地震で建物が崩壊する理由：科学を理解する

要約

この記事では、地震中に建物が崩壊する理由と、建築家やエンジニアがモデルを使用して建物の地震波に対する反応を予測する方法について探求します。また、建物の質量と剛性が自然周波数を決定する役割と、基礎分離やチューンドマスダンパーなどの革新的なシステムによって共鳴誘発崩壊を防止する方法についても議論します。

イントロダクション

地震は常に恐ろしい現象であり、都市の成長とともに、崩壊する建物は最大のリスクの1つを構成しています。しかし、建物の崩壊が地面が激しく揺れたり分裂したりする直接的な原因であるという考えは完全に正確ではありません。この記事では、建物が地震中に崩壊する理由の科学を調べ、その防止方法について説明します。

地震と建物の崩壊の現実

ほとんどの建物は断層線上に直接位置しておらず、移動する地殻プレートは建物の基礎よりも深くまで及んでいます。地震中に建物の下を動かすと、基礎や下層を変位させ、その後に残りの構造に衝撃波を送り、建物を前後に振動させます。この振動の強さは、建物の質量と剛性に2つの主要な要因が影響します。

建物の地震波に対する反応の理解

建築家やエンジニアは、モデルを使用して建物の地震波に対する反応を予測します。これらのモデルは、柱や梁を表す2次元の配列または建物の質量を表す円形のロリポップを単一の線で表現することができます。建物の地震波に対する反応を予測することは、主に物理学の問題であり、地震中に起こる崩壊のほとんどは、直接地震自体によって引き起こされるものではありません。

自然周波数と共鳴誘発崩壊

建物の質量と剛性によって決定される自然周波数は、その振動がクラスター化する周波数です。建物の質量を増やすと、自然に振動する速度が遅くなり、剛性を増やすと、振動する速度が速くなります。共鳴誘発崩壊は、地震の地震波の周波数が建物の自然周波数に一致するときに発生します。追加の地震波ごとに、建物の振動が現在の方向に増幅され、より遠くまで振り子運動を続け、最終的には初期変位よりもはるかに大きな範囲に達します。

革新的なシステムによる崩壊防止

エンジニアは、建物の場所で地震運動の周波数を予測するために、地質学者や地震学者と協力しています。彼らは、土壌タイプや断層タイプ、および過去の地震からのデータなどを考慮に入れます。低周波数の運動は、より高い建物やより柔軟な建物により多くの損傷を引き起こし、高周波数の運動はより短くより剛性のある構造物により大きな脅威を与えます。エンジニアは、基礎分離を使用して、柔軟な層を使用して基礎の変位を建物の残りから分離し、共鳴をキャンセルするためにチューンドマスダンパーシステムを使用して衝撃を吸収し、変形を制限する方法を考案しています。