学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和7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：（4）
正答の考え方
積層ゴムアイソレータは、薄いゴムと鋼板を交互に重ねた免震装置です。建物の重さを縦に支えながら、地震時にはゴムのせん断変形で横へ動きやすくします。ゴムは体積が変わりにくいため、上から押すと本来は横へ膨らもうとしますが、挟まれた鋼板がその膨らみを抑えます。
外周部は横に自由な表面があり、中央部より膨らみやすい場所です。中央部は周囲のゴムや鋼板によって拘束され、自由に逃げにくいため、長期の圧縮荷重の下では圧縮応力度が中心部で大きくなる分布になります。したがって外周部のほうが大きいとした選択肢4は逆です。全荷重を面積で割った平均応力度だけを見て、断面のどこでも同じ値だと考えるのも適切ではありません。
この装置が縦には硬く横には柔らかくできるのは、鋼板がゴムの横膨らみを抑える圧縮の仕組みと、各薄層が横へずれるせん断の仕組みが違うためです。他の選択肢は、鋼材パネルへ変形を集める制振、速度に応じて抵抗するオイルダンパー、引張りへの対応を含む転がり支承を扱います。制振と免震では、力を受ける場所とエネルギーの扱いを分けて読みます。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）せん断パネルは、鋼板を平行四辺形のように変形させて降伏させ、エネルギーを吸収する装置です。支持部材が比較的硬いと階全体の変位が小さなパネルへ集まり、パネル高さで割った変形角は階高で割った層間変形角より大きくなります。例えばの変位が高さの階とのパネルに対応すれば、角はそれぞれとです。支持部材まで大きく変形するとパネルへ伝わる変位が減るので、支持の剛性も性能を左右します。
選択肢2
（2）オイルダンパーは、油が狭い流路を通るときの抵抗などを利用し、相対的な動きの速度に応じて力を発生させます。鋼材ダンパーのように材料が降伏する大きさの変形へ達するまで待つ仕組みではないため、比較的小さな揺れから制振効果を発揮します。ゆっくり動く場合と速く動く場合では抵抗が違い、力と変位だけで一つのばねのように表すことはできません。建物と装置の間に相対的な動きが生じる配置で働かせます。
選択肢3
（3）高い建物が横から押されると、転倒させるモーメントによって一方の側の支持点へ圧縮が増え、反対側には浮き上がり方向の引張力が生じる場合があります。直動型転がり支承には、その引張力へ対応できる形式があり、超高層免震建築物などで採用されます。単に床へ置いた車輪のように、重さを下から支えるだけの仕組みと同一ではありません。水平方向へ動く機能と、圧縮・引張りの鉛直力を伝える機能を両立する形式を選定します。
選択肢4
（4）外周部は横へ膨らむ自由が大きく、中央部は周りから拘束されるため、長期の圧縮応力度は一般に中心部のほうが大きくなります。ゴム板全体へ一様に押す力を与えても、内部の応力度分布まで一様とは限りません。「外周だから力が集中する」という一般的な印象では判断できず、ゴムの体積が変わりにくい性質と鋼板の拘束を考える必要があります。本問はその圧縮時の分布であり、地震時の大きな偏心やせん断変形を別途仮定する問題ではありません。
周辺知識
耐震構造は主に柱・梁・壁などの骨組で地震の作用へ抵抗し、制振構造はダンパーへエネルギーを吸収させて骨組の負担や揺れを減らします。免震構造は地面と建物の間などに水平へ動きやすい層を設け、建物全体の揺れの周期を長くして入力を減らす方法です。実際の免震では、横へ動きやすい支承だけでなく、元の位置へ戻す働きと揺れを減らす働きも必要です。
ゴムを厚い一塊で使うと、重さを支えたときに横へ大きく膨らんでしまいます。薄い層を鋼板で挟むことで、この膨らみを抑え、鉛直方向の支持能力を高めます。一方、横へずらすときは各層のせん断変形が積み重なるので、水平には動きやすさを保てます。
制振装置の効果は、装置単体の性能だけでなく、どれだけ変形や速度が装置へ入るかで変わります。硬い支持部材で小さなパネルへ変形を集めること、オイルダンパーが建物の相対運動を受けることは、そのための配置です。装置を取り付けたという事実だけではなく、力と変形がそこへ届く経路を確かめます。