この建物は、なぜ揺れる？

地面の動きは同じ。それでも、3つの建物の揺れ方は違います。それぞれが大きく揺れる振動数を探してみましょう。

学習用モデルです。建物や住まいの安全性を評価するものではありません。

合成入力 · 正弦波

0.0 s

3つのモデルすべてに、同じ地面の動きを与えています。

低層

免震なしの固有振動数

fₙ = 2.0 Hz · T = 0.5 s

0.0 cm変形：基部に対する屋根の変位

中層

免震なしの固有振動数

fₙ = 1.0 Hz · T = 1.0 s

0.0 cm変形：基部に対する屋根の変位

高層

免震なしの固有振動数

fₙ = 0.5 Hz · T = 2.0 s

0.0 cm変形：基部に対する屋根の変位

開始からの最大値すべてのモデルの動きを同じ倍率で拡大しています。建物の高さは模式的なものです。

地震実験室

モデルごとに質量と剛性が異なるため、揺れやすいリズムも異なります。振動数のスライダーを動かすか、3つの設定から選んでください。図の高さはモデルを見分けるためのもので、実際の建物の応答が高さだけで決まるわけではありません。

建物のリズムを探す

入力の振動数がモデルの固有振動数に近づくと、地面の繰り返しの動きによって応答が大きくなることがあります。これが共振です。揺れが成長するには、いくつかの周期が必要です。

減衰がエネルギーを消費する

建物の減衰を増やすと、共振付近での揺れの成長を抑えられます。スライダーの値はモデルの臨界減衰に対する割合であり、安全性の改善率ではありません。

基部が動く仕組みを加える

簡略化した免震モデルでは、建物の下に柔らかく減衰を持つ層を加えます。固有振動数が変わり、基部の動きが増える一方で、建物の変形を減らせる場合があります。すべての振動数で有効とは限らず、新しい共振の付近では応答が大きくなることもあります。

地震実験室 / 02

実験と実際の建物はどうつながる？

この実験室では、振動数・減衰・免震が建物の揺れに与える影響を学べます。以下では、実験の考え方と、専門家が実際の建物と地震を解析するために必要な情報を紹介します。

周期から振動数へ

固有周期T₁は、建物が1回振動するのにかかる時間です。換算ツールはf₁ = 1/T₁を計算し、実験の地面の振動数に設定します。3つの架空の建物の特性は変わりません。自宅の固有周期を入力しても、その建物の応答を再現するものではありません。

換算する周期T₁

s→ 0.67 Hz

換算範囲：0.34〜5.00秒。変更するのは地面の振動数で、建物の特性ではありません。

既知の周期を変換します：f₁ = 1/T₁。例：T₁ = 1.5秒なら約0.67 Hzです。
地面の振動数をその値に設定します。3つのモデルの応答を比べ、より低い振動数や高い振動数も試します。
減衰が不明なら、5%は学習用の例としてのみ使います。
振幅は模式値のまま相対的な違いを比べます。正弦波のcmはPGAや実記録の振幅ではありません。

免震をオンにすると、同じ入力で2つのモデル条件を比較できます。これは仕組みを学ぶための実験です。実際の免震装置の特性は、各建物の資料に定められています。

1. 建物の特性を調べる

一次固有周期T₁、減衰の推定値、免震層や制振装置の有無が役立ちます。実際の解析には各階の質量・剛性、構造形式、建物の状態も必要です。

所有者・管理者、設計者、構造設計者に、構造計算書、耐震診断、時刻歴応答解析を確認してください。記載がなければ、技術者がモデルや振動計測から推定できます。

2. 地震動記録を探す

代表性のある観測点の加速度時刻歴と適切な成分が必要です。マグニチュード、震度、単一のPGA値だけでは振動数成分や継続時間は分かりません。

NIEDのK-NET・KiK-netで日本の記録が公開され、波形のダウンロードには登録が必要です。気象庁の掲載データは第三者提供が禁止されているため、ここでは複製せずリンクのみ掲載します。

3. 地盤条件を確認する

正確な地点からAVS30、微地形区分、表層地盤増幅率を確認できます。観測点記録の適合性を考える助けになりますが、それだけで建物地点の揺れは再現できません。

J-SHISで「表層地盤」を選び、住所付近を拡大して地点情報を開きます。解析には現地のボーリング、S波速度構造、地盤調査報告書が必要な場合があります。

情報	調べる場所	この実験室での扱い
固有周期T₁／振動数f₁	構造資料または技術者による計測	地面の振動数に換算して設定。建物は架空のモデルのまま
減衰	モデル、解析または計測	スライダーで設定。5%は例
加速度波形	K-NET・KiK-netまたは気象庁	実験は合成正弦波を使用。地震記録の読込は行わない
AVS30・地盤増幅率	J-SHISまたは地盤調査資料	地域の地盤情報。この実験の入力条件には含まれない

「この建物は安全か」を判断するには、資格を持つ構造技術者による評価が必要です。この実験室は解析の理解には役立ちますが、評価を代替できません。

架空の建物モデルの条件

免震なしでは、uは地面に対する屋根の変位、mは質量、cは減衰係数、kは剛性、a_gは地面の加速度です。u′は速度、u″は加速度を表します。免震ありでは、建物と基部それぞれの連成した2つの運動方程式を解きます。

固有振動数	低層	中層	高層
fₙ / T	2.0 Hz / 0.5 s	1.0 Hz / 1.0 s	0.5 Hz / 2.0 s
質量	100 t	300 t	800 t
剛性	15.79 MN/m	11.84 MN/m	7.90 MN/m
建物の減衰	ζ = 5%
減衰係数	125.7 kN·s/m	188.5 kN·s/m	251.3 kN·s/m
免震層	fᵢ = 0.25 Hz · ζᵢ = 20% · mᵦ = 0.25 m

基部の質量は建物の質量の25%です。免震層の条件（0.25 Hz・減衰定数20%）は、建物を剛体とみなし、基部と建物の合計質量に対して設定しています。連成した2質点モデルの実際の固有振動数とは異なります。

m·u″ + c·u′ + k·u = −m·a_g · k = m·(2πfₙ)² · c = 2ζ√(km)

この実験でわかること・限界

質量・剛性・固有振動数・減衰を仮定した線形モデルです。免震なしでは1自由度、免震ありでは2自由度で計算します。ねじれ、複数の振動モード、損傷、地盤と基礎の複雑な相互作用などは扱いません。入力は振幅が緩やかに立ち上がる合成正弦波で、過去の地震の観測記録ではありません。AVS30や地盤増幅率だけでは、特定の建物の応答を再現できません。この図は被害予測・構造安全性の評価・緊急地震速報（EEW）のためのものではありません。

JISHINDESU独自のモデルと図です。入力は数式で生成し、モデルの基礎は掲載した出典に基づいています。

モデルの基礎と出典: USGS · FEMA · Fujitani et al. (2012)