よく聞く3つの地震対策

耐震・制震・免震どれがいい?

地震対策の3つの工法

地震対策の技術工法として、皆様がよく皆様が聞く言葉は、 「耐震」「制震」「免震」の3つの言葉ではないでしょうか?

建物自体の地震対策には、 3つの工法があると言われています。

(1)制震

(2)耐震

(3)免震

この3つの工法が代表的かと思います。

制震・耐震・免震比較

 

それでは、この3つの工法の工法自体の違い・メリット&デメリットを、比較すると一体どうなのでしょうか?   

改めて、説明致します。   

 

(1)制震   

 

地震の揺れに対し、建物の壁にダンパーなどを設置することでブレーキをかける工法。

地震による建物の揺れをエネルギーとしてとらえ、 制震装置でそのエネルギーを吸収します

(正しくは熱に変えます。) 

「熱に変える」ということは、ブレーキと同じ発想で、地震で揺れる建物にブレーキをかけることにより、建物の揺れ、構造体の変形や損傷も軽減出来ます。免震に比べて経済的で間取りや敷地に制約がありません。 

 

【メリット】  

・工期が短くすむ  

・費用が安くすむ  

・建物の損傷を軽減できるので、地震後に住めることを考え、建物自体の長寿命化を促進できる。  

・設置制限がほとんどない  

・リフォームでも施工可能 

 

【デメリット】  

 

・耐震工事など他の工法に比べて、一般的に認知が低い。  

・本当に効果がある商品か、効果がないものか検証が必要

・損傷防止目的ではなく倒壊防止目的の商品があるので注意が必要


 

(2)耐震   

 

地震に耐えるために、建物の構造をより強固に固め、 地震に対して真っ向から受け止めて、耐えるという工法。 

ただし、固めることにより地震の揺れがそのまま建物に伝わるため、他の工法に比べて揺れは一番大きい。1981年の建築基準法改定の新耐震基準以降の建物は全て義務化。

 

 

【メリット】

 

 ・施工上の制約がない 

・一般的に採用する人が多く認知度も高い。 

 

【デメリット】 

 

・建築基準法の最低レベル「耐震等級1」では何度も地震が起きた時に、耐える力が残っていない場合がある。

 ・現行基準は地震が起きたときに倒れはしないが、命は助かるという前提の基準となっていることを認識している人が少ない。建物に損傷が起き、内部の構造がガタガタになってしまう場合がある 。

 

 

 (3)免震 

 

基礎と土台の間にエネルギー絶縁装置(積層ゴムやローラーなど)を設置して、 構造躯体に作用する地震エネルギーを基礎で止め、上部構造体に伝えないようにする工法。

 地震対策として最も有効とされていますが、 費用が非常に高く、敷地や立地に制約がある。


 

  【メリット】

 

 ・基礎と土台にエネルギー絶縁装置を設置するため、効果としては№1

 ・建物自体の損傷を軽減できるため地震後に住むことができることを考えている

 ・揺れにくい  

 

【デメリット】

 

 ・躯体をいじるため、費用が高い 

・施工上、敷地や立地に制約がある 

・強風時に建物が揺れてしまうため震度6以上でしか作動しないようにストッパーを設置

 


 

  となります。  住宅の建築会社の99%が耐震工事を採用しているといってよいでしょう。

 

免震は耐震補強の場合、現実的な工法とは言えませんので、ここでは比較しません。

制震ダンパーの効果や比較やデメリットまで徹底解説

ここでは、近年ブームともいえる「制震ダンパー」についての考え方について注意点も踏まえてお話ししたいと思います。

 

制震工法はここ数年でだいぶ認知が進みました。

様々なメーカーからたくさんの商品や装置が出ております。

一流メーカーであるKYB社のビル免震、制震でのデーター改ざん、東洋ゴム工業の免震偽装などで業界不信が表面化しましたが、そもそも制震は地震に本当に効果があるのでしょうか?

専門家は、一定の効果が認められた商品や工法もあるが、性能的に疑わしい商品や粗悪品があると言っています。

では、どのような商品、工法であれば、地震に対して効果があると言えるのでしょうか?

そして、どのような商品や装置なら良いのでしょうか?

制震商品は主に壁内に設置しますが、種類は、壁面全体に設置するタイプや筋交いタイプ、仕口タイプ、方杖タイプと様々な種類があります。

 

 

ダンパーの構造自体も車のブレーキと同じ原理から、ゴムで地震エネルギーをブレーキするタイプや車のショックアブソーバーと同じ原理を利用しオイルで地震エネルギーを吸収するタイプのものなどさまざまです。

まず問題なのが、これらの施工基準が明確に基準法や耐震改修のルールで定められていない事です。

その為、各メーカーの性能を工務店自身、施主自身が判断しなければなりません。

制震はそもそも地震エネルギーを吸収して建物(架構)の変形を抑える考えに基づいています。

つまり、変形してからではなく、変形させないために設置するということがポイントとなります。

 

 

「制震自体を検討する場合には、基準ギリギリとせず、制震壁は余力程度に!」と耐震構造の権威として有名な京都大学の五十田教授は言っています。

五十田先生はわかりやすい図で説明してくれました。

図1 耐震+制振で基準ギリギリは危険 出典 日経ホームビルダー2016年11月号「特集”効かない制震“を選ぶな!」より

この図を見てお分かりの通り、基準ギリギリでの制震ダンパー設置には注意が必要であるということです。 

例えば、一番左の耐震等級2は必要性能を100%とすると制震壁で30%分の性能を追加している状態です。 

 制震壁では性能が保持されることが特徴なので、大地震後に耐力壁の性能が低下しても合計70%程度の性能が残ります(図1)。 

 これを、耐震壁と制震壁で性能が100%となるようにしてしまえば、耐震壁にかかる負担が大きくなり、大地震後は40.5%の性能しか残りません。(耐震等級1) 

「これでは2回目の地震にとても耐えられない」と五十田先生は言います。  

一方耐震で必要性の横の100%を確保し、制震で50%の性能を上乗せした場合、1回目の大地震後も性能は110%残ります。(耐震等級3) 

 これなら2回目の大地震にあっても耐えられます。  

「制震を生かすも殺すも設計次第」と五十田先生は言っています。 

 専門家の話を聞いてもわかりますが、制震とは、絶対的な耐震構造の上にその耐震性能を守るために設置するものだということなのです。

熊本地震では耐震等級2(基準の1.25倍)の耐震性能の住宅が繰り返しの地震で倒壊しました。

しかし、同じ益城町の中で、現行の建築基準の2倍の壁量で設計、施工していた建物はほぼ無傷であったことがわかっています。

 

 

つまり、そもそもの耐震性能をどこまで上げておくのか?

基本となる耐震性能をどこまでの基準へもっていくのか?

ということですね。

耐震等級3の建物そこへ制震を付加的に何パーセントいれるのか?という考え方です。

 

制震前提の計画は危険であることがわかります。

このような考え方をもつ必要があるということです。

『耐震等級』を上げていく = 建物を『堅く』する。 見た目の揺れは小さくなりますが、 建物に伝わる『衝撃』は、逆に『大きく』なります。

地震の揺れを軽減させて衝撃を和らげ、家を傷めないようにする技術が制震となります。建物損傷が軽減されるため、繰り返される余震に有効とされていますが使い方の目的を間違えないことがポイントです。

 

 

その制震ダンパーはいつから効くタイプ?倒壊防止が目的?損傷防止が目的?

制震の目的の前に、改めて耐震の目的を確認しましょう。

耐震の目的は「震度6強~7程度の大きな地震でも倒壊せず、中にいる人が安全に避難する時間を確保すること」となり人命優先となりますが、建物の「損傷」は考慮していない点と繰り返し起きる揺れに「何度も耐えること」は考慮していない点が耐震のウィークポイントでした。

耐震等級が高い住宅であっても熊本地震のような連続する大きな地震によって「損傷」はしてしまうということです。

制震ダンパーは、この建物の「損傷」を守る為に設置するものである。ということが目的といえます。

 

世にある制震ダンパーは目的別に大きくわけると2つのタイプがあることがわかります。

↓の図を見ればわかりますが、効果を発揮する段階が大きく分けて2パターンあります。

制震ダンパーが地震のどの段階で作用するか違うことがわかります。

 

 

木造住宅の良さは「しなやかに揺れながら耐える」「柳のように力を受け流すから壊れにくい」と言われてきました。

具体的には、木造住宅を守っている構造用合板は、1/120rad(0.47度)、筋交いは、1/90rad(0・6度)という僅かな変形から傷み始めます。

ここまでの変形であれば建物はまたもとの形に戻ります。(弾性変形)

これ以上変形が進むと木造住宅は元に戻ろうとしますが、残留変形が残ってしまいます。(塑性変形)

制震ダンパーには、安心領域段階で効き始める商品と損傷領域に入り始めて機能を発揮する商品にわかれています。

 

制震ダンパーには壁倍率がある商品と壁倍率がない商品がありますが、壁倍率が高い方が良さそうな気がしますが注意が必要です。

前述したとおり、耐震と制震はまったく違う概念であり、耐震は十分に満たした上で、なおかつその耐震性能を制震で守るという考えが正しい考えとなりますので、制震ダンパーには壁倍率という発想はそもそもいらないと言えます。上の図を見ていただくとわかりますが、

壁倍率がある制震ダンパーは、耐力壁としても機能しますので、安心領域段階では耐力壁として機能します。建物の耐震性能があるうちは地震による変形が少ないため、制震ダンパーはこの段階では機能せず耐力壁としてずっと地震に耐えている状態です。

しかし、繰り返し地震により建物の耐震性能が機能しなくなった段階、変形量が多くなった段階になって壁倍率のある制震ダンパーは制振機能を発揮しはじめます。つまり、建物が損傷した後の倒壊を防ぐのが目的となります。

踏み込んでお話しするならば、命を守ってはくれるが建物はすでに損傷し始めている段階で効果を発揮する特性がありますので住めなくなる可能性が高いということになります。変形30㎜以上で効果を発揮するようなタイプは危険と判断します。

一方、壁倍率がない、もしくはあまり強調していない制震ダンパーはどうでしょうか。初期の安心領域段階から制振装置として機能します。図に記載されているバイリニア特性とは、 制振装置が地震のエネルギーを吸収する「減衰力」の増大に伴って、 躯体を傷めることがないように考えた特性のことです。このバイリニア特性によって、建物の構造部材が地震によって損傷する前に、建物にかかる衝撃力を和らげ、建物を守ることができます。初期に効果を発揮することから、損傷防止として機能することがわかります。つまり住み続けることが可能性が高まります。熊本地震では、繰り返しの地震で多くの建物が被害を受けました。繰り返しの地震の中で建物は変形し、弾性域から塑性域へ移行しやがて倒壊します。地震初期の弾性域で効果を発揮するのが、壁倍率のない、もしくは強調していない制震ダンパーとなります。

このような商品の違いを考えた際に、前半でお伝えさせていただいた、耐震性能と制震性能について、制震ダンパーを耐震性能ギリギリで計画する際には、壁倍率が必要になるのかもしれませんが、そもそも、耐震と制震は目的が違います。

これらを理解するとどのような制震ダンパーを設置すべきかは見えてくるのではないでしょうか。

 

倒壊防止が目的で繰り返しの揺れに何度も耐えるコストパフォーマンスの良い商品

 

建物の倒壊防止目的で制震ダンパーをいれるのは、耐震を満たした建物ではあまり意味がないことが分かりました。『耐震等級』を上げたいわゆる堅い 建物へ地震が来た際の『衝撃』を吸収することが制震のポイントだと解説しました。

地震の揺れを軽減させて衝撃を和らげ、家を傷めないようにする技術が制震となります。建物損傷が軽減されるため、繰り返される余震に有効とされていますが使い方の目的を間違えないことがポイントです。建物の損傷防止を目的として、なおかつ初期の地震の揺れに対し何度も機能する制震ダンパーはないのだろうか。

あらゆる制震ダンパーを調査していると、壁倍率を強調している制震ダンパーはゴム製のものが多いことがわかります。

そして損傷防止、つまり自身の初期で作動する制震ダンパーの多くが、オイル製のダンパーでることがわかります。ゴム製のダンパーは橋や高層ビルで多く採用されています。大きなストロークがある高層ビルなどには適していますが、戸建て住宅の場合は軽微な変形しかないため、損傷防止には不適であると言えます。

 

では数あるオイルダンパーで、どのような商品が良いのだろうか?

それは速度依存しにくい商品を選ぶということです。

速度依存とは、オイルダンパーのピストンが動く速さによって抵抗力が変わる事を指します。速度依存しにくい設計の商品を選択することで、早い揺れからゆっくりした揺れにも対応出来るといえます。

 

損傷防止目的で使用できるオイル製の制震ダンパーでなおかつ速度依存しにくい商品は何商品か発売されております。

しかしながら費用が高めのものがやはり多いのが印象です。いくら良い商品であっても、設置するのに費用が高すぎては手が届かないですね。

さらには、制震ダンパーを設置する以上は、耐震の構造計算に加え、限界耐力計算が必須になってきます。

費用対効果が良い商品かつ、専門家による限界耐力計算が実施される商品はひとつしかありませんでした。

それが「winダンパー」という商品です。

なぜ『増改築.com』は採用するのか?

このwinダンパーが耐震構造を前提とした商品であること。

そして限界耐力計算を100%実施することをルール化しているからです。

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