少し間が空きましたので、まずは 前回 のお浚いから。
上の動画、「極めて稀な地震」の1.5倍の力に対して倒壊した、建物モデルに、
「窓の面積を小さくする」修正、つまり窓下の小壁を増やすことによって倒壊を防いだのが、上の動画の建物モデルです。
今回は、この建物モデルをベースにして、屋根などの「水平構面」と呼ばれる部位が、建物の耐震性にどのような影響を及ぼすのか、「見える化」をおこないます。
上の画像は先程のモデルから、「屋根面と火打梁 の構造強度に関するデータ(ひとつ前の動画で「薄いグレー」になっている、建物上部の水平面が「それ」です)」を、全て取っ払ったもの※です。
※但し、荷重はそのまま残してあり、1階床は存在しています。
屋根のない建築物、というのは現実ではあり得ませんが、この屋根(と火打)なしのモデルを先程の「極めて稀な地震の1.5倍」で揺らすと、どのような挙動、応答を示すでしょうか?
それでは早速、揺らしてみましょう。
建物モデルを真上から見下ろした時の「梁・桁などの横架材で囲まれた長方形」が水平構面と呼ばれる部位です(これに対して、耐力壁は「鉛直構面」と呼ばれます)。
この長方形に、地震(や台風)などの水平力が加わった際、通常は、「長方形から平行四辺形へ」変形しないよう、屋根面や火打梁などが抵抗するのですが、これらの要素を取っ払った、「ほぼノーガード、無抵抗」のこのモデルでは、水平構面の変形が増した分だけ更に、柱や壁などの鉛直構面の変形量が増して、やがて建物上部の重さを支えきれない程の変形量(傾斜角)になり、倒壊してしまいました。
追記:
建物倒壊のメカニズムについて、もう少し詳しい解説をお求めの方には、併せて こちら をご覧ください。
前回 の後半部分で取り上げた、「①耐力壁の配置バランスが崩れることで、②(鉛直構面の)変形が増して、③建物上部の重さを支えきれなくなり、④倒壊」したモデルに、「壁の量(窓下の小壁)を増やす」修正をおこなって、「倒壊しない構造強度」を得ることができましたが、
今回もその手法に倣ってみます。
具体的に言うと、上の画像のように、外壁両側面と正面窓下の小壁を増やし、加えて正面窓下の小壁を補強(幅1.82m高0.4mの構造用合板を1枚、増し貼り)してから再度、「極稀1.5倍」で揺らしてみました。すると、
(倒壊したケースと比較すると)ちょうど真逆のメカニズムですが、壁(鉛直構面)の変形量が減少したことによって、水平構面の変形も抑えられて、今度は倒壊には至りませんでした。
繰り返しになりますが、「屋根のない建築物」というものは、現実の世界では(建築基準法上も)存在しません。
ですが、今回の一連の実験を通して「見えた」こと、
つまり、「水平構面の強さが構造強度に及ぼす影響や、水平構面と鉛直構面(耐力壁)の、構造強度上の関係性と相互作用が把握できていること」は、中低層建築物の、特に吹抜けのある計画案を検討する際には、非常に重要な(というか必須の)知見であると感じています。
次回、柱や梁などのそれぞれの接合部の「強さ」と耐震性の関係性について、例によって個別のモデルを具体的な地震波で揺らすことで「見える化」をおこないます。