超高層ビルについて

Question

お暇な時にご回答ください。
西新宿などの超高層ビルは地震に強くする為「柔構造」としているそうですが、柔らかくするためにどのような工夫がされているのでしょうか？
又、柔らかいと地震に強いという理由を簡単に説明してください。

JIMI · Accepted Answer

某ゼネコン構造設計のJIMIです。

先ず、柔構造が地震に強い理由について説明します。
建物には固有周期（建物が一回揺れて戻ってくるまでの時間）というものがあって建物によって一定の周期となっています。固有周期は概ね高さに比例し、Ｈ(m)の高さの鉄骨造建物の場合0.03Ｈ(sec)くらいになります。
これに対し地震の卓越周期(最も揺れの強い成分の周期)は概ね1秒前後といわれています。この地震の周期と建物の固有周期が一致してしまうと、共振現象が起こり、地震時に建物に大きな慣性力が働くことになります。中高層の建物で固有周期が1秒前後の建物はこの大きな慣性力に対して設計しなければなりません。共振現象を避ける為には地震の卓越周期と建物の固有周期をずらさなければなりませんが、固有周期が3秒以上であれば共振が起こらず、建物上階ではほとんど揺れず、また慣性力も大きく減らすことが出来ます。
建築物の柔構造といった場合、このように固有周期が3秒以上の建物のことを言います。

次に、柔らかくする工夫です。
超高層の場合、特に有りません。と言うのは前述のように固有周期は0.03Ｈ(sec)くらいなので、新宿の超高層ビルなどのようにＨ=100m以上の場合おのずと周期は3秒以上となります。このくらいの高さになると、普通に作っても柔らかくなりすぎて、台風などの強い風が吹いたときにグネグネと曲がって折れてしまうかもしれません。むしろ、堅くする工夫をしています。三井ビルだったか住友ビルか忘れましたが建物の側面にブレース（バッテン状の部材)を入れている超高層ビルがありますが、あれはブレースを入れることで柔らかすぎないちょうど良い堅さになるようにしているのです。

deagleさんとmyeyesonlyさんの回答の補足です。中高層建物で固有周期が1秒前後となる建物は、柔らかくするために土台と建物の間にバネ(免震装置)をいれることで固有周期を3秒に伸ばすということをします。
また、超高層などで周期が3秒程度でも、屋上などに振り子をいれて、慣性力を打ち消す方向に動かしてあげると、さらに慣性力を減らすことが出来、風に対する変形などにも有効に働かすことが出来ます。
ダンパーを建物に設置すると言う方法は、固有周期を調整する為ではなく減衰を大きくする為のものです。建物を板バネにたとえると、減衰のない板バネ(普通の建物)は、バネの頂部を指ではじくと固有周期で振り子のように振れつづけますが、減衰のあるバネ（ダンパー設置の建物)は揺れつづけずに一回振れただけで止まってしまうかもしれません。揺れのエネルギーがダンパーの摩擦の熱エネルギーに変換された為で、このような建物もあまり揺れないため慣性力が小さくなるのです。

専門分野に関する質問はめったに来ないので思わず力が入ってしまいましたが(^^;不明な点は補足してください。

myeyesonly · Answer

deagle さんに一つだけ補足します。
最近は、鉄骨のつなぎ目をがっしり固定してしまわないで、ある程度動くようにしておき、強力なバネやダンパーで支えたり、梁材を伸縮可能な構造にして、やはりバネやダンパーで支えて変形がある程度可能なようにして振動を吸収するという技術も使われてるそうです。

noname#25358 · Answer

柔らかい物は地震に強い、というのはこれは地震研究の前提条件です。

　一般に「硬い＝頑丈」というイメージがありますが、実を言うとこれは間違いなのです。
　柔らかい物質とはすなわち、「少しくらい力がかかっても柔軟にその力を吸収／分散できる」ということです。硬い物質はこの能力がないので、ちょっとした力で簡単に破壊されてしまいます。

　具体的には、土台をスプリングにして地面がゆれても建物がゆれないようにしたり、屋上に振り子を入れてそれに揺れを吸収させたりしています。

超高層ビルについて

某ゼネコン構造設計のJIMIです。

deagle さんに一つだけ補足します。

柔らかい物は地震に強い、というのはこれは地震研究の前提条件です。

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