免震・制震・地震応答解析 2018.03.31

免震構造とは?


建物はすべて「構造」で支えられています。柱や梁などの構造がしっかりしていてはじめて、建物は機能や安全を維持できます。構造は、人間の体で言えば骨格に当たる重要な要素で、台風や地震など自然の脅威から建築を守る役割を担っています。特に地震国・日本ではその重要度が高いことは言うまでもありません。

建物を支える構造形式には耐震構造・制震構造・免震構造があります。ここでは免震構造はどのような構造なのかを理解して頂き、その設計方法について説明します。

1.免震構造とは

免震構造は、建物と基礎の間に積層ゴム等の免震装置を設け、地震による揺れが直接建物に伝わらないようにした構造です。つまり地震によって地盤が激しく揺れても、建物は地盤の揺れに追随せずゆっくり動くために、大地震時に構造体が損壊することはほぼ無く、建物が傾くといった地震の被害はほぼなくなります。

例えば、倒れてはいけない収蔵物を入れる美術館や博物館の収蔵庫の揺れの抑制や、ユサユサと揺れることで生じる建物の変形によって、天井などの仕上げ材が落下したり、ひびが入ったりすることへの被害及び損害への対策ができます。


※1999年以降2017年までの免震建物及び制振建物の棟数のデータ集積結果/一般社団法人日本免震構造協会より


以上の特徴により、防災拠点施設や文化財建築物など、高度な耐震性能を要求される建物によく使用されています。

ただし、免震装置そのものは、地震のエネルギーを一手に引き受けることになり、大きな変形を伴うため、免震装置自体の強度や維持管理の方法、動きに追従するためのとりあい部分の隙間の大きさ(クリアランス)や設備配管の材質、動きを吸収する機構の設置など、さまざまな設計上の工夫が必要です。

この免震構造には大きく分けて、「基礎免震」と「中間層免震」にがあり、メリット及びデメリットは以下になります。


2.免震構造の設計方法

免震構造は地震応答解析(時刻歴応答解析)という複雑で高度な設計(難易度が高い)が求められ、構造設計の様々な局面では、経験を積んだ構造設計者の判断が必要となります。この地震応答解析とは、地盤や建物の各部がどのような力を受けるかなどを調べるために、地盤および建物・構築物を適切な解析(計算)モデルに置き換え、設計用の地震動を計算し、各位置が受ける力と揺れの大きさを算出することです。

また、免震構造の構造安全性の確認を行う場合は、「告示」「性能評価(大臣認定)」「評定」「レビュー」のいずれかの方法があります。

「告示」は、平成12年建設省告示第2009号の第6に書かれた方法(「告示第6の方法」といいます)で免震建築物を設計した場合には、一般的な検証方法として確認申請のみで済みます。ただし、告示第6の方法を適用するためには条件は次の三つになります。



「告示」以外で免震構造物の確認申請を行う場合は、構造安全性を地震応答解析(時刻歴応答解析)によって確認する必要があるため、国土交通大臣の認定(性能評価)を受ける必要があります。また「評定」「レビュー」については任意となります。


3.まとめ

免震構造は、建物と地盤・基礎の間に積層ゴムなどの免震装置を設置して、地面と建物を絶縁することで建物に地震の揺れを直接伝えない構造のことをいいます。地震が起きた際には、建築物の揺れは地面の揺れよりも3分の1から5分の1にまで著しく減少することができます。建築物自体の揺れが少ないため、内部に設置されている家具の転倒も少なく室内の被害を大きく減少させることができます。このように免震構造を採用することによって安全性を大きく向上させることができます。

また、免震構造は大地震時でも建物の機能を維持することができるため、特に企業の事業継続性(BCP)を考えた場合は現在のところ最良の方法となります。特に新潟県中越沖地震(2007年7月)では、大手自動車工場の生産ラインの継続性の欠如が大きな経済的損失となったため、部品工場の免震化の事例も増えています。

設計者は地震に対しての安全性ばかりでなく、資産価値や事業継続性の観点からも耐震性能がどうあるべきかを考え、建築主と対話しながら設計を進めていくことが必要になります。


さくら構造の制震(制振)構造について、より詳しく知りたい方は、
「免震・制震・地震応答解析」をご覧ください。