減衰とは？1分でわかる意味、読み方、減衰定数、対義語

この記事の要点

減衰とは、振動を弱める働きのことです。地震で建物が揺れても、時間の経過とともに揺れが小さくなるのは、建物自体に減衰の性質が備わっているからです。

減衰の大きさは減衰定数hで表されます。h＜1（減衰振動）・h＝1（臨界減衰）・h＞1（過減衰）の3つの状態を区別して理解しましょう。

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減衰とは、振動を弱める働きのことです。建物は地震よって振動します。もし、減衰が無ければ、建物は振動しつづけるでしょう。

実際は、建物の揺れは時間の経過と共に小さくなります。これは減衰の効果です。今回は減衰の意味、読み方、減衰定数、減衰の対義語について説明します。

※建物の揺れ、地震の関係については下記の記事が参考になります。

建物と振動の関係？建物の揺れと地震動に関する8つのTIPs

減衰とは？

減衰とは、振動を弱める働きのことです。地震などの「揺れる力」に対して、「抵抗する力」と考えてください。

地震が起きると、建物が揺れます。もし、減衰の作用が無ければ、建物の揺れは収まりません。

実際は、時間の経過と共に、揺れは小さくなります。これは建物自体に、揺れを「減衰させる」力が備わっているからです。

ただし、建物が揺れをどの程度「減衰させるか」は、厳密には分かりません。柱や梁など、部材の太さでも変わりますし、「人」にも減衰の作用があるからです。

振動方程式では、前述した振動の影響を考慮した式を組み立てることが可能です。下記の記事が参考になります。

耐震設計の例題－減衰自由振動の解－

では、なぜ減衰は揺れを小さくする作用があるのでしょうか。下記の理由があります。

・揺れのエネルギーが、部材内部の摩擦により熱や音エネルギーに変わるため

・揺れのエネルギーが、空気、液体などにより摩擦抵抗を受けるため

・部材の塑性化により、揺れのエネルギーが吸収されるため

制震（せいしん）の技術も、揺れのエネルギーを減衰により（油による抵抗など）吸収していますね。※制震の意味は、下記の記事が参考になります。

アクティブ制震とは？1分でわかる意味、読み方、原理、パッシブ制震

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減衰の読み方

減衰は、「げんすい」と読みます。

減衰と減衰定数の関係

前述した、減衰を考慮した振動方程式を組み立てることで、「減衰定数」が導けます。減衰定数は、減衰の程度（大きさ）を表す値です。

減衰定数が大きいほど、より減衰の影響が強く、小さいほど「減衰の影響も小さい」です。

減衰定数ｈは、

h＜1

h＝1

h＞1

で、揺れの性質が大きく変わります。例えば、h＜1のときを「減衰振動」といいます。時間の経過と共に、徐々に振動が小さくなる現象です。

h＞1のときを、「過減衰」といいます。減衰の力が大きすぎるため、振動が起きません。初期の最大変形の後、「揺れることなく」徐々に変形が小さくなります。

h＝1を「臨界減衰」といいます。特殊な現象です。振動が起きず、すぐに変形が0になります。

減衰自由振動の方程式を組み立てると、理解が早いかと思います。

減衰の対義語

減衰の対義語は、増幅（ぞうふく）です。

混同しやすい用語

減衰（減衰振動、h＜1）

建物の振動が時間とともに徐々に小さくなっていく状態です。建築物の多くはこのh＜1（不足減衰）の状態で、振動しながら収束します。

臨界減衰（h＝1）との違いは「振動するかどうか」です。h＜1では振動しながら収束しますが、h＝1では振動せず最短時間で変形が0に戻ります。

減衰定数（h）

減衰の大きさ（程度）を無次元で表した値です。h＝c/2mωで定義され、建築物では通常0.02〜0.05程度の小さな値です。

粘性減衰定数cとの違いは「無次元化されているかどうか」です。cは物理的な減衰の強さ（N・s/m）、hは固有振動数・質量を用いて正規化した無次元の値です。

試験での問われ方｜管理人の一言

試験ではh＜1（減衰振動）、h＝1（臨界減衰）、h＞1（過減衰）の3状態の違いが問われます。建築物は通常「h＜1の減衰振動」という点を覚えておきましょう。

「減衰が大きいと揺れが速く収まる」は正しいですが、「h＞1では振動しない」ことも押さえておきましょう。対義語の「増幅（ぞうふく）」との対比も整理しておくと良いです。

減衰を整理した表を示します。

項目	内容	備考
h＜1（減衰振動）	振動しながら時間とともに収束する	建築物の通常状態。h＝0.02〜0.05程度
h＝1（臨界減衰）	振動せず最短時間で変形が0に戻る	境界状態。実建物では稀
h＞1（過減衰）	振動せず、ゆっくり変形が収束する	減衰力が大きすぎる状態