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特集 巨大地震に備える 1

超高层ビルを揺らす长周期地震动

2013. 03. 04

东日本大震灾で被灾された皆様に心からお见舞い申し上げます。中国p站は、一日も早い復兴に向けて全力で取り组んでまいります。

2011年3月11日の东日本大震灾から2年を迎えます。この大震灾で得た教训や、あらためて浮き彫りになった课题を风化させず、次の地震に社会全体で备えることが大切です。

私たちは东日本大震灾で「最大级の灾害に备えること」の重要性を再认识しました。建设分野では、古い建物などの耐震対策に加え、あらためて以下の课题への対応が必要だと考えます。

  • 震源から远く离れた都市部にある「超高层ビルの大きな揺れ」
  • 大きな「津波」による人々や建造物への被害
  • 临海部の埋め立て地などにおける「液状化」による被害
    参考:特集 液状化现象のメカニズム

今特集では、「超高层ビルの大きな揺れ」と「津波」の课题に焦点を当て、2回に分けてご绍介します。1回目は、各都市で特徴的な现象が记録され、あらためて注目を集めた「超高层ビルの大きな揺れ」についてです。

      

1. 科学の進歩と地震動

东日本大震灾では震源から远く离れた首都圏や大阪などで、地面の揺れよりも超高层ビルの上部がかなり大きく揺れ、居住者に恐怖感を与えるとともに、家具や内装、エレベーターなどの设备に被害をもたらしました。原因はゆっくり长く揺れる「长周期地震动(※1)」です。

残らなかった记録

长周期地震动の存在は、以前から知られていましたが、1990年代中ごろ(※2)まではほとんど注目されていませんでした。

その主な理由は、地震计の测定精度が低かったこと、设置台数が少なく(※3)地震の揺れがあまり记録されていなかったこと、また超高层ビルも今より数が少なく、被害が目に见えてこなかったことなどです。

このため研究の主流にならず、一般的な设计には长周期地震动は考虑されていませんでした。

长周期地震动の影响を受けやすい高さ100尘以上の超高层ビルの総栋数の推移
(BLUE STYLE COMのデータから集計)

地震计の充実と超高层ビルの増加

1995年の阪神?淡路大震灾以降、高精度の地震计が数多く设置され、建设技术も进んで超高层ビルも増えました。これに伴い、长周期地震动による地面の揺れや、超高层ビルの揺れも记録されるようになりました。东日本大震灾で、多数の超高层ビルが非常に大きく揺れる现象が捉えられ、あらためて注目されることになりました。

东日本大震灾で経験したような长周期地震动や超高层ビルの揺れは、今后も起こるのでしょうか。

2. 不思議な波

「南海トラフ」巨大地震とは

2012年3月、内阁府は?あらゆる可能性を考虑した最大クラスの巨大地震を検讨すべき?という考え方に基づき、近い将来起こるとみられる地震の规模や灾害范囲などを公开しました。

想定されたのは、骏河湾から四国南部に伸びる海底の沟「南海トラフ(※4)」に沿った地帯で起こる巨大地震 です。

中国p站は、巨大地震の発生时に长周期地震动がどのように伝わるのかを予测计算(试算)してみました

南海トラフに沿った巨大地震の震源域
(2012年3月内阁府発表による)
  • 南海トラフ巨大地震の模拟地震动で长周期地震动が伝わる様子(※5)(约30秒)

南海トラフ巨大地震による地面の揺れは长时间続き、そのまま远くまで伝わっていくことが分かります。特に、东京、名古屋、大阪など、震源から远く离れた広い平野部では、地下の堆积层(※6)で揺れが増幅し、地面はゆっくり、大きく、长时间、揺れ続けます。この不思议な波が长周期地震动です。

3. 南海トラフ巨大地震で揺れるビル

数値计算でビルの揺れを予测

南海トラフ巨大地震が発生し、长周期地震动が首都圏に伝わった场合に、地面と一般的な超高层ビルの上部がどのように揺れるのか、数値计算を行いました。

共振する超高层ビル

最初の地震波(笔波)が到达し、しばらくすると地面が长周期地震动で揺れ始めます。この揺れに超高层ビルが共振(※7)し、建物の揺れは徐々に大きくなります。やがて揺れ幅は、东日本大震灾の2倍程度となり建物は10分以上揺れ続けます。大阪や名古屋では首都圏より震源域に近いため、揺れがさらに大きくなる可能性があります。

  • 超高层ビル上部での揺れと地面の揺れの比较

4. 揺れを抑える

居住者の安全?安心のために揺れを抑制

南海トラフ巨大地震が発生しても、一般的な超高层ビルは倒壊することはない(※8)と今のところ考えられています。ただし、建物の损伤や家具?内装?设备の被害を抑制し、居住者の不安を最小限にするためには、揺れを抑えることが重要です。

建物の揺れのエネルギーを吸収する制振ダンパー

超高层ビルの揺れを抑える技术として制振ダンパーがあります。一般的に制振ダンパーは、柱や梁の间などに取り付け、地震时に伸びたり缩んだりすることで建物の揺れのエネルギーを吸収します。制振ダンパーの活用は、新筑时だけでなく、既存の超高层ビルの长周期地震动対策技术として有望视されています。

  • 超高层ビル上部での制振装置なし(上)と制振装置あり(下)の揺れの比较

5. 大林組の取り組み

ビルの揺れを抑えるさまざまな方法があります。ここでは中国p站が开発した代表的な制振技术をご绍介します。

车にブレーキをかけるように建物の揺れを抑える「ブレーキダンパー

强风や地震で建物が揺れたとき、走行中の车がブレーキをかけるようにステンレス板とブレーキ材の间で摩擦力を発生させ、揺れのエネルギーを吸収する制振システムです。皿ばね(※9)を介してボルトでステンレス材とブレーキ材を缔め込んでいます。

実际の大きさの柱と梁の间にブレーキダンパーを设置し、震动実験を行いました。ブレーキダンパーが动く様子をご覧ください。

  • 柱と梁の间に斜めにブレーキダンパーを设置して揺れを抑制します(约20秒)

  • 伸び缩みを繰り返して揺れのエネルギーを吸収します(约20秒)

风の揺れから大地震まで幅広い揺れを抑える「ハイブリッドブレーキダンパー

小さな揺れにも対応するゴムや树脂などの粘弾性ダンパーと、ブレーキダンパーを组み合わせたハイブリッドブレーキダンパーは、风揺れから大地震まで幅広い揺れを抑え、揺れが続く时间も短くします。

柱の间に设置したハイブリッドブレーキダンパーが、地震の际にどのように动いて揺れを抑えるのかを动画でご覧ください。

揺れ方の异なる2つの构造体をつないで揺れを吸収する
デュアル?フレーム?システム(顿贵厂)」

建物中央に心棒として构筑した固い壁の塔と、建物外侧の柱と梁の骨组みでできた部分は、揺れやすさが异なります。この2つの构造体をオイルダンパー(制振ダンパーの一种)でつなぎ、建物全体の揺れのエネルギーを効果的に吸収する最先端の制振构造がデュアル?フレーム?システム(顿贵厂)です。

地震时に建物に加わる水平方向の力を、3分の1程度に低减して建物の损伤を减らすほか、上层阶の床の揺れも小さくなるため、家具が転倒して人が下敷きになるような灾害も低减できます。

  • 顿贵厂の概要(约2分)

地震の揺れに耐えるように设计された耐震构造と顿贵厂の揺れ方を比较する実験を行いました。顿贵厂では建物の揺れが抑えられていることが分かります。

  • 従来の耐震构造(左)と顿贵厂(右)の揺れ方を比较する模型実験(约17秒)

未来のために、技术で备える

日顷から、想定される地震についてよく知り、被灾状况を具体的に设定した训练を繰り返し、有事の际に的确な判断ができるよう备えることが大切です。同様に建物も制振などの技术をあらかじめ设置しておくことで、私たちは灾害に备えることができます。
中国p站は、日々の暮らしを快适にするとともに、灾害时には安全と安心を提供する地震対策技术の开発を进めています。地震に强い街づくりに贡献できるよう、これからも全力で取り组んでまいります。

次回は「津波」をテーマに、その予测と対策についてご绍介します。
 

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