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203 建物内で感じる震度について 小川 健太 *1 諸岡 繁洋 *2 JMA Seismic Intensity in a Building by Kenta OGAWA *1 and Shigehiro MOROOKA *2 (Received on Sep. 29, 2012 and accepted on Dec. 20, 2012 ) Abstract During an earthquake, the building shakes more than the ground surface. Thus the experience of tremors in the upper floors of a building is considered larger than on the ground surface. The purpose of this paper is to demonstrate the degree of increased tremors in the building. It is difficult to represent the experience of tremors using the amplitude value of the acceleration. In this paper, therefore, the experience of tremors in the building is quantified using JMA Seismic intensity, for various heights of the building. It is analyzing the degree of increased Seismic intensity in the building. In addition, it was verify the increased intensity value using eigen modes of building. Incidentally, JMA Seismic Intensity is calculated from the acceleration of two-components, horizontal motion and vertical motion. Seismic intensity in the building is calculated by the response of the building. It is calculated by seismic response analysis. Analysis models are several of the natural periods. This analysis yields that there is a point which corresponds to a large intensity in the higher floors in the building, even away from the epicenter. Additionally, far from the epicenter, increased intensity value is rather than the long-period model as shorter model. By contrast, the results are opposite closer to the epicenter. Increased intensity value is greater around Tokyo Bay, and differences in intensity are small by the magnification ratio of calculation model. Intensity ratio is determined from the increased intensity value. Intensity ratio and amplitude ratio of Eigen mode have nearly identical properties. Keywords: JMA Seismic Intensity, Earthquake Response, Time History Response Analysis 1. はじめに 地震時,建物内では揺れが増幅され,地表面よりも大 きく揺れる.そのため建物の上層階で体感する揺れは, 地表面で体感する揺れよりも大きいと言える.しかし, 全ての建物において,同じように揺れが大きくなるとは 考えにくい.建物内における揺れの増幅度合いは,建物 の高さや地域,震央距離によって異なると考えられる. また揺れの増幅度合の評価方法としては,応答加速度に よる比較が考えられるが,体感する揺れを加速度振幅の 値だけで表すことは難しい.体感する揺れを表す指標と しては,一般に広く知られている震度が挙げられる. この震度は,観測点における揺れの強さの程度を数値 化したものであり,日本では気象庁震度階級 1) が使用さ れている.気象庁震度階級は,最大を 7 とする 10 段階で 示される階級値であり, 1996 年以降は計測震度から算出 されている.計測震度は,人が体感した揺れや,建物の 被害状況から,人が決定する値では無く,機械により算 出される計測値である. 本研究では,建物内において体感する揺れを,建物の 高さごとに計測震度を用いて数値化し,地表面に対して どの程度上昇するのか,その傾向について分析した.さ らに建物のモードを利用して,震度の上昇値を推定する ことが可能か検証した. 計測震度の算出手順の概要を以下に示す.計測震度の 算出には,水平動 2 成分,上下動 1 成分の計 3 成分の地 表面の加速度が使用されている.計測地点において観測 された地動加速度 3 成分について,それぞれのフーリエ 振幅値を求める.その振幅値に建物の被害や,人が体感 しやすい周期帯を考慮したフィルターを掛け,逆フーリ エ変換により時刻歴の波形に戻す.フィルターの特性を Fig.1 に示す.次に,得られたフィルター処理済みの加速 度波形 3 成分を,ベクトル的に合成する.合成されたベ クトル波形において,波形の絶対値 ) (t v とある加速度レ ベル a について,式(1),(2) により ) (t v a 以上である時 間の合計 ) (a を求める. dt a t w a ) , ( ) ( (1) a t v a t v a t w ) ( 0 ) ( 1 ) , ( (2) *1 工学研究科建築学専攻修士課程 *2 工学部建築学科准教授 東海大学紀要工学部 vol.52,No2,2012,pp.203-210

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東海大学紀要工学部 Vol. , No.2, 2012, pp. -

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建物内で感じる震度について 小川 健太*1 諸岡 繁洋*2

JMA Seismic Intensity in a Building

by

Kenta OGAWA *1 and Shigehiro MOROOKA *2

(Received on Sep. 29, 2012 and accepted on Dec. 20, 2012 )

Abstract During an earthquake, the building shakes more than the ground surface. Thus the experience of tremors in the upper floors of a building is considered larger than on the ground surface. The purpose of this paper is to demonstrate the degree of increased tremors in the building. It is difficult to represent the experience of tremors using the amplitude value of the acceleration. In this paper, therefore, the experience of tremors in the building is quantified using JMA Seismic intensity, for various heights of the building. It is analyzing the degree of increased Seismic intensity in the building. In addition, it was verify the increased intensity value using eigen modes of building. Incidentally, JMA Seismic Intensity is calculated from the acceleration of two-components, horizontal motion and vertical motion. Seismic intensity in the building is calculated by the response of the building. It is calculated by seismic response analysis. Analysis models are several of the natural periods. This analysis yields that there is a point which corresponds to a large intensity in the higher floors in the building, even away from the epicenter. Additionally, far from the epicenter, increased intensity value is rather than the long-period model as shorter model. By contrast, the results are opposite closer to the epicenter. Increased intensity value is greater around Tokyo Bay, and differences in intensity are small by the magnification ratio of calculation model. Intensity ratio is determined from the increased intensity value. Intensity ratio and amplitude ratio of Eigen mode have nearly identical properties. Keywords: JMA Seismic Intensity, Earthquake Response, Time History Response Analysis

1. はじめに

地震時,建物内では揺れが増幅され,地表面よりも大

きく揺れる.そのため建物の上層階で体感する揺れは,

地表面で体感する揺れよりも大きいと言える.しかし,

全ての建物において,同じように揺れが大きくなるとは

考えにくい.建物内における揺れの増幅度合いは,建物

の高さや地域,震央距離によって異なると考えられる.

また揺れの増幅度合の評価方法としては,応答加速度に

よる比較が考えられるが,体感する揺れを加速度振幅の

値だけで表すことは難しい.体感する揺れを表す指標と

しては,一般に広く知られている震度が挙げられる. この震度は,観測点における揺れの強さの程度を数値

化したものであり,日本では気象庁震度階級 1)が使用さ

れている.気象庁震度階級は,最大を 7 とする 10 段階で

示される階級値であり,1996 年以降は計測震度から算出

されている.計測震度は,人が体感した揺れや,建物の

被害状況から,人が決定する値では無く,機械により算

出される計測値である.

本研究では,建物内において体感する揺れを,建物の

高さごとに計測震度を用いて数値化し,地表面に対して

どの程度上昇するのか,その傾向について分析した.さ

らに建物のモードを利用して,震度の上昇値を推定する

ことが可能か検証した. 計測震度の算出手順の概要を以下に示す.計測震度の

算出には,水平動 2 成分,上下動 1 成分の計 3 成分の地

表面の加速度が使用されている.計測地点において観測

された地動加速度 3 成分について,それぞれのフーリエ

振幅値を求める.その振幅値に建物の被害や,人が体感

しやすい周期帯を考慮したフィルターを掛け,逆フーリ

エ変換により時刻歴の波形に戻す.フィルターの特性を

Fig.1 に示す.次に,得られたフィルター処理済みの加速

度波形 3 成分を,ベクトル的に合成する.合成されたベ

クトル波形において,波形の絶対値 )(tv とある加速度レ

ベル aについて,式(1),(2)により )(tv が a以上である時

間の合計 )(a を求める.

dtatwa ),()( (1)

atvatv

atw)(0)(1

),( (2) *1 工学研究科建築学専攻修士課程 *2 工学部建築学科准教授

東海大学紀要工学部vol.52,No2,2012,pp.203-210

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建物内で感じる震度について

― 2 ―

なお式(1)における積分区間は,地震動の継続時間である.

3.0)( a [sec]を満たす aの最大値を 0a [gal]とし,式(3)に示す河角の式 1)により計測震度 I を算出する.

10 02log ( ) 0.94I a (3)

0.01

0.1

1

0.01 0.1 1 10

gain

Freqency (Hz) Fig.1 Characteristics of the filter

2.建物内における震度

2.1 算出方法

建物内における震度を算出する方法として,計測震度

の算出に使用される地動加速度の代わりに,地震応答解

析により求めた建物の応答加速度を用いる. 解析に使用した地震波は,防災科学技術研究所 K-net2)

の計測点で観測されたデータである. 地震応答解析により建物の応答加速度を算出し,その

応答加速度を用いて,建物内における計測震度を算出す

る.計測震度の算出には 3 方向の加速度が使用されるが,

応答加速度の算出は,東西,南北の水平 2 方向について

のみ行い,上下方向の揺れは,層ごとに大きく違わない

と考えられるため,全層一定と仮定した. (1) 建物モデル

建物の高さごとに,建物内の震度に違いが出るかを検

証するため,固有周期の異なる建物モデルを用いる.固

有周期は低層建物を想定した一次固有周期 T=0.3 秒から,

高層建物を想定した周期 T=1.8 秒まで 0.3 秒刻みに設定

し,建物質量は全層一定とした.なおモデルは,固有周

期にかかわらず建物を 4 質点に置換したせん断バネモデ

ルとした.せん断バネの特性は完全弾性とし,バネ剛性

は最上階に対する最下階の剛性比が 2 となるような階段

状分布とした.減衰定数 h は鉄骨造を想定した 2%と,

RC 造を想定した 5%とした. 固有モード形状は,作成したモデルの質量および剛性

の比が一定である為,全モデルで同一となる.Fig.2 に全

モデルのモード形状,Table 1 にモデルごとの 1~4 次の

固有周期を示す.各モードの有効質量比は 1 次が 84%,

2 次が 11%,3 次が 3%,4 次が 2%となる. 上記の条件で,固有周期 6 パターン,減衰定数 2 パタ

ーンの計 12(=6×2)個の建物モデルを作成した.

0

1

2

3

4

-1 0 1 2

Story

4321

Fig.2 Eigen modes

Table 1 Natural periods (sec)

First Second third FourthT=0.3 0.300 0.115 0.075 0.058T=0.6 0.600 0.230 0.151 0.116T=0.9 0.900 0.345 0.226 0.174T=1.2 1.200 0.460 0.302 0.231T=1.5 1.500 0.575 0.377 0.289T=1.8 1.800 0.691 0.452 0.347

(2) 地震概要

震度算出の対象とした地震の概要を Table 2 に示す.対

象とする地震は 2011 年 3 月 11 日 14 時 46 分に発生した

東北地方太平洋沖地震と,同日 15 時 15 分に発生したマ

グニチュード 7 クラスの余震,2007 年 7 月 16 日に発生

した新潟県中越沖地震,さらに 2011 年 8 月 1 日に駿河湾

沖で発生した地震である.東北地方太平洋沖地震は最大

震度 7,中越沖地震は最大震度 6 弱の強い揺れを記録し

た地震であり,駿河湾沖で発生した地震の最大震度は 5弱である.

解析の対象とした地震時に,K-net2)の観測点で計測さ

れた地震波形を用いて,建物内における計測震度を算出

した.

Table 2 Summary of earthquakes

Date Time Epicenter Mw Depth

the Paci f i c

coast of Tohoku

Earthquake

2011/3/11 14:46 38.10N,142.86E 9.0 24km

The af tershock

of Tohoku

Earthquake

2011/3/11 15:15 36.11N,141.27E 7.7 43km

The Ni i gataken

Chuetsu-ok i

Earthquake

2007/7/16 10:13 37.56N,138.61E 6.8 17km

Earthquake of f

the coast

of Suruga

2011/8/1 23:58 34.71N,138.55E 6.2 23km

建物内で感じる震度について

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小川健太・諸岡繁洋

― 3 ―

2.2 算出結果

算出した建物内の計測震度は,地表面の計測震度に対

してどの程度上昇するのか,また建物の周期や震央距離,

地表面の震度により,震度の上昇度合いに違いがあるの

か検証する. (1) 震度が同一相当の地点

建物内の震度が上昇すると考えると,震央から遠く離

れた地点であっても,建物上層階では震央付近に等しい

震度の地点が出ると考えられる.そこで同程度の揺れを

感じる地点,つまり震度が同一相当となる階層について

考察する. 東北地方太平洋沖地震時の周期 T=0.6, 減衰 h=2%のモ

デルの算出結果について,地表あるいは建物内のある層

で,震度が 4 相当になる地点を Fig.3,震度 5 相当の地点

を Fig.4,震度 6 相当の地点を Fig.5 に示す.また同一地

点において,複数の層の震度が同じとなった場合,より

低層の結果を採用している.東北地方太平洋沖地震時,

地表面における震度が小さい関西地方でも震度 4 相当,

中部地方でも震度 5 相当の地点があり,震源から離れて

いる地点であっても,建物上層階では大きな震度に相当

する揺れを感じる地点があることが分かる.また関東地

方では,地表面の震度が 5 程度であったのに対し,上層

階で震度 6 相当の地点があることが分かる.

0 100km

4

Fig.3 Correspond with JMA seismic intensity scale 4 about

model of T=0.6, h=2% in the Pacific coast of Tohoku Earthquake

0 100km

5

Fig.4 Correspond with JMA seismic intensity scale 5 about model

of T=0.6, h=2% in the Pacific coast of Tohoku Earthquake

0 100km

Fig.5 Correspond with JMA seismic intensity scale 6 about model

of T=0.6, h=2% in the Pacific coast of Tohoku Earthquake

4th story 3th story 2th story 1th story Ground

4th story 3th story 2th story 1th story Ground

4th story 3th story 2th story 1th story Ground

小川健太・諸岡繁洋

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建物内で感じる震度について

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0 100km

T=0.3

3.02.41.81.20.6

この背景地図等データは、国土地理院の電子国土Webシステムから配信されたものである。

0 100km

T=0.6

3.02.41.81.20.6

この背景地図等データは、国土地理院の電子国土Webシステムから配信されたものである。

0 100km

T=0.9

3.02.41.81.20.6

この背景地図等データは、国土地理院の電子国土Webシステムから配信されたものである。

(a)T=0.3sec (b)T=0.6sec (c)T=0.9sec

0 100km

T=1.2

3.02.41.81.20.6

この背景地図等データは、国土地理院の電子国土Webシステムから配信されたものである。

0 100km

T=1.5

3.02.41.81.20.6

この背景地図等データは、国土地理院の電子国土Webシステムから配信されたものである。

0 100km

T=1.8

3.02.41.81.20.6

この背景地図等データは、国土地理院の電子国土Webシステムから配信されたものである。

(d)T=1.2sec (e)T=1.5sec (f)T=1.8sec Fig.6 Increased intensity value about model of T=0.3~1.8sec, h=2% in the Pacific coast of Tohoku Earthquake

(2) 建物周期ごとの震度上昇値

建物内で感じる震度を,震度上昇値を用いて分析する.

震度上昇値は建物上層の震度と,地表面の震度の差とし

た.震度算出に用いられる式(3)から,震度上昇値が 0.6の場合は加速度振幅が 2 倍,上昇値が 1.2 の場合は振幅

が 4 倍相当になる. 東北地方太平洋沖地震における,周期 T=0.3~1.8 秒,

減衰 h=2%のモデルの最上層の震度上昇値を Fig.6 (a)~(f)に示す.東京湾周辺の地域では,建物の周期にかかわら

ず,震度上昇値が 1.2 以上と大きな値を示していること

が分かる.また Fig.6 (a)に示す,低層建物を模擬した周

期 T=0.3 秒のモデルは,震央に近い地域での震度上昇値

が大きく,震央から離れるに従って,その上昇幅は小さ

くなる.一方,Fig.6 (f)に示す,高層建物を模擬した周期

T=1.8 秒のモデルは,震央付近よりも震央から離れてい

る地域での上昇が目立つ. 減衰 h=2%のモデルについて、東北地方太平洋沖地震

の余震,新潟県中越沖地震,駿河湾沖の震度上昇値を

Fig.7~9 に示す.それぞれの(a)は周期 T=0.3 秒,(b)は T=1.8秒のモデルについてである.3 つの地震すべてにおいて,

東京湾周辺地域の震度上昇値が大きいことが分かる.ま

た,低層の建物は,震央に近い地域での震度上昇値が大

きく,震央から離れると上昇幅は小さくなる.一方,高

層の建物は,震央から離れていても震度が上昇する事が

分かる.これらの傾向は東北地方太平洋沖地震と同じで

ある.

建物内で感じる震度について

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小川健太・諸岡繁洋

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0 80km

T=0.3

3.02.41.81.20.6

0 80km

T=1.8

3.02.41.81.20.6

(a)T=0.3 (b)T=1.8

Fig.7 Increased intensity value in the aftershock of Tohoku Earthquake, damping ratio h=2%

0 100k

T=0.3

3.02.41.81.20.6

0 100k

T=1.8

3.02.41.81.20.6

(a)T=0.3 (b)T=1.8

Fig.8 Increased intensity value in the Niigataken Chuetsuoki Earthquake, damping ratio h=2%

0 80km

T=0.3

3.02.41.81.20.6

0 80km

T=1.8

3.02.41.81.20.6

(a)T=0.3 (b)T=1.8

Fig.9 Increased intensity value in the Earthquake off the coast of Suruga, damping ratio h=2%

(3) 震央からの距離に対する震度上昇倍率

震央からの距離に対する震度上昇値を比較する場合,

地表面の震度が異なり,比較が困難である.そこで,建

物の震度を地表面の震度で除した震度上昇倍率を用いる.

東北地方太平洋沖地震時における,周期 T=0.3, 0.9, 1.8

秒のモデルにおける震度の上昇倍率を Fig10~12 に示す. Fig10~12 は,縦軸を建物の高さを 1 としたときの建物内

における相対的な位置,横軸を震央からの距離とする等

高線図であり,それぞれの (a)は減衰 h=2%, (b)は減衰

h=5%についてである. 周期 T=0.3 秒のモデルは震央か

ら離れると震度上昇倍率が小さくなり,T=1.8 秒のモデ

ルは震央距離が遠くても震度上昇倍率が大きく,400km以上離れている新宿でも 1.27 倍となった.また周期

T=0.9 秒のモデルは,T=0.3 秒と T=1.8 秒の中間の結果と

なった.上昇倍率の値は,周期にかかわらず減衰 5%の

モデルに比べ 2%のモデルの倍率が大きい事が分かる.

当然だが、高層階ほど良く揺れており,また他の 3 つの

地震も同様の傾向を示している.

1.00

0.75

0.50

0.25

Poin

t of o

bser

vatio

n

1000800600400200Distance [km]

1.3

1

.3

1.3

1.2

1.1

1

.1

1.1

1.1

1.1

800600400200Distance [km]

1.3

1.2

1.1

1.1

1.1

1.1

1.1

1.1

1

.1

1.1

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

(a) Damping ratio h=2% (b) Damping ratio h=5%

Fig.10 Magnification ratio of intensity for each distance about T=0.3sec

1.00

0.75

0.50

0.25

Poin

t of o

bser

vatio

n

1000800600400200Distance [km]

1.4

1.3

1.3

1.3

1.2

1

.2

1.1

1.1

1000800600400200Distance [km]

1.4

1

.3 1

.2

1.2

1

.2 1.2

1.1

1.1

1.1

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

(a) Damping ratio h=2% (b) Damping ratio h=5%

Fig.11 Magnification ratio of intensity for each distance about T=0.9sec

1.00

0.75

0.50

0.25

Poin

t of o

bser

vatio

n

1000800600400200Distance [km]

2.0

1

.7

1.3

1.2

1.2

1.2

1.1

1

.1

1.1

1.1

1000800600400200Distance [km]

2.0

1

.8 1

.3

1.2

1.2

1.2

1.1

1.1

1

.1

1.1

2.2

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

(a) Damping ratio h=2% (b) Damping ratio h=5%

Fig.12 Magnification ratio of intensity for each distance about T=1.8sec

小川健太・諸岡繁洋

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建物内で感じる震度について

― 6 ―

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(4

th s

tory

)

654321Seismic intensity

0.24

0.2

0.18 0.18

0.16

0.14

0.14 0.14

0.14

0.14

0.14

0.12

0.12 0.1

0.1

0.08

0.08

0.06

0.06

0.04

0.04

0.04 0.02

0.02

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0R

isin

g in

tensi

ty v

alue(4

th s

tory

)

654321Seismic intensity

0.34 0.32 0.3 0.28

0.26 0.24

0.22

0.2

0.2 0.18 0.14

0.14

0.1

2

0.1

0.1 0.08

0.06

0.06 0.06

0.04 0.04

0.04 0.02

0.0

2 3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(4

th s

tory

)

654321Seismic intensity

0.36 0.34 0.32 0.3 0.26

0.24

0.2

0.2

0.18

0.18

0.16

0.12

0.1

0.08

0.06 0.06

0.04

0.02 0.02

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(4

th s

tory

)

654321Seismic intensity

0.35

0.35

0.3

0.25

0.25

0.2 0.15

0.15

0.15

0.1

0.1 0.05

0.05 0.05

(a)T=0.3sec (b)T=0.9sec (c)T=1.2sec (d)T=1.8sec

Fig.13 Increased intensity value of 4th story for each ground intensity in the Pacific coast of Tohoku Earthquake, damping ratio h=2%

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(2

nd

story

)

654321Seismic intensity

0.24

0.22 0.2 0.18

0.16

0.16 0.16

0.14

0.14

0.14

0.12

0.1

0.1

0.08

0.08

0.06

0.06

0.04

0.04

0.0

4

0.02

0.02

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(2

nd

story

)

654321Seismic intensity

0.35

0.3

0.3

0.25

0.25 0.25 0.2

0.2 0.15

0.15

0.1 0.1

0.1 0.05

0.05

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(2

nd

story

)

654321Seismic intensity

0.4 0.35 0.3

0.25

0.2

0.2

0.15 0.15

0.15

0.1

0.1 0.05

0.05

0.05

3.0

2.4

1.8

1.2

0.6

0.0

Ris

ing

inte

nsi

ty v

alue(2

nd

story

)

654321Seismic intensity

0.35

0.3

0.3

0.25

0.2

0.15

0.15

0.1

0.1 0.05 0.05

0.05

0.05

(a)T=0.3sec (b)T=0.9sec (c)T=1.2sec (d)T=1.8sec

Fig.14 Increased intensity value of 2th story for each ground intensity in the Pacific coast of Tohoku Earthquake, damping ratio h=2%

(4) 地表面の震度ごとの震度上昇値

東北地方太平洋沖地震時における,地表面の震度ごと

の震度上昇値について,減衰 h=2%モデルの 4 層目の上

昇値を Fig13,2 層目の上昇値を Fig.14 に示す.それぞれ

の(a)~(d)は周期 T=0.3, 0.9, 1.2, 1.8 秒についてである.

Fig13,14 における等高線の値は,計測値点数で基準化し

た頻度値である.ここで計測震度が 6.0 より大きい結果

は,データ数が少ないため除外している. Fig13,14 に示すように,計測震度は上層ほど上昇する

ことがわかる.Fig.13 における T=0.3 のモデルは,地表

面の震度が大きいほど,震度上昇値が大きくなる傾向が

ある.T=0.9, 1.2 のモデルは地表面の震度にかかわらず,

ほぼ一定の上昇値を示しており,T=1.8 のモデルは上昇

値が小さくなる傾向がある.また,Fig.14 についても同

様の傾向がある.モデルごとに違いはあるが,総じて 2層目の上昇値は 1.2 あたり,4 層目の上昇値は 1.8 あたり

の頻度が高いと言える.

3.モードの振幅比と、震度上昇値の関係

1 次モードの振幅比と,震度上昇値の関係を明らかに

することにより,建物のモードを利用して,震度の上昇

値を推定することが可能か検証する. モードの振幅比と震度上昇値は,そのまま比較するこ

とが出来ないため,式(3)に示す計測震度と加速度の関係

式 1)から震度を加速度 a に変換し,モードの振幅比と同

様の比を各層の震度から求め比較する.ただしモードの

振幅比 ir は,地震時応答加速度を相対加速度で比較する

ため,1 層目の振幅 1 1u と各層の振幅 1 iu の差を用いて式

(4)とする.同様に震度から求めた加速度 a の比を式(5)に示す i とする.なお式(3)における加速度 a は,計測震

度の算出過程において用いられる値であり,実際の最大

応答加速度を表しているわけではない. 1 1 1

1 2 1 1

ii

u uru u

(4)

1

2 1

ii

a aa a

(5)

東北地方太平洋沖地震について,減衰 h=2%のモデル

の と,モードの振幅比 r を Fig.15,16 の(a)~(d)に示す.

Fig.15 は 4 層目,Fig.16 は 3 層目についてであり,それ

ぞれの(a)~(d)は周期 T=0.3, 0.9, 1.2, 1.8 秒についてである.

また Fig15,16 の横軸は地表面における計測震度である.

Fig15,16 に示す全てのモデルにおいて,3, 4 層目ともに

が大きくばらついていることが分かる. 例として周期 T=1.2 秒,減衰 h=5%のモデルに対し,兵

庫県南部地震時 JMA 神戸で観測された地震波を入力し,

その応答波形をモードに分解した結果を Fig.17(a),(b)に示す.(a)は 1 次,(b)は 2 次に分解した結果であり,1 次

に対し 2 次の成分が大きくでていることが分かる.この

ような場合,計測震度に用いられる加速度 a に高次の成

分が多く含まれてしまうことから,上記の のように結

果が大きくばらつくこととなり,1 次モードのみの振幅

比を用いた震度上昇値の推定は難しいと考えられる.

建物内で感じる震度について

Page 7: JMA Seismic Intensity in a Buildingbulletin.soe.u-tokai.ac.jp/vol52_no2_2012/p216_222.pdf · 2014. 1. 16. · JMA Seismic Intensity in a Building by Kenta OGAWA *1 and Shigehiro MOROOKA

- 209-

小川健太・諸岡繁洋

― 7 ―

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r0

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

(a)T=0.3sec (b)T=0.9sec (c)T=1.2sec (d)T=1.8sec

Fig.15 Error of the amplitude ratio of 4th story for seismic intensity in the Pacific coast of Tohoku Earthquake, damping ratio h=2%

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

00.51

1.52

2.53

3.54

4.55

0 1 2 3 4 5 6 7

Amplitu

de ratio

Seismic Intensity

η r

(a)T=0.3sec (b)T=0.9sec (c)T=1.2sec (d)T=1.8sec

Fig.16 Error of the amplitude ratio of 3rd story for seismic intensity in the Pacific coast of Tohoku Earthquake, damping ratio h=2%

‐900‐600‐300

0300600900

0 10 20 30 40

gal

sec

1st

‐900‐600‐300

0300600900

0 10 20 30 40

gal

sec

2nd

(a) 1st mode (b) 2nd mode Fig.17 Response waveform decomposed into eigenmode about

model of T=0.9sec, h=5%, JMA Kobe, the Southern Hyogo prefecture earthquake in 1995

4.おわりに

建物上層部における震度と地表面の震度の差や,倍率

を用いて,建物内で感じる震度の傾向を分析した.対象

とした 4 つの地震については,地震の規模が大きいほど

震度上昇値が大きく出る傾向があることが分かった. 東北地方太平洋沖地震時,計測震度 6.3 を記録した仙

台では,低層建物を模擬した周期 T=0.3 秒のモデルで 1.6,高層建物を想定した T=1.8 秒のモデルで 0.9 程度,建物

内における震度が地表面に比べて上昇することが分かっ

た.また震央から 800km 以上離れた大阪では,T=0.3 秒

のモデルで 0.2,T=1.8 秒のモデルで 2.1 程度震度が上昇

することが分かった.周期の短いモデルは,震央に近い

地点ほど上昇値が大きくなる傾向があり,周期の長いモ

デルは,震央から遠い所ほど上昇値が大きくなる傾向が

あることが分かった.また,減衰定数による震度上昇値

の違いは小さいことが分かった. 加速度に変換した計測震度の振幅比と,1 次モードの

振幅比の差は大きくばらつくことが分かった.したがっ

て 1 次モードの振幅比のみを使用した震度上昇値の推定

は難しいといえる.よって今後は,新たな震度上昇値の

推定方法として,高次モードを考慮できるような方法を

検討していく.

謝辞 防災科学技術研究所 K-net の加速度データを使用させ

ていただきました.また解析には,東海大学情報総合セ

ンターの計算サーバーLx を利用させていただきました.

記して感謝の意を表します.

参考文献 1) 気象庁:震度を知る 基礎知識とその活用 ,ぎょうせ

い,1996. 2) 防 災 科 学 技 術 研 究 所 K-net ホ ー ム ペ ー ジ :

http://www.k-net.bosai.go.jp/k-net

小川健太・諸岡繁洋