耐震基準

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耐震基準（たいしんきじゅん）とは、建築物や土木構造物を設計する際に、それらの構造物が地震力に耐えられるように設計するための強度を定めた基準である。日本においては、建築物には建築基準法及び建築基準法施行令などの法令により定められた基準が、また、原子力発電所などの重要構造物や道路・橋梁などの土木構造物には、それぞれ独自の基準が設けられている。ここでは建築物の耐震基準について述べる。

[編集] 用語

水平震度

地震時に構造物にかかる水平加速度の重力加速度に対する比（例：水平震度0.1＝0.1g）。

気象庁が発表する揺れの大きさを表す震度と名称が似ているがまったく別の概念である。

保有水平耐力

「許容応力度等計算」という構造計算法においての二次設計に用いられる耐力。非常に大きな力を受けた場合、各部材は「弾性域」と呼ばれる復元可能な領域から「塑性域」と呼ばれる歪みを残留する領域に順次移行するが、それらが蓄積して、ある階を崩壊に至らしめるような水平力が存在する。これを以ってその階の保有水平耐力とする。どのような崩壊形を以って崩壊とするか、またその解析法についてはいくつか用意されており、同一の構造でも設計者の方針によって異なる数値となることがある。実務上では構造解析プログラムを用いて算定されるのが殆どである。

[編集] 日本における耐震基準の変遷

1920年（大正9年）12月1日　市街地建築物法（大正8年法律第37号）施行

第12条において、「主務大臣ハ建築物ノ構造、設備又ハ敷地ニ関シ衛生上、保安上又ハ防空上必要ナル規定ヲ設クルコトヲ得」と規定される。

市街地建築物法施行規則（大正9年内務省令第37号）において、構造設計法として許容応力度設計法が採用され、自重と積載荷重による鉛直力にたいする構造強度を要求。

ただし、この時点で地震力に関する規定は設けられていない

1923年（大正12年）9月1日　関東大震災

1924年（大正13年）　市街地建築物法施行規則改正

許容応力度設計において、材料の安全率を3倍とし、地震力は水平震度0.1を要求。

1950年（昭和25年）11月23日　市街地建築物法廃止、建築基準法施行（旧耐震）。

具体的な耐震基準は建築基準法施行令（昭和25年政令338号）に規定された。

許容応力度設計における地震力を水平震度0.2に引き上げた。

1971年（昭和46年）6月17日　建築基準法施行令改正。

1968年十勝沖地震の被害を踏まえ、RC造の帯筋の基準を強化した。

1981年（昭和56年）6月1日　建築基準法施行令改正（新耐震）。

一次設計、二次設計の概念が導入された。

2000年（平成12年）6月1日　建築基準法及び同施行令改正

性能規定の概念が導入され、構造計算法として従来の許容応力度等計算に加え、限界耐力計算法が認められる。

[編集] 現行規定

[編集] 建築基準法の規定

建築物の構造耐力は建築基準法第20条で以下のように規定されている。

建築物は、自重、積載荷重、積雪、風圧、土圧及び水圧並びに地震その他の震動及び衝撃に対して安全な構造のものとして、次に定める基準に適合するものでなければならない。

建築物の安全上必要な構造方法に関して政令で定める技術的基準に適合すること。
次に掲げる建築物にあつては、前号に定めるもののほか、政令で定める基準に従つた構造計算によつて確かめられる安全性を有すること。

イ　第６条第１項第２号又は第３号に掲げる建築物

ロ　イに掲げるもののほか、高さが13メートル又は軒の高さが９メートルを超える建築物で、その主要構造部（床、屋根及び階段を除く。）を石造、れんが造、コンクリートブロック造、無筋コンクリート造その他これらに類する構造造としたもの

第6条第1項第2号に掲げる建築物＝木造の建築物で３以上の階数を有し、又は延べ面積が500平方メートル、高さが13メートル若しくは軒の高さが９メートルを超えるもの
第6条第1項第2号に掲げる建築物＝木造以外の建築物で２以上の階数を有し、又は延べ面積が200平方メートルを超えるもの

建築基準法第20条第1項による構造に関する技術的基準は、構造種類（木造、組積造、補強コンクリートブロック造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、無筋コンクリート造）ごとに建築基準法施行令第3章第1節～第7節の２（第36条～第80条の３）にて定められている。
建築基準法第20条第2項による構造計算法は建築基準法施行令第3章第8節（第81条～第106条）にて定められている。

[編集] 構造計算法

現在、建築基準法施行令で認められている構造計算法は以下の4つである。

許容応力度等計算（施行令第82条－第82条の５）- 従来から用いられている方法。仕様規定とも呼ばれる。
限界耐力計算（施行令第82条の６）- 2000年の改正より新たに導入された方法。性能規定とも呼ばれる。
エネルギー法（施行令第81条ただし書き、平成17年国土交通省告示第631号）- 2004年より新たに導入された方法。
時刻歴応答解析（施行令第81条の２、平成12年建設省告示第1461号） - 高さ60mを超える超高層建築物では使用が義務づけられている

[編集] 許容応力度等計算

一次設計では構造耐力上主要な部分の地震時の応力度が許容応力度を超えないことを確認する（施行令第82条の1）。
二次設計では地震による変形に関する計算および材料強度による耐力計算を行い、基準を満たすことを確認する（施行令第82条の2～4）。

建築物の種類		一次設計（許容応力度計算）		二次設計（保有水平耐力計算）
		応力度（第82条の1）		層間変形角（第82条の2）	剛性率（第82条の3）	偏心率（第82条の3）	保有水平耐力（第82条の3）
		多雪区域	一般の区域	層間変形角（第82条の2）	剛性率（第82条の3）	偏心率（第82条の3）	保有水平耐力（第82条の3）
特定建築物以外の建築物		Ｇ＋Ｐ＋0.35Ｓ＋Ｋ	Ｇ＋Ｐ＋Ｋ	計算の必要なし
特定建築物	高さ31m以下			200分の1以内	10分の6以上	100分の15未満	剛性率・偏心率が規定値外の場合下記を計算
特定建築物	高さ31m以上			200分の1以内			材料強度によって決まる各階の保有水平耐力がＱｕｎ以上

Ｇは固定荷重による力、Ｐは積載荷重による力、Ｓは積雪荷重による力、Ｋは地震力による力。
各部分の地震力による力Ｋは、以下の層せん断力Ｑｉを各層に作用させて計算する（施行令第88条）。

Ｑｉ＝∑Ｗｉ×Ｃｉ

∑Ｗｉは各階が支える上部の総重量（固定荷重＋積載荷重。多雪区域では積雪荷重も加える）

層せん断力係数Ｃｉ＝Ｚ×Ｒｔ×Ａｉ×Ｃｏ

標準せん断力係数Ｃｏ

	一次設計（許容応力度計算）	二次設計（水平保有耐力計算）
第三種地盤の木造建築物	0.3	1.0
上記以外の建築物	0.2	1.0

高さ方向分布係数Ａｉ

$A_i=1+\left(\frac{1}{\sqrt{\alpha_i}}-\alpha_i\right)\frac{2T}{1+3T}$

α i

はその階が支える上部の総重量を建築物の地上部分の総重量で割ったもの

Ｔは建築物の一次固有周期

振動特性係数Ｒｔ

Ｔ＜Ｔｃ	$R t = 1$
Ｔｃ≦Ｔ＜２Ｔｃ	$R_t=1-0.2\left(\frac{T}{T_C}-1\right)^2$
２Ｔｃ≦Ｔ	$R_t=\frac{1.6T_c}{T}$

Ｔは建築物の一次固有周期、Ｔｃは地盤種別により0.4（第1種地盤）、0.6（第2種地盤）、0.8（第3種地盤）

地震地域係数Ｚ（昭和55年建設省告示第1793号第1）

静岡	1.2
北海道（根室・釧路・十勝・日高支庁）、青森（三八・上十三地区）、岩手、宮城、福島（浜通り全域、中通りのうち福島市、二本松市、田村市、伊達郡、安達郡、東白川郡、石川郡、田村郡）、栃木、群馬、茨城、埼玉、東京、千葉、神奈川、山梨、長野、富山（富山・高岡・砺波地区）、石川（奥能登地区以外）、福井、岐阜、愛知、三重、滋賀、京都、大阪、兵庫、奈良、和歌山、鳥取（因幡地方）徳島（美馬・三好以外）、香川（大川・木田）、鹿児島（奄美地方）	1.0
北海道（石狩・空知・後志・渡島・檜山・胆振支庁、上川支庁のうち富良野市、空知郡、勇払郡、上川郡南部、網走支庁のうち紋別以外）、青森（東青・中弘南黒・西北五・下北地区）、秋田、山形、福島（会津全域、中通りのうち郡山市、白河市、須賀川市、岩瀬郡、西白河郡）、新潟、富山（新川地区）、石川（奥能登地区）、鳥取（伯耆地方）、島根、岡山、広島、徳島（美馬・三好）、香川（大川・木田以外）、愛媛、高知、熊本（熊本市、人吉市、菊池市、阿蘇市、合志市、下益城郡、菊池郡、阿蘇郡、上益城郡、八代郡、球磨郡）、大分（大分市、別府市、佐伯市、臼杵市、津久見市、竹田市、豊後大野市、由布市、玖珠郡）、宮崎	0.9
北海道（留萌・宗谷支庁、網走支庁のうち紋別市、紋別郡、上川支庁のうち旭川市、士別市、名寄市、上川郡北部、中川郡）山口、福岡、佐賀、長崎、熊本（八代市、荒尾市、水俣市、玉名市、本渡市、山鹿市、牛深市、宇土市、上天草市、宇城市、玉名郡、鹿本郡、葦北郡、天草郡）、大分（中津市、日田市、豊後高田市、杵築市、宇佐市、東国東郡、速見郡）、鹿児島（奄美地方以外）	0.8
沖縄	0.7

静岡県の地震地域係数は建設省告示では1.0であるが、静岡県建築構造設計指針による静岡県地震地域係数によって1.2と定められている。

二次設計の層間変形角は、地震力による構造耐力上主要な部分の変形によって特定建築物の部分に著しい損傷が生ずるおそれのない場合にあっては、120分の１以内でよい。
各階の必要保有水平耐力Ｑｕｎは以下により計算する（施行令第82条の4）。

Ｑｕｎ＝Ｄｓ×Ｆｅｓ×Ｑｕｄ

Ｄｓは各階の構造特性係数（構造方法に応じた減衰性や靱性によって国土交通大臣が定める）

Ｆｅｓは各階の形状特性係数（剛性率及び偏心率に応じて国土交通大臣が定める）

Ｑｕｄは地震力によって各階に生じる水平力（上記ＱｉにおいてＣｏ＝1.0としたもの）

[編集] 限界耐力計算

一次設計（損傷限界）では地震による加速度によつて建築物の地上部分の各階に作用する地震力及び各階に生ずる層間変位を次に定めるところによつて計算し、当該地震力が、損傷限界耐力（建築物の各階の構造耐力上主要な部分の断面に生ずる応力度が短期に生ずる力に対する許容応力度に達する場合の建築物の各階の水平力に対する耐力）を超えないことを確かめるとともに、層間変形角が200分の1（地震力による構造耐力上主要な部分の変形によつて建築物の部分に著しい損傷が生ずるおそれのない場合にあつては、120分の1）を超えないことを確認する（施行令第82条の6の3）。
二次設計（安全限界）では地震による加速度によつて建築物の各階に作用する地震力を次に定めるところによつて計算し、当該地震力が保有水平耐力を超えないことを確認する（施行令第82条の6の5）。
損傷限界時と安全限界時の地震力は、それぞれ許容応力度等計算における許容応力度と保有水平耐力と同じになるように対応づけられている。

一次設計（損傷限界）		二次設計（安全限界）
損傷限界固有周期Ｔｄ（s）	損傷限界耐力Ｐｄｉ（kN）	安全限界固有周期Ｔｓ（s）	保有水平耐力Ｐｓｉ（kN）
Ｔｄ＜0.16	（0.64＋6Ｔｄ）×ｍｉ×Ｂｄｉ×Ｚ×Ｇｓ	Ｔｓ＜0.16	（3.2＋30Ｔｓ）×ｍｉ×Ｂｓｉ×Ｆｈ×Ｚ×Ｇｓ
0.16≦Ｔｄ＜0.64	1.6ｍｉ×Ｂｄｉ×Ｚ×Ｇｓ	0.16≦Ｔｓ＜0.64	8ｍｉ×Ｂｓｉ×Ｆｈ×Ｚ×Ｇｓ
0.64≦Ｔｄ	1.024ｍｉ×Ｂｄｉ×Ｚ×Ｇｓ／Ｔｄ	0.64≦Ｔｓ	5.12ｍｉ×Ｂｓｉ×Ｆｈ×Ｚ×Ｇｓ／Ｔｓ

ｍｉは各階の質量を重力加速度で割ったもの、ＢｄｉとＢｓｉは各階に生じる加速度の分布を表す係数、Ｚは地震地域係数、Ｇｓは表層地盤増幅率、Ｆｈは安全限界固有周期における振動の減衰による加速度の低減率

[編集] エネルギー法

[編集] 時刻歴応答解析

建築基準法施行令第81条の2で以下のように規定されており、告示で定める性質を持つ地震波形を用いて動的に解析することが義務づけられている。

超高層建築物の構造計算は、建築物の構造方法、振動の性状等に応じて、荷重及び外力によつて建築物の各部分に生ずる力及び変形を連続的に把握することにより、建築物が構造耐力上安全であることを確かめることができるものとして国土交通大臣が定める基準に従つた構造計算によらなければならない。

告示では地震力の大きさとして、解放工学的基盤（S波速度400m/s以上の地盤）における加速度応答スペクトル（減衰定数5%）の大きさ（告示スペクトル）が指示されている。

周期Ｔ（s）	加速度応答スペクトル（m/s/s）
周期Ｔ（s）	稀に発生する地震動（レベル１）	極めて稀に発生する地震動（レベル２）
Ｔ＜0.16	（0.64＋6Ｔ）Ｚ	（3.2＋30Ｔ）Ｚ
0.16≦Ｔ＜0.64	1.6Ｚ	8Ｚ
0.64≦Ｔ	（1.024／Ｔ）Ｚ	（5.12／Ｔ）Ｚ