【構造設計】法改定の背景を知る～意図とは逆に行ってしまった基準運用
こちらで法改定の背景を書いてきましたが今回はそんな改定の中で本来の趣旨とは異なる形で運営されている偏心率について書いていきたいと思います。
偏心率を満足させることが本当に安全なのかを考えるきっかけになればと思います。
①偏心率が誕生した背景
重心と剛心が乖離している（剛心が偏っている）建物を偏心していると呼び、現状の建築基準法の中では規定値以上に偏心している場合には、ルート３で設計することになります。またそのルート３で保有水平耐力計算をする場合には、必要保有水平耐力を割り増して、それを満足する耐力を確保することになります。
この偏心率に対しての規定が生まれた背景についてですが、1978年の宮城県沖地震で八戸の図書館が壁の偏在によるねじれによって大破したと推測されましたが、壁があったことによって倒壊を避けられたという意見もありました。
倒壊は免れたとは言え剛性が偏在していることが構造上は不利になることが見えてきました。
②平面解析を前提とした偏心率
1981年に施工された新耐震設計法に偏心率は取り入れられました。この段階では手計算を前提とした評価方法として作られました。
本来は日本建築学会が10年後にDs値やFesを見直し、改正するはずでしたがなんの改定も行われませんでした。結果としては1995年の兵庫県南部地震をきっかけに改正が行われましたが、特に偏心率については見直しは行われませんでした。
この時期にWindowsが発売され、コンピューターが進化したことにより一貫計算プログラムが構造計算の主流になりました。
現在では、応力解析は偏心の影響を考慮した三次元立体解析が主流となりました。保有水平耐力計算では荷重増分法が主流になっています。
これらの解析手法が主流になることで、平面解析を前提としていた新耐震設計法との矛盾が生じました。
微少変形理論を用いた応力解析を用いることで、耐震壁の上部に逆せん断力が生じる場合があり、各通りごとの変位に基づいて水平剛性を算出し、それに応じて剛心が決定される剛性率の定義が成り立たなくなりました。
こういった矛盾に対しては計算プログラムによって、それぞれの方法で補正がなされることになりました。
③偏心率を満足させることが本当に安全なのか
そもそも三次元立体解析ではねじれによる応力が考慮された解析結果となるため、一次設計に対してはその応力に対して許容応力度計算をすれば十分となります。
ただし、ねじれを止めるために直交方向のフレームに対しても応力が生じるため、柱には二方向の応力が生じることになるため、一方向の応力に対してだけでなく、二方向の応力を足し合わせての検討が必要になります。しかし、一般的には一方向に対しての断面算定だけになっています。
一次設計での許容応力度計算においては危険側の検討になっている可能性がありますが、保有水平耐力計算においては、二重に偏心による影響を考慮していることになります。
すでに偏心することによる応力割り増しが考慮されているのに、さらにFesを考慮することは矛盾しています。
このように手計算での考え方と立体解析による違いによる不整合を抱えたままの基準になっています。それ以外にも非剛床がある場合の偏心率の算定の意味があるのかなど他にも課題があります。
一時期はこの矛盾に対して、必要保有水平耐力の割り増しを不要とすることが認められていた時期もあったそうですが、耐震偽装事件をきっかけに割り増しを不要とすることは違法であるという扱いになり、そういった工学的判断も認められなくなったそうです。
実際に背景を知らないと偏心率を改善するために耐震壁を取りやめたり、やたらと耐震スリットを設けるといったことが発生します。これらの設計は本当に安全側の設計になっているのでしょうか？
壁の多い建物の耐震性の高さはこれまでの地震被害からも証明されています。偏心によるねじれにおいても、剛性を高くしてねじれる量自体が小さければ、偏心していることでの問題は特にありません。
こういった背景を知ったうえで本当の耐震性能を考えることが求められます。
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