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![]() (社)大阪府建築士会 専攻建築士委員会/統括設計、構造設計W.G.合同勉強会 弊社社長による「地震+耐震基準+免震」講演会、平成23年1月28日 ![]() 大阪講習会「地震+耐震基準+免震」講習会、平成23年3月9日 ![]() (社)大阪府不動産コンサルティング協会講演会、平成23年4月26日
2階建て戸建て住宅クラスでの、免震と制震と耐震の比較を行います。 以下のグラフのように耐震・制震と、免震とは、全く水準が違うものです。 これは、建築基準法上での扱いが全く違うからです。 すなわち、 耐震・制震:稀に発生する地震動=震度5弱(80〜100gal程度)に対して無損傷、 極めて稀に発生する地震動=震度6弱(300〜400gal程度)以上では倒壊・崩壊の可能性 免震 :極めて稀に発生する地震動=震度6弱(300〜400gal程度)に対しても無損傷 だからです。 ⇒ 日本各地の震度6弱以上地震発生確率 震度4〜5弱※4 震度6弱※4 地動加速度:0gal 80〜100gal※1 300〜400gal程度※1
震度5弱※4 震度6弱・6強※4 地動加速度:0gal 100〜125gal※1※5 375〜500gal程度※1※5
震度5弱※4 震度6強※4 地動加速度:0gal 120〜150gal※1※5 450〜600gal程度※1※5
震度7※4 地動加速度:0gal 約2400gal※6
上記加速度(地表面から建物入力加速度)に関して、被害地震の加速度(地表面加速度)は下記の通り。 ・ 1995年阪神淡路大震災(全壊約10万棟)の最大加速度: 818gal (神戸海洋気象台観測の南北方向) ・ 2004年新潟県中越地震(全壊3175棟)の最大加速度: 2036gal (川口町観測の東西方向) ■ 地震力の伝達 以下の比較での「制震」は、戸建て住宅クラスによく使われる「ダンパー型パッシブ制震」です。 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。 ![]()
■ 地震・暴風対応比較 免震・制震・耐震の、通常の建物の場合、下表のように、建築基準法の構造設計荷重(許容応力度等計算※1)としての地震力・風圧力も違います(在来木造などの仕様規定もそれに準じています)。 「免震」だけが別格の位置づけになっています。
ここで ・ 「中程度の地震動」とは、 80〜100gal程度※1で、震度4〜5弱※4 ・ 「最大級の地震動」とは、300〜400gal程度※1で、震度6強〜7(国交省 気象庁旧震度/震度6弱気象庁新震度※4) ・ 「中程度の暴風」とは、 50年に一度の暴風※1 ・ 「最大級の暴風」とは、500年に一度の暴風※1 であり、下表のようになります。 また、「耐震住宅・制震住宅」で、品確法の耐震等級1・2・3の場合でも、上記加速度に対して ・ 耐震等級1は、1.00倍※5 ( 80〜100gal=震度4〜5弱※4) ・ 耐震等級2は、1.25倍※5 (100〜125gal=震度5弱※4) ・ 耐震等級3は、1.50倍※5 (120〜150gal=震度5弱※4) であり、下表との差は生じません。
「免震」だけが別格の水準となっています。 すなわち 耐震・制震住宅は、震度4〜5弱(耐震等級3でも震度5弱)で 「損傷限界」=損傷が始まる段階に至るのに対し、 免震(IAU免震)住宅は、「最大級の地震動」=震度6強〜7※4でも 「損傷限界」に至りません。 また、「最大級の地震動」(加速度300〜400gal程度)では、 免震(IAU免震)住宅は、「損傷限界」=損傷が始まる段階にまだ至らないのに対し、 耐震・制震住宅は、これを超えた場合、倒壊・崩壊の可能性が出てきます※1。 ⇒ Q&A1 2 3 4 ※1 2007年度版 建築物の構造関係技術基準解説書/国土交通省住宅局建築指導課他監修、及び1997年度版建築物の構造規定/建 設省住宅局建築指導課他監修に基づく。 最大級の地震動/大地震動=300〜400gal、中程度の地震動/中地震動=80〜100gal となっています。 「最大級/中程度の暴風」とは、再現期間にして概ね500年/50年に相当する暴風。 地震対応に対しては、「IAU免震住宅」「制震住宅」「耐震住宅」共に短期許容応力度内。 暴風対応に対しては、「IAU免震建物」は材料強度内、「制震住宅」「耐震住宅」は短期許容応力度内。 「500年に一度の暴風(=最大級の暴風)」に対しても、IAU免震建物は風で移動しないことを前提としています。 ※2 上部構造に関しては、4号建築で構造計算省略の場合を除く。 ※3 200gal で液状化しない地盤であること。400gal 程度で液状化の可能性がある場合は、必ず地盤改良等を行います。 ※4 「300〜400gal 程度で、震度6強〜7」は、上記※1の「1997年度版建築物の構造規定」参照。 気象庁震度階に加速度表示がされ ていた時期があり、「建築物の構造規定」の1997年度版まではそれによるものと考えられる。 現震度階でも、水平加速度で 約0.6 秒周期 数秒間継続の場合は、震度7を除けば合致し、震度4:25〜80gal程度、震度5弱:80〜140gal程度、震度5強:140〜 250gal程度、震度6弱:250〜450gal程度、震度6強:450〜800gal程度、震度7:800gal程度以上。 ※5 必携 住宅の品質確保の促進等に関する法律/国土交通省住宅局住宅生産課監修 参照。 ※6 IAU免震住宅の場合は1994年ノースリッジ地震増幅波では約2400gal まで損傷限界以内、すなわち、C0=0.2以内である ことを実大実験で確認。 上部構造が C0=0.2以内(無損傷)に納まらない「免震」も世の中にありますのでご注意ください。 ⇒ Q&A5 ■ 耐震等級1・2・3の耐震・制震住宅が「損傷限界」に達する地震の遭遇回数 例えば、1999年1月1日〜 2008年12月31日の10年間で、東日本地方では各県別に下記回数の、耐震等級1・2・3の耐震・制震住宅が「損傷限界」(損傷が始まる段階)に達する地震(震度4〜5弱以上)がありました。 この結果から推計しますと、震度4〜5弱以上の地震に、 今後 50年間で、1県あたり平均 278回も遭遇することにもなります。 今後200年間で、1県あたり平均1112回も遭遇することにもなります。 ⇒ Q&A6 さらに今後、より地震活動が活発化するであろう「地震活動期の日本列島」を考えますと、 200年住宅は勿論、通常の住宅でも「免震」は不可欠なものになっていくものと考えられます。 ⇒ Q&A7 【東日本地方 震度別地震回数表/1999年1月1日〜2008年12月31日/気象庁調べ】
■ 制震住宅は加速度(地震力)低減効果無し/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99.4u/B棟:2階建て延床106u)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92.7u)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(76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76回という回数は、1回の地震間隔を100年と考えると7600年間、10年と考えたとしても760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。 ■ 制震住宅(制震ダンパー)の効果? ★「損傷限界」アップの効果? 以上の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。 ★ 建築基準法においても 「免震」は建築基準法による法整備(平成12年建設省告示第2009号)がされていますが、「制震」は未だに法整備がされていませんので、「耐震」と同じで、「耐震」=「制震」です。下記のグラフの通りです。 ![]() ■ 結論=「免震」・「制震」・「耐震」の選択 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、 仕上げ材の損傷を防げない、倒壊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、(「耐震構造」での)「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、当然、「損傷限界」格段にアップ、「安全限界」アップの、「免震」です。
実大実験の結果から、建築基準法同等(品確法の耐震等級1)で建てられた木造の「耐震」住宅では、震度6強で倒壊の危険性があります。 耐震等級2〜3でも、連続して襲ってくる余震に対して、安全とは言い切れません。 また、上記比較から、地震力低減において、「制震」はほとんど効果が期待できないことがわかります。 結局、本当の地震対策を考えると、「免震」となります。 ところで、木造住宅・鉄骨住宅等の軽量建物に、この「免震」を装備しますと、風でよく揺れることになります。 台風シーズン以外でも風揺れを起こす可能性はあり、台風時には風揺れで被害が出る可能性もあります。 そのため、木造住宅の免震化のためには、風揺れ問題をまず最初に解決しなければなりませんでした。 台風は毎年何回も上陸し被害をもたらします。 地震に比べて、台風の方が遭遇回数は一桁以上も多いわけですから、風の被害をまず考える必要があります。 また昨今は、地球温暖化の影響のためか、台風だけではなく、台風シーズンで無い時期においても強風被害が多く出ています。 また地球全体の温暖化は、今後さらに、異常気象により(台風シーズン以外でも)強風被害をもたらし、台風の勢力も益々強まるとも言われています。 そのため、木造住宅の免震化のためには、風揺れ問題をまず解決しなければなりませんでした。 風揺れ問題を解決していない免震が普及すればするほど、日本の住宅は風に対して弱い住宅になっていきます。 それでは、日本の住宅にとっての真の解決にはなりません。 風と地震の両方を解決をすることによって、はじめて台風と地震に強い日本の住宅が可能になるわけです。 それを I A U が解決したのです。
■ 地震と台風に対して「夢の技術」の実現 大地震の地震の揺れを1/16 に低減し、500年に1度の台風による風揺れさえも抑え込む「夢の技術の実現」を、画期的な低価格で、実現いたしました。 それが IAU免震システムです。 ■ 地震の揺れを1/16に、震度7また史上最大加速度地震波さえも震度4に 政府中央防災会議の被害想定では広域に予測され、現行の建築基準法通りで建てられた耐震住宅では倒壊の危険性があります、震度6強以上の揺れに対し、加速度を1/10 (耐震2階の揺れに対して 1/16) に、震度4に低減可能な免震装置が可能になりました※1。 → 阪神大震災最大加速度波による耐震・免震比較 震度7の地震でも震度4に低減できる場合もあります※2。 → 震度7を震度4に 世界で観測史上最大加速度地震波の増幅波さえも震度4に低減します。 → 史上最大加速度を震度4に 新潟県中越地震ではM5以上の地震が26回連続して起こりましたが、そのような連続地震・余震に対応できるものです。 → Q&A ※1:阪神淡路大震災の最大加速度が観測された神戸海洋気象台観測波の場合。 ※2:震度7には上限がなく、計測震度8以上でも震度7のため、全ての震度7に対して震度4にできるわけではありません。 ★地面の揺れに対して 1/10 (阪神大震災での最大加速度波) ★耐震2階の揺れに対して 1/16 (上記の阪神大震災での最大加速度波) ![]() ![]() ![]() ■ 風揺れ対策 免震、特に木造等の戸建て免震は、風でよく揺れます。 そのために風揺れ対策が不可欠です。→ 風対策 2004年には上陸後最大瞬間風速 50m/s を超える台風が、7回、日本本土を襲いました。→ 2004年台風 地球の温暖化・異常気象化により、台風は、今後ますます大型で強くなっていくと考えられます。 このような台風に対しても揺れない、500年に1度の台風の揺れさえも抑制※3、しかも、(台風・地震の時には停電がつきものですが、停電でも心配のない)電源不要の完全自動装置を実現しました。 ※3:500年再現期待値相当:「2001年版建築物の構造関係技術基準解説書(国土交通省編集)」の307〜308頁参照。
■ 風揺れ固定装置 → 風揺れ固定装置 ★ 500年に1度の暴風に対して風揺れ抑制 IAU免震建物では風揺れ固定装置によって、500年に1度の暴風※に対しても風で揺れることはありません。 ※500年再現期待値相当の暴風 ★ 電源不要・完全自動 500年に1度の暴風に対しても、風揺れ固定装置によって建物と基礎とは固定され風揺れを防止し、地震時には固定が解除され免震が開始します。 この一連の動作を、電源不要で完全自動で行います。 ・ 自動解除、自動復帰 地震時に自動解除した風揺れ固定装置は、地震終了後自動で元の固定状態に戻ります。 そのため、地震直後の強風にも対応でき、手動式の製品のような人為的トラブル(不在時に機能しない、地震後固定し忘れる等)もありません。 ・ 停電等への対応 この風揺れ固定装置は電源等を使用せず、地震時の固定解除と地震後の復帰を完全自動で行うため、電気を使用する製品のような停電等(大地震時、台風時は広域で停電になります)によるトラブルもありません。 ■ 従来の免震問題の解決 現状の「免震」の問題 1.長周期地震に共振 2.縦揺れ時に建物が浮き上がる 3.地震後も揺れ続ける 4.地震後、元の位置に戻らない 5.地震後、元の位置に戻らないために余震・連続地震に対応できない 6.風で揺れる 7.風揺れ固定装置が電気式または手動式 8.強風時、建物が浮き上がる 9.強風後も揺れ続ける 10.強風後、建物が元の位置からずれる 11.敷地が不同沈下した場合、免震建物が動き出してずれる 12.定期的な潤滑油の注油を必要とする 13.確認申請だけでは建てられない 14.間取りに制約がある 15.敷地一杯に建てられない 16.設計に時間がかかる 17.工事期間が長い を、IAU免震では、解決しています。 ■ 地震被害根絶のための「夢の技術」の誕生 以下の地震が全て、50年以内に90%以上の確率で襲ってくるといわれています。 ・首都圏直下地震M7前後 ・東海地震M8.0 ・東南海地震M8.1 ・南海地震M8.4〜8.6 また政府中央防災会議等での被害想定も以下のように甚大なものであります。 ・東海地震:全壊46万棟、死者約1万人、経済的被害37兆円 ・東海・東南海・南海地震同時発生:全壊96万棟、死者2万8000人以上、経済的被害81兆円 ・首都直下地震:全壊85万棟、死者1万2000人以上、経済的被害112兆円 首都直下地震と東海・東南海・南海地震同時発生の場合の経済的被害は合計で約200兆円にもなります。 国家予算2年分を軽く上回ります (以上の想定地震内容は現在政府機関で改定中です。⇒ 上記「最新の地震情報」 参考資料 参照)。 今世紀前半に確実に襲ってくるであろう以上の大地震によって、未曾有の大災害に見舞われる可能性を持っています。 また、1995年の阪神淡路大震災では、死者6,434人の8割以上が、全壊棟数約10万棟の建物倒壊それも木造住宅の倒壊による圧死者でした。 ところが日本の住宅のほとんどが木造住宅です。 その木造住宅に免震を装備すれば台風時に風に揺れ大変な状況になります。 それを解決しなければ、台風は毎年何回も上陸するわけですから、台風の方が遭遇回数は何倍も大きく、台風の被害を多く受けます(昨今は、地球温暖化の影響のためか、台風だけではなく、台風シーズン以外でも強風被害が相次いでいます。 また地球全体の温暖化は、今後さらに、異常気象をもたらし、台風の勢力も益々強めるとも言われています)。 風揺れ問題を解決していない免震が普及すればするほど日本の住宅が風に弱い住宅となってしまいます。 それでは、(台風と地震の双方の甚大な被害を受ける)日本の住宅にとっては真の解決になりません。 風と地震の両方の解決をすることによって、真に台風と地震に強い日本の住宅が可能になるわけで、それを見事に解決したわけです。 そして、この技術は、震度7の地震の揺れさえも震度4にしてくれるわけですから、地震被害は0にできます。 また、500年に1度の暴風に対しても風で揺れません。 この技術が普及すればするほど、風にも強く地震にも強い住宅が日本に建ってゆき、日本の住宅から地震被害、強風による被害がなくなるわけです。 そして、この技術は、鉄骨建物、工場、体育館等の軽量建物全てに使用できます。 → 中軽量建物用免震システム これらの建物も(風揺れ問題、高い免震性能が得られない等で)従来免震が困難な領域でした。 木造住宅とこのような軽量建物をあわせますと、日本の全建設面積の約7割となります。 それら建物の免震化が可能になったわけです(このことは、従来の免震では、過半以上の建物が対応できないということを意味しています)。 今世紀前半にほぼ確実に襲ってくる地震までに残された時間はさほどありませんが、今後建設量を増やしていけば、まだ十分に間に合う可能性があります。 そしてこの免震が普及していけば、将来、(震度7の揺れさえも震度4にしてくれるわけですから)、日本の建物から地震被害がなくなることも夢でなくなるわけです。 「地震列島日本から地震被害0列島へ」転換できる「夢の技術」が誕生したのです。 PDF形式の内容のものをご覧になるには
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