スウェイ 建築。 RESP

以下の建築用語の意味を教えて下さい:1.スウェイ移動2.モルセット図面3...

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ところで、もうひとつ減衰に関する種類がありましたね?」 島課長: 「逸散減衰のことだね。 」 中沢: 「そう、その逸散減衰とはどんな現象ですか?」 島課長: 「解りやすく言うなら、地下逸散減衰とも言うね。 すなわち、建物の振動エネルギーの一部が地下に逃げていくため、建物の振動が減衰される現象だね。 」 中沢: 「なんとなく解った気がしますが・・・??例えば、建物の基礎部を固定の条件にして、振動解析した場合は、逸散減衰はないと考えていいわけですね。 」 島課長: 「逸散減衰がないと言うより、逸散減衰効果を無視した、と言ったほうがいいね。 」 中沢: 「よく地盤をモデル化するときに、スウェイバネやロッキングバネ(図1)を用いますね。 当然地盤を固定条件にしたときと、このモデル化を採用したときとでは建物の応答も変わりますが、このことを指しているわけですね。 」 島課長: 「それは少し違うね。 まず地盤部分は無限に広いものだが、図2のようなFEMモデルや、杭や地盤の変形を考慮して、スウェイバネやロッキングバネにモデル化する。 そして同様に減衰定数についても地盤の内部減衰や履歴減衰そして逸散減衰を全て考慮して、スウェイバネの減衰定数及びロッキングバネの減衰定数としてモデル化するわけなんだ。 」 中沢: 「地盤の内部減衰や、履歴減衰は容易に理解できるようになりましたが、それとは異なるものとして逸散減衰があるとすると、もうちんぷんかんぷんです。 」 島課長: 「逸散減衰はわかりにくいが、すぐあきらめないでくれ!」 中沢: 「どのような現象なのか、もう少しわかりやすくお願いします。 」 中沢: 「はい、わかります。 」 島課長: 「そこでこんどは、建物と地盤をモデル化する。 このとき地盤は無限の広がりをもつものとしてそれに近いモデルを想定する。 また地盤の内部減衰も履歴減衰もゼロとする。 このモデルで建物が共振するような入力波を加えたとすると、どうなるか?」 中沢: 「建物が共振するか、しないかと言うことですね。 」 島課長: 「そう、建物は基礎固定の条件のときと異なり、共振が減り、無限大の振幅にはならないんだ。 」 中沢: 「すなわち、減衰効果が働いたと言うことですか?」 島課長: 「そう、この減衰が逸散減衰なんだ。 」 中沢: 「建物も地盤も減衰はゼロとしていたのに、何ゆえ減衰効果が働いたのでしょう?」 島課長: 「それは、地盤を無限に広いものと考えたからなんだ。 」 中沢: 「う〜ん?? わかったような、わかっていないような・・・。 」 島課長: 「今までは振動論的な説明だが、波動論的な説明で言うと・・・。 」 中沢: 「はい、はい・・・。 」 島課長: 「地表面の地盤が動くと、建物の一階の地表面に近いところだけが変形する。 そしてその変形がさらに上部に移動し、だんだんと上部へ変形が伝わっていくのが想像できるかい。 もちろん一瞬の出来事だけど。 」 中沢: 「はい!サーカスでライオンをあやつる人が、ムチを持っていますね。 そのムチを手元で動かすとムチが波をうってムチの先端に移動していく。 あのようなイメージですね。 」 島課長: 「そう、そう、それだよ。 これを波動論で説明すると、波が1階から最上階に、ある速度をもって伝わっているということなんだ。 そして、建物の最上部に達するとその波動は、反射波となって戻ってくるんだ。 そしてさらに基礎固定のところでまたまた反射する。 」 中沢: 「建物に減衰がないとすると、永久に振動するということですね。 」 島課長: 「そう、そして建物と共振する波が次々と加えられると振幅が増幅され無限大となる。 」 中沢: 「なるほど。 ところで建物と地盤の相互作用を考えるとどうなるんですか?」 島課長: 「基礎固定でないと、波が完全に反射しないで、一部が地盤へ伝わるんだ。 ところが地盤に伝わった波は、無限に広がる地盤の中を走って行くため、建物へ戻ってこない。 」 中沢: 「なるほど、地盤に消えたエネルギー損失が逸散減衰ってことですね。 」 島課長: 「そのとおり。 」 中沢: 「良くわかりました。 ここで2つほど質問があります。 まずは、振動論と波動論はどう違うのですか。 」 島課長: 「アプローチする視点が異なるだけで、どちらも同じものだと考えて良いね。 特に波動論は均質な物体や成層地盤のように連続的なものにおいては扱いやすいが、建物等では振動論のアプローチが分かり易いってことだと思うよ。 」 中沢: 「もう一つは、無限に広がる地盤のモデル化は不可能ですから、その辺はどうするのですか?」 島課長: 「例えば、地盤をFEMモデル(図2)としたときは、境界条件のところにダッシュポット(ダンパー)を付けて、逸散減衰効果をモデル化するんだ。 」 中沢: 「ロッキング・スウェイモデルや、FEMモデルの関連等をもう少し説明して下さい。 」 (星 睦廣) [] [ 21話] [] [] Copyright C KozoSoft Co. ,LTD All rights reserved.

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(株)構造ソフト 地震動応答解析のおはなし 第22話「地盤のモデル化(その1)」

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ところで、もうひとつ減衰に関する種類がありましたね?」 島課長: 「逸散減衰のことだね。 」 中沢: 「そう、その逸散減衰とはどんな現象ですか?」 島課長: 「解りやすく言うなら、地下逸散減衰とも言うね。 すなわち、建物の振動エネルギーの一部が地下に逃げていくため、建物の振動が減衰される現象だね。 」 中沢: 「なんとなく解った気がしますが・・・??例えば、建物の基礎部を固定の条件にして、振動解析した場合は、逸散減衰はないと考えていいわけですね。 」 島課長: 「逸散減衰がないと言うより、逸散減衰効果を無視した、と言ったほうがいいね。 」 中沢: 「よく地盤をモデル化するときに、スウェイバネやロッキングバネ(図1)を用いますね。 当然地盤を固定条件にしたときと、このモデル化を採用したときとでは建物の応答も変わりますが、このことを指しているわけですね。 」 島課長: 「それは少し違うね。 まず地盤部分は無限に広いものだが、図2のようなFEMモデルや、杭や地盤の変形を考慮して、スウェイバネやロッキングバネにモデル化する。 そして同様に減衰定数についても地盤の内部減衰や履歴減衰そして逸散減衰を全て考慮して、スウェイバネの減衰定数及びロッキングバネの減衰定数としてモデル化するわけなんだ。 」 中沢: 「地盤の内部減衰や、履歴減衰は容易に理解できるようになりましたが、それとは異なるものとして逸散減衰があるとすると、もうちんぷんかんぷんです。 」 島課長: 「逸散減衰はわかりにくいが、すぐあきらめないでくれ!」 中沢: 「どのような現象なのか、もう少しわかりやすくお願いします。 」 中沢: 「はい、わかります。 」 島課長: 「そこでこんどは、建物と地盤をモデル化する。 このとき地盤は無限の広がりをもつものとしてそれに近いモデルを想定する。 また地盤の内部減衰も履歴減衰もゼロとする。 このモデルで建物が共振するような入力波を加えたとすると、どうなるか?」 中沢: 「建物が共振するか、しないかと言うことですね。 」 島課長: 「そう、建物は基礎固定の条件のときと異なり、共振が減り、無限大の振幅にはならないんだ。 」 中沢: 「すなわち、減衰効果が働いたと言うことですか?」 島課長: 「そう、この減衰が逸散減衰なんだ。 」 中沢: 「建物も地盤も減衰はゼロとしていたのに、何ゆえ減衰効果が働いたのでしょう?」 島課長: 「それは、地盤を無限に広いものと考えたからなんだ。 」 中沢: 「う〜ん?? わかったような、わかっていないような・・・。 」 島課長: 「今までは振動論的な説明だが、波動論的な説明で言うと・・・。 」 中沢: 「はい、はい・・・。 」 島課長: 「地表面の地盤が動くと、建物の一階の地表面に近いところだけが変形する。 そしてその変形がさらに上部に移動し、だんだんと上部へ変形が伝わっていくのが想像できるかい。 もちろん一瞬の出来事だけど。 」 中沢: 「はい!サーカスでライオンをあやつる人が、ムチを持っていますね。 そのムチを手元で動かすとムチが波をうってムチの先端に移動していく。 あのようなイメージですね。 」 島課長: 「そう、そう、それだよ。 これを波動論で説明すると、波が1階から最上階に、ある速度をもって伝わっているということなんだ。 そして、建物の最上部に達するとその波動は、反射波となって戻ってくるんだ。 そしてさらに基礎固定のところでまたまた反射する。 」 中沢: 「建物に減衰がないとすると、永久に振動するということですね。 」 島課長: 「そう、そして建物と共振する波が次々と加えられると振幅が増幅され無限大となる。 」 中沢: 「なるほど。 ところで建物と地盤の相互作用を考えるとどうなるんですか?」 島課長: 「基礎固定でないと、波が完全に反射しないで、一部が地盤へ伝わるんだ。 ところが地盤に伝わった波は、無限に広がる地盤の中を走って行くため、建物へ戻ってこない。 」 中沢: 「なるほど、地盤に消えたエネルギー損失が逸散減衰ってことですね。 」 島課長: 「そのとおり。 」 中沢: 「良くわかりました。 ここで2つほど質問があります。 まずは、振動論と波動論はどう違うのですか。 」 島課長: 「アプローチする視点が異なるだけで、どちらも同じものだと考えて良いね。 特に波動論は均質な物体や成層地盤のように連続的なものにおいては扱いやすいが、建物等では振動論のアプローチが分かり易いってことだと思うよ。 」 中沢: 「もう一つは、無限に広がる地盤のモデル化は不可能ですから、その辺はどうするのですか?」 島課長: 「例えば、地盤をFEMモデル(図2)としたときは、境界条件のところにダッシュポット(ダンパー)を付けて、逸散減衰効果をモデル化するんだ。 」 中沢: 「ロッキング・スウェイモデルや、FEMモデルの関連等をもう少し説明して下さい。 」 (星 睦廣) [] [ 21話] [] [] Copyright C KozoSoft Co. ,LTD All rights reserved.

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地球環境

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」 島課長: 「建物・地盤連成系モデルとしては、格子モデル(図2)もあるね。 これを多質点系並列地盤モデルともいうね。 」 中沢: 「ロッキング・スウェイモデルだけでもよく分からないのに、さらにモデルが増えると混乱しそうです。 これらのモデルをどう使い分ければよいのですか?」 島課長: 「非常に大事な質問だね。 しかし、これを一言で答えられないところに動的解析の難しさがあるわけだ。 それぞれの視点から整理してみよう。 」 中沢: 「お願いします。 」 島課長: 「地盤のモデル化の簡便さは、図1のロッキング・スウェイモデルが最も単純で、図2,図3と高級なモデル化となっている。 しかし、地盤の剛性等の特性値を決定するときは、図1は簡便なだけに大胆な仮定をせざるを得ず、図2,図3のモデルに移行するほど特性値が明確になるね。 」 中沢: 「ということは、データを入力指定しやすいFEMモデルが扱い易いように感じますね。」 島課長: 「そう一概にはいえないんだ。 さらに別な視点で話をすると、データ作成量や計算処理時間は、図1から図3にいくに従って大量になってくるんだ。 」 中沢: 「少し計算時間がかかっても、コンピュータの処理能力もあがって来ていますので、そんなに問題とならないのではないですか?」 島課長: 「そう単純ではないんだ。 というのは、ある精度の高いモデルと正確な物性値を入力すれば、その結果をもって設計は終わったと考えがちだが、実際はそうではない。 」 中沢: 「そんなに正確には決められないということですか?」 島課長: 「そうともいえるが、それより大きいのが構造設計者のスタンスなんだ。 」 中沢: 「スタンス??・・・。 」 島課長: 「今までの構造計算と違って、全ての値が予め決められているわけではない、ということなんだ。 」 中沢: 「いろいろな値を、明確に式で指定されていれば安心するんですが、この辺は自分で考えなさいといわれると、困ってしまいますね。 」 島課長: 「現行規程は仕様規程といわれるように、一から十まで計算式等明示されているね。 だから、どうしてもこの考え方から抜け出せないんだ。 全てについて、明確に与えられないと気がすまないんだね。 」 中沢: 「でも、全て明確に仕様を決めてあった方が、わかり易いと思うんですが、なぜしないんですか?」 島課長: 「仕様規程である今までの基準は、統計的に処理された結果としてまとめられているんだ。 だからその仕様にもとづいた計算をすると、ある程度安定した結果が導き出される。 ところが振動解析をすると、時々刻々の細かい計算をしているため、仮定がちょっと違っただけで結果に大きな差が出ることがあるんだ。 だからその結果は一つの計算例、又は特例かもしれないと、まず考えることから始めるんだ。 」 中沢: 「以前に、島課長が〔一つの地震波の解析だけでは建物の特性をつかんだことにはならず、特性の異なる地震波・数波を入力して、その拳動の傾向を見なければならない。 〕とありましたが、そのことですね。 」 島課長: 「そう、自分の力で統計的処理をほどこした一般解を見つけ出さなければならないってわけなんだ。 必然的に計算するケースも多くなり、また大局をつかむ計算から場合によっては、細かい計算まで目的に応じてモデル化も変えることになるわけだ。 」 中沢: 「今までと異なるのは、この辺の考え方ができるスタンスを持ちなさいってことですね。よく解りました。 さらに、地盤のモデル化について教えてください。 」 島課長: 「まず、地盤と建物との相互作用において建物の応答に地盤の影響が無視できるなら、地盤のモデル化を細かく考えなくても良いわけだ。 」 中沢: 「地盤を無視できるときは、どのようなときですか?」 島課長: 「例えば、超高層建物や免震構造のような長周期の建物があるときは、地盤の影響が小さい傾向にあるね。 」 中沢: 「なぜですか?」 島課長: 「それは、地盤の固有周期と建物のそれとがかけ離れているため、建物と地盤の相互作用が起こりにくくなっているってことなんだ。 特に超高層建物の場合は、硬質な地盤の上に立っているわけだから、なおさらだね。 」 中沢: 「バクゼンとは理解しているつもりですが、建物と地盤の相互作用についてわかり易く言うとどうなりますか?」 島課長: 「図4のように地震波は基盤から各地層に伝わり、そして地表面の建物に入力される。 ここで、地盤の最上部の地表面の応答は建物に入る地震波そのものなんだ。 」 中沢: 「なるほど、地盤をモデル化して解析したということは、その地盤の振動は地震波の動きそのものだってことですね。 」 島課長: 「すなわち、地盤の固有周期と建物の固有周期が似かよってくると、建物が共振する可能性が生じるってわけだ。 」 中沢: 「共振する可能性があるときは、地盤と建物の相互作用をしっかり調べなさい、ということですね。 」 島課長: 「そういうことだ。 」 中沢: 「ところで、地盤の固有周期とはどのくらいあるんですか?」 島課長: 「これも一概にいえないが、新耐震設計法において振動特性係数というのがあるね・・・。 」 中沢: 「はい、Rtで表わされるものですね。 」 島課長: 「そう、これはまさしく、地盤と建物の相互作用の影響度合い(図5)を表わしたものなんだ。 」 (星 睦廣) [] [ 22話] [] [] Copyright C KozoSoft Co. ,LTD All rights reserved.

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