建築物における柔構造

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建築物における柔構造

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/01/01 13:52 UTC 版)

「柔構造」の記事における「建築物における柔構造」の解説

構造物を外力に耐えさせる考え方として、一つは、外力をそのまま構造体全体に入力する「剛構造」がある。実際の構造計算においては想定される外力が十分な時間にわたって作用し続けると仮定した静的解析を行うことが主流であるが、結果として「外力を生のまま全て受け止める」形式になる。この考え方は、固有周期の短い構造体が受ける地震力に近く、現在でも中低層の建築物における構造計算では主流となっている。 一方、固有周期の長い構造体では地震の揺れが構造物全体に伝わるまでに時間がかかるため、上記の解析方法は現実と全く一致しない。短周期の揺れが基礎に入力されても、構造体が応答する前に逆方向の力を受けることとなるためである。この違いは、柔らかい棒を立ててゆっくりと揺らした場合と素早く揺らした場合の動きを見れば想像できる。もし構造物の固有周期が地震波の主要な成分よりも十分に大きければ、その構造体が受ける地震力は十分に小さくなる。 こうした発想に基づき、固有周期を長くするために構造体全体の剛性を低くする発想が「柔構造」であり、特に、もともとの固有周期の長い高層建築物での構造計算で主流となっている。 この事情から、柔構造が地震力を「受け流す」とする表現は必ずしも正しくない。確かに細部で見れば、各部材が地震力を直接に受けるのではなくより上部の構造に流してしまう形となっており、その意味では「受け流す」と言えるが、構造物全体で考えればやはり地震力に耐えることには変わりはなく、むしろ地震力自体を小さくするために「地震に同調しない」と言ったほうが近い。作りの上でも、敢えて剛性を抑えることもあるが強度は必要である。力を受けずに「受け流す」のは、むしろ免震構造である。 また、固有周期をもって地震力を「受けないようにする」柔構造では固有周期を剛構造よりも精密に求める必要があり、場合によっては特定の部分の剛性を低くする必要すらある。この計算、検討の作業には大きな労力が必要である。建築物の場合、中低層では結果として柔構造として扱えない可能性が高いため、中低層で柔構造的に解析するケースは希である。一方、橋梁や鉄塔の中には、それほど大きなもので無くとも柔構造として扱えるものもある。 近年ではコンピュータによる構造計算が発達したことで、入力された地震力が構造体の中を伝わってゆく様子を時系列で解析してゆく時刻歴応答解析と呼ばれる手法も登場しており、かつてよりも高さのある建築物の設計が可能となっているが、この時刻歴応答解析は柔構造と親和性が高い。