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現代の高層建築物には柔構造が取り入れられているそうですが、大きな地震でくねく...

ded********さん

2011/7/1322:26:44

現代の高層建築物には柔構造が取り入れられているそうですが、大きな地震でくねくねと曲がってもコンクリートが割れたり剥がれ落ちたりしないのはなぜですか?
高層階ほど揺れが激しいのは仕方ないことですか?

補足先日の東日本大震災では、東京の高層ビルの多くが高い階ほど大きな揺れを記録したそうです。
実際に、1階や2階ではほとんど被害が無かったビルでも、6階や9階では室内の物が倒れたり落下したりして、かなり被害が出たようですね。
返って二階建ての戸建て住宅の方が被害が無かったようです。
低周波の地震の振動のなせる仕業らしいですね。

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ベストアンサーに選ばれた回答

編集あり2011/7/1709:49:23

超高層、中高層、低層で区別してご説明致します。
建物の高さが高くなるほど、建物の固有周期が長くなります。超高層というのは、建物の固有周期が長い(ゆっくり揺れる)ので、小さい加速度で大きな変位となります。逆に低層では、建物の固有周期が短く(早く揺れる)ので、大きな加速度で小さな変位となります。

次に地震動の成分について説明します。
主には建設地の地盤が緩いか硬いかで、地盤の卓越周期が決定します。なお、今回の地震では、遠方での巨大地震により、関東ローム層での(洗面器を揺らすような)揺れが入った為、建設地の卓越周期以外に幅広い周期が入り混じってしまい、長周期成分が含まれてしまいました。

つまり、長周期成分が含まれた地震で、固有周期の長い建物を揺らしたので、大きく反応した、という事になります。

まず最初のご質問は、高層ではなく、超高層の話になります。
超高層や免震建物は、長周期化する事で地盤の卓越周期から逃すという考え方により設計を行います。(なぜ世間で長周期地震動が騒がれたのかというのは、超高層では、卓越周期から外れる長周期地震は設計時考慮していなかったからです。)
それでも、コンクリートが破壊しなかったのは何故か、という事ですが、例えば、高さ200mの超高層の場合、巨大地震により、最上部で1mの変位が起こったとしても、変形角は1/200radとなり、コンクリートにとっては十分に健全といえるからです。(曲げ変形も増えますので、一概な話ではありませんが。)(考慮していなかった長周期地震がきたけど、十分に余裕な設計をしてたから、大丈夫だったという事ですね。)

次に補足で書かれている、2つ目のご質問ですが、6階9階は中高層になりますので、ちょうど卓越周期付近で地震動を一番受ける高さです。それはご質問者様の仰られている内容でよろしいかと思います。少し付け加えると、中高層は、もっと大きな地震を受けた時は、構造体自分自身を破壊する事で建物が安全に壊れていくように設計されています。

阪神淡路地震の時よりは、低層も中高層もずいぶん高いレベルで設計されるようになりました。今回の地震でも、建物躯体については、都内ではそんなに問題は起きなかったようですね。次は、内装や家具などの被害を如何に防ぐのか、という時代に入っていくのかも知れません。

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att********さん

2011/7/1413:50:27

免震構造の建物の一部は、地面との境目がツルッと滑るようにしています。地面がゆれてもツルツル滑るだけなので揺れません。
柔構造の建物(五重の塔など)を電車で立っている人に例えると、足腰はくねくね揺れますが頭はあまり揺れません。なので高層階でもあまり揺れません。
けど、耐震構造はガチガチに固くしているので、地面の揺れに合わせてキチッと揺れるので高層階ほど激しく揺れます。

コンクリートは確かに硬いです。しかし、全くの完全剛体ではなく、小さいながらある程度の弾性変形をする能力はあります(弾性変形というのは、変形しても元の形に戻る能力、ばねが最も良い例です)。この限界を超えると、元に戻れずに破壊します。この限界値を超えないように鉄筋を入れて補強をします。これらの剛性と弾性とを勘案して、想定する外力に耐えるようにコンクリートと鉄筋量の比率を計算して建物を設計します。

当然、限界以上の外力が加われば、その建物は破壊します。破壊する限界内であれば、揺れても元に戻るわけです。また、部分的・局部的に設計上の限界以上の外力が加われば、その部分は割れたり、剥がれたりします。

確か、1981年以降、耐震設計基準が改定されています。学校など補強工事が行われているのはそのためです。阪神・淡路大震災で高速道路が倒壊した事実に基づき、高速道路や鉄道の施設には、耐震補強工事が行われたのは記憶に新しいところです。

因みに、東日本大震災の時には、東京の新宿の高層ビル群のうち、最も古い高さ210mのビルの最上階は10mの横揺れがあったが、更に高い最新のビルで"免震構造(ビルの底部に振動を吸収する弾性構造を持つ)のビルは、最上階の揺れは1.6mに納まったと報道されています。

建築物の耐震性は、想定する最大の振動や振動の加速度に対して、構造をどのようにするかで決まります。"想定外"の地震が来れば、倒壊や破壊がおきます。

★無教養庵主★

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