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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

この記事の要点

必要保有水平耐力とは、大地震時に建物が保有すべき最低限の水平耐力です。Qun = Ds × Fes × Qudで算定します。Ds（構造特性係数）・Fes（形状係数）・Qud（設計用地震力）の３つが重要です。

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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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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。

鉄骨造の場合　　　　　　　　Ds＝0.25～0.50
鉄筋コンクリート造の場合　　Ds＝0.30～0.55

Ds値の大小は建物の壊れ方で変化します。建物がすぐに壊れてしまう（せん断破壊、座屈）場合はDs値はより大きくなります。rc造の場合は最大で0.55です。一方、建物が地震力を効率的に吸収する壊れ方（塑性ヒンジの発生による全体崩壊形）なら、Dsの値は小さくなります。鉄骨造ならDs＝0.25です。

Dsが大きくなると、Qunも大きくなります。つまり、より大きなQuが必要ということです。靭性の無い壊れ方は、必要保有水平耐力が大きくなるのです。下記も併せて参考にしてください。

構造特性係数とは？3分でわかる意味と算出方法

Fesとは何か？

Fesとは形状特性係数と言います。建物には２つの形状特性があります。１つは平面的な形状、２つめは立面的な（高さ方向）形状です。

平面的なバランスの良し悪しを偏心率Reで表します。立面的なバランスは剛性率Rsです。これらの指標から形状特性係数を算定するのです。具体的には下記となります。

偏心率による形状係数　　Fe＝1／Re
剛性率による形状係数　　Fs＝1／Rs
形状特性係数　　　　　　Fes＝Fe×Fs

また今回は説明しませんが、上記の算定式には、算定値の上下限が設定されているので注意してください。

今回知って頂きたいことは、Fesとは「建物の平面的・立面的バランスにより考慮する係数である」ということ。

つまりバランスが良い建物ならFes＝1.0、悪ければ1.0以上になりQunが大きくなるのです。

形状係数の意味は、下記が参考になります。

形状係数（Fes）とは？1分でわかる意味と計算方法

Qudとは何か？

Qudとは大地震時の地震力です。地震力の算定は下記の記事で詳細に説明しています。合わせて参考にしてください。

地震力の算定方法と、簡単にわかるZ、Rt、Ai、Coの意味

注意して頂きたいことは、大地震時の地震力は標準せん断力係数Co＝1.0であること。建物重量と同等以上の重量になります。※大地震については、下記が参考になります。

中地震とは？1分でわかる意味、震度との関係、大地震との違い

混同しやすい用語

必要保有水平耐力と保有水平耐力

保有水平耐力とは、建物が実際に持っている水平方向の耐力です。必要保有水平耐力は大地震時に必要な最低限の耐力で、保有水平耐力がこれを上回っていることを確認します。

構造特性係数Dsと形状係数Fes

Ds（構造特性係数）は架構の靭性（粘り強さ）の程度を表す係数です。Fes（形状係数）は偏心率や剛性率など建物形状の偏りを評価する係数です。両方とも必要保有水平耐力の算定に使います。

試験での問われ方｜管理人の一言

保有水平耐力計算（保有耐力計算）は、必要保有水平耐力以上の保有水平耐力があることを確認します。Ds値は架構の靭性によって変わります。特に鉄骨造と鉄筋コンクリート造でDs値の設定が異なります。

必要保有水平耐力を整理した表を示します。

記号・項目	内容	備考
必要保有水平耐力（Qun）	Ds × Fes × Qud で算出	建築基準法施行令第82条の3
Ds（構造特性係数）	架構の靭性に応じた低減係数（0.25?0.55）	靭性が高いほど小さい
Fes（形状特性係数）	偏心率・剛性率から求める割増係数	偏心率0.15超で割増
保有水平耐力（Qu）	実際に建物が持つ水平耐力	Qu ≧ Qun が条件