6波 ，+t +10sec +180sec 設定
．+60sec 屋 階加速 概 収 (図9)，計算 固 周期T 収束 い (図10)．本研究 2 回入力 間 60sec ．
a) 平面図 b) 軸組図
図4 平面図と軸組 図
図5 梁柱耐力比 図6 静的設計応力余裕度 図7 動的設計 間変形角
表1 設計 イ ア
予備静的設計 R<1/200 max / F <1
1 R<1/200 max / F <1
2 R<1/100 μmax＜2 倒壊 い
R： 間変形角 σmax：部 最大応力 F： 料強
図8 検討波の擬似速度スベ 図9 屋上階加速度の収束 図10 計算固有周期の収束
0 10 20 30 40
0 2 4 6 8
COF 柱耐力 長期軸力考慮 外
内
0 10 20 30 40
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
層
max / F
梁
外柱
内柱
0 10 20 30 40
0.0% 0.5% 1.0%
層
Rmax
ELCN-L2 Hachi-L2 Taft-L2 ELCN-L1 Hachi-L1 Taft-L1 STATIC
0 50 100 150
0 1 2 3 4 5
p
S
v
(k
in
e
)
T (s)
地表面L2 86ELCN-L2
JSCA-Hachi 86HACHI-L2 JSCA-Tohk 86TAFT-L2
JSCA-Kobe 固有周期T
-0.5 -0.25 0 0.25 0.5
0 60 120 180
R
o
o
f
-A
c
c
(m
/s/s)
後続 静止時間 +t sec
J-Hachi-Bx0.2 J-Tohk-Bx0.2 J-Kobe-B x0.2 JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
4 4.5 5 5.5 6
0 60 120 180
T
se
c
後続 静止時間 +t sec
J-Hachi-Bx0.2 J-Tohk-Bx0.2 J-Kobe-B x0.2 JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
4×8.0m=32.0m
8
.0
m
4×8.0m=32.0m
39
×
4
.0
m
=1
5
6
m
5
.0
m
1
6
1
52-3 4.2．入力地震波の作成
1回目 地震動 前述 JSCA地表面3波( 2相
当) ，2回目 1回目 入力波 0.5，0.75，1，1.25， 1.5倍 強さ 調整 ．
1回目+60sec静止時間+1回目のx倍+60sec静止時間
う ，計15波 入力地震波 作成 ．各解析 ー JSCA-○○-1+x 略称 ．
5．解析結果と考察
5.1．最大 間変形角と部材の最大塑性率の増大
最大 間変形角 Rmax 部 最大塑性率μmax(式1) ータ 240sec間 最大値 ．
max= max My K
(1)
max : 最大回転角，My : 降伏 ー ン ，K : 初期剛性 6EI/L
図 11,12 2 回目 強さ倍数 増大 Rmax μmax 変 示 ．2 回目 強さ倍数 意味 横軸 0 対応 ，地震波 1 回 入力
応答値 ．
2回目 強さ倍数x<1 場合 3波共 Rmax 増大
見 い．2回入力地震動 同 あ x=1 場合，
Rmax 増大 見 ー あ .2 回 入力 同
あ JSCA-Hachi-1+1 場合，Rmax 1割 増大 見 ，他2波 x=1 場合 Rmax 増幅 さ
小さい．x>1 場合 ，Rmax 2割 大
．JSCA性能基準 全限界 17)
1/75 建築 機能
確保及 修復困難 超え 出 い ．
部 最大塑性率μmax 同様 傾向 見 ．2回 目 強さ倍数x 1 場合，μmax 変 ，x=1
場合，μmax 2割 内増大 ー 変わ い ー 見 ．x>1 場合，μmax 3 割 増大 ，
全限界値 17)
5 超え ー 見 ． 5.2．残留変形角の変化
1回目 2回目 残留変形角 Rr 各回 静止 間
終了 刻 間変形角 ．図14 示 う，Rr 増大 Rmax μmax 傾向 異 ，2回目入力波 強 さ倍数x 相関性 い ー 見 ．JSCA-Tohk
Rr 増大傾向 Rmax μmax 近似 い ，他
2 波 異 傾向 示 い ．JSCA-Hachi-1+1.5
Rr 同波 1+1.25 Rr 小さい． ，JSCA-Kobe-1+ 0.5 ~1.5 Rr 変動 3割 内 ，他2波 比 小さ
い増幅 ．
5.3．部材の最大累積塑性変形倍率の増大
部 最大累積塑性変形倍率 max 図 15,16 示 ． 式2 算出 ．
hyster p p
E (M )
(2)
Ehyster : 部 変形吸収エネ ー Mp : 全塑性 ー ン
p : Mp/ K K : 部 初期剛性 6EI/L
図11 最大 間変形角 図12 梁の最大塑性率 図13 柱脚最大塑性率
図14 残留変形角 図15 梁の最大累積塑性変形倍率 図16 柱脚最大累積塑性変形倍率
0.0% 0.5% 1.0% 1.5%
0 0.5 1 1.5
Rmax
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe 1/75
1 2 3
0 0.5 1 1.5
b-μmax
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
2 3 4 5
0 0.5 1 1.5
c-μmax
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
0.0% 0.1% 0.2% 0.3%
0 0.5 1 1.5
Rr
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
0 2 4 6
0 0.5 1 1.5
b- max
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
0 2 4 6
0 0.5 1 1.5
c- max
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
52-4
max 2回目入力波 強さ倍数x 増大 ，x<1
場合，3波 max増幅 4割 あ ．x 1 超え 増大 勾配 x 増大率 大 い．
5.4．入力エネ ーと負担率
図17 1回目(MJ-○○) 2回目(AJ-○○) 入力
エネ ーEinput 部 変形エネ ーEhyster及 歴減
衰エネ ーEdamp 担比例 示 ．同 入力波 2 回入力 (x=1) 場合，2回目 入力エネ ーEinput
担比Ehyster/Edamp 1回目 場合 変わ い．
特性 JSCA-Kobe 場合，1回目 2
回目 入力Einput 小さい 対 ，部 変形エネ
ー 担比 他 2波 大 い．
歴減衰エネ ー 増大(図 18) 2 回目入力波 強さ倍数 x 増大 ，線形 近い ，部 変
形エネ ー(図19) 2回目入力波 強さ倍数x 増大 ，非線形的 増大 傾向 見 ．
増大傾向 累積塑性変形倍率 傾向 同調 ．
6． とめ
本 研究 既存 超高 鋼構 造 特徴 踏 え
設計 ，2回 地震動入力 応答 損傷指標 影響 調 ．
1) 対象 86ビ タ版 観測3波 用い 動
的設計 対 余裕 あ 言え ，JSCA地表面3 波(告示波 2 相当) 対 応答 設計
通さ い結果 示 ．
2) 2回目入力波 強さ倍数x 最大 間変形角Rmax，
部 塑性率μmax，残留変形角 Rr 影響 調 ． x
増大 Rmax，μmax 増大 ，Rr 減少
ー 見 ．解析 不 定 ，あ
い 倒壊 ー 見 ．
3) 本研究 接合部溶接破断 影響 対応 い
，2回入力 要求 累積塑性変形倍率 2回目入力 波 強さ倍数x 非線形的増大 ．
4) 同 入力波 2回入力 (x=1) 場合，3波共 2
回目 入力エネ ーEinput 担比 Ehyster/Edamp 1
回目 場合 変わ い．
今後 課題 ， 種類 増や ，検討地震
動 持続 間，1回目 強さ及 相特性 影響 調 必要 あ ．
参考文献
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余震活動 推移 日単 ，気象庁 ー ー ，2011.11.
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日本建築学会大会 九州，2016.08.
3) 日本建築センター：B構-02-07， 刻歴応答解析建築物性能評価
業務方法書，2018.1.31.
4) 日本建築総合試験所：8K-103(Rev.2.4)， 刻歴応答解析建築物構
造 全性能評価業務方法書，2018.1.31.
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Behaviour of Reinforced Concrete Frames，Research Report No.R125,
Department of Civil and Environmental Engineering, The University of Adelaide, 1995.
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慮 超高 建築物 終局耐震性能，鋼構造 次論文報告集，第
19巻2011.11.
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域 含 終 局 挙 動 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ， 第 444 号 ，
pp.135-143，1993.
9) 山田哲，秋山宏，桑 仁：局部 屈 伴うH形断面鋼部 劣
挙動，日本建築学会構造系論文集，第454 号，pp.179-186，1993.
10) Popovics.S：A Numerical Approach to Complete Stress-Strain Curve of
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11) 加藤勉，秋山宏，山内泰之：鋼 応力‐ 歴曲線 関
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12) 孟 ，大井謙一，高梨 一：鉄骨骨組地震応答解析 耐
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15) 高 建築構造評定委員会：高 建築物 動的解析用地震動 い
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17) 春幸，宮内洋 ，浦本弥 ：性能設計 耐震性能判断
基準値 関 研究―，日本建築学会構造系論文集，第604号，
2006.6.
図17 入力エネ ーの分配 図18 歴減衰エネ ーの増大 図19 部材変形エネ ーの増大
0 1 2
0 10000 20000 30000
Eh
y
st
e
r
/
Ed
a
m
p
Einput (kNm)
AJ-Hachi MJ-Hachi
AJ-Tohk MJ-Tohk
AJ-Kobe MJ-Kobe
0 1 2 3 4
0 0.5 1 1.5
M
+
A
E
d
a
m
p
/
M
Ed
a
m
p
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
x=y+1 JSCA-Hachi JSCA-Tohk JSCA-Kobe
0 1 2 3 4
0 0.5 1 1.5
M
+
A
Eh
y
st
e
r
/M
Eh
y
st
e
r
2回目 強さ倍数(0 1回 み)
