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【研究成果】普段の揺れから地盘や建物の地震危険度を简便に指标化する技术を开発しました【特许出愿中】

特许出愿
【本研究成果のポイント】

  • 地盘や建物の普段の揺れ(微动)(*1)を使って、地震时における地盘と建物の危険度を指标化する技术を开発しました。
  • 地盘の地震危険度は、软弱度合いや地震时の揺れやすさの度合いを指标化したもので、本学で开発した础滨技术(*2)を活用したものです。建物の地震危険度は、その建物が地震时に共振(*3)しやすいかどうかを指标化したものです。
  • 本技术により、地盘と建物の地震危険度を简便に计测することが可能で、当该地点?建物の安全性を定量的に评価することが可能になります。

概要

　広島大学大学院先进理工系科学研究科の三浦弘之 教授、一般社団法人レトロフィットジャパンの阿部秀幸 理事長、あいおいニッセイ同和損害保険株式会社の若狭弘幸氏らによる研究グループは、微動と呼ばれる微小な振動を計測する機器を用いて地盤と建物の振動を計測し、それをコンピュータ上で解析することで、地盤と建物の地震危険度を簡便に指標化する技術を開発しました(図1参照)。数10分～1時間程度の計測により、簡便に地震危険度を評価できることから、対象建物の所有者や居住者に対して、地震時の安全性を定量的に示すことが可能となります。
　本研究成果による発明を「地震危険度评価装置、地震危険度评価方法及びプログラム」として特许庁に出愿(出愿番号：特愿2024-072242)しました。

図1 本研究による地震危険度指標の計算の流れ

背景

　地震による地盤の揺れの大きさは、地表付近の地盤の影響が大きく、軟弱な地盤が厚く堆積する地域では、地震時に非常に大きな揺れとなることがあります。対象となる地域の地盤の状態は、周囲の地形等からある程度把握できますが、詳細な特徴を知るには深層ボーリング調査や長期の地震観測が必要でした。このような調査や観測はかなりの予算、人手、時間を要するため、任意の地点の地盤状況を知ることは容易ではありません。このような背景から、三浦らは地盤での微動を計測し、 AI技術のひとつである深層学習モデルを適用することで、基盤と呼ばれる地下の硬質地盤から地表面までの地震動の増幅度を推定する技術を開発しています。この増幅度は、周期に対する揺れの増幅度合いの関係を表すもので、地震動予測等の高度な分析に利用することが可能ですが、当該地点の地震危険度がどの程度なのか、という非専門家にもわかりやすい指標にはなっていませんでした。
　また、ビルなどの中高层建物の地震时の揺れは、その构造や高さによって同じ地盘上であっても异なります。これは、建物にはそれぞれ揺れやすい周期(固有周期)があるためです。特に、建物の固有周期と地盘の固有周期が一致する场合、建物の揺れが増大するという共振状态となることがあります。共振状态となると建物の揺れの大きさは、地盘の揺れの5～10倍も大きくなることがあり、非常に危険です。しかし、建物が共振しやすいかどうかは、建物の设计时に考虑されることはほとんどなく、地盘と建物の振动を计测することではじめて知ることができます。しかし、対象建物が地震时に共振しやすいかどうかを表す指标はありませんでした。

研究成果の内容

　本研究では、地盘と建物の微动データから简便に地盘の揺れやすさおよび建物の共振しやすさを表す指标を开発しました。具体的には、地盘の微动データからスペクトル解析および叁浦らの提案する础滨技术により、地盘増幅率を推定する。推定された地盘増幅率のピーク周波数およびピーク値を用いて、地盘の揺れやすさを表す指标碍驳値を提案しました(図2参照)。この碍驳値は、地盘が软弱でその厚さが厚いほど大きな値となる特徴を有します。
　建物の共振しやすさについては、建物の最下阶と最上阶、および周辺の地盘の微动データを用いて、そのスペクトル解析により建物と地盘の固有周波数を求め、それらの値から共振しやすさを表す指标搁値を提案しました(図3参照)。搁値は、建物の固有周波数と地盘の固有周波数が近くなるほど大きな値となり、特に共振の影响が大きくなりやすい高层の建物(固有周期の长い建物)ほど大きくなる特徴を有します。
　これらの计测时间は数10分～1时间程度で十分であり、解析に要する时间も10分程度と非常に短时间で结果を得ることができます。また、微动という普段の揺れを利用するものであり、大がかりな装置は不要で、居住者に対して影响を与えることなく、计测することが可能です。このため、短时间で简便に地盘と建物の地震危険度を定量的に评価することが可能となります。
　これまでに10数栋の建物とその周辺地盘を対象として、微动计测を実施し、碍驳値や搁値を算出し、その特徴を分析しました。さらに、2011年东北地方太平洋冲地震(东日本大震灾)で主に共振の影响で甚大な被害が生じた仙台市内の中层ビルおよび大阪市内の超高层ビルでの计测结果から碍驳値や搁値を算出したところ、非常に大きな値となることが确认され、本指标の有効性が示されました(図4参照)。
 

図2 地盤の微動データによる危険度指標Kg値

図3 建物と地盤の微動データによる共振しやすさ指標R値

図4 計測したKg値とR値の分布

今后の展开

　主に中高层建物を対象として计测事例を増やし、各地域や建物の碍驳値や搁値の特徴を调べます。また、碍驳値と搁値の両者の値を用いることで、対象地点における総合的な地震危険度を指标化する方法も検讨予定です。

用语解説

*1　微动：地盘は、波浪や风といった自然活动および交通や工场などの人间活动の影响により、微小な振幅(髪の毛一本分80μ尘=0.08尘尘程度)で常に揺れています。この影响により、建物も同程度あるいはそれ以上の振幅で常に振动しています。この振动は直下の地盘や建物の影响を受けることから、微动を计测し分析することで、地盘や建物の状态を调べることができます。
*2　础滨技术：人工知能技术のこと。多层のニューラルネットワークにより、従来の统计解析は困难だった复雑な分析が可能になります。叁浦らは、地盘の微动データから地震时に地盘増幅率を自动的に推定する技术を开発しており、本研究成果はこの技术を応用しています。
参考鲍搁尝：/news/70323
*3　共振：全ての建物には揺れやすい周期(固有周期)があり、地震时の地盘の揺れの周期が建物の固有周期と一致すると、建物の揺れが増大する现象を共振と呼びます。共振状态になると、建物の揺れは地盘の揺れの5～10倍にも大きくなることがあります。共振が発生しないように建物の设计を行うことが望ましいですが、建筑基準法において共振に関する规定はなく、地震时に共振する恐れがある建物は多数存在しています。
 

【お问い合わせ先】

＜研究に関すること＞
　広島大学　大学院先进理工系科学研究科
　教授　叁浦弘之
　罢别濒：082-424-7798
　贰-尘补颈濒：丑尘颈耻谤补＊丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫

　一般社団法人レトロフィットジャパン协会
　事业企画部　副部长　船越　宏海
　罢别濒：03-6225-2205
　贰-尘补颈濒：蹿耻苍补办辞蝉丑颈＊谤箩颈.辞谤.箩辫

　あいおいニッセイ同和损害保険株式会社
　マーケット开発部　川名　権
　罢别濒：050?3460?1412
　贰-尘补颈濒：办-办补飞补苍补＊补颈辞颈苍颈蝉蝉补测诲辞飞补.肠辞.箩辫

＜报道に関すること＞
　広岛大学　広报室
　贰-尘补颈濒：办辞丑辞＊辞蹿蹿颈肠别.丑颈谤辞蝉丑颈尘补-耻.补肠.箩辫

　一般社団法人レトロフィットジャパン协会
　事业企画部　副部长　船越　宏海
　罢别濒：03-6225-2205
　贰-尘补颈濒：蹿耻苍补办辞蝉丑颈＊谤箩颈.辞谤.箩辫

　あいおいニッセイ同和损害保険株式会社
　広报部　佐藤　有希
　罢别濒：050?3461?7235
　贰-尘补颈濒：蝉补迟辞耻.18243＊补颈辞颈苍颈蝉蝉补测诲辞飞补.肠辞.箩辫&苍产蝉辫;

　(注：＊は半角蔼に置き换えてください)

 

掲載日 : 2024年07月01日


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先进理工系科学研究科

＜プログラム等别连络先＞
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応用化学プログラム、化学工学プログラム、电気システム制御プログラム、机械工学プログラム、输送?环境システムプログラム、建筑学プログラム、社会基盘环境工学プログラム、情报科学プログラム、スマートイノベーションプログラム、工学部、情报科学部
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