安全な構造設計から、安心な建物を考える

建築のモデル化

地震の多い日本では、被災したときでも人命を守れるような建物の構造設計が重要です。現在は地震の際にひびが入るなど、ある範囲までは壊れることを想定した上で、倒壊までには至らないように設計基準が決められています。構造設計では建物に地震などの力がかかったときにどう動くかを確認するために、コンピュータ上でシミュレーションをします。このとき、建築物の動きを正しく再現するための前提として、建物のモデル化が必要です。

実際の構造体で実験する

建築の構造設計の基本のひとつは、物理で習うF=kxという関係式です。バネ定数kが一定なら地震力Fと変形xを表すグラフはまっすぐな比例の線になりますが、実際の建物の構造体は複雑なものなので、動きも条件それぞれによって変わります。そのため、モデル化には実際の構造物を使った実験によるデータの収集が欠かせません。実験では、実際の建築物の一部を再現した縮小模型を製作し、実際に大きな力をかけたときにどのように変形して損壊していくかを調べます。
現在は解明できていない動きが多いため、想定される地震に対して余力を持たせて構造設計を行っています。建築物の動きがより細かく解明されて、正しいモデル化が進めば、できる限り余力を減らした効率的な設計が可能です。コストに無駄がなくなるだけでなく、実現可能なデザインの幅も広がると考えられます。

建物の安全と安心

専門家が構造計算をして設計された建物は、工学的には安全です。しかし、安全だから絶対に安心かというと、そうではありません。地震でギシギシと音をたてながら大きく揺れれば怖いですし、揺れに対しての損壊が想定通りであったとしても、壊れたという事実は安心にはつながりません。例えば建物と基礎の間にゴムを挟み、地面の揺れが建物内に伝わらないようにする免震構造も、安心につながる技術のひとつと言えます。工学的な安全をクリアした上で、さらに安心してもらえる建築にするにはどうすればよいかという配慮も求められるのです。

参考資料

構造実験と検証解析

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

横浜国立大学都市科学部建築学科教授杉本訓祥先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

建築学

先生が目指すSDGs

メッセージ

ぜひ建築の構造分野に興味を持ってください。例えばさまざまなスポーツは、興味を持つ人が増え競技人口が増えるほど選手層が厚くなり、社会が応援しスポンサーが増えれば活性化し、より強くなります。それと同じように、構造という研究分野も関わる人が多ければ多いほど活性化し、技術も向上します。
たくさんの建物が建っている現在でも、建物の揺れや損壊の仕方には解明できていない部分がたくさんあります。建築の構造の安全を高めるために研究をしたい、開発に関わりたいという人がより多くなってもらえればと思っています。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

横浜国立大学に関心を持ったあなたは

横浜国立大学は、高い国際性と実践的な学問を尊重し、社会に開かれた大学をめざします。全学部の学生がひとつのキャンパスで学び、学部の垣根を越えた交流ができ、国立大学には数少ない経営学部も置かれています。新しい潮流を起こして２１世紀の人類社会に貢献できるよう、社会からの要請を的確に把握し、国民から委ねられた資源を有効に活用しつつその活動を開放し、社会の期待に応えます。