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建築構造

京都大学 大学院工学研究科 建築学専攻
竹脇 出 教授

どのような地震にも耐えられる住まいを創り出すことをめざして建築構造の在り方を追究
建物にまず求められることは、その中で暮らす人たちを守る強さだ。もっとも、必要以上の強さは、費用や時間がかかり、使い勝手も悪くなることがあるため、建築物の使用目的に応じた強さがあればいい。この強さ（強度）を与える仕組みのことを建築では構造という。
日本は地震をはじめ自然災害の多い国であり、古くから耐震性の高い建築構造の研究に力が注がれてきた。特に近年は、それぞれメカニズムが異なる免震構造と制振構造を組み合わせたハイブリッド構造が注目されている。

建築物に作用する力の種類に応じて建築物に最適な構造を考えるえる必要があります。硬い地盤が地表近くまで達している場合には、地下階が硬い地盤に固定されますが、それが深い地盤では杭を打って支えます。

制振構造や免震構造に加えハイブリッド構造に注目が集まる建築物に作用する力は、大きく分け

杭を打つには、敷地のボーリング

耐震構造の基本的な考え方は、地て「長期荷重」と「短期荷重」の２調査（地中に細く深い穴を掘ること）

震の揺れに耐えられるように柱や梁、種類があります。長期荷重は、重力にをして硬い地盤までの深さを計測し壁などの強度を高めるというものです

よるもので、内部にいる人や家具等のますが、杭を打つすべての場所を調が、最近では、制振構造と免震構造重さ、および建物そのものの重さであ査するわけではありません。場合にが普及してきました。

る自重 です。これらは鉛直方向の力

よっては硬い地盤まで届いていない

地震が起きたとき、高層建築物やで、長期的かつ常時作用しており、あ杭も出てきます。そのため、長期荷大規模建築物で最も警戒しなければまり力の大きさが変わることはありま重に関しては、杭打ちが最大のテーならないのは、周期が数秒以上のゆっせん。

マといえます。近年は、杭の底面のくりとした長い揺れで、震源から遠い面積を広げた、耐力の大きい「拡径地域にまで伝わる長周期地震動です。

杭」が注目されています。

建築物には揺れやすい周期（固有周じ じゅう

短期荷重は、地震や台風などから受ける力で、作用する時間は短期的です
が、力のかかり方は一定ではなく、力なお、柱と柱の間隔が長いと、人が期）があり、固有周期の長い超高層ビの強さも、力のかかる方向も複雑に変歩くだけで床や梁が揺れてしまいます。

ルはこのような長周期地震動と共振し化します。

そうした振動を抑える技術も長期荷重やすいからです。長周期地震動に対対策として開発されています。

して、超高層ビルは高さによって２～長期荷重に対応するためには、柱はりや、柱の上に横たえて屋根を支える梁、短期荷重をもたらす代表例は、地震８秒の周期で大きく揺れます。ちなみ

床などに、自重に耐える強度を持たせや台風、暴風雨などです。日本は地震に、2011年３月11日の東北地方太平る必要があります。自重は最終的には国ということもあり、短期荷重の対策

洋沖地震の際、大阪の超高層ビルの地盤で支えますが、１～３階建ての低は耐震設計が中心です。現在では、最上階では片側で最大１mの揺れが層建築物では多くの場合、地面に直外部から作用した力によって建物に蓄10 分間程度続きました。

接、基礎（建築物を安定させるためのえられるエネルギーの大きさを計算す土台）の工事を行い、建築物をそれにることにより、最適な強度を出すようばねやゴムなどを用いて衝撃を弱めた固定する方法が用いられます。一方、な構造設計が行われています。

り、振動が伝わるのを止めたりするた

高層建築物の場合は、硬い地盤で支60 Kawaijuku Guideline 2016.4･5

こうした揺れを軽減させるために、めの装置であるダンパーを使って、地第 33 回

建築学＜図＞耐震・免震震エネルギーを吸収する制振構造が開発されています。現在、ほとんどの超高層ビルの屋上には、TMD（TunedMass Damper）が設置されています。
揺れが起きると、その反動または電気的な力を用いて、揺れとは反対側に重概説

量物を動かし、建物全体の揺れを軽減させる装置です。東京スカイツリ
ーでは、このようなTMDの装置の他最近は、「最悪地震動」に関する研ます。心棒の周期は14 秒、周囲の構部分が壊れないようにして復旧につな究に重点的に取り組んでいます。建造は10 秒と周期差があるため、大地げる「レジリエンス（回復力・機能維物を構成する各部材の性質のばらつ震の際の揺れを軽減することができる持能力）」という考え方や、頑丈な構き具合や、地盤の揺れ方のばらつきのです。

造を意味する「ロバスト性」、さらにはなどを考え合わせた上で、その建物これに対して、免震構造では、地震さまざまな工夫を加えた多重安定性とにとって最悪の地震動となる場合をの揺れを建物に伝えないようにするこいう意味の「冗長性」などをキーワー特定しようという研究です。最悪のとを第一に考えます。現在では、建築ドとした、より安全性の高い建築構造ケースを解析することで、「想定外」物の基礎部分と建物の間に揺れが伝をめざした研究開発が行われています。の被害が出ないようにするための研究置が実用化されています。
このように制振構造と免震構造は別々の考え方に基づいており、それぞ最悪地震動を見極めることで想定外の揺れに対応可能な構造を模索

であり、南海トラフ地震の発生が予測されている今だからこそ、極めて緊急性の高い研究だと考えています。
最後に、建築学科を志望している高校生の皆さんに、ぜひ伝えたいことが造では、ダンパーは地震が起きてもす備えたハイブリッド構造の研究を行あります。それは高校では、数学と物ぐには効果を発揮しませんが、長周期う一方で、構造設計を行うための基本理はしっかり学んできてほしいという地震動には効果があります。逆に、免的な理論構築や技術開発にも力を入ことです。最先端の研究も、高校で習震構造では、共振が起きて長周期地れています。

う数学や物理がベースだからです。

例えば、一般の建物は揺れても元に建築設計・意匠分野に進む人にとってはあるものの、直下型地震のような短戻る弾性の性質と、戻らなくなる塑性も、数学は重要です。著名な建築家

く強い揺れをよく吸収してくれます。の性質がありますが、大きな揺れを経のデザインはセンスの良さで語られま験して塑性化した後に建物がどう共すが、そうしたセンスを下支えしてい両者のよいところをあわせた「ハイブ振するかは、計算機で何万回も計算するのは緻密な数学的計算であることもリッド構造」です。例えば、建物の外る必要がありました。そこで、私は地多いのです。建築環境・設備分野に側に頑丈なフレーム（アウトフレー

震動を波ではなく、衝撃力に置き替え進みたいのであれば、化学もしっかりム：パーキングタワーなど）を設置し、ることで、地震による揺れの大きさを勉強しておくといいでしょう。また、免震構造の建物とアウトフレームを手計算で求めることができる方法を開歴史も大切です。技術開発の変遷を連結ダンパーでつなぐような構造です。

発しました。半世紀に渡る難問を解たどることで、建築の世界がより深く短い急激な揺れは免震装置で吸収し、決したのです。近似的ではあります理解できるようになるからです。英語長周期地震動は連結ダンパーで吸収が、精度が非常に高いことが証明されも、ものの見方や世界を広げてくれるするわけです。ています。これにより建築物の揺れをコミュニケーションツールですから、簡単に計算することができます。

しっかり身につけてきてください。

そのため、最近注目されているのが、このほか「建築構造」では、被害をKawaijuku Guideline 2016.4･5 61

卒業後の進路震動による大きな揺れが起こる可能性

コラム

私の研究室では、アウトフレームを教育れに得意不得意があります。制振構

そ せい

建築環境・設備

わりにくいゴム材料をはさんだ免震装

建築構造

受けたとしても、柱や梁などの重要な建築計画・意匠で連結された制振構造を採用してい入試情報（竹脇 出教授提供）に、中心を通る心棒とオイルダンパー