建物の転倒

この記事の要点

建物の転倒は塔状比（最高高さ÷幅）が大きいひょろ長い建物で起きやすく、地震力による柱の引き抜き力が地耐力を超えると生じる。

直接基礎は引き抜き力に抵抗できないため転倒しやすい条件では杭基礎を採用し、引き抜き抵抗力を確保することが重要。

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建物が転倒するというイメージは、例えば教科書を縦に置いて、それを指で軽く押してみれば意味が理解できます。

本は、全く破損していないにも関わらず建物としては機能しない状態となりました。

さて、転倒しやすい建物の特徴としては、「ひょろ長い建物」と言えます。ひょろ長い建物を専門的に言うと、

「塔状比が大きい建物」

です。

塔状比とは、建物の最高高さ／幅で計算できます。この値が４を超えれば、塔状建物と言って、ひょろ長い建物に該当します。

これは、素人の方でも直感的に理解でるでしょう。また、建物は柱が４本以上存在しています。

地震力が作用した場合、一方には圧縮力が、もう一方には引き抜き力が作用します。

建物が転倒しない条件とは、これらの押し引きの力に対して地耐力や支持力を満足することを意味します。

さらに、直接基礎は引抜力に対して抵抗することはできません。つまり、転倒しないためには、大きな基礎が必要になるのです。

一方、杭基礎は引抜力に対して抵抗することができます。杭を使えば、引き抜き力を許容しつつ、引抜抵抗力を超えないようにすれば問題ありません。

混同しやすい用語

塔状比

建物の最高高さを幅で割った比率で、塔状比が4を超えると「塔状建物」と定義され、転倒しやすいひょろ長い形状となる。

アスペクト比（長辺／短辺）とは算定方向が異なり、塔状比は鉛直方向の細長さを評価する指標である点が違う。

直接基礎と杭基礎

直接基礎は地盤に直接フーチングを置く形式で、支持力は発揮できるが引き抜き力に抵抗できないため転倒しやすい条件に弱い。

杭基礎に対して施工が簡便で経済的だが、地震時の引き抜き力が大きい塔状建物では転倒リスクが高まる点が異なる。

建物	最高高さ	幅	塔状比（高さ/幅）	判定
建物A	12 m	4 m	12/4 = 3.0	塔状建物でない（4以下）
建物B	20 m	4 m	20/4 = 5.0	塔状建物（4超）
建物C	24 m	5 m	24/5 = 4.8	塔状建物（4超）

建物Bを詳しく検討：高さ20m、幅4m、地震力による転倒モーメント Mt = F×H/2

塔状建物（塔状比>4）は引き抜き力に対する抵抗が重要 → 直接基礎より杭基礎が有利

条件	塔状比	直接基礎	杭基礎
低層・幅広	≦4（非塔状）	引抜不要→適用可	コスト増になる場合も
高層・細身	＞4（塔状）	引抜抵抗なし→転倒リスク	引抜力に抵抗→有利

Q. 最高高さ22m・幅5mの建物の塔状比を求め、塔状建物かどうか判定せよ

A. 塔状比 = 22/5 = 4.4 → 4超のため 塔状建物 に該当する

Q. 塔状建物の転倒対策として直接基礎より杭基礎が適する理由は？

A. 地震力により一方の基礎に引き抜き力が生じるが、直接基礎は引き抜き力に抵抗できない。杭基礎は杭の引き抜き抵抗力を活用できるため、転倒に対して有効

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この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営（16年以上）。著書「わかる構造力学」「わかる構造力学（改訂版）」（工学社）。