地震による建物の崩壊の原因とその防止法

要約

地震は建物とその住人にとって深刻な脅威です。地震による建物の崩壊は、地盤の揺れや割れによるものではなく、ほとんどの建物が断層線上に位置していないためです。代わりに、基礎や下層の変位によって引き起こされる構造物内を伝わる衝撃波によって、崩壊が起こります。これらの振動の強度は、建物の質量と剛性に依存し、これらは主に建物の高さによって決まります。したがって、建物の地震応答を予測することは、主に物理学の問題です。エンジニアや建築家は、衝撃を吸収し変形を制限するためのモデルや革新的なシステムを開発しています。

Q1: 地震によって建物が崩壊する原因は何ですか？
Q2: エンジニアはどのようにして建物の地震応答を予測するのですか？
Q3: 建物の地震応答を決定する主要な要因は何ですか？
Q4: 1985年のメキシコシティ地震で中規模の建物が崩壊した理由は何ですか？
Q5: エンジニアは共振による崩壊をどのように防止するのですか？
Q6: 衝撃を吸収し変形を制限する革新的なシステムにはどのようなものがありますか？

はじめに

地震は常に恐ろしい現象であり、都市がますます大きく高くなるにつれて、建物の崩壊による脅威はより致命的になっています。この記事では、建物が地震によって崩壊する原因と、エンジニアがそれを防止する方法について探求します。

Q1: 地震によって建物が崩壊する原因は何ですか？

地震による建物の崩壊は、建物の真下の地盤の揺れによって直接引き起こされるのではなく、構造物内を伝わる衝撃波によって引き起こされます。地盤が建物の下を動かすと、建物の基礎や下層が変位し、その衝撃波が構造物全体を通って振動を引き起こします。この振動の強度は、建物の質量に依存します。建物の質量は底部に集中しているため、建物の剛性にも依存します。剛性とは、ある程度の変位を引き起こすために必要な力のことです。

Q2: エンジニアはどのようにして建物の地震応答を予測するのですか？

建築家やエンジニアは、建物の高さ、材料の種類、および柱の形状に基づいたモデルを使用して、地震に対する建物の応答を予測します。これらのモデルには、列や梁を表す二次元の線の配列、または建物の質量を表す円で示される単一の線のロリポップが含まれます。エンジニアは、地質学者や地震学者と協力して、建物の場所での地震運動の周波数を予測し、土壌タイプや断層タイプ、以前の地震から得られたデータなどの要因を考慮します。

Q3: 建物の地震応答を決定する主要な要因は何ですか？

建物の地震応答を決定する主要な要因は、建物の質量と剛性です。これらは主に建物の高さによって決まります。低い建物はより剛性があり、移動量が少なく、高い建物はより柔軟です。建物の質量を増やすと、自然振動する速度が遅くなり、剛性を増やすと、自然振動する速度が速くなります。

Q4: 1985年のメキシコシティ地震で中規模の建物が崩壊した理由は何ですか？

1985年のメキシコシティ地震では、高さ6階から15階の多くの中規模の建物が崩壊し、近くの低い建物は立ち残り、高い建物は少ない被害を受けました。崩壊した中規模の建物は、地震の振動よりもはるかに激しく揺れているのが観察されました。その原因は、共振効果と呼ばれるもので、地震の地震波の周波数が中規模の建物の固有振動数と一致したためです。追加の地震波ごとに、その方向での建物の振動が増幅され、建物はより遠くに振り子運動をし、最終的には初期