耐震設計時の振動特性の扱いについて

質問

例えば超高層ビル(新宿の50階建てとか)は固有周期が3秒とか4秒とかすごく長くて地震動の周期の数倍あり、長周期側に大きくずれて逃げています。
しかし、１次固有振動モードは十分に離れていても２次モード、３次モードなど高次のモードは周期が短くなっていくので例えば３次モードや４次モードはちょうど共振してしまう事になります。

１次モードの共振はまずくて３，４次モードなどの高次モードの共振は構わないのでしょうか。
それはなぜでしょうか。

回答No.1

guess_manager · ベストアンサー

構造設計者ではないのですが、ご参考になれば。
建物は永遠に揺らされ続けるのではないこと、高次モードでは建物の粘性抵抗によって力が減衰し、共振がほとんど問題になることはないのではないでしょうか。
制振設計においては、高次モードの揺れや、建物階層ごとの振動特性にも着目し、ダンパーの性能を設計します。
このページに制振構造の解析の解説が乗っていますのでどうぞ。
http://www.i2s2.co.jp/pc/index.php?cid=000000000018

お礼

ご回答ありがとうございます。実際どうなんでしょうね。ダメージは周期数(サイクル数)が問題になりますが、高周波ほど短い時間に多くのサイクルを繰り返すので振幅と継続時間が同じなら高周波のほうが打撃を与えそうですが。
ただこの振幅と言うのが問題で、加速度振幅が同じなら積分してえられる変位の振幅は低周波のほうが大きくなるわけで、その意味では長周期、すなわち低次モードのほうがダメージが大きいというのはわかります。

ただ確かに高次モードのほうが振動の腹になる点が多いのでダンパーをつけるにもつけやすそうです。その意味ではおっしゃるように対策はしやすいかもしれません。

問題は地震のエネルギーが同じ場合に短周期と長周期の変位応答スペクトルがどうなっているのかという問題かもしれません。昔のBCJ-L2の地震動の変位応答スペクトルで見ても右肩上がりなので、そもそも地震動の性質として長周期ほど厳しいという事なんでしょうね。