学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和6年度 学科Ⅳ（構造） 問24
問題・正答・学習用解説
問題
制振構造及び免震構造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：（1）
正答の考え方
選択肢1は、一般的なエネルギー吸収効率の比較が逆です。鋼材ダンパーは、鋼材を繰り返し塑性変形させ、その際に消費されるエネルギーで建物の揺れを抑える装置です。十分に働くには、階と階の横ずれをダンパーへ伝え、ダンパー自体に必要な変形を生じさせることが重要です。
ブレース型では、柱梁の間を斜めに結ぶ部材を通して、層間の横ずれを主に軸方向の変形としてダンパーへ伝えます。支持部材を硬くしやすく、ダンパーへ変形を集めやすいため、一般にエネルギー吸収効率に有利です。一方、間柱型は梁の途中に立てた間柱へダンパーを組み込みます。間柱や取付く梁の曲げ変形などへ変形が逃げると、建物が動いてもダンパー自身は十分に変形しないことがあります。
したがって、間柱型の方が一般に効率がよいとはいえません。ただし間柱型にも配置や空間利用上の利点があり、梁や支持部を適切に設計すれば有効に働かせられます。形式の名前だけで性能が決まるのではなく、装置に実際に入る変形量と、それを支える部材・接合部の硬さを確認します。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）一般には、ブレース型の方がダンパーへ変形を伝えやすく、エネルギー吸収効率に有利です。間柱型では梁や間柱の曲げ変形が加わり、ダンパーの変形が減ることがあります。鋼材ダンパーは十分な塑性変形があって初めてエネルギーを吸収するので、支持部が柔らかいと設置した装置の能力を使い切れません。間柱型が常に無効という意味ではなく、支持部の補剛や配置を含む設計が特に重要になります。
選択肢2
（2）適切です。ダンパーを塑性化させる前に接合部が滑ったり大きく降伏したりすると、変形が接合部へ集中し、ダンパーが予定どおり働かなくなります。そこでダンパーが十分にエネルギーを吸収する段階まで、接合部は弾性範囲に保つよう確認します。主架構は建物の重さや地震力を支える主な柱梁の骨組です。塑性化を許す場所をダンパーに定め、周囲へ確実に力を受け渡すことが制振の基本です。
選択肢3
（3）適切です。免震構造では、上部建物より水平方向に柔らかい免震層へ変形を集中させ、上部をまとまりとしてゆっくり動かすことを狙います。他の条件を同じにして上部構造の水平剛性を大きくすると、上部自体の曲がりや各階の揺れの増幅が抑えられ、一般に床応答加速度が小さくなります。免震層まで硬くしてよいという意味ではありません。柔らかい免震層と比較的硬い上部という組合せを区別します。
選択肢4
（4）適切です。オイルダンパーや粘性ダンパーは、油や粘性体の流れ・変形の抵抗を利用し、動く速度に対応した減衰力を発揮します。抵抗力が動きを妨げる向きへ働くことで、振動エネルギーを熱などへ変え、床の加速度応答を抑える効果があります。鋼材ダンパーのように材料の降伏を主な原理とするものとは異なります。減衰力を大きくしすぎると伝達力も変わるため、装置の特性と建物の応答を合わせて設計します。
周辺知識
制振と免震は、揺れを抑える方法が異なります。制振は、建物内のダンパーへ変形や速度を生じさせ、エネルギーを消費させます。免震は、基礎付近などに横へ動きやすい層を設け、建物全体の周期を長くして、地面の急な動きが上部へ伝わりにくくします。免震層にも、動き過ぎを抑えるダンパーを組み合わせます。
鋼材ダンパーの力と変形の関係を、押す・戻す・引く・戻すの一往復で描くと、閉じた履歴ループになります。その面積は一往復で消費したエネルギーで、単位は、たとえばです。ダンパーに十分な変形が入らなければ、ループの面積も小さくなります。
粘性のダンパーでは、基本的には速度が大きいほど抵抗力も大きくなり、抵抗力と移動量の積を積み重ねた仕事がエネルギー消費になります。いずれも、装置そのものだけでなく、装置を支える部材と接合部が必要な力を伝えられることが前提です。建物全体の変形量と装置自身の変形量は同じとは限らないため、どこがどれだけ動くかを追うことが、効果を理解する要点です。