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

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必要保有水平耐力という言葉をご存知でしょうか。「どこかで聞いたことがある」という方もいれば、「保有水平耐力と意味がごちゃごちゃになって忘れた」なんて人もいますよね。

そこで今回は、必要保有水平耐力の意味や算定方法が一発でわかるポイントを説明します。保有水平耐力の意味は、下記が参考になります。

保有水平耐力とは何か？

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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必要保有水平耐力と保有水平耐力の関係

まず必要保有水平耐力の意味を明確にするために、保有水平耐力との関係を明らかにします。さて、建物の耐震設計は大まかに分けて２つの計算方法が存在します。

１つめは強度型（計算ルート１、２）の設計で、建物の強度を高めることで地震に抵抗します。

２つめは靭性型（計算ルート３）の設計で、建物の変形性能により地震エネルギーを吸収します。

必要保有水平耐力と保有水平耐力は、後者の設計法に関係します。また、強度型、靭性型の設計法は「計算ルート」といって、計算方法が明確に分類されています。靭性型はルート３に該当します。

計算ルートの意味は、下記が参考になります。

構造計算ルートとは何か？

さて、必要保有水平耐力と保有水平耐力の関係は下記の通りです。下式を見てください。

ルート３を満足する条件　Qun＜Qu

Qunが必要保有水平耐力、Quが保有水平耐力です。つまりQunは、「建物に求められる所定の（必要な）耐力」で、Quは「建物が保有している（持っている、存在している）耐力」と言えます。

必要保有水平耐力の算定方法と３つのポイント

次にQunの算定方法を勉強しましょう。Qunの算定方法はそう難しくありません。下式で算定できます。

Qun＝Ds×Fes×Qud

Ds：各階の構造特性係数
Fes：各階の形状係数
Qud：各階に生ずる大地震時の地震力

それぞれの記号について詳細に説明します。

Dsとは何か？

最も理解しがたい要素がDsだと思います。Dsとは構造特性係数と言います。ルート３の設計法では建物の変形性能に着目し、いかに地震力を吸収するかに重きを置いています。これは言い換えれば、「建物の壊れ方」が大変重要です。

下図をみてください。

左図は、最下層の柱がせん断破壊したケースです。ある層が部分的に崩壊する壊れ方を層崩壊と言います。またせん断破壊は、悪い壊れ方ですが、Qun以上のQuがあるのなら計算的にはOKです。※せん断破壊については、下記が参考になります。

せん断破壊とは？1分でわかる意味、特徴、計算、危険性

右図は各梁、柱脚と柱頭に塑性ヒンジが発生し、崩壊に至るケースです。塑性ヒンジとは、剛な部材にピンが発生することで、簡単に言えば変形しやすくなります。左図のケースと一気に「ガシャン」と壊れますが、右図は「ぐにゅ～」と変形しすぐには崩壊しません。つまり、圧倒的に多くの地震力を吸収する壊れ方です。※塑性ヒンジについては、下記が参考になります。

塑性ヒンジってなに？1分でわかる塑性ヒンジの意味と、建物の靱性

さて、Dsの話に戻します。Dsとは、まさに上記の話を数値化したものです。これを構造特性係数と難しい言葉をつけています。

具体的にDsは下記の値です。