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制震構造 せいしんこうぞうseismic response controlled structure

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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

制震構造
せいしんこうぞう
seismic response controlled structure

地震の揺れを制御する性質または装置によって,居住性を向上させ,震害を防止するための構造。地震動と構造物が共振すると揺れが大きくなるので,その低減のため非共振化や減衰性能向上をはかっている。

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家とインテリアの用語がわかる辞典の解説

せいしんこうぞう【制震構造/制振構造】

建物に制御装置を組み込み、地震などの揺れを吸収させる構造。地盤と絶縁する免震構造より効果は低いが、費用は抑えられる。耐震構造の建物に施すことで耐震性能を向上させる技術でもある。

出典|講談社
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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

制震構造
せいしんこうぞう
seismic response control structure

地震時に建物に生じるエネルギーを制震装置で吸収し、揺れを抑制する建物の構造。

沿革

1995年(平成7)に発生した阪神・淡路大震災(兵庫県南部地震)では、1981年(昭和56)の新耐震設計法施行以前に設計された古い建物は落階に代表される大きな被害を被ったが、高層建物や新耐震設計法施行以降の新しい建物では一部に損傷はみられたものの、おおむね所期の構造安全性(建物が損傷しても倒壊はせず人命だけ守れればよい)が確保されていることを示した。これは、旧基準が強度を確保する強度型の設計法であったのに対し、従前からの超高層ビルの設計法や新耐震設計法では建物に強度と粘りを付与するように配慮されていたからである。
 しかしながら、構造安全性は保たれても、内蔵する家具、什器(じゅうき)やコンピュータなどが転倒して、多くの死傷者を出した。また、都市のインフラストラクチャー(産業や生活の基盤を形成する施設)は機能停止し、病院などでも倒壊はしないが機能を果たせないといった深刻な事態も多くみられた。
 これらを通じて、倒壊しなければ良いとしてきた従来の強度と粘りの耐震構造だけでは不十分だということがわかり、それに加えて壊れないだけでなく建物の揺れを制御(低減)して、建物の機能維持を図るための技術として「制震構造」の開発や適用促進が図られた。
 制震構造技術の着想は、1950年代の「構造物の非線形振動(荷重と変位が比例関係にない状態の振動)に関する研究」(小堀鐸二(こぼりたくじ)ら)を通じて、「構造物の復元力特性の非線形化に伴うエネルギー吸収と、固有周期の時間的変化が、地震応答の抑制に寄与する」という原理的な発見に基づいて生まれた。それは、「建物に一定の制震装置または機構を設けることにより、予測の困難な地震動に対し、建物それ自体が時々刻々、自らの振動特性を変化させて、建物と地震動との非定常な非共振を可能にし、もしくは地震によって生ずる建物の変形を抑制する制御力を働かせる事によって、建物の揺れを制御しようとする意図」を原点にもつものである。具体的には、(1)地震力を伝達させない、(2)地震動の主勢力を避ける、(3)非共振系を図る、(4)制御力を加える、(5)エネルギー吸収に努める、という五つのパターンを原則とし、それらを規範にして、周辺の先端技術の進展に呼応して、1980年代から各種の実装置やシステムの実用化が進み、そのバラエティも豊富になり、超高層ビルの設計に際しては、必須アイテムのようにさえ認識されるようになってきた。[金山弘雄]

制震構造の実際例

制震構造に適用される制震装置としては、まず鋼材、オイル、粘(弾)性体、摩擦を用いたものなどがある。実際の適用にあたっては、これらのなかから制震の目的に応じて適切なものを選択する。その原理はいずれも、地震時に振動エネルギーを吸収するというもので、吸収エネルギー量が大きいほど制御効果の高い制震装置といえる。また制震装置は、減衰を付与する装置という意味からダンパ(減衰材)ともよばれる。電気制御によらない方式はパッシブ型制震(受動的制震)、電気制御による方式はアクティブ型制震(能動的制震)、両者の中間方式はセミアクティブ型制震とよばれる。数ある制震装置のなかから、適用実績が多い代表的なものについて、その概要を述べる。[金山弘雄]
鋼製ダンパ
適用数がとくに多い鋼製ダンパの代表例として、通称「ハニカムダンパ」とよばれるものと「座屈拘束ブレースダンパ」がある。
 ハニカムダンパは、壁や柱、梁(はり)といった建物の構造部材に、蜂(はち)の巣(ハニカム)状の穴のあいた低降伏点鋼材(普通の鋼材より強度は低いが、変形性能(繰り返して大きな変形を与えても粘り強く、破断しにくいような性質)をもった特殊な鋼材)を組み込んで建物の揺れを吸収する。ダンパ部の曲げ降伏(棒や針金を折り曲げようとする際の力のかかり方、ひずみの出方と同じ様相の降伏)による安定した大きなエネルギー吸収を意図したダンパで、間仕切壁内部に納まるので、建物外観や室内空間に影響を与えずに設置できる。大地震時に効果が高く、メンテナンスも不要で、すでに新築、既存の多数の建物に適用されている。
 一方、座屈拘束ブレースダンパは、極低降伏点鋼でできた芯(しん)材の周りをモルタル詰めの鋼管で囲い、芯材の圧縮座屈を防止するもので、筋かい材として用いる。周辺の柱・梁より早期に筋かい材を降伏させ、かつ座屈させないことで、安定した大きな振動エネルギー吸収を図る。[金山弘雄]
粘性ダンパ
粘性体を用いたダンパの代表例は「粘性壁ダンパ」である。シリコンオイルなどの粘性体を満たした壁状のプールの中に、上の梁から垂下した仕切り板を浸す。地震時にはそれがプール内を移動するときに生じる粘性体の抵抗力によりエネルギーを吸収するものである。[金山弘雄]
オイルダンパ
オイルを用いたダンパとしては、従来型の「パッシブ型オイルダンパ」でその性能を高めたものや、電気制御によりさらにその制御効果を高めた「超高性能オイルダンパ」も開発され実用化されている。後者は、シリンダー内の圧力センサーからの信号を元にコンピュータ制御で流路にある開閉制御弁を開閉することで、振動エネルギーを最大限に吸収できるようにしたもので、パッシブ型オイルダンパの2倍以上のエネルギー吸収能力がある。大地震時の安全性確保のみならず、日常の風揺れや中小地震時の居住性向上にも効果を発揮する。
 超高性能オイルダンパは、弁の開閉に必要なわずかな電気エネルギーで制御できるので、セミアクティブ型、さらに近年では進化し、電力を必要としないで流量制御弁をオイルの圧力差を利用して自動開閉させるパッシブ型タイプや、通常時はこのパッシブ型として作動し微小レベルの風揺れに対してのみ電気制御を行うといったハイブリッドタイプも開発されるなど、大きな進化をとげて適材適所的適用が計られている。これらはとくに超高層ビルへの適用が盛んである。[金山弘雄]

出典|小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)
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