鉛直震度とは？意味・水平震度との違いと片持ち梁・庇の設計への影響

この記事の要点

地震は水平方向だけでなく鉛直方向にも揺れます。

この鉛直方向の揺れを設計に取り込む指標が「鉛直震度」です。

通常の建物では水平震度が設計を支配しますが、片持ち梁・庇・大スパン屋根では鉛直震度が重要な設計条件になります。

このページでは鉛直震度の定義・水平震度との違い・片持ち梁の設計での使い方を解説します。

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鉛直震度をご存じでしょうか。構造設計の専門用語なので、建築業界にいる方でも耳にする方は少ないと思います。また鉛直震度の考え方は比較的新しいため、ご存じない方も多いでしょう。今回は、そんな鉛直震度と片持ち梁の設計について説明します。

鉛直震度ってなに？

鉛直震度とは、鉛直方向に作用する地震力係数の大きさです（地震力とは少し意味が違います）。鉛直震度は片持ち梁の設計のとき1Ｇを考慮します。

さて、鉛直震度についてもう少し説明しましょう。

一般の方は、「地震」と聞くと横の揺れをイメージされると思います。しかし、実際の地震は横にも揺れるし、縦にも揺れます。鉛直震度とは、この縦方向の地震力の係数を意味します。さて、地震力は建物の重量とせん断力係数の掛け算で算定されます。

※地震力については、下記が参考になります。

上記の記事より、標準せん断力係数Ｃｏは0.2又は0.3です。水平震度が0.2又は0.3と言い換えることもできます。前述したように、鉛直震度は片持ち梁の設計で1Ｇ（＝1.0）を考慮します。

それは、片持ち梁は静定構造のため、より大きな地震力を考慮する必要がある、という考え方の元です。

前述したように、片持ち梁や片持ち柱は鉛直震度を考慮します。具体的には、2.0ｍを超える片持ち部材は鉛直震度1Ｇを考慮して設計する決まりです。

下図をみてください。2.0ｍの片持ち梁があります。今回は簡単のため自重を無視し、先端の集中荷重に対する鉄筋を求めます。

片持ち梁に作用する曲げモーメントは下記です。

Ｍ＝10×2.0ｍ＝20kNm

片持ち部材が2.0ｍを超えるので鉛直震度を考慮します。鉛直震度＝1.0を加えるので、10kN+10kN＝20kN作用します。

よって、曲げモーメントは

Ｍ＝10×2×2.0ｍ＝40kNm

です。鉛直震度は地震時による荷重なので、上記より算定した曲げモーメントは短期時の応力です。必要な引張鉄筋は下記のように求めます。

At=40×10^6／(500-60)×0.875×295=352m㎡

よって、3-Ｄ16を配筋すれば良いでしょう。

ところで、鉛直震度1Ｇによる荷重Ｗ'は、長期荷重がＷとすれば下記の関係です。

Ｗ'＝Ｗ+Ｗ×1.0Ｇ＝2Ｗ

一方、許容応力度は短期時の値なので、長期時の1.5倍です。よって、鉛直震度を考慮した短期応力度は長期に対して下記の割合で増えます。

短期と長期の応力度の比率＝2.0／1.5＝1.33

つまり、長期時応力度に対して1.33倍増えるという意味です。よって実務では、鉛直震度1Ｇを考慮するとき、長期時の応力を1.5倍した値で長期の設計を満足させることが一般的です。

混同しやすい用語

鉛直震度（kv）

鉛直方向の地震加速度/重力加速度の比。通常0.1G程度を用いる。

水平震度（kH）

水平方向の地震加速度/重力加速度の比。設計地震力の算定に使う。

鉛直震度を整理した表を示します。