NSJ住宅性能研究所

荷重と外力（木造住宅）シリーズ8

地震力算定★

建物にかかる地震の力は、基本的に 「重い建物ほど大きくなる」 と考えると理解しやすいです。

地震力は、各階ごとに計算します。

考え方としては、

地震力 ＝ 質量（重さ） × 加速度

です。

これは物理で学ぶ運動の考え方と同じです(ニュートン力学　F=ma)


■各階の地震力は「重さ × 係数」で決まる

各階の地震力は、各階の重さ（質量）に、地震層せん断力係数（Ci） という係数を掛けて求めます。

つまり、ざっくり言うと、

・建物が重いほど地震力は大きい
・さらに、地域や建物の揺れやすさ、階の位置（上階・下階）によって調整される

という仕組みです。

■Ciの中で特に重要なのは「Co（標準せん断力係数）」

Ciは、いくつかの係数を掛け合わせて決まります。

その中でも特に重要なのが 標準せん断力係数 Co です。

許容応力度計算では、

Co = 0.2以上（＝建物重量の約20%）

となっています。

つまり、許容応力度計算では、建物に対して、「建物の重さの約20%に相当する水平力がかかる」とみなして設計する、というイメージです。


■大地震を想定する計算では Co = 1.0（参考）

保有水平耐力計算では Co を 1.0 とします（許容応力度計算とは別の考え方）

これは、かなり直感的に言えば、

建物の自重と同じくらいの水平力を受ける想定

ということです。

「建物を横に倒すような力がかかったときに耐えられるか？」

とイメージすると分かりやすいです。


■地震地域係数 Z：地域によって地震の見込みを調整する係数

地震地域係数（Z） は、地域ごとの地震活動の傾向を反映する係数で、 0.7～1.0 の範囲で示されています。

・一部の地域では小さめ（0.7など）
・多くの地域では1.0に近い

ただし、地域係数が小さい地域でも大地震は起こり得ます（例：熊本地震）

そのため、設計者が安全側に考えて、地域係数を低減せずに扱う判断をすることもあります。


■振動特性係数 Rt：建物が揺れやすいかどうかを表す係数

Rt は、建物の揺れやすさ（共振しやすさ）を考慮する係数です。

建物の固有周期（揺れの周期）と地盤条件の組み合わせで決まります。

木造住宅では、固有周期を、

0.03 × 建物高さ（m）

で見積もります。

例えば高さ10mなら、

0.03 × 10 = 0.3秒

となります。

木造住宅は比較的低層で固有周期が短いので、実務上は Rtがほぼ1.0になることが多い です（つまり、Rtで大きく減るケースは少ない）

※木造住宅の「高さ」は、一般に 軒高と最高高さの中間くらいで扱うことが多いです。


■Ai（地震層せん断力分布係数）：上の階ほど揺れが大きくなることを反映

Ai は、地震力を各階にどう分けるかを決める係数で、上の階ほど揺れが大きくなりやすいことを反映しています。

つまり、同じ建物でも、

・1階
・2階
・3階（あれば）

で、地震力の配分は同じではなく、上階側に増幅を見込む考え方になっています。


■屋根が重いと地震力は大きくなる

地震力は建物の重さが基本なので、屋根仕様の影響は大きいです。

・軽い屋根（軽量屋根） → 地震力は比較的小さい
・瓦屋根など重い屋根 　→ 地震力は大きくなる

つまり、屋根が重いほど、その分だけ構造部材・耐力壁・接合部などに求められる性能も大きくなります。


■耐震等級3では地震力を1.5倍で考える

耐震等級3 の計算では、通常の地震力を 1.5倍 にして検討します。

これは、より高い耐震性能を確保するために、「より厳しい条件で建物をチェックする」ということです。


＜まとめ＞

地震力の算定をひと言でいうと、次の流れです。

建物の重さを把握する
→地域差（Z）・揺れやすさ（Rt）・階ごとの分布（Ai）を係数で反映する
→各階の地震力を計算する
→地震力に耐えられるように柱・梁・壁・接合部を設計する

つまり、地震力の計算は、「建物の重さを出発点にして、現実に近づけるために係数で調整する作業」と考えると理解しやすいです。

次回は、連続梁の計算について、お話します。