論文

11階建て大学校舎ならびに26階建て超高層建物（それぞれ2005年4月と2008年2月に竣工）にセミアクティブ免震システムを適用した。免震層の層間変位を比較的小さく保ちつつ加速度応答を低減するため，双線形最適制御理論に基づき減衰力の時間遅れを考慮したスライディングモード制御を設計した。大地震時にもシステムの高い信頼性を確保するため，装置の故障を検知するモニタリング装置を導入した。2011年東北地方太平洋沖地震の観測記録と疑似三次元モデルを用いたシミュレーションによりシステムの性能を検証し，セミアクティブ制御の信頼性と性能を明らかにした。

地震動を受ける鉄筋コンクリート造建物の制御と構造の同時最適化手法の提案を行った。設計変数は各層の剛性，制御装置の位置，スライディングモード制御パラメータで，目的関数であるライフサイクルコストは，初期費用，修復費用からなる。最適化には遺伝的アルゴリズムとネルダー・ミード法を用いた。入力地震動は模擬地震動を用い，非線形時刻歴応答解析により修復費用を推定した。4層建物モデルを用い，提案手法の有効性を確認した。

入力地震動数と建物地震被害リスクの精度の間の関係について，動的解析に基づく手法とハザード曲線・フラジリティ曲線に基づく手法の2つに関し分析を行った。まず，マグニチュード・震源距離・震源深さの組合せの各ケースについて，1000波の模擬地震動を作成した。次に，モンテカルロシミュレーションを行い，2階建て木造建物の地震被害を評価した。限定数の解析結果を用い，上記の2通りの手法で30年間の被害発生確率を計算した。その結果，2手法とも同数の入力波で同程度の精度となることを確認した。

地震時の建物内の設備の振動は建物の揺れに依存するため，損傷を避けたい設備に制振装置を導入する場合，建物の揺れや建物の制振装置の挙動を考慮しつつ制御する必要がある。本研究では，まず建物と設備の両方に制振装置がある場合の制御手法を，装置間の通信で共有する状態量の量と制御目的により分類した。次に，超高層建物に設置されたエレベータを対象とし，分類した制御手法の間で性能を比較する解析を行った。建物の振動抑制を制御目的としたときは各層の層間変形角を，エレベータロープの振動抑制を制御目的としたときは建物・ロープ間距離を対象として評価関数を設定した。制御力の決定には線形2次レギュレータ理論を用いた。地震観測記録や模擬地震動を入力し時刻歴応答解析を行ったところ，応答最大値や2乗積分値の評価指標は，共有する状態量が少なくても十分に低減できることを確認した。

線形二次レギュレータ（LQR）理論に基づく制震装置を付加した一質点系建築構造物を対象に，性能設計実現のための構造系・制御系の同時最適化を定式化した。仮想の伝統木造社寺建築物に対し，稀に発生する地震動に対する躯体損傷および仏像転倒防止を目的とした耐震改修の例題に適用した。設計変数は付加するパッシブブレースの剛性，およびLQRの制御則を決定する重み係数とし，最大応答と最大制御力の評価には減衰補正係数により補正した設計用応答スペクトルを用いた。目的関数は，付加剛性と最大制御力の線形和で表される耐震改修のコストとし，遺伝的アルゴリズムを用いて最適化を行った。その結果，制御装置のみによる補強の場合と比較して少ないコストで要求される耐震性能を実現する設計解を求められることが確認された。また，提案手法で得られた最適解に対して時刻歴応答解析を行い，模擬地震動に対する応答性能の特性を明らかにした。

A semi-active base-isolation system using semi-active hydraulic dampers was installed in an 11-story university building and a 26-story super high-rise building that were completed in Tokyo in April 2005 and February 2008, respectively. Sliding mode control considering the time lag of the damper force was designed based on a bilinear optimal control theory to reduce the acceleration response of the buildings, while keeping the deformation of the isolation story relatively small. A monitoring system was also applied to detect the malfunctions of the whole system, including the computer, the sensors, the electromagnetic valves of the dampers, etc. The monitoring system helps the semi-active base-isolation system to be certified as highly reliable system that offers continued control even in the event of a major earthquake. This paper discusses the performance verification of the semi-active base isolation system through earthquake observation records. Seismic response analyses using a pseudo three-dimensional model of the buildings were also conducted to simulate the responses observed in the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake. The reliability and performance of the semi-active control was thereby clarified.

超高層建物のエレベータロープ地震被害を低減するため，アクティブマスダンパーで振動抑制する手法を提案した。制御則は線形二次レギュレータを用いており，建物とロープの応答の両方を低減する。超高層建物の４層縮小試験体モデルを，骨組みをアルミニウム，ロープを銅板で製作し，振動制御実験を行った。その結果，最上層に搭載したアクティブマスダンパーでロープの応答を効果的に低減できることを確認した。

建物機能を地震後も継続するためには，建物だけでなく建物内の機器も守る必要がある。本研究では，建物と機器の両方に振動制御装置がある場合について，制御方法の検討を行った。まず，建物と機器双方の設計目標に従って制御用評価関数を作成する方法を提案した。次に，提案手法に基づき，集中制御と分散制御の２通りについて，制御設計を行った。最後に，２つの制御方法について応答低減効果を時刻歴応答解析により確認した。

2011年東北地方太平洋沖地震では関東地方の埋立地で深刻な液状化被害が発生した。液状化で住宅が傾斜した市民の中には健康障害を訴える例も多数あった。そこで，千葉市美浜区で健康障害等に関するヒアリング調査を行った。調査結果をもとに住宅の傾斜角と健康障害の関係を表すモデルを構築した。その結果，傾斜角が1/100 radを超えると睡眠障害を訴える住民が有意に増加することが明らかとなった。

2011年東北地方太平洋沖地震におけるセミアクティブ免震システムを有する大学校舎の動特性を分析した。本震の際には保守作業の関係でパッシブ制御となっていた。まず本震の観測記録を用い，固有周期，減衰定数，モード形状をARXモデルと部分空間法（N4SID法）により同定した。次に，同記録を用い，剛性係数と減衰係数を求めた。最後に，同定したモデルと余震記録を用いてシミュレーション解析を行い，セミアクティブ免震システムの制御効果を分析した。

超高層建物では長周期地震動でエレベータロープが振れやすくなるロープスウェイ問題がある。最上階にAMD等の制振装置を有する超高層建物に関して，エレベータの機能維持を考慮した地震応答の制御手法を提案した。エレベータロープの応答を低減するよう線形二次レギュレータの評価関数を構築すると，建物の応答がとくに高周波数領域で悪化する。この問題を克服するため，提案手法では周波数整形線形二次ガウシアン制御と可変ゲインフィードバックを用いた。高周波数領域については建物の絶対加速度応答の抑制を行い，低周波数領域については，建物の層間変形角が小さいときにはエレベータロープの応答抑制，大きいときには建物の層間変形角の応答抑制を行った。模擬地震動を用いた時刻歴応答解析を行い，提案手法が建物とエレベータの双方の応答を効果的に低減できることを確認した。

超高層建物ではエレベータロープが大きく振動するロープスウェイ問題がある。また，アクティブ制振による制御においては，装置能力の制約下で制振効果を最大とすることが重要となる。本論では建物・エレベータ連成系に対して，地震動強度と建物応答レベルの時変化に応じて適切に制御対象を選択し，制御力を装置能力内に収めるように切り替える，周波数整形と可変ゲインフィードバック制御に基づいた2つの制御手法を提案し，有効性を検討した。既往研究を拡張した建物応答の閾値に対する余裕および制御力の制御能力に対する余裕からゲインを更新する手法では，地震動によっては制御力重みの変化が過敏となり，制御力がほぼ零となる状態の発生が目立った。本論で提案した建物応答の閾値に対する余裕と最大要求制御力の推定からゲインを更新する手法では，ゲインを適切な大きさで変化させることにより，連続的に制御を行い，応答を効果的に低減することができた。

2007年に防災科学技術研究所で行われた実大完全崩壊震動台実験の試験体である4層鋼構造骨組の高精度の有限要素解析を行った。解析には土木・建築構造物の仮想振動台実験を行うための並列化有限要素解析ソフトウェアパッケージである数値震動台を用いた。鋼構造骨組みは6面体ソリッド要素でモデル化を行い，大ひずみ弾塑性解析を行った。数値解析例により，塑性ヒンジや合成梁効果といったマクロモデルを用いることなく，高精度で動的弾塑性応答が推定できることを示した。

11階建て大学校舎ならびに26階建て超高層建物（それぞれ2005年4月と2008年2月に竣工）にセミアクティブ免震システムを適用した。免震層の層間変位を比較的小さく保ちつつ加速度応答を低減するため，双線形最適制御理論に基づき減衰力の時間遅れを考慮したスライディングモード制御を設計した。大地震時にもシステムの高い信頼性を確保するため，装置の故障を検知するモニタリング装置を導入している。2011年東北地方太平洋沖地震の観測記録と疑似三次元モデルを用いたシミュレーションによりシステムの性能を検証し，セミアクティブ制御の信頼性と性能を明らかにしている。

鋼・コンクリート合成梁の高精度有限要素解析のためのモデル化方法と数値解析手法について示した。まず，鋼材の構成則について区分線形・複合硬化則を用い改良した。本構成則は繰り返し載荷を受ける片持梁の荷重・変形関係により検証を行った。本構成則により，非対称な変形応答が精度よく模擬できることが示された。次に，鋼材の梁・柱，鉄筋コンクリートのスラブは六面体一次要素に離散化し，柱により支持された合成梁の詳細なモデルを構築した。このモデルを用いた静的繰り返し載荷のシミュレーションの結果を報告した。

31層超高層オフィスビルの仮想振動台実験を防災科学技術研究所のE-シミュレーターにより行った。モデルはソリッド要素から構成されている。E-シミュレーターの解析結果をASIガウス法を用いた梁要素解析の結果と比較を行ったところ，若干異なる結果となった。これは，減衰，スラブのモデルの違いや，梁要素モデルにおける塑性ヒンジのモデル化誤差に起因するためと考えられる。

静的繰り返し載荷を受ける合成梁の高精度の有限要素解析を行った。まず，鋼材の区分線形複合硬化則の構成則について，複雑な非対称変形を与える梁の実験結果により精度の検証を行った。次に，コンクリートを拡張ドラッカー・プラガーモデル，スタッドボルトを剛体梁，鋼を区分線形複合硬化則によりモデル化し，スラブと柱の接触条件を考慮することで正負の曲げを受けた合成梁の強度が精度よく推定できることを示した。しかし，除荷時の剛性をより正確に推定するためには，コンクリートの亀裂を適切にモデル化する必要がある。

2011年東北地方太平洋沖地震では液状化により戸建住宅が傾斜する被害が多く生じ，健康障害を訴える住民も多数あった。2011年8月に千葉市美浜区役所で行われた液状化被害を受けた戸建住宅の改修に関する相談会で，地震被害，健康被害等について調査を行った。自治体の罹災証明発行のための調査による傾斜角を説明変数とする健康障害の発生確率モデルを評価した。傾斜角が増すと次第に健康障害を訴える人が増えることが確認され，得られた対数プロビットモデルから，中央値約0.013 radを超えると健康障害の発生確率が50%を超えることが明らかとなった。

超高層建物のエレベータロープは地震時に横揺れを引き起こしやすいことを考慮し，建物・エレベータ連成系の振動解析モデルと模擬地震動を用いて簡易にリスク評価を行う方法を提案した。模擬地震動について，短周期から長周期帯の振幅ならびに位相特性を地震観測記録を用い回帰モデルを構築した。地震応答解析については，連成系モデルの複素固有モードと模擬地震動の応答スペクトルに基づき最大応答を推定する方法を用いた。東京都新宿を敷地と想定し，新潟県中越地方，宮城県沖，千葉県北西部，東南海・南海地域の4つの地震活動域を対象にロープ損傷リスクを評価した。建物は5種類の高さ（50, 100, ..., 250 m）について検討した。その結果，エレベータのかごが低層階や中央階からややずれた位置に位置するときに損傷リスクが高まることなどが定量的に明らかとなった。

防災科学技術研究所で開発を進めている数値解析システムE-シミュレーターを用い，実大完全崩壊震動台実験の試験体である4層鋼構造建物の崩壊挙動のシミュレーションの精度を向上するため，新たな構成則の導入とモデルの改良を行った。まず，一軸材料試験からパラメータを同定した区分線形・複合硬化則を鋼材の構成則として組み込んだ。スタッドボルトは多点拘束条件と非線形ばねにより，コンクリートスラブのワイヤーメッシュは六面体要素により，外壁の塑性化に伴うエネルギー吸収による減衰は各層の床をつなぐせん断ばねにより詳細にモデル化した。崩壊挙動のシミュレーションを行い，精度の向上を検証した。