地震工学

地震工学は、地震を考慮して建物や橋などの構造物を設計および分析する学際的な工学分野です。その全体的な目標は、そのような構造物を地震に対してより耐性のあるものにすることです。地震（または耐震）エンジニアは、小さな揺れでは損傷せず、大地震でも深刻な損傷や倒壊を回避する構造物を建設することを目指しています。適切に設計された構造物は、必ずしも非常に頑丈であったり高価である必要はありません。許容できるレベルの損傷を維持しながら地震の影響に耐えるように適切に設計されている必要があります。

地震工学は、地震リスクを社会経済的に許容できるレベルに制限することで、社会、自然環境、人工環境を地震から守ることを目的とする科学分野です。 ^{[1]伝統的に、}地震荷重を受ける構造物や地盤構造物の挙動の研究として狭義に定義されており、構造工学、地盤工学、機械工学、化学工学、応用物理学などのサブセットと見なされています。しかし、近年の地震で発生した莫大なコストにより、その範囲は土木工学、機械工学、原子力工学のより広い分野、および社会科学、特に社会学、政治学、経済学、金融学の分野にまで拡大しました。^[2]

地震工学の主な目的は次のとおりです。

• 強い地震が都市部や土木インフラに及ぼす潜在的な影響を予測します。
• 地震に対する耐久性と建築基準法に準拠した構造物を設計、建設、維持管理する。^[3]

地震荷重とは、地震によって生じた励起が構造物（または地盤構造物）に加わることを意味します。これは、構造物と地面との接触面、^[5]、隣接する構造物との接触面、^[6]、または津波の重力波との接触面で発生します。地球表面の特定の場所で予想される荷重は、工学地震学によって推定されます。これは、その場所の地震災害に関連しています。

地震または耐震性能は、特定の地震発生時およびその後に、安全性や有用性などの主要な機能を維持する構造物の能力を定義します。構造物は通常、部分的または完全に崩壊して内部または周囲の人々の生命や健康を危険にさらさない場合、安全であるとみなされます。構造物は、設計された運用機能を果たすことができる場合、 有用であるとみなされます。

主要な建築基準法に盛り込まれた地震工学の基本概念は、まれに発生する非常に激しい地震に対して、建物は大きな被害を受けながらも全体的に崩壊することなく耐えなければならないことを前提としている。^[7]一方、建物は、より頻繁ではあるがそれほど深刻ではない地震に対しても機能し続けるべきである。

エンジニアは、特定の地震動を受けた個々の建物への直接的な被害に関連する実際のまたは予測される地震性能の定量化されたレベルを知る必要があります。このような評価は、実験的または分析的に実行できます。

実験的評価は、通常、地震の揺れをシミュレートする振動台に構造物の（縮小）モデルを置き、その挙動を観察することによって行われる高価なテストです。 ^[8]このような種類の実験は、1世紀以上前に初めて実行されました。^[9]つい最近になって、完全な構造物に対して1:1スケールのテストを実行できるようになりました。

このようなテストはコストがかかるため、主に構造物の地震時の挙動の理解、モデルの検証、解析方法の検証に使用されます。したがって、計算モデルと数値手順は、適切に検証されると、構造物の地震性能評価の主な負担となる傾向があります。

耐震性能評価または耐震構造解析は、構造の詳細なモデル化と構造解析手法を組み合わせて、建物および非建物構造の耐震性能をより深く理解する、地震工学の強力なツールです。正式な概念としてのこの技術は、比較的最近開発されたものです。

一般的に、耐震構造解析は構造力学の手法に基づいています。^[10]数十年にわたり、地震解析の最も顕著な手段は地震応答スペクトル法であり、これは今日の建築基準法の提案の概念にも貢献しました。^[11]

しかし、このような方法は線形弾性システムにしか適しておらず、損傷（すなわち非線形性）が現れたときの構造挙動をモデル化することはほとんど不可能である。数値ステップバイステップ積分は、地震動励起の過渡的プロセス下での著しい非線形性を伴う多自由度構造システムの解析に、より効果的な方法であることが証明されている。^[12]有限要素法の使用は、非線形土壌構造相互作用コンピュータモデルを解析するための最も一般的なアプローチの1つである。

基本的に、数値解析は建物の耐震性能を評価するために行われます。性能評価は、一般的に非線形静的プッシュオーバー解析または非線形時刻歴解析を使用して行われます。このような解析では、梁、柱、梁柱接合部、せん断壁などの構造部品の正確な非線形モデリングを実現することが不可欠です。したがって、実験結果は、特に大きな非線形変形を受ける個々の部品のモデリングパラメータを決定する上で重要な役割を果たします。次に、個々の部品を組み立てて、構造の完全な非線形モデルを作成します。このようにして作成されたモデルを分析して、建物の性能を評価します。

構造解析ソフトウェアの機能は、上記のプロセスにおいて重要な考慮事項です。機能によって、可能なコンポーネント モデル、使用可能な解析方法、そして最も重要な数値的堅牢性が制限されるからです。数値的堅牢性は、数値解がますます不安定になり、到達が困難になるため、非線形範囲に入り、全体的または局所的な崩壊に近づく構造の場合に重要な考慮事項になります。 CSI-SAP2000 や CSI-PERFORM-3D、MTR/SASSI、Scia Engineer-ECtools、ABAQUS、Ansysなど、建物の耐震性能評価に使用できる有限要素解析ソフトウェアが市販されています。 さらに、 OpenSees、MOOSE Frameworkに基づく MASTODON、RUAUMOKO、古い DRAIN-2D/3Dなど、研究に基づいた有限要素解析プラットフォームもあり、そのうちのいくつかは現在オープン ソースになっています。

地震工学の研究とは、地震工学に関連する事実の発見と科学的説明、新たな発見に照らした従来の概念の修正、開発された理論の実用化を目的とした現場調査と分析調査または実験の両方を意味します。

全米科学財団(NSF) は、地震工学のあらゆる分野における基礎研究と教育を支援する米国政府の主要機関です。特に、構造システムの設計と性能向上に関する実験、分析、計算の研究に重点を置いています。

地震工学研究所(EERI) は、米国および世界における 地震工学研究関連情報の普及のリーダーです。

世界中の地震工学研究に関連する振動台 の決定的なリストは、世界の地震工学シミュレーション実験施設に掲載されています。 ^[13]現在、最も有名なのは日本のE-ディフェンス振動台です。^[14]

NSFは地震工学シミュレーションのためのジョージ・E・ブラウン・ジュニアネットワークも支援している。

NSFの災害軽減および構造工学プログラム（HMSE）は、地震災害の影響を受ける構造システムの挙動と応答を改善するための新技術の研究、建設されたシステムの安全性と信頼性に関する基礎研究、土壌と構造物の相互作用を含む構造挙動と応答の解析とモデルベースのシミュレーションにおける革新的な開発、構造の性能と柔軟性を向上させる設計コンセプト、および構造システムに対する新しい制御技術の応用を支援しています。^[15]

（NEES）は、国の土木インフラの地震と津波による損失の軽減と新しい実験シミュレーション技術と計測機器に関する知識の発見と革新を推進しています。 ^[16]

NEESネットワークは、地理的に分散した14の共用実験室を特徴としており、さまざまな種類の実験作業をサポートしています：^[16]地質工学遠心分離機研究、振動台テスト、大規模構造テスト、津波波盆実験、および現地調査。^[17]参加大学：コーネル大学、リーハイ大学、オレゴン州立大学、レンセラー工科大学、バッファロー大学、ニューヨーク州立大学、カリフォルニア大学バークレー校、カリフォルニア大学デービス校、カリフォルニア大学ロサンゼルス校、カリフォルニア大学サンディエゴ校、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、イリノイ大学アーバナシャンペーン校、ミネソタ大学、ネバダ大学リノ校、テキサス大学オースティン校。^[16]

機器サイト (ラボ) と中央データ リポジトリは、NEEShub Web サイトを介して世界中の地震工学コミュニティに接続されています。NEES Web サイトは、科学コミュニティがリソースを共有し、共同作業を行うために特にPurdue 大学でnanoHUB向けに開発された HUBzero ソフトウェアによって運営されています。Internet2 を介して接続されたサイバーインフラストラクチャは、インタラクティブなシミュレーション ツール、シミュレーション ツール開発領域、キュレーションされた中央データ リポジトリ、アニメーション プレゼンテーション、ユーザー サポート、テレプレゼンス、リソースのアップロードと共有のメカニズム、およびユーザーと使用パターンに関する統計を提供します。

このサイバーインフラストラクチャにより、研究者は、中央の場所で標準化されたフレームワーク内でデータを安全に保存、整理、共有したり、同期されたリアルタイムのデータとビデオを使用して実験をリモートで観察および参加したり、同僚と協力して研究実験の計画、実行、分析、公開を促進したり、複数の分散実験の結果を組み合わせ、物理実験とコンピューターシミュレーションをリンクしてシステム全体のパフォーマンスを調査できる計算シミュレーションとハイブリッドシミュレーションを実行したりできるようになります。

これらのリソースは共同で協力し、発見の手段を提供し、土木および機械インフラ システムの耐震設計とパフォーマンスを向上させます。

最初の地震シミュレーションは、建物の数学的モデルに、スケールされたピーク地盤加速度に基づく水平慣性力を静的に適用することによって実行されました。 ^[18]計算技術のさらなる発展に伴い、静的アプローチは動的アプローチ に取って代わられ始めました。

建物や非建物構造物に対する動的実験は、振動台試験のような物理的なものや、仮想的なものなどがあります。どちらの場合も、構造物の予想される耐震性能を確認するために、一部の研究者はいわゆる「実時間履歴」を扱うことを好みますが、後者は建築基準法または特定の研究要件によって指定された仮想地震に対して「現実的」ではありません。したがって、実際のイベントの基本的な特徴のみを備えた地震入力である地震シミュレーションに取り組む強い動機があります。

地震シミュレーションは、強い地震の揺れによる局所的な影響を再現するものと理解されることがあります。

予想される耐震性能の理論的または実験的評価には、ほとんどの場合、構造の類似性または相似性の概念に基づいた構造シミュレーションが必要です。相似性は、2 つ以上のオブジェクト間のある程度の類似性または類似性です。相似性の概念は、比較対象アイテムのパターンの正確な繰り返しまたは近似的な繰り返しに基づいています。

一般的に、建築モデルと実物が幾何学的類似性、運動学的類似性、および動的類似性を共有している場合、建築モデルは実物と類似性があると言われます。最も鮮明で効果的なタイプの類似性は運動学的類似性です。運動学的類似性は、モデルとそのプロトタイプの移動粒子のパスと速度が類似している場合に存在します。

運動学的類似性の究極のレベルは、地震工学の場合、モデルとそのプロトタイプの各層の横方向変位の時刻歴が同じになる 運動学的等価性です。

地震振動制御は、建物や非建物構造物における地震の影響を軽減することを目的とした一連の技術的手段です。すべての地震振動制御デバイスは、パッシブ、アクティブ、ハイブリッドに分類できます^[20]。

• パッシブ制御装置には、装置と構造要素および地面との間のフィードバック機能がありません。
• 能動制御装置には、構造物内の地震入力処理装置およびアクチュエータと統合された地上のリアルタイム記録機器が組み込まれています
• ハイブリッド制御装置は、能動制御システムと受動制御システムの機能を組み合わせたものである。^[21]

地表の地震波が建物の土台に到達し、建物の基礎を貫通し始めると、反射によりエネルギーフロー密度が劇的に減少します。通常は最大 90% まで減少します。しかし、大地震の際の入射波の残りの部分は、依然として大きな破壊力を持っています。

地震波が上部構造に入った後、その破壊的な影響を和らげ、建物の耐震性能を向上させるために、地震波を制御する方法はいくつかあります。たとえば、次のとおりです。

• 適切に設計されたダンパーを使用して上部構造内の波のエネルギーを消散させる。
• 波のエネルギーをより広い範囲の周波数に分散させる。
• いわゆるマスダンパーの助けを借りて、全波周波数帯域の共鳴部分を吸収する。[ ^22]

後者のタイプの装置は、それぞれ、同調型（パッシブ）のTMD、アクティブ型のAMD 、ハイブリッドマスダンパーのHMDと略され、主に日本で四半世紀にわたって研究され、高層ビルに設置されてきました。 ^[23]

しかし、まったく別のアプローチもあります。それは、地震エネルギーの流れを上部構造に部分的に抑制する、いわゆる耐震または基礎分離です。

このため、建物の土台にあるすべての主要な荷重支持要素の中または下にパッドが挿入され、揺れる地面に載っている 下部構造から上部構造を実質的に分離する必要があります。

基礎分離の原理を用いた地震対策の最初の証拠は、現在のイランである古代ペルシャの都市パサルガダエで発見され、紀元前 6 世紀に遡ります。以下は、今日の地震振動制御技術の例です。

ペルーは地震の多い国で、何世紀にもわたり、乾式石積みの建築はモルタルを使用するよりも地震に強いことが証明されてきました。インカ文明の人々は、磨かれた「乾式石積みの壁」、つまり切石の名人でした。これは、モルタルを使わずに石のブロックを切り出してぴったりと組み合わせるものです。インカ人は世界でも最高の石工の一人でした^[24]。彼らの石積みの接合部の多くは非常に完璧で、草の葉さえ石の間に入らないほどでした。

インカ人が築いた石積み壁の石は、壁が崩壊することなくわずかに動いて元の位置に戻ることができた。これは、エネルギー散逸（クーロン減衰）の原理と共振増幅の抑制の原理の両方を採用した受動的な構造制御技術である。^[25]

通常、同調質量ダンパーは、高層ビルやその他の構造物に取り付けられた巨大なコンクリートブロックであり、何らかのバネ機構によって構造物の 共振周波数の振動に逆らって動きます。

台北101超高層ビルは、アジア太平洋地域でよく発生する台風の強風や地震の揺れに耐える必要があります。このため、同調質量ダンパーとして機能する 660 トンの鋼鉄振り子が設計され、建物の上部に設置されました。92 階から 88 階まで吊り下げられた振り子は揺れ、地震や突風によって建物に生じる横方向の変位の共振増幅を減らします。

ヒステリシスダンパーは、地震入力エネルギーの消散を増加させることにより、従来の構造物よりも優れた信頼性の高い耐震性能を提供することを目的としています。^[26]この目的で使用されるヒステリシスダンパーには、次の5つの主要なグループがあります。

• 流体粘性ダンパー（FVD）

粘性ダンパーは補助的な減衰システムであるという利点があります。楕円形のヒステリシスループを持ち、減衰は速度に依存します。多少のメンテナンスが必要になる可能性はありますが、粘性ダンパーは地震後に交換する必要はほとんどありません。他の減衰技術よりも高価ですが、地震荷重と風荷重の両方に使用でき、最も一般的に使用されているヒステリシスダンパーです。^[27]

• 摩擦ダンパー（FD）

摩擦ダンパーには、線形と回転の 2 つの主要なタイプがあり、熱によってエネルギーを消散します。このダンパーは、クーロンダンパーの原理で動作します。設計によっては、摩擦ダンパーでスティックスリップ現象や冷間圧接が発生する可能性があります。主な欠点は、摩擦面が時間の経過とともに摩耗することであり、このため、風荷重の消散には推奨されません。地震用途で使用する場合、摩耗は問題にならず、メンテナンスも必要ありません。長方形のヒステリシス ループがあり、建物が十分に弾性がある限り、地震後に元の位置に戻る傾向があります。

• 金属降伏ダンパー（MYD）

金属製の降伏ダンパーは、その名の通り、地震のエネルギーを吸収するために降伏します。このタイプのダンパーは大量のエネルギーを吸収しますが、地震後に交換する必要があり、建物が元の位置に戻らなくなる可能性があります。

• 粘弾性ダンパー（VED）

粘弾性ダンパーは、風と地震の両方の用途に使用できるという点で便利ですが、通常は小さな変位に制限されます。一部のブランドは米国で建物での使用が禁止されているため、この技術の信頼性については懸念があります。

• 跨ぎ振り子ダンパー（スイング）

免震構造は、地震の運動エネルギーが建物内で弾性エネルギーに変換されるのを防ぐことを目的としています。これらの技術は、建物を地面から分離することで、建物がある程度独立して動くことを可能にします。エネルギーが建物に伝達される程度とエネルギーがどのように消散するかは、使用される技術によって異なります。

• 鉛ゴム支承

鉛ゴム支承（LRB）は、強力な減衰力を採用した基礎分離の一種である。ニュージーランド人のビル・ロビンソンによって発明された。 ^[28]

振動制御技術、特に基礎免震装置に組み込まれた強力な減衰機構は、振動を抑制して建物の耐震性能を高める貴重な手段であると考えられることが多い。しかし、比較的低いベアリング剛性でありながら高い減衰力を持つ基礎免震構造などの比較的柔軟なシステムの場合、いわゆる「減衰力」が強い地震時に主な押す力になる可能性がある。ビデオ^[29]は、 UCSD Caltrans-SRMD 施設で鉛ゴムベアリングがテストされている様子を示している。ベアリングは、鉛コアを備えたゴムでできている。これは単軸テストであり、ベアリングは構造全体の負荷も受けていた。ニュージーランドやその他の国では、多くの建物や橋が鉛ダンパーや鉛ゴムベアリングで保護されている。ニュージーランド国立博物館のテ・パパ・トンガレワとニュージーランド国会議事堂には、このベアリングが取り付けられている。どちらも活断層上にあるウェリントンにある。^[28]

• スプリングダンパーベースアイソレータ

1994 年のノースリッジ地震前に撮影された写真には、カリフォルニア州サンタモニカの3 階建てタウンハウスの下に設置されたスプリングとダンパーを備えた基礎免震装置が写っています。これは、鉛ゴム支承と概念的に類似した基礎免震装置です。

このような 3 階建てのタウンハウス 2 棟のうち 1 棟は、床と地面の垂直方向と水平方向の加速度を記録するための機器が完備されており、ノースリッジ地震の際の激しい揺れにも耐え、今後の研究のための貴重な記録情報を残しています。

• シンプルなローラーベアリング

シンプルローラーベアリングは、強力な地震による横方向の衝撃からさまざまな建物や非建物の構造物を保護することを目的とした基礎免震装置です。

この金属製ベアリング支持部は、一定の注意を払えば、高層ビルや軟弱地盤上の建物の免震装置として採用できる。最近では、東京の集合住宅（17階建て）に金属製ローラーベアリングという名前で採用されている。^[30]

• 摩擦振り子ベアリング

摩擦振り子ベアリング（FPB）は、摩擦振り子システム（FPS）の別名であり、3つの柱に基づいています。^[31]

• 関節式摩擦スライダー。
• 球面凹面滑り面;
• 横方向変位抑制用の密閉シリンダー。

右側には、剛性建物モデルをサポートする FPB システムの 振動台テストのビデオ クリップへのリンクを含むスナップショットが表示されます。

耐震設計は、地震の影響を受ける構造物を設計または改修することを目的とした、認可された工学手順、原則、基準に基づいています。 ^{[18]これらの基準は、}地震工学構造に関する最新の知識と一致しているだけです。^[32]したがって、耐震基準の規制に正確に従った建物の設計は、倒壊や重大な損傷に対する安全性を保証するものではありません。^[33]

耐震設計が不十分だと、莫大な代償を払うことになるかもしれません。しかし、耐震設計は、物理法則に基づくものでも、さまざまな形状や材料の構造性能に関する経験的知識に基づくものでも、常に試行錯誤のプロセスでした。

新規および既存の土木工事の耐震設計、耐震解析、耐震評価を行うには、通常、技術者は地震原理^[34]に関する試験に合格する必要があります。カリフォルニア州では、この試験には以下の内容が含まれています。

• 地震データと耐震設計基準
• 工学システムの耐震特性
• 地震力
• 地震解析手順
• 耐震詳細設計と建設品質管理

複雑な構造システムを構築するために、^[35]耐震設計では、非耐震設計プロジェクトと同様に、比較的少数の基本構造要素（振動制御装置は言うまでもない）を主に使用します。

通常、建築基準法によれば、建物は、その場所で発生する可能性のある一定の確率の最大地震に「耐える」ように設計されます。つまり、建物の倒壊を防ぐことで人命の損失を最小限に抑える必要があるということです。

耐震設計は、構造物の起こり得る破壊モードを理解し、それらのモードが発生しないように 適切な強度、剛性、延性、および構成^[36]を構造物に与えることによって行われます。

耐震設計の要件は、構造物の種類、プロジェクトの地域、および適用される耐震設計コードと基準を規定する当局によって異なります。^[7]たとえば、カリフォルニア州運輸局の耐震設計基準（SDC）と呼ばれる要件は、カリフォルニア州の新しい橋の設計を目的としており、^[37]革新的な耐震性能ベースのアプローチが組み込まれています。

SDC 設計哲学の最も重要な特徴は、地震需要の力ベースの評価から需要と容量の変位ベースの評価への移行です。したがって、新たに採用された変位アプローチは、すべての潜在的な塑性ヒンジ位置で最小レベルの非弾性容量を確保しながら、弾性変位需要を主要構造コンポーネントの非弾性変位容量と比較することに基づいています。

設計された構造物自体に加えて、耐震設計要件には構造物の下の地盤安定化が含まれる場合があります。激しく揺れた地盤は崩壊し、その上にある構造物の崩壊につながることがあります。 ^[39] 液状化、擁壁への動的横方向土圧、地震時の斜面の安定性、地震による沈下は、主な懸念事項です。^[40]

原子力施設は、地震やその他の外部からの悪影響によって安全性が損なわれてはならない。そのため、その耐震設計は、非原子力施設に適用される基準よりもはるかに厳しい基準に基づいている。^{[41]しかし、} 2011年の東北地方太平洋沖地震と津波に続く福島第一原子力発電所の事故と他の原子力施設の被害は、日本の原子力耐震設計基準に対する継続的な懸念に注目を集め、他の多くの政府に原子力計画の再評価を強いることになった。フランスのフェッセンハイム原子力発電所を含む他の特定の発電所の耐震評価と設計についても疑問が表明されている。

破壊モードとは、地震によって引き起こされる破壊が観察される方法です。一般的に、破壊がどのように発生するかを説明します。費用と時間がかかりますが、実際の地震による破壊から学ぶことは、耐震設計法を進歩させるための日常的な方法です。以下に、地震によって発生する破壊の一般的なモードをいくつか示します。

補強不足とモルタルの劣化、屋根と壁の接合部の不備により、補強されていない石造建築物に重大な損傷が生じる可能性があります。 壁のひどいひび割れや傾きは、地震による最も一般的な損傷です。 また、壁と屋根または床のダイヤフラムの間に損傷が発生する可能性もあります。 フレームと壁が分離すると、屋根と床のシステムの垂直方向の支持が危険にさらされる可能性があります。

ソフト ストーリー効果。地上レベルの剛性が不十分なため、この構造に損傷が発生しました。画像を詳しく調べると、かつてはレンガのベニヤ板で覆われていた粗い板張りのサイディングがスタッドウォールから完全に取り外されていることがわかります。上部の床の剛性と、道路側のように大きなドアが貫通していない連続した壁による 2 つの隠れた側面の支えの組み合わせだけが、構造の完全な崩壊を防いでいます。

土壌の液状化。土壌が十分な大きさの過剰な静水間隙水圧を発生する傾向のある緩い粒状堆積物で構成されている場合、それらの緩い飽和堆積物の液状化により、不均一な沈下や構造物の傾斜が発生する可能性があります。これは、 1964年の新潟地震の際に日本の何千もの建物に大きな被害をもたらしました。 ^[42]

地すべりによる落石。地すべりは、落石を含む広範囲の地盤運動を含む地質学的現象です。通常、重力の作用が地すべり発生の主な原動力ですが、この場合は、元々の斜面の安定性に影響を与える別の要因がありました。地すべりは、解放される前に地震の引き金を必要としました。

隣接する建物への衝突。これは、カリフォルニア州ロスアルトスにあるセントジョセフ神学校の 5 階建てのタワーが倒壊し、1 人が死亡した写真です。ロマ プリエタ地震の際、タワーは背後の独立して振動する隣接する建物に衝突しました。衝突の可能性は、両方の建物の横方向の変位によって決まり、これは正確に推定され、考慮される必要があります。

ノースリッジ地震では、カイザー・パーマネンテのコンクリートフレームオフィスビルのジョイントが完全に粉砕され、不十分な拘束鋼が露呈し、2階が崩壊した。横方向では、 2層のレンガと横方向の荷重を支える吹付コンクリートの層で構成された複合端部せん断壁が、不十分な貫通接合部のために剥がれ、崩壊した。

• 丘陵地帯の不適切な建設現場。
• 補強の詳細が不十分（柱および梁と柱の接合部におけるコンクリートの拘束が不十分、継ぎ目の長さが不十分）。
• 1階は耐震性の弱い軟弱地盤。
• 重い自重がかかる長い片持ち梁。

1987 年のウィッティア・ナローズ地震の際、比較的堅固な住宅建築構造が基礎から滑り落ちた。マグニチュード 5.9 の地震がカリフォルニア州モントレーパークのガーベイ・ウェスト・アパートメントを襲い、その上部構造が基礎上で東に約 10 インチずれた。

上部構造が基礎免震システム上に設置されていない場合は、地下室でのずれを防止する必要があります。

ノースリッジ地震では、不十分なせん断補強モードにより主補強材が外側に座屈したため、鉄筋コンクリート柱が破裂しました。デッキはヒンジから外れ、せん断で破損しました。その結果、10 フリーウェイのラ シエネガ - ベニス地下道部分が崩壊しました。

ロマ・プリエタ地震：カリフォルニア州オークランドの州間高速道路880号線の2層構造のサイプレス高架橋の 上部デッキが下部デッキに崩落する原因となった鉄筋コンクリートの支柱の破損の側面図。

サンタクルーズ山脈地域で発生したロマ・プリエタ地震による擁壁の崩壊。オーストリアン・ダムのコンクリート放水路の北側橋台に、最大幅12 cm (4.7 インチ) の顕著な北西方向の伸張亀裂が発生。

地震の揺れにより、表層下の砂層の土壌が液状化し、その上にある液状化していない砂とシルトの層に水平方向と垂直方向の変位が生じる。この地盤破壊のモードは、水平方向の広がりと呼ばれ、液状化に関連する地震被害の主な原因である。^[43]

2008年の四川地震で甚大な被害を受けた中国農業開発銀行の建物。梁と柱のほとんどがせん断されている。石積みとベニヤ板の大きな斜めのひび割れは平面荷重によるもので、建物の右端の急激な沈下は、地震がなくても危険な可能性がある埋め立て地によるものと考えられる。 ^[44]

津波の二重の影響：海波の水圧と浸水。 2004年12月26日のインドネシア・スマトラ島西岸沖を震源とするインド洋地震は、一連の壊滅的な津波を引き起こし、最大30メートル（100フィート）の高さの巨大な波が沿岸地域を浸水させ、 11か国で23万人以上が死亡した。^[46]

耐震工事とは、建物および非建物構造物が予想される地震に予想どおり耐え、適用される建築基準に準拠できるように耐震設計を実施することを意味します。

設計と建設は密接に関係しています。優れた仕上がりを実現するためには、部材とその接続の詳細を可能な限りシンプルにする必要があります。一般的な建設と同様に、耐震工事は、利用可能な建設資材を前提として、インフラストラクチャの構築、改修、または組み立てで構成されるプロセスです。^[47]

地震による建造物の不安定化は、直接的なもの（地盤の地震動）の場合もあれば、間接的なもの（地震による地滑り、土壌の液状化、津波）の場合もあります。

構造物は一見安定しているように見えても、地震が起きると危険以外の何物でもない。^[48]安全のためには、耐震建築技術は品質管理や正しい材料の使用と同じくらい重要である。地震対策請負業者は、（現地の規制に応じて）プロジェクト所在地の州/県/国に登録され、保証金と保険をかけられている必要がある ^[要出典]。

起こり得る損失を最小限に抑えるためには、建設が完了する前にいつでも地震が発生する可能性があることを念頭に置いて建設プロセスを計画する必要があります。

各建設プロジェクトには、さまざまな構造物の耐震性能の基本的な特徴と建設管理を理解している有資格の専門家チームが必要です。

世界人口の約30%は土造りの建築物で生活または働いています。^[49] 日干しレンガの一種であるアドビは、最も古く、最も広く使用されている建築材料の1つです。アドビの使用は、世界で最も危険にさらされている地域の一部で非常に一般的であり、伝統的にラテンアメリカ、アフリカ、インド亜大陸、その他のアジア、中東、南ヨーロッパの地域で使用されています。

アドビ建築は強い地震に対して非常に脆弱であると考えられています。^[50]しかし、新築および既存のアドビ建築の耐震補強には複数の方法があります。^[51]

アドビ建築の耐震性能を向上させる主な要因は次のとおりです。

• 施工の品質。
• コンパクトなボックス型レイアウト。
• 耐震補強^[52]

石灰岩は、特に北米とヨーロッパの建築で非常に一般的です。世界中の多くのランドマークは石灰岩で作られています。ヨーロッパの多くの中世の教会や城は、石灰岩と砂岩の石積みで作られています。これらは耐久性のある材料ですが、重量が重いため、十分な耐震性能には適していません。

耐震補強に最新技術を適用することで、補強されていない石造建築物の耐久性を高めることができます。たとえば、1973 年から 1989 年にかけて、ユタ州のソルトレイクシティおよび郡庁舎は、外観の歴史的正確さを保つことに重点を置き、徹底的に改修および修復されました。これは、地震による被害からよりよく保護するために、脆弱な砂岩構造を免震基礎の上に置く耐震性向上策と連動して行われました。

木造建築の歴史は数千年前に遡り、古代日本、ヨーロッパ、中世イギリスなど、木材は豊富だが建築用石材やそれを加工する技術が不足していた地域など、さまざまな時代に世界各地で使用されてきました。

建物に木造フレームを使用すると、完全な骨組みが実現し、適切に設計された木造フレームは地震に対する耐久性が向上するなど、構造上の利点が得られます。^[53]

軽量フレーム構造は通常、剛性合板せん断壁と木製構造パネルダイヤフラムによって耐震性を獲得します。^{[54]すべての}エンジニアリング木造構造物の地震荷重抵抗システムに関する特別な規定では、ダイヤフラム比、水平および垂直ダイヤフラムせん断、およびコネクタ/ファスナーの値を考慮する必要があります。さらに、ダイヤフラムの長さに沿ってせん断を分散するためのコレクターまたはドラッグストラットが必要です。

鉄筋を石積みのモルタル目地に埋め込んだり、穴の中に入れたりしてコンクリートやグラウトで埋める建築システムは、鉄筋石積みと呼ばれます。^[55]石積みを補強するためのさまざまな方法と技術があります。最も一般的なタイプは、鉄筋中空ユニット石積みです。

石積みにおいて延性挙動を達成するためには、壁のせん断強度が曲げ強度よりも大きいことが必要である。^{[56]垂直補強材と水平補強材の両方の有効性は、石積みユニットと}モルタルの種類と品質に依存する。

1933 年に発生した壊滅的なロングビーチ地震により、石造建築は地震による被害を受けやすいことが明らかになり、カリフォルニア州法によってカリフォルニア州全域で石造建築の補強が義務付けられました。

鉄筋コンクリートは、もろい材料を強化するために鉄筋または繊維が組み込まれたコンクリートです。梁、柱、床、橋梁 の製造に使用できます。

プレストレストコンクリートは、コンクリートの引張に対する自然な弱点を克服するために使用される鉄筋コンクリートの一種です。通常の鉄筋コンクリートで実用的であるよりも長いスパンの梁、床、または橋に適用できます。プレストレスト緊張材(通常は高張力鋼ケーブルまたはロッド) は、圧縮応力を生成するクランプ荷重を提供するために使用されます。この圧縮応力は、曲げ荷重によって コンクリート圧縮部材に発生する引張応力を相殺します。

地震の揺れによる壊滅的な崩壊を防ぐために (人命の安全のため)、従来の鉄筋コンクリートのフレームには延性ジョイントが必要です。使用される方法と加えられた地震力に応じて、このような建物はすぐに使用できる場合もあれば、大規模な修理が必要になる場合もあり、あるいは取り壊さなければならない場合もあります。

プレストレスト構造とは、その全体的な完全性、安定性、安全性が主にプレストレスに依存する構造である。プレストレストとは、様々な使用条件下での性能を向上させる目的で、構造物に意図的に永久的な応力をかけることである。^[57]

プレストレスには、次の基本的な種類があります。

• 事前圧縮（主に構造物の自重による）
• 高強度埋め込み緊張材によるプレテンション
• 高強度の接着または非接着緊張材によるポストテンション

今日、プレストレスト構造の概念は、建物、地下構造物、テレビ塔、発電所、浮体式貯蔵施設および海洋施設、原子炉容器、およびさまざまな種類の橋梁システムの設計に広く採用されています。^[58]

プレストレスの有益な考え方は、どうやら古代ローマの建築家にはよく知られていたようです。例えば、コロッセオの高い屋根裏の壁が、その下にある壁柱の安定装置として機能しているのがわかります。

鉄骨構造は、ほとんどが耐震性があると考えられていますが、いくつかの破損も発生しています。耐震性があるように見えた多数の溶接鋼製モーメント抵抗フレーム建物が、驚くべきことに脆性挙動を経験し、 1994年のノースリッジ地震で危険な被害を受けました。^[59]その後、連邦緊急事態管理庁（FEMA）は、将来の地震で鋼製モーメントフレーム建物への被害を最小限に抑えるための修復技術と新しい設計アプローチの開発を開始しました。^[60]

荷重および抵抗係数設計(LRFD) アプローチに基づく構造用鋼の耐震設計では、非弾性範囲で構造物が支持抵抗を発揮し維持する能力を評価することが非常に重要です。この能力の尺度は延性であり、材料自体、構造要素、または構造全体で観察できます。

ノースリッジ地震の経験を受けて、アメリカ鉄鋼構造協会はAISC 358「特殊および中級鋼モーメントフレームの事前認定接合部」を導入しました。AISCの耐震設計規定では、すべての鋼モーメント抵抗フレームはAISC 358に含まれる接合部を使用するか、事前認定の繰り返し試験を受けた接合部を使用する必要があります。^[61]

地震による損失の推定は、通常、建物の総価値に対する地震による被害の修復費用の比率である被害率（DR ）として定義されます。 ^[62]最大予想損失（PML）は、地震による損失の推定に使用される一般的な用語ですが、正確な定義がありません。1999年に、地震による損失の推定の命名法を標準化し、レビュープロセスとレビュー担当者の資格に関するガイドラインを確立するために、ASTM E2026「地震における建物の被害の推定に関する標準ガイド」が作成されました。^[63]

地震による損失の推定は、地震リスク評価とも呼ばれます。リスク評価プロセスでは、通常、さまざまな地震動の確率と、それらの地震動に対する建物の脆弱性または損害を決定します。結果は、建物の再調達価値のパーセントとして定義されます。^[64]

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