学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和4年度 学科Ⅳ（構造） 問24
問題・正答・学習用解説
問題
免震構造、制振構造及び耐震改修に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（2）
正答の考え方
制振改修の仕組みを、建物の固有周期を長くすることとした記述が誤りです。固有周期は建物が自由に揺れたときの往復に要する時間です。制振は、主にダンパーなどを変形させて揺れのエネルギーを吸収し、建物の応答や損傷を減らす方法です。
たとえば油を利用するダンパーでは、動くときの粘性抵抗によって運動エネルギーを熱へ変えます。鋼材を用いるダンパーでは、鋼材が繰り返し塑性変形することでエネルギーを吸収します。いずれも、装置へ必要な変形が生じることが働きの前提です。
一方、建物と地盤の間などに水平方向へ柔らかい免震層を設け、建物全体の振動特性を長周期側へ変えるのは主に免震の仕組みです。実際の制振装置の追加で剛性や周期が変わることはありますが、それを一律に長周期化させる方法と説明するのは適切ではありません。制振を計画する際には、ダンパーの種類だけでなく、その変形を生み出す架構と取付け部が十分に機能するかまで確認します。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）一次形状係数は、ゴム一層の受圧面積を、その層の側面積で割った値です。同じ平面形状なら一層を薄くすると大きくなります。ゴムは圧縮されると横へ膨らもうとしますが、上下の鋼板がこれを拘束するため、薄い層ほど圧縮に抵抗しやすくなります。この効果により、他の条件が同様なら座屈応力度は大きくなる方向です。ただし装置全体の高さ、水平変形、軸力なども座屈性能へ影響するため、だけで安全性が決まるわけではありません。
選択肢2
（2）制振はダンパーによるエネルギー吸収を主な仕組みとします。建物を長周期化して地震動の伝わり方を変える説明は、主に免震に対応します。鋼製の筋かい型ダンパーを追加すると、初期剛性が高まり周期が短くなる場合もあるため、制振を必ず長周期化する方法と説明できません。装置がどこで変形し、その際にどのような抵抗でエネルギーを消費するかを確認することが、制振の働きを理解する出発点です。
選択肢3
（3）ダンパーの取付け部が柔らかいと、建物の層間変形の一部が取付け部の変形に使われ、装置本体に想定した変形が生じないことがあります。その結果、エネルギー吸収量や建物の応答が設計モデルと異なります。このため取付け部周辺の変形を適切に評価するのは必要な扱いです。理想的に硬い接続として装置だけを解析するのではなく、梁・柱・接合部などを通じて、装置に力と変形が届く経路をモデル化します。
選択肢4
（4）減築によって上部の階などを取り除くと、地震で動かされる質量が減り、一般に慣性力を低減できます。強い部材を追加するだけでなく、作用する力そのものを減らす耐震改修です。ただし階を減らすと建物の周期や剛性・重量の分布も変わるため、改修後の構造をあらためて検討します。軽くする効果を見込むと同時に、残った骨組、床、接合部などが改修後の荷重を適切に伝えられるかを確認する必要があります。
周辺知識
建物の揺れを減らす考え方には、抵抗する部材を強くする、変形しても急に壊れないようにする、装置でエネルギーを吸収する、地盤からの揺れの伝わり方を変える、といった方法があります。耐震改修では既存建物の弱点と利用条件に合わせて組み合わせます。
ダンパーが力を受けながら変形すると、力と変形の関係に囲まれる面積が、一往復で消費したエネルギーに対応します。装置がほとんど動かなければ、その性能を十分に使えません。取付け部が柔らかすぎる場合や、建物の中で装置のある場所があまり変形しない場合には、配置や接続方法の再検討が必要です。
免震の積層ゴムは、薄いゴムと鋼板を交互に重ね、建物の重さを鉛直方向に支えながら、水平方向には変形しやすくします。鉛直支持と水平変形の両立が目的なので、水平に大きく動いた状態での安定性や、周囲との衝突を避ける空間も必要です。装置の名称だけでなく、支える方向、動く方向、エネルギーを消費する場所を整理します。