連 載

新技術調査レポート

超高層建築物の革新的免制振構造

自ら揺れを打ち消す構造システム「BILMUS」（一財）建築コスト管理システム研究所・新技術調査検討会
ビ ル マ ス

免震制振データ集積結果「BILMUS」を取り上げ、その革新的な構造シス
日本免震構造協会では、免震建物および制振建物のデータ集積を当協会会員を中心に行っており、制震建物棟数は約1600棟となっています。
テムの特徴について詳報する（図２）。

2021年末までの免震建物棟数は、ビルもので約5300棟、戸建住宅で約4750棟、両者を併せると約10050棟、①免震建築物計画推移棟数（累積推移）

地震国の我が国は、構造規定の強化を図った昭棟（累積）②免震建築物計画推移－戸建住宅棟数（累積推移）
棟（累積）

5500

5500

和56（1981）年の新耐震基準法の施行以来、平成

5000

5000

4500

4500

4000

4000

７（1995）年１月の兵庫県南部地震の被災を経

3500

3500

3000

3000

2500

2500

2000

2000

1500

1500て、同年12月に「建築物の耐震改修の促進に関する法律（以下、「促進法」という）」を制定し、更免震制振データ集積結果

1000

1000

500

500

0～ 2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021
年
1999に平成18（2006）年１月促進法を改正して計画的

0～19992000 2001 200220032004200520062007200820092010

日本免震構造協会では、免震建物および制振建物のデータ集積を当協会会員を中心に行っており、
免震制振データ集積結果③制振建築物計画推移棟数（累積推移）
2021年末までの免震建物棟数は、ビルもので約5300棟、戸建住宅で約4750棟、両者を併せると約10050棟、制震建物棟数は約1600棟となっています。
日本免震構造協会では、免震建物および制振建物のデータ集積を当協会会員を中心に行っており、棟（累積）2021年末までの免震建物棟数は、ビルもので約5300棟、戸建住宅で約4750棟、両者を併せると約10050棟、①免震建築物計画推移棟数（累積推移）②免震建築物計画推移－戸建住宅棟数（累積推移）
1700
制震建物棟数は約1600棟となっています。

な耐震化の推進がされてきた。しかし、平成23
棟（累積）（2011）年３月の東日本大震災で、長周期地震動
5500⒜

免震建物の計画棟数

1600
棟（累積）
1500
①免震建築物計画推移棟数（累積推移）
5500
1400

②免震建築物計画推移－戸建住宅棟数（累積推移）

5000

棟（累積）
1300
5000

棟（累積）

4500

1200
5500
4500
1100
5000
4000
1000
4500
3500
900

5500

4000
800
3000
700
3500
2500
600
3000
2000
500
2500
400
1500

4000

300
2000
1000
～ 2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021
年
1500 1999
500
1000
02000
2001
200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019
2020
2021～1999
500
年

2000

による長時間の超高層ビルの揺れや体育館・音楽
4000
3500
3000

ホール等の天井の大規模落下が生じ、非構造部材
2500

2000
1500の耐震性の問題がクローズアップされた。天井の1000

500

耐震化技術については平成25（2013）年１月の本
0～ 2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021
年
1999

誌 № 80の本レポートで取り上げている。
1600
1500

1400
1300

震化目標や具体的な施策の作成と具体的措置が実1200

1100
1000

施される一方、耐震改修認定基準の緩和や建ぺい
900

800
700
600率・容積率の特例措置、耐震対策の促進のため緊
500
400

300

～ 2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021
年
1999

急的・重点的な補助制度の創設が図られ、現在に至っている。なお、耐震改修のための技術要素の事例については、平成28（2016）年４月の本誌№ 93の本レポートで報告している。

3500
3000
2500

～ 2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021
年
1999

⒝

棟（累積）

1700

4500

0

③制振建築物計画推移棟数（累積推移）

平成25（2013）年11月に促進法が改正され、耐5000

戸建て住宅免震建物の計画棟数

1500
1000

500
0～19992000 2001 200220032004200520062007200820092010③制振建築物計画推移棟数（累積推移）
棟（累積）

1700
1600
1500

1400
1300
1200

1100
1000
900

800
700600500
400

300～ 2000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015201620172018201920202021
年
1999

⒞
図１

制振建物の計画棟数

免震及び制振建物の計画推移

設立30周年を迎えた（一社）日本免震構造協会のデータ １） によると、2021年末時点で協会に登揺れを打消す

録された免震・制振建物は全国で11,650棟を数えている（図１）。今回、新たな構造形式で建設中の免震制振建物を取り上げ、これからの進展に注目していきたい。
本報では、まず従来の制振構造、免震構造の特徴や事例を紹介し、その上で新たな構造形式の一つとして清水建設が開発した構造システム

超高層建物の揺れ（ビルマス）

図２ 超高層建物と清水建設が開発した新構造シ
ステム「BILMUS」の揺れ方のイメージ

建築コスト研究No.1242024.481新技術調査レポート

震層を設ける位置で、建物と地盤との間に設ける基礎免震と建物の中間層に設ける中間層免震とに建物の構造形式は、耐震構造、制振構造、免震分類される。

構造の三つに大別される（図３）。これらの構造形式の違いは、地震エネルギーの処理の仕方にある（図４）。図４に描かれた四角で囲まれた面積

理想的な耐震作⽤
地震⼒

通常の耐震は各構造形式が地震時に処理するエネルギー（変制震A（履歴系）形×力）を示している。耐震構造は、地震力に対制震B（粘性系･超⾼層）して構造体（柱・梁・壁・ブレース等）で耐える免震構造である。作用地震力のすべてを力で抵抗するのが理想的な耐震であるが、通常の耐震構造では建物自体の変形、即ち柱、梁、壁などの損傷（ひび割れや降伏）を許容し、その際のエネルギー吸

変形

耐震・制震・免震における変形エネルギー処理の概念図

図４

地震エネルギー処理の概念図

２）

出典：参考文献２）を基に作成

収で地震の入力エネルギーを処理している。
制振構造は、地震エネルギーの吸収を建物の構制振建物の事例を図５に示す。ａ）は2011年東造体自体ではなく、「ダンパー」という特殊な装北地方太平洋沖地震の後に制振改修した超高層建置やシステムで行う構造である。これにより、建物の事例である３）。ｂ）のとおりオイルダンパー

物の損傷を抑制しつつ、建物全体の揺れを制御すとｃ）の荷重変形関係を持つ慣性質量ダンパーとる。更に、鋼材などの履歴系ダンパーを主とするを水平に配置してⅤ字ブレースで力を伝達するシ制振構造（制震Ａ）と粘性系ダンパーを主とするアリンク型で組み合わせた制振ユニットを低層階制振構造（制震Ｂ）とがあり、前者は耐震構造にに集中配置している。制振ユニットは桁行方向、近い応答性状を示し、後者は免震構造的な性状をスパン方向ともに14基ずつの28基を配置し、地震示す。近年では、これらを組み合わせた制振構造

エネルギーの大半をこれらの装置で吸収し変形をも増えている。また、制振構造におけるダンパー抑えている。の設置位置は、各階に分散して配置することが一般 的 だ が、TMD（Tuned Mass Damper） の よ
うに建物屋上などに集中配置する装置もある。
免震構造は、建物の特定の層を他の層よりも極端に柔に設計し、意図的に大きく変形させること

ｂ）シアリンク型制振ユニット

で建物全体を長周期化し、建物に入力する地震エネルギーの低減を図るとともに、そのエネルギーの大部分をその免震層で吸収する構造である。免
耐震構造

制振構造

免震構造

やや小やや小やや小

大 大大

小 小小

ダンパー

変形は
変形は
変形は免震層
免震層
免震層に集中に集中に集中

ａ）シーバンスS館制振改修（1991年竣工、2012年改修）
図５ｃ）慣性質量ダンパーの
荷重変形関係制振建物の事例

次に、免震建物の事例を図６に示す。ａ）は１階柱頭に免震層を設けた中間層免震の事例であ柱・梁などの構造骨組みが強さと粘りで地震に対応

建物に入力された地震エネルギーをダンパーが吸収し、揺れを低減

図３82

建築コスト研究

地盤から建物に作用する地震力を免震装置でやわらかく受け止め軽減

建物の構造形式

No.1242024.4る４）。免震層を高減衰ゴム系積層ゴムのみで構成し、開放感のあるピロティ空間を創出している。
また、ｂ）のとおり免震の可動範囲が地上となる

新技術調査レポート

ため、地下を大きく掘削せずにすみ、根切りコス一部をマスダンパーとして利用することで、地震トを削減できる。また、敷地境界いっぱいまで免や風に対し建物自らが揺れを打ち消し合うよう振震可動範囲を広げられるため狭隘な敷地でも建築動（同調）し、建物全体の揺れを低減する制振シ面積を最大化できる。なお、ｃ）は2011年東北地ステムである。その最大の特徴は、従来の制振建

方太平洋沖地震の際、当該建物で計測された免震物を凌駕する極めて優れた減衰効果である。従来

層変形のオービット（軌跡）である。の各層にダンパーを設ける制振構造を用いたS造の超高層建物と比較し、大幅な応答低減（加速度40 ～ 50％、せん断力５～ 30％、転倒モーメント10 ～ 45％）が期待でき、その結果、鉄骨や制振装置などの資機材も削減可能である。更に、基礎免震を採用した超高層免震建物と比較しても、建物頂部の加速度を２分の１程度に低減できる。

3.3ａ）清水建設技術研究所

本館 （2003年竣工）

制振の原理

BILMUSはTMDの原理を応用した制振システ
ム で あ る。 同 調 質 量 ダ ン パ ー で あ るTMDは 錘（マス）を重くするほど制振効果も高くなることが知られている。しかしながら、現実的に建物に載せることのできる錘の大きさには制約がある。
そこで、大きな錘を建物に載せる代わりに、建物の重量の一部を錘として利用してしまおうというｂ）１階柱頭中間層免震
図６3.1ｃ）免震層変形のオービットのがこの発想の原点である（図７）。

免震建物の事例

開発の背景

各地で頻発する巨大地震に対して、建築基準法で規定された最低限の耐震基準では、人命の保護は可能であっても、建物の機能維持や事業の継続、

図７

生活の持続、更には経済活動に必要な資産の保全

TMDとBILMUSの概念図が難しいことは明らかである。このような状況を建物上層階の重量を錘として利用するために背景に、特に公共性が高い超高層建物などでは、従は、通常同じ方向に振動しようとする建物（図８

来以上の耐震性が求められている。それに加えて、ａ））を互いに打ち消す方向に振動させる必要が社会の変化とともに建物が複雑化しており、よりある。本システムでは積層ゴムやオイルダンパー

高い耐震性能の実現と自由な計画とを両立できるなどで構成する連結部を設け上層階と下層階とに革新的な技術の開発が望まれていた。そうした中分離し、周期調整を行って互いを同調させているで清水建設が新たに開発したのが、建物自らで揺（図８ｂ））。

れを打ち消すよう振動する建物自体を制振装置化

連結部の設計は、TMDの制御則と同じ定点理した、革新的構造システムの「BILMUS」である。

論をベースにしている。定点理論はTMDを設置

3.2

BILMUSとはした際に現れる共振曲線上の定点の高さを揃える

５）ための、剛性及び減衰の設計手法である。減衰性

BILMUS

は、建物（ビルディング）自身の建築コスト研究

No.1242024.483新技術調査レポート

能を最大化する状態を最適同調と呼び、このとき、

3.4

適用の範囲上層階と下層階の位相はπ/２ずれた状態となっ

BILMUSはＳ造、RC造など建物の構造・用途て、揺れを打ち消し合う振動性状となる（図９）。

を問わず適用できる。一方、適用する建物高さに

なお、これまでの中間層免震とBILMUSの決定的ついては、高さが100ｍ以上、250ｍ以下が応答低な違いは応答低減の対象であり、中間層免震は上減とコスト低減を両立できるターゲット範囲と考部建物の揺れのみを、BILMUSは連結部の上部とえられる。これは建物高さが250ｍを超える程度

下部の両方を応答低減の対象としている点である。になると風荷重による連結部の変形対策のための装 置 コ ス ト が 増 大 す る こ と、 逆 に 建 物 高 さ が100ｍ未満や規模の小さな建物では、わざわざ上𝑥𝑥

慣性⼒𝑚𝑚𝑚𝑚

慣性⼒

慣性⼒𝑚𝑚� 𝑎𝑎�

ばね𝑘𝑘

周期：𝑇𝑇 � 2π𝑥𝑥

慣性⼒𝑚𝑚� 𝑎𝑎�

連結部

慣性⼒𝑚𝑚� 𝑎𝑎�

ばね𝑘𝑘
1質点系
��

�
�

��
��

上層の建物質量𝑚𝑚�
𝑚𝑚�
𝑇𝑇� � 2π𝑘𝑘�

下層の建物質量𝑚𝑚�
𝑚𝑚�
𝑇𝑇� � 2π𝑘𝑘�𝑘𝑘�ｂ）BILMUSの簡易振動モデル（２質点系）

���

最適振動数⽐：λ ������も下層に設けると下層部が短周期化し100ｍ未満𝑇𝑇� ≒ λ𝑇𝑇� となるよう連結部のばね𝑘𝑘� を設定することで、上層と下層とが揺れを打ち消し合うの建物と同様に中間層免震とした方が合理的な範囲となる。また、質量比は小さすぎても同調効果が 得 ら れ な い。 故 に、 連 結 部 の 位 置 は 質 量 比
0.1≦μ≦0.5を目安に設ける。

3.5

従来構造形式に対するメリットａ）経済性と環境性
BILMUSは連結部でのエネルギー吸収効率が高の低減により５～ 15％程度削減できる。このため、連結部の資材の増分はダンパー台数と鉄骨などの削減で相殺され、更なる削減にもなる。故に、CO２削減にも繫がる脱炭素技術としても有用なシステムである。
ｂ）耐震性の向上
BILMUSを採用する建物は、耐震性能として、1020Time[sec]30

上層階下層階上層階が下層階に遅れて動く

1020

Time[sec]

揺れの納まり方のイメージ

建築コスト研究No.1242024.4

JSCA性能メニューの上級ランク（層間変形角Lv１ : １/200以下、Lv2 : １/100以下）から、更にワンランク上の耐震性能（層間変形角Lv１：1/300BILMUS

図９84振動モデル

従来の制振建物

Disp.

150
100500-50 0-100-150

質量⽐：� �４分の１程度に削減できる。更に、鉄骨も地震力𝑇𝑇� ≒ λ𝑇𝑇� となるよう連結部のばね𝑘𝑘� を設定することで、上層と下層とが揺れを打ち消し合う

150
100500-50 0-100-150𝑇𝑇� � 2π𝑘𝑘�
𝑘𝑘�
μ（＝m2/m1）の設定によって決まる。質量比はいため、各層に設置するダンパー台数を従来比で�
最適振動数⽐：λ �
���

図８𝑚𝑚�

連結部の位置は、上層と下層の建物の質量比𝑚𝑚�

チューンドマスダンパーの原理を応⽤
高さの中間位置が連結層の下限となる。これよりチューンドマスダンパーの原理を応⽤
質量⽐：� �𝑘𝑘�

2質点系

2質点系

Disp.

周期：𝑇𝑇 � 2π𝑘𝑘�

連結部多いことによる。 下層の建物質量の半分（μ≦0.5）が上限である。つまり、建物ａ）耐震建物の簡易振動モデル（１質点系）

建物質量𝑚𝑚𝑚𝑚�

𝑇𝑇� � 2πでの中間層免震を採用した方が合理的なケースが𝑘𝑘�

大きいほど制振効果が高まるが概ね建物全体重量

1質点系
慣性⼒ 抵抗⼒�𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝑘𝑘

上層の建物質量𝑚𝑚� 𝑎𝑎�
層階に連結部を設けるよりも、基礎免震や低層階𝑚𝑚�

建物質量𝑚𝑚以下、Lv２：１/150以下）を実現できる。これに30

上層階下層階より、Lv２ 外力に対しても部材の塑性化を許容しない弾性設計が可能となり、大地震後も建物を継続使用できる。

新技術調査レポート

更に、従来の超高層建物では高次の振動モード風速計、連結部の変位計、低層部の地震計の三つに起因して上層階の応答加速度が増幅してしまうのセンサ情報を用い強風時のみ油圧ジャッキを稼課題があったが、BILMUSは連結部の効果により動する。ウィンドロックを連結部に複数配置しLv２ 地震に対しても上層階の応答加速度を家具のLv１ までの強風に対しては免震ELVが運行でき２

転倒目安とされる200cm/s 以下に抑えることがる変位（40mm）以下にロックする。ロック中に地可能で、居住者の安全性も確保する。

震が発生した場合は、即座に自動でジャッキの圧ｃ）計画の自由度を抜きロック解除する。

BILMUSは、地震力の低減により梁や柱の本数も減らすことができ、意匠設計の自由度を高められる。例えば、外周の柱スパンを通常オフィスの上層階連結部２倍程度に拡げることも可能で、居室からの眺望積層ゴムを最大限に享受できるワイドスパンも実現できる。

ウィンドロック

また、近年の大規模再開発は複合用途で上層階には高級ホテルや住宅が計画されることも多い。

オイルダンパーｅクッション
下層階

BILMUSは、下層階はオフィスに適したＳ造のまま、上層階は住宅やホテルに適したRC造というよ
うに、連結部を介すことで容易に構造切替えが可能で、住宅やホテルの商品価値向上にも寄与す

図10

BILMUSの構成要素

図11

積層ゴム支承の例

図12

オイルダンパーの例

る。なお、上層階のRC造化はトップヘビーとなり通常は耐震性の面で不利になるが、BILMUSではむしろマスダンパー効果が増すため有利に働く。

3.6

実現する上での課題と解決策6）ａ）耐風ロック装置
BILMUS（図10）実現の最大の課題は、地震と強風とでの相反する連結部の変形制御である。連結部は積層ゴム（図11）やオイルダンパー（図12）で構成され、地震時には連結部を大きく変形させてエネルギー吸収する。これに追従できるようタテ動線には大変形に昇降路のレールが追従できる特殊な免震建物用エレベーターが採用されるが、大地震だけでなく強風に対しても連結部の変形が40mmを超えると安全のため免震建物用エレベーターは運転停止してしまう。頻繁な停止を避けるため強風時は連結部を変形させたくない。そこで、地震と強風とで相反する動きが求められるが、この仕組みとして開発されたのが耐風ロック装置「ウィンドロック」である。
ウィンドロックは油圧ジャッキで直径500mmの摩擦板を上層部に設けたステンレス板に押し付け、摩擦力を発揮する（図13）。具体的には、１台当たり1,200kNの水平抵抗力がある。最上階の図13

耐風ロック装置（ウィンドロック）

建築コスト研究No.1242024.485新技術調査レポート
相対変位 [mm]

BILMUS- - 下層階変位 － 上層階変位

Time [s]６層目（上層階） ：加速度
加速度 [Gal]- - 従来制振 261Gal － BILMUS 138Gal

Time [s]図16

実験の時刻歴応答波形

（層）

図14

フェールセーフ装置「ｅクッション」
最大応答値ｂ）フェールセーフ
想定を上回る地震や暴風が発生した場合の連結部における過大変形を防止するためにフェールセーフ装置「ｅクッション」が採用されている（図14）。これは、物理的なストッパーとして鉄骨

最大加速度[Gal]

架構にゴムチップからなる緩衝材を取り付けて、衝突の際の衝撃を和らげつつ、変形を抑制する装図17

最大層間変形[mm]実験の最大応答値

置である。
ｃ）模型実験
BILMUSの効果を検証するため、６層せん断模構造システム「BILMUS」を始めとする新たな型による振動台実験がなされている。各層は鋼材制振構造または免震構造の普及が進むことによっによる質量とリニアガイド・コイルばね・オイルて、より安全で安心な社会が実現することを期待ダンパーによって構成され、最上層の６層目を上したい。

層階とし、下部の５層に対する質量比は約0.22である。６層目に設置したコイルばねとオイルダン

本報をまとめるにあたり、牛坂伸也様（清水建

パーで連結部を模擬している（図15）。南海トラ

設構造計画・開発部）には多大なるご協力をいた

7）

フ地震を想定した模擬地震動KA1 に対する実験だきました。ここに感謝の意を表します。の時刻歴応答波形（図16）から分かるように、BILMUSでは上層階と下層階の変形に位相差が生じ揺れを打ち消し合うことで建物全体の応答を低減している。上層階と下層階ともに応答加速度は従来制振に比べ４割以上低減されている（図17）。
1.7m
6層目

上層階

オイルダンパー

コイルばね

3.9m

高さ100m程度

連結部

下層階
リニア
ガイド

想定建物

実験模型（６層）
図15

86

建築コスト研究

加振中の模型写真

６層振動模型

No.1242024.4（参考文献）
１）（一社）日本免震構造協会「免震建築物の計画推移」2023年６月
２）石丸辰治『応答性能に基づく「対震設計」入門』p.10 図
1- 1，彰国社，2004
３）松井和幸、渡辺泰志、岡田睦、鷹羽直樹「「シーバンスＳ館」
制振改修について」『MENSHIN』№78，pp.12-15，（一社）日本免震構造協会，2012.11
４）半澤徹也ほか「2011年東北地方太平洋沖地震における東京湾沿岸の免震構造物の挙動」清水建設研究報告第88号，2011. １
５）BILMUS（ビルマス）が超高層ビルの構造を革新～絶大な制振効果でレジリエンスを向上させ、経済設計も実現～
https : //www.shimz.co.jp/company/about/newsrelease/2022/2022039.html
６）佐藤宏、今井克彦、牛坂伸也、吉田直人「BILMUS（ビルマス）がもたらす制振革命」『建築技術』2023年３月号，pp.130-135，㈱建築技術
７）国土交通省「超高層建築物等における南海トラフ沿いの巨大地震による長周期地震動対策について（技術的助言）」（平成28年６月24日）