周期による被害の違い

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揺れ方(周期)の違いで発生する被害の違い

地震の大きさは、震度やマグニチュードで表されるが、構造物にはもう一つ特有な地震の揺れ方が大きな影響を及し、被害を大きくする。これが固有周期と呼ばれており、構造物毎に特有である。地震動と周期の関係を表に示す。

地震動と周期の関係

東日本大震災の例として、宮城県栗駒市周辺で震度6強～7でも被害が少なかったことである。ここでの揺れは、震源に近いことから周期の短い地震動であったことで、建物の耐震性が充分であった訳ではない。一般に古い木造家屋は、震度6弱程度の極短周期地震動に対しては影響が少ないが、同じ震度のやや短周期地震動に対しては倒壊する可能性が格段と高くなる。これは、古い木造住宅の固有周期がやや短周期地震動域にあるためであり、1995年兵庫県南部地震での木造住宅の倒壊被害がこれに相当する。また、今回の熊本地震もこの周波数域を活断層直上で持っており、このために多くの木造住宅が壊れたと考える。

一方、超高層建物は、極短周期地震動、やや短周期地震動のいずれに対しても問題は少ないが、やや長周期地震動の場合に関しては、一般の建物はほとんど被害が無いにも係わらず、超高層建物では激しく揺れる。体感的には「グウラ、グウラ」と揺れる船に乗っているような揺れである。東日本大震災の例として、震源から200km以上離れた東京では震度5強であったが、新宿の超高層ビル群が10分以上も大きくゆっくりと揺れた。さらに震源から600kmも離れた震度3の大阪府咲洲庁舎（高さ256m）では、エレベータ停止による閉じ込め事故や内装材や防火扉が破損するなどの被害が生した。その他の被害として、ビルの外壁の落下、体育館や公会堂等の天井の落下、さらには石油貯槽タンクや核燃料貯蔵プール等の内部の液体が波打つスロッシング現象による溢流などが発生した。

ところで、被害地域が大規模な平野や盆地にある場合、伝播して来たやや長周期地震動や長周期地震動がその平野や盆地の直下にある堆積層で増幅・強化されて、揺れ幅が大きく、揺れている時間も長い地震動になる可能性が指摘されている。これは「平野や盆地」が構造的に第三の発生条件となる場合であり、今回の熊本地震においては、熊本平野や阿蘇山周辺の盆地がこれに該当した可能性が考えられる。
一方、2013年から長周期地震動階級が新たに気象庁から試験的に発表されているが、熊本地震において14日の地震で階級3、15日（00時03分）の地震で階級4、16日の地震で階級4を示している。これは、長周期地震動の観測が試行されて以来、国内初である。このように熊本地震がやや長周期地震動の揺れをそれも3回余りの地震で持っていたことから、スロッシング現象等を原因とする貯水槽の被害を発生させたと思われる。