建物の揺れかたと壊れかたを知る
How do buildings actually respond to earthquakes?
［PROFILE］
○研究分野／鋼構造、耐震工学
○研究テーマ／鋼構造の耐震設計
○研究室ホームページ
http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/kukai/Laboratory_of_Structural_Analysis/Home.html
Taichiro Okazaki ： Associate Professor
Laboratory of Structural Analysis
Division of Architectural and Structural Design
○Research field : Steel Structures, Earthquake engineering
○Research theme : Seismic design of steel structures
○Laboratory HP :
http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/kukai/Laboratory_of_Structural_Analysis/Home.html
どう揺れた？どう壊れた？
建物の耐震安全性を分析
建物の耐震安全性を確保するためには、地震が起きた際に建物がどのように揺れ、どの部分にどのような損傷を受けるか、あるいは、どの程度大きな地震まで建物が耐えられるかを知る必要があります。なかでも柱や梁を含めた骨組みの損傷過程は、建物の倒壊につながる危険がありますので、特に詳しく解明する必要があります。
天井や間仕切壁、窓、扉、水道配管、エレベーター、空調設備などは、壊れても建物の倒壊に影響しません。とはいえ、壁や窓が外れ落ちては人が大怪我しますし、扉が壊れて開かなくなれば地震後に室内から外へ避難できなくなります。設備が破損すれば、建物が長期間に渡って生活や仕事の場として使えなくなってしまいます。このような揺れかたと壊れかたの事象を分析し、地震に対して安全な建物、地震に強い都市を経済的に設計する方法を考えるのが、耐震工学という研究分野です。
防災科学技術研究所の
大型実験設備で共同研究中
揺れかたと壊れかたを知るためにもっとも有効な方法は、建物を製作して実験することですが、建物は規模がとても大きいため、実際に本物を使って実験することは稀です。むしろ、一本ずつの柱や梁、壁など、建物の一部分を取り出して実験し、実験と理論とコンピュータ解析をうまく組み合わせて建物全体を推し量ることで、耐震工学は発展してきました。
防災科学技術研究所の兵庫耐震工学研究センターにある『E-ディフェンス』は、これまでの耐震工学のあり方を大きく変えました。5階建て程度までなら本物の建物を地震の動きで揺らすことができる大型実験設備です。E-ディフェンスでは、実験建物を地震で揺らして、加速度、変位、ひずみ、力といった物理量を計測します。1000点近い計測装置を実験建物に取り付け、骨組みが壊れる過程、天井が落ちる過程、人間に影響する床の揺れなどの情報を収集します（図1・2）。我々は防災科学技術研究所と共同して、揺れかたと壊れかたをより正確に理解し、建物の安全性・信頼性を高める研究を進めています。
図1 （a）免震された5階建て建物とE-ディフェンス震動台（b）床の振動を計測する加速度計測装置（c）建物の下、免震装置にはたらく力を測定する計測装置
Figure1: (a)Base-isolated building placed on E-Defense shake table. (b)Accelerometers to measure floor vibration. (c)Load cells placed underneath a base-isolation device.
図2 図1の実験で測定した免震装置の動作の軌跡赤矢印は免震装置に作用した0.2秒毎の力のベクトル
Figure2:Displacement locus measured from the base-isolation device shown in Figure 1(c).
Red arrows indicate force sampled in 0.2-s interval
| 建物の倒壊 | 建物が重力を支えられずに倒れる状態。 |
