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☆制震設計事務所のつぶやき – ②卓越周期と住宅破壊の関係性 2016年03月11日

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「東京大学地震研究所HP」から抽出

 

東京大学地震研究所の古村孝志教授による、「東日本大震災と阪神大震災の速度応答スペク

トルの比較」を見ると、周期1~1.5秒 (間延びしても2秒) の領域が黄色に塗られていて、

「木造家屋への影響大」とされている。つまり、この周期で共振するということなのか。

 

しかし、ほとんどの木造家屋や中低層建物は0.1~0.5秒の固有周期を持つことがわかって

おり、それよりも長い周期1~1.5秒 (間延びしても2秒)の地震動で甚大な建物被害が起きる

という現象を検証する。

固有周期

上記表の『建物が揺れやすい固有周期』は、木造家屋や中低層建物に大被害を与える周期な

のかというと違うということになる。

それは、前回のブログで述べたように、東日本大震災で比較的短い周期の強い揺れが長時間

続いた築館では、震度7で全壊率0%だったからである。

 

この固有周期0.1~0.5秒というのは弾性限界内での周期であり、弾性限界を超えて塑性変形

が起き始めると共振する振動の周期は長くなる。

したがって、木造家屋や中低層建物が共振して大被害を与える現象理由として、

大被害を与える一定範囲の周期⇒塑性化による固有周期⇒大被害を与える共振が考えられる。

 

建物の被害は、塑性化するときの等価周期で決まり、非線形モデルによるシミュレーション

や模型実験の結果によっても確かめられている。

そして、大被害を与える一定範囲の周期とは1~2秒の地震動であり、「キラーパルス」とい

う名称で報道されることがある

 

周期が1~2秒の地震動は、たとえ一回の振動であっても加速度および速度の大きさにより、

建物の塑性化(変形して元に戻らない状態)を引き起こし大きな被害を与える。

建物が受ける荷重外力を計算すればそれはわかる

仮に、周期が1~2秒の地震動と短周期の地震動が同加速度・同速度の場合、二つを比較す

れば、建物が受ける荷重外力は周期が1~2秒の地震動の方が遥かに大きいからである。

 

現在の耐震等級3相当の木造住宅だとしても、卓越周期2秒なら加速度・速度の大きさによっ

ては、はじめの片方向の段階(1秒単位)もしくは、1秒を超えた直後の逆方向段階で大きく破

壊(塑性化し周期が伸びる)する。

1回目の揺れ(卓越周期2秒)が完了しない段階で、「キラーパルス共振といきなり被害を受

としたときの周期で応答」することになる。

 

img_03

 

【塑性=変形】であり、【塑性化の問題点=変形から回復しない】ということである。

そういう意味でボウシンの「真っ直ぐに戻す復元性」「構造材に粘りを付与して破壊を延命す

る」性能は、ボウシンを有効数設置した時点で塑性化の問題の大半を解決していると言える。

 

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