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Is/IsoとQu/Qunは比較できない

耐震診断で目標とする耐震性能を満たす建物(Is/Iso≧1.0)と、新耐震で設計された建物(Qu/Qun≧1.0)は、耐震性能の目標としては、ほぼ同程度と考えられますが、計算(評価)の方法が違うため、同一の答えとはなりません。

耐震診断においては、1968年の十勝沖地震、1978年の宮城県沖地震および1978年の伊豆大島近海地震など過去の建物被曹とIsとの関係から、概ね0.6以上のIsが必要となっています。

一方、建物の保有している水平方向の耐力(保有水平耐力Qu)は、粘り強さを表す構造特性(Ds)などを考慮した、建物がもっていなければならない水平方向の耐力(必要保有水平耐力Qun)以上を確保することが必要となっています。この2つは一見同じようなことをいっているように見えますが、実際には、計算(評価)の方法が違うため、同ーの答えとはなりません。

Isには強さと粘りの要素がプラス

表1 耐震診断基準
第1次診断 柱・壁のコンクリート断面積から診断 Is≧0.8
第2次診断 柱・壁のコンクリート断面積と配筋量から診断 Is≧0.6
第3次診断 架橋の終局耐力と破壊モードから診断 Is≧0.6

耐震診断は、旧基準(昭和56年以前)の建築物の耐震安全性能の大きさをIsとし、新耐震レベルの耐震性能のIsoと比較して検討しています。耐震改修の「促進法」で認定されている(一財)日本建築防災協会の「耐震診断基準」によると、診断の中身はその精度により第1次診断から第3次診断まであります(表1)。Isは診断建物の性状を力(C)と変形(F)の関係を示した面積で表します(図1)。また、どのような建物についても診断次数により目標値はー定としています。

Isを算出するなかで、もっとも基本となっているのが、保有性能基本指標(Eo)です。Eoは、遺物がもっている耐力を重量で割った強さ(C)と、粘り強さ(F)とにもとづいて計算します。そのため、Isには強さと粘り(靭性)の要素が入っていることになります(図2)。

  • 図1 地震時のエネルギー吸収

    図1
  • 図2 耐震診断の計算式

    Is = Eo×SD×T
    Is
    各階の構造耐震指標
    Eo
    各階の保有性能基本指針(建物の終局強度、破壊形式および靭性に基づいて算定する)
    SD
    各階の形状指標
    T
    経年指標
    Iso = Es×Z×G×U
    Es
    耐震判定基本指針(第2次診断および第3次診断はEs=0.6)
    Z
    地域指標
    G
    地盤指標
    U
    用途指標
    CTUSD = 0.3×Z×G×U
    CTU
    構造物の終局限界における累積強度指標
    SD
    各階の形状指標

    注1:耐震診断基準((一財)日本建築防災協会による)による場合、IsはIso以上、CTUSDは0.3×Z×G×U以上

    注2:Isを大きくすれば建物の損傷は少ない。CTUSDは建物が最低限必要とする強度の目標値を定めている。Isoの目標設定は建物を倒壊させないことにある

保有水平耐力(Qu)と必要保有水平耐力(Qun)

  • 保有水平耐力(Ou)は、増分解析法などにもとづいて建物の崩壊メカニズム(建物がとのように崩壊していくか)を求め、全体崩壊になっているのか、部分崩壊をしているのかを確認しながら、建物の保有水平耐力がどの程度あるかを計算するものです。そこで求めた結果が、必要保有水平耐力(Qun)以上であることを確認することになります(図3)。新築の建物を設計する場合、構造設計者は建物の特性を考慮し、強度に頼る建物にするか、強度を有しながら粘りのある建物にするか、設計をしながらいろいろ検討し変えていくことができます。したがって新築の建物は構造設計者の技量に負うところが大きくなるのです。

  • 図3 保有水平耐力と必要保有耐力

    Qu≧Qun
    Qun = Ds×Fes×Qud
    Ds
    各階の構造特性を表すもので、建築物の減衰性および各階の靭性を考慮して国土交通大臣が定める数値
    Qud
    地震力によって各階に生ずる水平力(Co=1.0)

    注1:保有水平力(Qu)は必要保有水平力(Qun)以上でなければならない

    注2:新築の建物をルート3で設計する場合に用いる手法で、建物の保有している水平耐力が地震によって生じる水平力以上となるように設計する

新築と既存で耐震診断評価の方法が異なる

新築の建物に、耐震診断による計算を採用することはできません。新築する建物の構造計算を行う場合は、法律(令82条~99条まで)により具体的な構造計算に関する規定が定められています。構造計算の方法や、構造計算を行うに当たって採用する荷量および外力の種類と大きさ、構造計算を行うに当たって採用する材料の強さなどについてです。

耐震改修の「促進法」によると、既存の建築物を現行の耐震関係規定に適合させることが困難な場合は、「建築物の耐震診断及び耐震改修の実施について技術上の指針となるべき事項」にもとづいて耐震診断を行い、その結果にもとづいて必要な耐震改修を行うこととなっています。

したがって、新築建築物の安全性の評価と既存建築物の耐震診断の評価には、すみ分けがあり、評価の方法は違っています。しかし、お互い建物の耐震性に対する考え方は、新築建物も既存建物も一緒ですので、お互いの計算内容は参考になるでしょう。

古いRC建物では第2次診断が有効

古い建物の構造設計では、構造部材と非構造部材が明確に分けられていないため、腰壁および垂れ壁を有する梁により、柱の有効長さが極端に短く(極短柱)なっていたり、長い袖壁を有する柱により、梁の有効長さが短くなっていたりと、さまざまな構造要素が建物に含まれています。そのような建物の真の保有水平耐力を算定することは非常に難しく、診断者によって保有水平耐力の計算結果にバラツキが生じてくることが多いと考えられます。そのため評価の比較的明確な第2次診断が3階、4階建ての学校校舎などで採用されるケースが多いでしょう。

昭和56年は、新耐震設計法が施行された年であり、その後、保有水平耐力計算と耐震診断計算(昭和56年以前の既存不適格建築物の評価)が同居し始めた年でもあります。今後、昭和56年以降の建築物(保有水平耐力と必要保有水平耐力から求めた建物)と耐震診断基準などにより計算された建築物の耐震性能が比較され、問題点(たとえば、靭性を表すF値の下限値に開きがあるが?)などがあるかどうか、分かりやすく示されることを期待したいと思います。