「耐震」・「制震」・「免震」の比較

「耐震」・「制震」・「免震」の比較

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( ＩＡＵＨＰ全体)

■ 補足１＝「耐震」・「制震」・「免震」の比較　（１）

耐震：地震力が１階にそのまま入り、２階は１階の柱・壁で地震力が増幅します。
制震：地震力が１階にそのまま入り、２階は１階の柱・壁で地震力が増幅しますが、１階の柱・壁に組み込まれた
　　　　ダンパーでその増幅を抑制することを想定していますが、大手ハウスメーカーの行なった下記実大実験結果
　　　　から、戸建てクラスの「制震」では、ほとんど地震力の低減効果は期待できないということがわかりました。
　　　　つまり、地震力の低減効果では、耐震≒制震ということです。
免震：地震力を１階下などに設けられた免震装置でカットします。耐震≒制震に比べて圧倒的な地震力低減
　　　　効果が得られます。

耐震	制震	免震
筋かい等により地震に耐える	ダンパーにより２階の地震力増幅を低減　但し、戸建住宅ではほとんど効果無し　補足５説明のように大手ハウスメーカー　の実大実験では効果見られず	建物と地面を絶縁　　耐震≒制震に比べて　圧倒的な地震力低減効果

■ 補足２＝「耐震」・「制震」・「免震」比較　（２）
「建築基準法では震度６弱程度までが無損傷です（下図「免震・耐震の比較」）※。地震波によっては、震度６強～７であっても建物の損傷が無いということもあります。 ⇒ Ｉ　Ａ　Ｕ免震の場合
但し、現在の気象庁の震度階では、同じ加速度でも、変位の大きい地震ほど、「震度」が下がることがあります（下図「変位と計測震度との関係」）。実質的に震度７のものが６強に、震度６強が６弱に下がる場合がありますので、「震度」だけで説明するのは危険です。すべての免震装置にいえることですが、免震装置ごとに変位量が決まっていますので、免震装置の変位を超える地震まで「無損傷」というわけにはゆきません。

※「免震」に関する告示（平成12 年建設省告示第2009号）で、「免震」が対象とする地震の応答スペクトルが決まっており、地震の範囲が決まっています。それ以上は「無損傷」というわけにはゆきません。ただ、免震装置によって幅があり、「ＩＡＵ免震」の場合は、免震装置の変位を超えなければ、「加速度」に対して非常に性能の良い免震装置です。
以上の条件下において、2000年の１号棟から現在までのところ、ＩＡＵ免震装置の製品欠陥・故障による、強風、地震（東日本大震災を含む）時の建物被害は、報告されていません。

　　　　【免震・耐震※の比較】　　※「耐震」の中に「制震」もはいる。

　　　　　※1 免震の「安全限界」は、上部構造が建築基準法ギリギリの設計の場合は応答値でＣ0＝１．０のところ。
　　　　　※2 免震 2400galは、ＩＡＵ免震建物の実大振動実験の結果に基づく。

　　　　【変位と計測震度との関係】（正弦波の速度別、継続時間60秒）

■ 補足３＝戸建の「制震」
★制震と耐震の比較実大実験
制震構造発売の大手ハウスメーカー２社（Ｍ社、Ｄ社）が実際の建物を使用した振動実験(実大実験)を行っています。
その実大実験結果から、制震構造は、耐震構造に比べてほとんど加速度（地震力）の低減効果がみられないという結果が得られました。そのことは下記（詳細）の日本建築学会論文に発表されています。

★Ｍ社の実大実験
Ｍ社は、２棟の木質パネル構法建物（Ａ棟：２階建て延床99.4㎡／Ｂ棟：２階建て延床106㎡）に阪神淡路大震災で最大加速度観測波の神戸海洋気象台観測地震波等を加震して、実大実験を行なっています。
この実験結果から、「加速度については、ほとんど変化が見られなかった」(Ａ棟：下記学会論文講演番号22035)、「全体としては、加速度に与える影響は少ない」(Ｂ棟：下記学会論文講演番号22037)ということがわかり、耐震に対して制震はほとんど加速度（地震力）の低減効果が無いということが示されました。

★Ｄ社の実大実験
Ｄ社は、軽量鉄骨住宅の完全同仕様の耐震棟と制震棟（両棟共に２階建て延床92.7㎡）とを、世界最大の震動台をもつＥ-ディフェンス(防災科学技術研究所兵庫耐震工学研究センター)の震動台上に建てて、阪神淡路大震災で最大加速度観測波の神戸海洋気象台観測地震波等を加震して、「耐震」と「制震」の厳密な比較実験を行っています。
その結果、「Ｘ方向の応答加速度は７６回目（の加振）※までは耐震棟と制震棟で目立った差はない」、「Ｙ方向についてはそれほど目立った特徴は無い」(下記学会論文講演番号21285)となっています。 相当な回数の加振（７７回以上※の地震波による振動実験）をしない限り、耐震と制震とでは応答加速度に目立った差が出ないという結果になっています。
※この７７回という回数は、１回の地震間隔を１００年と考えると７７００年間、１０年と考えたとしても７７０年となり、一般的な（３０～５０年の寿命の）住宅は勿論のこと、２００年住宅でも、地震力低減において制震は全く効果が無いということになります。

詳細は、
Ｍ社の論文は日本建築学会大会学術講演梗概集2005年9月講演番号22035,22036～22037
Ｄ社の論文は日本建築学会大会学術講演梗概集2007年8月講演番号21284～21285 に掲載されています。

★結論を言えば
・「構造躯体」だけでも、現状の戸建住宅の固有周期が短いため、「制震」はあまり効果がありません。それを証明しているのが「Ｍ社の実大実験」です。
・さらに、本来の建物の状態、「仕上材料」を入れた本来の建物状態では、内部外部の「仕上材料」が、エネルギー吸収材（ダンパー）となりますので、それらがかなり破壊（強震動の地震回数７７回目）してからでないと、つまり建物が損傷してからでないと、制震材料（ダンパー）は効きません。それを証明しているのが「Ｄ社の実大実験」です。
・結論を言えば、「構造躯体」だけでもあまり効果がなく、「仕上材料」を入れた本来の建物状態では、もっと効果が無いということです。戸建住宅の「制震」は「気休め」程度だとよく言われる理由です。

■ 補足４＝戸建の「制震」の効果は？
★「損傷限界」アップの効果
補足４の説明のように、戸建てクラスの実大実験から、「制震」は仕上げ材等の二次部材のエネルギー吸収効果が無くなり、仕上げ材が相当に損傷してから効き始めることもわかってきました。「制震」は仕上げ材等の「無損傷」の効果はありません。

★「安全限界」アップの効果
では、「制震」は損傷を防げないのでしたら、倒壊等を防ぐ効果はあるのでしょうか。
２階建てクラスの戸建住宅の「倒壊」の理由は「共振」なのかどうかです。
現在の戸建住宅の固有周期０．１～０．３秒に対して、最も全壊率の高い、阪神・淡路大震災でのＪＲ鷹取波の地震卓越周期は、１～２秒です。「倒壊」の理由は「共振」ではありません。地震の加速度で破壊された後、地震の変位（揺れ幅）で押し倒されているのです。
しかし、「制震」は、共振抑制のダンパーです。共振現象でなければ「共振抑制のダンパー」は役に立ちません。

★結論
固有周期の短い「戸建住宅」での結論を言うと、同じ金をかけるなら、
仕上げ材等の損傷を防げない、倒壊等を防ぐ効果も実はよくわからない、「制震ダンパー」よりは、
まずは、「損傷限界」アップ、「安全限界」アップに、より確実な「壁量（耐震壁）」を増やす方が得策でしょう。そして、最良なのは、「損傷限界」格段にアップ、「安全限界」アップの、「免震」です。

■ 補足５＝免震選択の基準
大阪府建築士会の会報誌「建築人」５月号「戸建住宅の免震について」に執筆しましたが、「免震」選択の基準は、以下のようになるでしょうか。

１．免震性能が良い。
　悪い免震性能の装置の場合、家具が倒れたり、内外装材が損傷したり、クロスが切れる等の問題が生じます。
　今回の震災で、広域で震度５弱以上でした。それで免震しない場合は、クレームの元になります。
　「すべり系免震」の場合、震度５弱程度では免震しない可能性があり、クレームの原因にもなりますが、建築基準法通り（ギリギリ）の耐震性の建物では「損傷」が始まります。それは大きなクレームになります。
　⇒ 「転がり系免震」が主流

２．強風時に揺れない。
　風揺れ固定装置を持たない免震では、強風時に揺れるだけでなく、建物被害が生じることもあります。

３．長周期地震に共振しない。
　長周期地震に共振する免震装置の場合、僅かな震度でも揺れが大きくなり、天井が落ちる等の被害が今回の大震災においてありました。

４．地震後に建物が元に位置に戻る。
　ＩＡＵ免震以外の大抵の免震は、建物が元に位置に戻らないため、今回の大震災のように、揺れのエリアが広いと、そのエリア全体の免震建物が位置ズレを起して大変なことになります。工務店が負担すればよいですが、しない場合、建築主の大きな出費となります。

５．不同沈下に強い。
　今回の東日本大震災では地盤の不同沈下が多く見られました。地盤の不同沈下で基礎が傾くと、免震建物がずれて、免震が効かなくなる免震が多い。基礎がある程度傾いても大丈夫な免震でないといけません。

【ＩＡＵ免震の場合】
１．免震性能が良い。
　転がり系の免震支承（写真３）を採用しているので、非常に免震性能が良い。
　最大級の地震で、１／１０～１／１３程度の免震性能が得られる。
　阪神・淡路大震災で最大加速度観測の神戸海洋気象台観測波で、震度６強が４程度になります。
　1994 年ノースリッジ地震最大加速度観測波の増幅波で、震度７が震度４になります。

　　　　二重免震皿転がり免震支承　　　　　　　　　　二重免震皿転がり免震支承（複数基型）

　☆ 震度７で２．５Ｇの地震波が、以下のグラフのように、２．５Ｇの地震力が１／１３に、震度７が震度４になりました。

２．強風時に揺れない。
　ＩＡＵの場合は、「風揺れ固定装置」を標準装備しています、５００年に一度の強風にも耐えられます。
　この装置の、国土交通省の認定要件は、次の３つでした。
（１）５００年に一度の強風に耐えられる
　1961 年の第２室戸台風のデータに基づき、実大実験をして確認を要求されました。
　第２室戸台風では最大風速66.7 m/s、最大瞬間風速84.5 m/s 以上を観測しています。そのため、風速60m/s で７時間に耐えられる実験を要求されました。
（２）完全自動
　通常時には免震がロックして強風に抵抗し、地震時には免震のロックを解除し、地震後には免震のロックを行う、以上の動作を完全自動で行うことです。
（３）電源を使用してはいけない。
　以上の作動を、全く電源を使用せずに行うことです。

風揺れ固定装置

風揺れ固定装置の解除ビデオ
左側の装置が風揺れ固定装置で地震開始早々にロックが
解除(固定ピンが下降)する様子がごらんいただけます。

３．長周期地震に共振しない。
　上記グラフは、共振が起きない証明です。これは時刻歴応答解析の結果ですが、実大振動実験でもこのことは確認されています。青色の波形は、入力波で、加速度一定で周期を漸次的に短周期から長周期に変化させていますが、建物応答値（赤色波形）は、どのような周期でも一定であり、共振現象が全く見られません。

４．地震後に建物が元に位置に戻る。
　毎回の地震で、きちんと元の位置に戻ります（下記ビデオご参照）。
　☆ 阪神・淡路大震災の最大加速度波（神戸海洋気象台観測波）（免震支承）
　☆ 東海地震の想定波（免震支承）

５．不同沈下に強い。
　免震装置単位では、大手ハウスメーカーが全額補償する不同沈下（１／２５０）の１０倍近く基礎が傾いても、免震は正常に働きます。また、基礎が不同沈下しても、免震装置の調整で済みますので、その修復も非常に簡単です。

■ 補足６＝転がり系免震（鋼球方式）・　Ｉ　Ａ　Ｕ免震

★鋼球一個の圧砕荷重
鋼球一個の圧砕荷重は、１８６トン（1829kN）です。家一戸が５０トン程度ですので、鋼球一個で、住宅３戸を支えられます。しかし、実際は、１住戸５０トン程度のものを１０個以上の鋼球で支えていますので、１８６０トン以上を支える能力があり、３７倍以上の余裕を見ていることになります。

★「転がり系免震」が主流
現在、ほとんどの大手ハウスメーカーの免震は、この方式（転がり系免震）です。日本のほとんどの工務店・ハウスメーカーの免震も、この方式です。ほとんどＩＡＵが供給しています。
また、現状、このように「転がり系免震」が大手ハウスメーカーの主流になっているのは、免震に関する告示（平成12年建設省告示第2009号）で、「極めて稀には発生する地震」まで「無損傷」を要求されており、それに「すべり系免震」では答えることが難しいからです。また、ほとんどの工務店・ハウスメーカーの免震も「転がり系免震」が主流になってきているのは、標準的な仕様である標準せん断力係数Ｃ0＝０．２のままで「極めて稀には発生する地震」まで「無損傷」状態が得られるように構造設計をするのが「すべり系免震」では難しいからです。

※上記ビデオ（阪神淡路大震災のの最大加速度観測波─神戸海洋気象台観測波90kineによる実大実験）を
ご覧になりたい方は、下記アイコンをクリックしてダウンロードしてください。詳細はこちらを参照。
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