4. 大阪の事例（パルス性地震動）

大阪は、次回にお話しする南海トラフ沿いの巨大地震によって生じる長周期長時間地震動と、大阪平野を取り囲む活断層による地震や大阪市中央部直下を走る上町断層帯の地震によって生ずるパルス性地震動の2つの大振幅地震動が襲う可能性が高い、日本でも極めて過酷な地震環境にある地域です。1986年の『ビルディングレター』^4.1)により、超高層建物の設計用地震動の設定方法が提示されました。レベル2で最大速度を50cm/sとしたわけです。しかし、上述のような過酷な地域である大阪で、何故か、最大速度を40cm/sに低減して、兵庫県南部地震が起こるまで超高層建物が設計されていました。兵庫県南部地震後、さすがに50cm/sで設計するようになったわけです。

1997年、兵庫県南部地震の2年後には、大阪市が兵庫県南部地震を受けて公共建築物の耐震検討に用いるベースとなる標準想定地震動を提示します^{4.2, 4.3)}。その際、地震動予測を行いました。当時は、地震後の間もない時期ですから、地震学的な知見も十分でなく、上町断層の地震被害想定として、もし大阪の直下で兵庫県南部地震が起きたらどうなるの？という考えで行われたそうです。このため、予測地震動も、約1秒で卓越しています（【図4.1】）。ただし、上町断層の上盤側（東側）で予測された地震動を、当時の研究者や技術者は、予測地震動の振幅を半分にして標準想定地震動を設定しました。当時の、設計法や設計慣行、経済性などを勘案されたのかもしれません。

【図4.1】予測地震動と設計用地震動

2007年になると、大阪市と大阪府は、兵庫県南部地震後の10年あまりで得られた断層や強震動予測に関する知見を活かして、予測地震動の再評価を行いました。ステップ1、2、3の3段階の地震動予測をしています。その中で、ステップ2では、統計的グリーン関数法を用いて蓋然性の高い35ケースの上町断層帯地震の地震発生シナリオについて計算しています。そしてステップ3では、35ケースの中でも蓋然性の高い2ケースについて対して、長周期成分の精度向上が期待できるハイブリッド法を用いて地震動予測を行いました。

2009年10月には、大阪市と大阪府の地震動予測結果に基づいて、「大阪府域内陸直下型地震に対する建築設計用地震動および設計法に関する研究会（大震研）」が発足します。そして、関西の設計者が中心となって、超高層建物用の設計用地震動や設計法の構築を行っていきました^{4.5, 4.6)}。ここでは、設計用地震動について簡単に説明します。

1. 大震研では、長周期成分が十分とは言い難いのですが、発生シナリオを統計的に扱うために、ステップ2の統計的グリーン関数法による結果を用いています。断層との位置関係や地盤増幅特性などを基にして、大阪府・市域をゾーン分けし、ゾーン別に設計用地震動を設定しています。
2. 設計用地震動は地表面で定義しています。理由は、大振幅地震動に対して、表層地盤のせん断ひずみが1%を大きく超えてしまうような高度な地震動増幅解析を、設計者が行うことは適切でないと考えたからです。すなわち、表層地盤の解析によって、建物への入力地震動がコロコロと変化してしまうのは適切でないと判断したからです。
3. 速度応答スペクトル特性が、明瞭なピークをもつもの（パルスタイプ）と平坦なもの（フラットタイプ）の2種類が設定されました。地震動レベルも3A, 3B, 3Cと3段階に設定されました。説明上は、最も高いレベルが3Cで、発生シナリオの35ケースの85%程度の地震動を包絡したレベルとしています。実際には、設計者が努力して、精一杯手を伸ばせばつかめるレベルに設定されています。ゾーン毎に、地震動のレベル別・タイプ別に3波ずつ定められました。なお、レベル3A, 3B, 3Cは、それぞれ、レベル2地震動の1.2倍、1.5倍、1.8倍程度となっています。
4. 地震動レベルは、慣用されているレベル2地震動を大きくこえていたため、設計クライテリアも独自のものが必要となりました。設計クライテリアは、倒壊に対しては余裕を残している状態として「限界状態I（部材耐力劣化限界）」を、P-Δ効果や部材耐力劣化を考慮して評価される「限界状態II（倒壊限界）」の2種類が設定されました（【図4.2】）。


【図4.2】大震研における設計クライテリアの考え方

5. 性能設計の考え方から、3つの地震動レベルと2種類の設計クライテリアを組み合わせて、耐震設計のグレードI～IIIを提示し、クライアントとの会話を基にしたグレード選択を可能としています（【図4.3】）。大震研は、レベル3Bの地震動を用いることを推奨しています。
6. 大震研では、各ゾーンの設計用地震動とは別に、パルス周期$\small T_p=1s, 2s, 3s$の正弦波パルスを検討用地震動と位置付けています。これは、パルスタイプの設計用地震動に対する応答特性や耐震対策を、設計者がより理解しやすくするためです。

【図4.3】大震研における設計クライテリアの考え方

そこで、大震研のレベル3Cと近年の観測記録を比べてみましょう。速度波形と$\small S_a-S_d$スペクトルを【図4.4】と【図4.5】に示します。ただし、速度波形のスケールは統一しています。レベル2地震動である50cm/sの標準3波に比べて、大震研のレベル3Cの波は随分と大きくなっていることが分かります。しかし、大阪府や大阪市によるステップ3の予測地震動のうち、最大地動速度となった波（最大予測波）と比べると、随分と小さいようです。また、2016年熊本地震の西原村小森での観測記録と比べても、$\small S_a-S_d$スペクトルは包絡されてしまっています。この現実を踏まえて、今後の耐震設計を考える必要があるのではないかと思います。西原村小森の観測記録を超える地震動を自治体（大阪府や大阪市）は予測しています。決して、想定外の地震動ではありません。もちろん、そんな地震動は、来ないと信じるのも選択肢の一つです。しかし、もし起こってしまったときのことを想像すれば、多くの人命が失われる事態になることは避けられそうにありません。設計者、クライアント、行政や市民が意思決定をしたことになっていることを、決して忘れてはならないと思います。設計者や研究者の説明責任は重いと思います。

【図4.4】上町断層帯地震に関する大震研波と予測地震動の速度波形

【図4.5】上町断層帯地震に関する大震研波（3C）と予測地震動の$\small S_a-S_d$スペクトル