建築振動学特論（Advanced Theory of Structural Dynamics）[2510]

＜授業のねらい及び具体的な到達目標＞

建物の構造設計やリスク評価では地震や風、交通振動などの動的荷重を受ける建物の安全性の確保と機能の維持への検討が必要になる。本授業では建物の動的設計法や設計用入力地震動の策定法の基礎を理解することを目的とする。そのための基礎理論である弾性論、振動論、マトリックス構造解析法（トラス構造、ラーメン構造）、弾塑性解析法、工学地震学の基礎を学ぶ。特に高度な解析法として壁や床、原子力建屋などの構造解析に重要な連続体の力学、有限要素法、運動方程式の直接積分法、超高層建築や免震建物、原子力建屋などの動的設計法の実務などを学ぶ。一方、近年では活断層やそれに起因する震源近傍の強震動や、関東平野や大阪盆地などの大都市で観測される南海トラフなどの海溝型巨大地震による長周期地震動など、工学地震学の基礎を理解することが構造設計者には求められている。そこで震源や伝播、地域の地盤特性などを考慮した最新の地震動作成法も理解する。
※システムデザイン専攻の履修者については以下が適用される。
（JABEE学習・教育到達目標）
「システムデザインプログラム」
（A）工学関連分野の原理・原則に関する深い知識と応用力を身につけた人材を育成します：◎
JABEE基準1の（2）の内容
（c），（d）：◎
（b），（e），（g）：○

First, learn how to model single- and multiple-degree vibratory systems, and calculate the free and forced response of the systems. Next, learn to model continuous vibratory systems, and use finite element methods for the analysis of the systems. Finally, learn how to simulate the strong ground motions based on the strong motion seismology, and apply them to aseismic building design.

＜授業計画及び準備学習＞

１．概説（構造設計と動的設計法、マトリックス代数の基礎、設計用入力地震動など）
２．建物の質点系モデルによる振動論とマトリックス代数による解法
３．剛性マトリックス（マトリックス構造解析法によるばね系の解法）
４．弾性体の支配方程式（応力・ひずみ、つり合い方程式、仮想仕事の原理など）
５．マトリックス構造解析法（トラス・ラーメン構造の解法）
６．有限要素法（２次元連続体の解法）
７．質点系の振動解析（質量・減衰・復元力マトリックス、固有値問題）
８．運動方程式の直接積分法（陽解法と陰解法、弾塑性応答解析）
９．建物の動的設計法（超高層建築・免震建物・原子力建屋などの設計法）
１０．地震動の性質（地震の大きさと強さ、地震危険度、強震波形、模擬地震動）
１１．震源モデル（活断層、震源近傍の強震動）
１２．地震動（実体波・表面波、長周期地震動、エッジ波、丘地形効果）
１３．強震動予測と入力地震動（経験的手法、理論的手法、耐震設計への適用）
１４．学習成果の振り返り　準備学習：前回までの総復習を行う。

1. Introduction of structural dynamics and strong motion seismology
2. Free and forced vibration of single degree of freedom linear systems
3. Free and forced vibration of multiple degree of freedom linear systems
4. Equations of motion for continuous medium
5. Matrix structural analysis (truss and moment-frame structure)
6. Finite element methods for structural statics
7. Finite element methods for structural dynamics
8. Equation of motion and direct integration method
9. Dynamic structural analysis of buildings
10. Basics of strong motion seismology
11. Source, path and site effects of Strong ground motion
12. Modeling of strong ground motions
13. Simulations of strong ground motions
14. Review

＜成績評価方法及び水準＞

採点は課題提出による。
Grade are evaluated by reports.

＜教科書＞

有限要素法入門、三好俊郎、培風館
建築の振動 初歩から学ぶ建物の揺れ (シリーズ「建築工学」) 、西川孝夫ほか、朝倉出版
建築の振動 応用編 (シリーズ「建築工学」) 、西川孝夫ほか、朝倉出版
この他、資料を適宜配布する

＜参考書＞

新耐震構造解析、柴田明徳 著、森北出版

＜オフィスアワー＞

木曜日　12：40〜13：30 （新宿校舎２５階久田研究室）
Every Thursday between 12：40 and 13：30 at 2512 (Hisada Lab) in the Shinjuku campus

＜学生へのメッセージ＞

近年、学部の授業では構造解析の基礎となる弾性論や有限要素法の基礎を殆ど扱わなくなってしまいました。学部で学ぶ質点系の振動論はあくまでも単純な近似解でしかありません。構造技術者や地震工学のコンサルを目指す学生は、連続体の振動・波動論と地震動の基礎理論を一度しっかりと学んでおくことが重要だと考えています。さらに最近の災害対策では、耐震設計に代表される被害を出さないためのハード対策だけでなく、被害が出た場合の対応・復旧を考慮したレジリエントな対策が重要になっています。本授業では最新の災害対策の動向も適宜紹介します。