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剛性率ってなに？剛性率の意味と、建物の耐震性

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剛性率とは何でしょうか。剛性率は、建物のバランスを表す用語です。よって私たち構造設計者は、剛性率の大きさで、建物のバランスを判断することができます。では、剛性率はどのような意味でしょうか。今回は剛性率について説明します。

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剛性率ってなに？

前述したように、剛性率は建物のバランスを表す用語です。では、どのバランスを表すのか。剛性率は、

建物の高さ方向のバランスを表す指標

です。下図をみてください。５階建ての建物があります。地震が起きると揺れますが、均一に揺れるとは限りません。階毎に剛性（固さ）が異なるからです（つまり平屋建てなら剛性率は関係ありません。1階しかないからです）。

剛性率のイメージを付けて頂くために、もう２つほど例を示しましょう。下図をみてください。１階に耐震壁があります。耐震壁はラーメン構造と比べると、圧倒的に固く（剛性が高い）変形が小さい部材ですよね。その他はラーメン構造です。この建物が地震で揺れると何が起きるでしょうか。

上図の建物に地震が起きると、1階は変形しませんが他階が普通よりも大きく変形します。これを鞭振り現象とも言います。鞭は先端が柔らかいほど、速く振れます。例にした建物は、階の固さを相対的に見た時、１階に比べて他階がとても柔らかくなっていますね。そのため、鞭のように上階は良く揺れるのです。

もう１つ例を示します。これは、2階以外が耐震壁で、２階はラーメン構造の場合です。地震時、この建物に何が起きるでしょうか。

上図の場合、地震が起きると２階の変形が大きくなります。２階以外は、耐震壁のため揺れは小さいですよね。柔らかい２階に変形が集中すると、当然、作用する応力も大きくなるので、被害が大きくなります。

以上のように、いくら耐震壁を設けていても階毎に固さが違えば、揺れも異なります。さらに柔らかい層は、変形が集中します。よって、階毎の固さはなるべく均等であるべきです。剛性率とは、前述している「階毎の固さ」を表した値です。例えば、2番目の例図でいえば、

１、３、４、５回の剛性率　1.0
２階の剛性率　　　　　　　0.5

といった数値で表します。実際の剛性率は、１以上の値になることもありますし、0.5よりも小さいこともあります（もちろん0.5という値は前述した理由より許されません）。

ただ上記をみれば、なんとなく２階が柔らかそうだなと理解して頂けると思います。

剛性率の規準と、建物の耐震性

前述したように、剛性率は階毎で均一な値になることが望ましいです。もちろん、全て同じ値は難しいので、建築基準法では下記の基準が設けられています。

剛性率＝0.6以上を満足すること（満足しない場合は、建物の耐力を割増すこと）。

0.6という数値は、これまでの地震被害から得られた知見、研究結果により定められました。各階で、剛性率0.6を満足していれば、「とりあえずバランスの良い建物」と建築基準法では判断しています。

また、剛性率が0.6を下回ったとしても、下回ったことによる割増係数を考慮した必要保有水平耐力を、建物の耐力（保有水平耐力）が満足していればＯＫです。必要保有水平耐力と保有水平耐力を知りたい方は、下記の記事を参考にしてください。

必要保有水平耐力の算定方法と意味がわかる、たった３つのポイント

保有水平耐力とは何か？

まとめ

今回は、剛性率について説明しました。剛性率の意味を覚えるようにしてください。また、剛性率と耐震性の関係を理解しましょう。

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名前　ハナダユキヒロ/MITUME lab主宰.（筆者のコラムはこちら）
2010年　弊サイトを開設
2010～2017年　国立大学大学院修了
2017年12月に当HPが書籍化。
「わかる構造力学」
2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
「わかる構造力学(改訂版)」

10数年以上、建築の学問、研究、構造設計の実務に携わった経験を元に、未経験の方、建築関係の学生、社会人の方に役立つ知識を、分かりやすくお伝えします。

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