石巻赤十字病院

免免震震構構造
造普普及及のの起起爆爆剤剤ととななっった
た病病院
院●免震構造により災害拠点としての機能を発揮した石巻赤十字病院
東日本大震災の石巻市全体の被害は、死者 3173 名、行方不明者 717 名（9/26 現在）と被災県の市町村の中で最も多い人数で、甚大な被害となりました。亡くなられた方々のご冥福をお祈り申し上げます。
その中で、地域災害拠点病院を目指し免震構造を採用した石巻赤十字病院は、免震構造として性能を十分に発揮し、地震直後においても石巻地区で病院機能を維持することができた唯一の施設として、多くの人命を救うことができた。この内容はテレビや新聞などを通じて報道され、免震構造の効用を広く社会に啓蒙し、今後の普及に大きな寄与する素材となったものである。

災害拠点病院として設計時に盛り込んだもののうち、特に震災時に功を奏したものは、構造的には、大きく以下の①②があり、建築・設備的には以下の③④がある。
①免震構造により床応答加速度が低減して重要医療機器の転倒破損がなく、病院機能維持に大きく貢献。
②敷地近傍の旧北上川の洪水対策として盛土をしており、結果的に津波浸水を免れることもできた。また
大地震時に液状化の恐れのある地盤のため、建物本体、医療ガス建屋、インフラ引込部分、ヘリポート等の災害時に機能維持が必要な部分には砂杭による地盤改良を採用し、結果的に液状化せずに保持でき、特に、ヘリポートは多くの人命救助移送に役立つことができた。
③暴風雪対応として玄関に大庇を配置しており、これが被災者や医療機器等の一時的な雨よけとして対応でき、さらに１階のエントランスホールに医療ガスの予備アウトレットを多く設置したため、１階ホールで簡易的な救急医療行為が可能であった。
④電気引込み２系統化と共に、最上階に設けた自家発電機により、インフラ寸断時にも電源供給が可能であった。また、雑水用受水槽は備蓄量を多くするなど、地震時の機能確保に配慮した設備計画が功を奏して、永続的な医療行為が可能であった。これら設備機器も建屋の免震構造化により、機器転倒による機能不全に至らなかったものである。
これら①～④の対策により災害拠点として機能したことをここに示すと共に、今後の貴重な資料として、今後の再使用に関する性能確認を目的として、鋼材ダンパー１台（実物）を取出し、疲労試験行った結果も最後に示す。必要とされる性能を確保できる結果のため、交換なしに補修のみの対応としている。

ヘリポート

駐車場

病院
玄関調整池
駐車場

建物全景

敷地配置図

１．概要

石巻赤十字病院

免免震震構
構造
造普
普及
及のの起起爆爆剤剤ととななっった
た病
病院
院

●建物概要
概要
病室

建築／延床面積：10173 m2／32486 m2
階 数：地下 1 階地上 7 階塔屋１階
管理人工透析
赤十字プラザ

軒高／最高高さ：21.4 m／26.2 m
外来

救急
機械

カルテ

構造種別：鉄骨造、免震構造
免震層

基 礎：節杭地業 RC 造マット基礎
病室

病床数：402 床
建築主：日本赤十字社

分娩
手術
医局

外来

外来

待合

設 計：日建設計サービスヤード

施 工：鹿島建設

放射線倉庫

非常排水槽

免震層

工 期：04 年 8 月～06 年 2 月
断面図

建物構成は、地下を水槽や機械室等の設備、１階入口に２層吹抜けのエントランスホー
救急ル（赤十字プラザ）を設け、１階２階は主に外来・診療部門の諸室、３階～６階を主放射線に病室とした諸室を配置し、最上階（７階）
検査には非常用自家発電機などの機械室を配置
赤十字している。

入り口プラザ

個室的多床室を目的とした病室のスパン

外来待合割と、下階診療部門で必要とされるスパン割の違いを変換する目的と、病室階および診療部門の各種設備配管等の展開を目的として外来部門

２階上部には ISS 層（トラス梁）を設けているのが、上部構造の特徴である。

病棟

１階平面図

1フロア2看護単位（52床前後X2）

非常用発電機室
屋外機置き場

空調機械室

病室階（4～6 階）平面図

７階（最上階）平面図

2．建物概要石巻赤十字病院

免免震震構構造
造普普及及のの起起爆爆剤剤ととななっった
た病病院
院

●構造概要
・敷地地盤と基礎構造
本敷地地盤は３つの重要な要素がある。
上部構造：鉄骨造

約 70ｍ以深に洪積層が出現するが、このPHFL

7FL

層からはメタンガスが発生するため、支持6FL

5FL杭として掘削するにはリスクが高い。中間ＩＳＳトラス梁
4FL部の洪積粘土層は正規圧密程度で、過大な3FL荷重を与えると大きく沈下する。最上層の

2FL

1FL

砂層は最大 N 値 20 であるが、その下部はTD±0
B1FL

免震層
（１F・下）（１ ・B1F下）

大地震に液状化の恐れがある。

≒10m
沖積砂質土層(As1)

沖積砂質土層5m
TD-10m

Ｎ20

そのため、上部の強度の高い砂層を利用
Ｎ4しつつ摩擦杭により中間層で建物を支持

沖積粘土

沖積砂質土層(Ac1)

TD-20m≒20m既製コンクリート節杭するパイルドラフト基礎とした。また、液TD-30m

7m

沖積砂質土層(As2)状化の恐れのある個所については砂杭にＮ10沖積砂質土層(As2-c)

沖積砂質土層沖積砂質土層(As2)TD-40m

より防止している。
沖積砂質土層(Ac2)

沖積粘土

沖積砂質土層(Ac2-s)

20m
TD-50m

・上部構造
沖積砂質土層(Ac2)

上記地盤条件から極力軽量化を計りたい

沖積砂質土層(Ac2-s)
TD-60m

点、上層階と下層階を ISS で結ぶためト
洪積砂礫層(Dg1)

洪積層

TD-70mラスが必要になる点から鉄骨造で計画し洪積粘性土層(Dc)た。また建物外周の低層しかない部分は、TD-80m

地下１層分を RC 造で、かつ水槽など重工学的基盤▽洪積砂泥互層(Dalt)

TP-95m
TD-90m量物を配置して、全体の重量バランスに
構造概要図配慮した。

・免震構造
地盤卓越周期が 1.40 秒と長いため、免震固有周期と合致し励起しないように考え、比較的長い固有周 期をも つ免震 層の設計を考え た。結 果とし て、NRB、弾性滑り支承、鋼製ダンパーを用いることとし、固有周期を初期剛性時で 1.45 秒、極稀時（49 ㎝）で 3.73 秒、アイソレータのみの場合で 5.39 秒の免震層とした。ダンパー量は建物重量に対し約 5％とした。

免震部材配置図

3．構造概要石巻赤十字病院①免震構造

免免震震構構造
造普普及及のの起起爆爆剤剤ととななっった
た病
病院
院

床応答と免震層の状況

・地震時の変形罫書き板の計測結果では、最大変形量 26 ㎝（東西方向）であった。これは設計時に想定した極めて稀に起こる地震時の最大応答値約 49 ㎝の半分程度の数値となっている。
設計時に想定した極めて稀に起こる地震時の東西方向の病室最上階(６階)の床応答加速度は約 300gal であるため、地震時にはおおよそ半分程度の 150gal 程度の加速度が生じたと考えられる。

・地震直後の６階の状況
６階や上階の設備階においても重要な設備・医療機器の転倒はなかった。しかし、150gal 程度の加速度が生じたと推定できるため、写真のように机上の書類や扉のない棚に置かれた書類などは滑動し床面に落下したが、怪我もなく、書類などを整理するだけで直ぐに医療活動に復帰できている。
６階

地震直後の状況

・地震後の免震層の状況
鋼材ダンパーのほぼ全数で塗装の剥がれがみられ、多くの部分でダンパー取り付けボルトの緩みがみられた。しかしダンパーの形状変化とそれに伴う塗装の剥がれから、所定の性能を十分発揮したと考えられる。なお、アイソレー
タ・弾性すべりには塗装の剥がれが数か所みられた程度でボルトのゆるみは確認されてなかった。
必要個所の増し締め等の応急処置により 3/11 以降の余震にも十分に耐えている。

免震部材配置図

4．地震被害の地震被害の状況

石巻赤十字病院②地盤対策

免免震震構構造
造普普及及のの起起爆爆剤剤ととななっった
た病病院
院

震災の状況

・津波浸水の状況
敷地近傍は津波浸水があったが、本敷地は旧北上川の洪水対策として高い部分で３ｍ近い盛土をしており、結果的に津波浸水を免れた。

●新病院

●旧病院

本敷地（左）と浸水状況（右）・地盤液状化対策
下図に示すように、建物本体、医療ガス建屋、インフラ引込部分、ヘリポート、の災害時に機能維持が必要な部分には動的締固め砂杭工法による地盤改良を採用し、結果的に液状化せずに保持できた。
枡等築造部改良範囲

インフラ引込部
改良範囲
ヘリポート
改良範囲
建物本体部改良範囲
建物外周部改良範囲

調整池法面改良範囲

地盤改良体配置図

5．敷地地盤の敷地地盤の状況

石巻赤十字病院③災害拠点対策

免免震震構
構造
造普普及及のの起起爆
爆剤剤ととななっった
た病
病院
院

震災時の状況

・ ヘリポートの様子
ヘリポートも地盤改良体を設けており、液状化しなかった。多くの人命を救うことができた。

ヘリポートと玄関前大庇

ヘリポートの様子

・大庇廻りの様子
暴風雪対応として玄関に大庇を配置しており、これが被災者や医療機器等の一時的な雨よけとして有効に機能した。この大庇を外部の拠点として多くのテントが張られ、救急医療の機能を発揮できた。

玄関前庇、テントの状況

6．災害拠点としての災害拠点としての活躍としての活躍（
活躍（1）石巻赤十字病院③災害拠点対策

免免震震構
構造
造普普及
及のの起
起爆
爆剤剤ととななっった
た病
病院
院

震災時の状況

・１階の状況（1）１階エントランスホールは、大規模災害時の活動拠点として機能できるように可動式の家具什器で構成している。震災時には、設計時の想定通りに椅子等を頻度の少ない中待合に片付けてオープンなスペースを構成し、軽傷患者の受け入れと簡易的な救急医療行為を行うことができた。

１階エントランスホール（赤十字プラザ）の通常時（左）と地震発生後（右）の様子

・１階の状況（２）１階エントランスホールに隣接する外来待合も、大規模災害時の活動拠点としての機能を盛込んでいた。特に外来待合の壁面には医療ガスの予備アウトレットを多く設置し、やや重症の患者まで対応できることとしていた。震災時は中傷患者の救急医療行為を行えた。

１階外来待合の通常時（左）と地震発生後（右）の様子

7．災害拠点としての災害拠点としての活躍としての活躍（
活躍（2）石巻赤十字病院④災害拠点対策

免免震震構構造
造普普及及のの起起爆爆剤剤ととななっ
った
た病
病院
院

設備の状況

・電気設備の概況
受変電は別の変電所からの２系統としており（右図）、２日後の電力復旧に大いに役に立っている。
・上水の概況
上水は行政指導で 0.5 日分の容量しか保管できない。そのため、地下１階の上水層に給水車から送 ることによって急場を凌いでいる。
・ガスの概況
海岸沿いの中圧ガス基 地が津波により配送不可能となった。そのため、敷地にガス圧送設備を設置し、タンクローリーからこの設備を 介して病院内にガスを送ることで対応をした。これも、敷地内インフラの液状化対策、免震構造により建物内配 管の損傷無しであったため、可能となった。

給水車（左）と地下１階受水槽（右）の様子

臨時ガス圧送設備時（左）とタンクローリー（右）の様子

8．機能維持に機能維持に配慮した
配慮した設備計画
した設備計画

石巻赤十字病院

免免震震構構造
造普普及及のの起起爆爆剤剤ととななっった
た病
病院
院⑤鋼材ダンパー震災の状況
・疲労試験の計画
本病院は 3/11 までに震度５弱以上の地震を既に２回受けており、大変形した鋼材ダンパーが今後も十分なエネルギー吸収能力を確保できているかを調べるため、８本組外付けタイプ１体を取出し（新品と交換し）、疲労試験を行うこととした。試験体は２本組の４体、試験は以下の２種類とした。
試験(1)３体は罫書き板の最大変形振幅(下図δ1=±213 ㎜)を与えて破断までのループ回数を計測する。
Miner 則によって鋼材の低サイクル疲労を評価できる方法はよく知られているが、今回の地震は継続時間が長く、罫書き板は半径 80 ㎜以内の部分は罫書き線が重なり真っ黒の状態であったため、この部分がどの程度疲労しているかを精度よく考慮するために３体の試験を行った。
試験(2)残る１体は設計許容変形（49 ㎝）の振幅を与えて破断までのループ回数を計測することとした。
これは設計仕様（初期性能）として「設計許容変形（490 ㎜）×10 ループ分」を総エネルギー吸収能力として求めているが、再使用にあたりこの値を満足しているかを確認する目的で行った。
⑧ ⑦N⑧⑦③④

疲労試験載荷方向⑥①⑤②①②⑤⑥

ダンパー番号（中央）(取出した)鋼材ダンパー試験体写真（左）試験番号（右：①＋⑧…など４体）

北(+Y)

δ2P3100P6 P7P9δ1P8P2P1西(－X)

東(+X)

P11P4P10-100300

100-300200-200P12P5δiP13P7’P14R80-100南(－Y)
図：罫書き板 No.1 の様子

・疲労試験の予測と結果
試験(1)の±213 ㎜ (γt=127%)、試験(2)の±490 ㎜ (γt=292%)、各々の既往の試験結果による破断ルー
プ回数予測値を別図に示す。試験結果を下表に示す。試験結果より以下の２点が分かった。

試験(1)
試験(2)

平均値
76 回
24 回

平均値－２σ
51 回
15 回

試験結果
①76 回 ②70 回④25 回

要求値(試験(2)のみ)
③77 回
10 回

1）半径 80mm 部分を除いた疲労損傷度と本試験結果はよく合っていたため、半径 80mm 部分の影響は小さく、大きな変位のみを対象に検討することで、十分な疲労損傷度の推定が可能であるといえる。なお本試験では、試験結果の平均値-2σのばらつきを考慮しても十分安全側に疲労損傷推定ができた。
2）U 型ダンパーは、疲労損傷しているものの設計要求性能を満たしており、継続的に使用可能である。

9．被災したダンパーの被災したダンパーの性能確認したダンパーの性能確認（
性能確認（1）

石巻赤十字病院

免免震震構
構造
造普
普及
及のの起起爆爆剤剤ととななっったた病
病院
院

1000

試験載荷方向γt=292%

既往試験0°

せん断変形角 γ t [%]試験体 4
試験体 1,2,3

既往試験45°100

既往試験90°γt=127%
試験平均値
100.77 倍
55 回

25 回

試験平均値－2σ(標準偏差)
80 回

18 回
1110100

1000

10000

100000

繰り返し回数 [cycle]

図：U 型ダンパーの疲労性能曲線90140

吸収エネルギー[kN・m]

8012070100

吸収エネルギー60
最大荷重50804060

最大荷重[kN]

70 回目で 0°方向ダンパー破断

304020201000050100150200250

300

繰返し回数

試験体 2の最大荷重の推移
250

180

25 回目で 0°方向ダンパー破断
160
吸収エネルギー[kN・m]

200

140120吸収エネルギー

150

100

最大荷重

80
100

最大荷重[kN]

41 回目で 90°方向ダンパー破断

6050400020051015202530354045

繰返し回数

試験体 4の最大荷重の推移

上段：振幅±213mm(γt=127%)の試験体 2、下段振幅±490mm(γt=292%)の試験体 4・おわりに
大地震時に免震構造による床応答の低減により被害を相当減らすことができたことは、震災後の機能維持を目的とする場合には免震構造採用が最も現実的な回答であることを示したものである。本病院が大規模な震災でも機能維持し続けた代表例として、今後多くの施設で免震構造が採用されることに大きく弾みをつけるものとなったと考える。
本施設においても震災直後から医療活動を継続するには、多くの困難な状況があったが、関係者の熱意と努力で乗り切ってきたと伺っております。病院関係者の皆様方のご尽力に深く敬服致します。

10．
10．被災したダンパーの被災したダンパーの性能確認したダンパーの性能確認（
性能確認（2）