耐震設計の基礎知識

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振動の基礎では、まず一質点系の自由振動や減衰自由振動を勉強します。今日はそんな振動用語のごく基礎的なお話をしておきます。皆さんの勉強で何か役に立てば。

・振動について
例えば地震動でなくても、ある周期をもった波を想像してください。代表的な周期関数にはsin波やcos波がありますね。これを振動と呼びます。振動の種類は様々なで、周期的なものとそうでないものに分けられますが、代表的な外力としては｢地震動｣ですね。これは不規則なデータの集まりで、けっして関数で表されるものではないので｢デジタルデータ｣とも呼ばれます。

・一質点系
建築で良く用いられているモデルは串団子のようなものです。このモデルでは重量は質点に作用するというものです。実際の建物は構造全体に重量をもっていますが、このようにモデル化して考えてもかなり良い精度をもち、かつ計算が簡便になるので好まれています。

・自由振動とは
また、さきほど説明したように振動には自由振動と呼ばれる揺れがあります。これは、減衰も無く外力も発生しない状態で揺れている状態です。外力が無い状態というのはイメージがつきにくいかもしれませんが、物理で習った振り子の問題で、自分では手を加えずにある位置から玉を押さえておいて離したときに発生する振動と同様のものです。

・減衰、減衰自由振動とは
減衰とは揺れを抑える働きをそう呼びます。つまり減衰自由振動は外力が作用していない状態で、減衰の効果が働き少しずつ揺れがおさまります。では、具体的に減衰とはなにか？どうやって求めているのかと聞かれると、これは曖昧なところがあります。実際に、この減衰は良くわかっていないもので、設計では重量に比例させたり、剛性に比例させたり、レーリー減衰と呼ばれるもの等と様々な工夫で減衰の値を決めています。

・共振
ある振動を建物に作用させたとき、その建物の揺れの周期と外力として作用させた振動の周期が一致したとき大きく揺れるような現象を引き起こします。これを共振と呼びます。耐震設計する際はこの共振に気をつけなければなりません。