1.震度と地震加速度、周期
面倒くさいかもしれませんが、震度とはなにか、下のグラフでなんとなくでも把握しましょう。下記グラフは気象庁が発表しているグラフです。木造住宅が倒壊しやすいとされる主に周期1秒から2秒を中心として、震度と地震加速度がどのように相関するかを示してくれています。
建築基準法の想定した中地震である震度5を読み取ってみます。震度5の加速度は周期1.5秒あたりでは、50ｃｍ/sec/secから150ｃｍ/sec/secとなっています。地震を表現するとき、なぜ加速度が使われているのか。その理由は作用する力＝質量ｘ加速度という法則があり、建物(建物荷重)に加速度をかけると建物に作用する力が計算できるからです。
2.震度とその他関連表
では加速度と震度の関係をグラフから表にすると以下の表です。私が調べた限りですが、震度と計測震度と地震gal、地震規模についての連関は下記のとおりです。震度5強の中地震でも私自身はけっこう揺れるなと思うのですが、震度6強の加速度の建物へ作用する力は震度5強の中地震の倍以上あります。
| 震度 | 計測震度 |
加速度 |
地震規模 |
|---|---|---|---|
| 3 | 2.5以上 3.5未満 | 5-15 | |
| 4 | 3.5以上 4.5未満 | 15-50 | |
| 5弱 | 4.5以上 5.0未満 | 50-90 | 中地震 |
| 5強 | 5.0以上 5.5未満 | 90-150 | |
| 6弱 | 5.5以上 6.0未満 | 150-300 | 大地震 |
| 6強 | 6.0以上 6.5未満 | 300-500 | |
| 7 | 6.5以上のすべて | 500以上 |
3.層せん断力係数と地震加速度
地震が発生しその地震波の力が建物に加わるとき、1層2層(1階2階)の1層の中心や2層の中心を軸(柱の真ん中)として建物の荷重がかかることを前提として、許容応力度計算では層せん断力（Ci)を計算します。層せん断力は建物荷重に層せん断力係数（C0)とその他係数を掛けて、地震動の大きさに対応できるかを計算します。(反曲点比の説明は省きます)
建築基準法では、震度5の中程度の地震で倒壊しない建物(基準法耐震等級1)を基準とし層せん断力係数はC0=0.2としています。この地震力を外力とした設計を1次設計（許容応力度計算）と呼び）で対応し、次に震度6・7の大地震時で倒壊しないための層せん断力係数はCo≧1.0とした（2次設計（保有水平耐力計算））で対応すると考えています。
1次設計と2次設計があるとしていますが、建物荷重は変わりません、同じです。2次設計の保有水平耐力計算のC0は1.0としていますが、建物特性係数等を掛けると実質的な係数は0.3から0.4となります。よって許容応力度計算を変形して中地震の場合 数十年に1度 80～100galの地震動に対する層せん断力係数C0=0.2ｘその他係数を建物荷重に掛けて地震荷重(水平荷重)で倒壊しない建物とし、数百年に1度 300～400galの地震動に対するC0=0.3ｘその他係数を建物荷重に掛けて地震荷重(水平荷重)で倒壊しない建物とします。
下の表は建物の許容せん断力(耐震力)が158ｋNあったとき、どれだけの震度、加速度に層せん断力係数で対応できるかを示しています。次の項で説明します。
※表は横スクロールでご覧ください
| 耐震等級・計算方式・地震の震度等（途中式はぬいてあります。1階の結果のみです） | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 評価建物/耐震等級 | 計算方式 | Ci（地震層 せん断力係数） |
地震力 （kN） |
許容せん 断耐力 |
表層地盤の 地震加速度 （cm/s/s）（gal） （独自計算） |
速度（cm/s） （kine） |
震度 | 地震内容 | 加速度と速度の仮定式 | ||||||
| 加速度（F）＝vx2πf | |||||||||||||||
| 地震用荷重 276.2（kN） |
158.0（kN） | 速度（v）＝F/2πf | |||||||||||||
| 周期（f）＝1.0Hz | |||||||||||||||
| 基準法（壁量計算） | 0.200 | 48.0 | 158.0 | 100 | 16 | 震度5強 | （中地震） | ||||||||
| 耐震等級2 | 性能表示 | （壁量計算） | 0.310 | 74.5 | 158.0 | 320 | 51 | 震度6強 | まれに発生する地震動 （数十年に1度） |
||||||
| 耐震等級3 | 性能表示 | （壁量計算） | 0.366 | 87.7 | 158.0 | 432 | 69 | 震度6強 | （大地震） | 極めてまれに発生する地震動（数百年に1度） | |||||
| 耐震等級2 | 許容応力度 | 0.375 | 103.6 | 158.0 | 450 | 72 | 震度6強 | ||||||||
| 耐震等級3 | 許容応力度 | 0.450 | 124.3 | 158.0 | 600 | 96 | 震度7 | 熊本地震前震 | 92kine | ||||||
| 兵庫県南部地震 | 112kine | ||||||||||||||
| 耐震等級3+ | 許容応力度 | 0.563 | 155.4 | 158.0 | 825 | 131 | 震度7 | 熊本地震本震 | 133kine | ||||||
| 0.600 | 165.7 | 158.0 | 900 | 143 | 新潟県中越地震 | 148kine | |||||||||
| 0.675 | 186.4 | 158.0 | 1,050 | 167 | 北海道胆振東部地震 | 157kine | |||||||||
耐震 シン・ローコスト住宅
1.地震力と許容せん断耐力
評価する耐震等級3(許容応力度)Ci=0.45での地震力は124.3、それに対し許容せん断耐力は158.0です。
意味するところは耐震等級3(許容応力度)Ci＝0.45で計算した建物は、124.3/158.0=1.27なので、地震力より設計した建物のほうが、せん断耐力が上回るので、震度7でも倒れることがないであろう壁の設計ができていることになります。許容応力度計算ではそのほか引き抜き力等の評価することがいくつもあるので、壁の設計としました。
2.表層地盤の地震加速度
震度7という「極めてまれに発生する地震（数百年に1度）」であっても、表3-2に示されるように、震度7の表層地盤の地震加速度には範囲が存在します。震度7の「極めてまれに発生する地震動（数百年に1度）」では、地震加速度が500galを超えることがあります。
そこで、地震加速度600gal以上の地震はC0を0.5以上の係数をかけ、等級3以上とした場合の耐震等級3+を考えてみました。係数は（1.25、1.33、1.50、1.60）をかけて建物を評価する計算をしました。
Ci=0.563の地震力までは設計した建物の許容せん断耐力の評価はOKですが、Ci=0.60では震度7の新潟県中部地震ではNGとなります。
NGとなった場合でも、建物が倒壊するかというと、そうではありません。許容せん断耐力は降伏せん断耐力の2/3程度の値と考えると、158.0ｋN(許容せん断耐力)/2/3≒240ｋN(降伏せん断耐力)となり、震度7の範囲の地震動では損傷するかもしれないが、倒壊まではしないと考えられます。
4.等級3以上の建物
2×4の仕様規定を守った住宅はほとんどの場合、震度6強に耐えることが可能な等級3を取得できるはずです。
それ以上の地震を想定した場合、構造の検討が増えます。
具体的には窓を小さくして耐力壁をふやす、内壁に構造用合板を追加する、梁のせいを高くする・等級を上げる、耐震用金物を強化する、基礎幅を増やす、鉄筋径を大きくする等です。
5.シン・ローコスト（2×4工法）とは
2×4工法は特段のメーカー独自工法ではなく、国に認められた標準的な工法です。
大手ハウスメーカーでも小さな工務店でも、2×4の仕様規定を守ることで、おなじ構造品質が得られます。
2×4工法は、あれこれお金をかけずに強度のある建物が得られます。
これを当社はシン・ローコストといいます。
地盤について
1.ハザードマップと地盤
ハザードマップは、各自治体のウェブサイトで確認することができます。
地震に関しては、「J-SHIS」（防災科学技術研究所）で地震動による速度や加速度の詳細を見ることが可能です。
「J-SHIS」が構築されたにもかかわらず、能登半島地震では地震による被害を予測できなかった事実があります。日本ではどこでも大地震が起こる可能性があるため、予期せぬ事態として扱うのではなく、事前に耐震等級3以上の建物を建設することが賢明であると思われます。
2.地盤の評価と対策
地盤の判定は、長期的な地盤沈下、短期的な液状化について判定できます。側方流動は別途検討が必要です。
地盤沈下については、多くの効果的な工法があり、建物への被害はほとんどなくなっています。
液状化対策については、昭和30年代の新潟地震の知見から公共建築物等に有効な地盤へ杭を打つということが効果的な対策となっています。
住宅にも同様なことが適用できます。
側方流動は、地域ぐるみで取り組む方がより安全となりますが、私権を制限することのない官地でのインフラ工事や公共工事で取り組む場合が多いようです。
3.地盤と建物
建物の敷地の地盤は外見では判断できません。
地盤沈下対策として20mの鋼管杭を打設した場所は、地盤改良が不要な場所よりも揺れにくく、液状化もしない場合があり、逆に、地盤改良が不要とされる場所でも、揺れやすいことがあります。
さらに、敷地内の位置によっては悪い地盤が見つかることがあり、隣地が問題なくても自分の敷地がNGとなることがよくあります。
地盤が良いとされる地域であっても、地盤沈下が評価された場合、地盤改良または杭打ちで対応可能ですので、それを踏まえて耐震等級3以上の建物を建てましょう。
震度6強以上の地震が、能登半島地震を例にしても予測・評価できていない地震が全国いたるところで発生しています。
耐震等級3以上の建物とすることは決して品質過剰ではありません。