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共振とは?1分でわかる意味、原理、地震、固有周期との関係

共振とは、建物の固有周期と地震の周期が一致し、大きく振動する現象です。同じ力を持つ地震力でも、共振が起きると揺れ方が全く違います。今回は、共振の意味、原理と地震の関係、固有周期と卓越周期について説明します。※固有周期、地震動については下記の記事が参考になります。

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共振とは?

共振は、建物の固有周期と地震の周期が一致し、大きく揺れる現象です。固有周期とは、建物が持つ固有の周期です。建物ごとに、固有周期は違います。簡単にいうと、「揺れ方」です。


短い時間で、小刻みに揺れる建物もあれば、ゆったり揺れる建物もあります。一方、地震の揺れ方も色々あります。建物と同じように、小刻みに揺れる地震、ゆったり揺れる地震など、色々です。


建物の固有周期と地震の周期の一致は、建物の揺れ方と地震による「揺らし方」の一致、と考えてください。このとき共振が起き、建物は大きく揺れます。地震の揺れ方、建物の揺れ方の豆知識として、下記の記事が参考になります。

耐震設計の基礎知識


身近な物として揺りかごがあります。揺りかごは、小刻みに揺らしても、あまり揺れません。一方、ゆっくりと揺らすと大きく揺れますね。

共振と免震の関係

現在、高層建築物など免震が採用されています。免震とは、地盤の揺れ(地震)が建物に伝わりにくくする技術です。意図的に建物周期と地震の周期をずらして、建物を揺れにくくします。


免震を採用した建築物は、ゆっくり揺れる性質(長周期)があります。これは、短周期地震動に対して効果的ですが、長周期地震動に対してリスクがあります。

共振による被害

共振による最も有名な被害が、「タコマ橋の崩落」です。正式な名前は、タコマナローズ橋です。アメリカの海峡にかかる橋でした。タコマ端は一見、何も問題なく設計・竣工を終えました。


しかし、竣工からほどなくして突如、大きく揺れだし崩落したのです。崩落時の原因になったのは風でした。ただ、風圧力は設計で考慮した風圧力を下回るものでした。実際は、「共振」が問題だったのです。タコマ端の崩落は、youtubeなどの動画でみることができます。共振が恐ろしい現象だと再認識させられます。

まとめ

今回は共振について説明しました。意味が理解頂けたと思います。共振は、建物の固有周期と地震の周期が一致し、大きく揺れることです。共振の意味、固有周期との関係を理解しましょう。固有周期の求め方を理解すると、なおよいですね。下記の記事も併せて参考にしてください。

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