必要保有水平耐力Qunとは?Ds×Fes×Qudの算定と各係数の意味(令第82条の3)
ルート君
必要保有水平耐力って、何の計算なの?
必要保有水平耐力Qun(kN)は、極稀地震動(大地震)に対して建物が倒壊しないために確保すべき最小耐力です。
Qudの算定(概念)
Qud = Z × Rt × Ai × Co × ΣWi
Z:地震地域係数、Rt:振動特性係数、Ai:層せん断力分布係数
Co = 1.0(ルート3専用の値)、ΣWi:当該階以上の建物重量合計
算定式の各係数はどう定義されるのか(令第82条の3)
令第82条の3第一号に基づき、Qun = Ds × Fes × Qud で算定します。
| 係数 | 名称 | 内容 | 根拠 |
|---|---|---|---|
| Ds | 構造特性係数 | 構造の変形能力(靭性)に基づく低減係数。RC・S・木造で異なる。 | 令第82条の3・昭55建告第1792号 |
| Fes | 形状係数 | 剛性率Rs・偏心率Reに応じた割増係数。Rs≧0.6かつRe≦0.15のとき1.0。 | 令第82条の3・昭和55年告示第1792号第2 |
| Qud | 設計用地震力 | Co=1.0とした場合の各階の地震力(法第20条・令第88条の地震力算定)。 | 令第82条の3第一号 |
設計用地震力Qudはどうやって計算するのか
Qudは、標準せん断力係数Co=1.0として算定した設計用地震力(各階の地震層せん断力)です。
Qunはどうやって計算するのか(算定例)
| 項目 | 値(仮定例) |
|---|---|
| Ds(RC造ラーメン・良好な靭性) | 0.30 |
| Fes(Rs=0.7、Re=0.10) | 1.0 |
| Qud(1階・Z=1.0、ΣW=5000kN) | 2500 kN(Rt=0.5、Ai=1.0、Co=1.0の例) |
| Qun = Ds × Fes × Qud | 0.30 × 1.0 × 2500 = 750 kN |
この例では、1階の保有水平耐力Quが750kN以上であれば、令第82条の3の要件を満足します。
Ds値が小さいとQunはどう変わるのか
Dsが小さいほど(変形能力が高いほど)、必要保有水平耐力Qunが小さくなります。
つまり、靭性の高い設計を採用すると必要耐力が低くなり、経済的な設計が可能になります。
これがルート3の基本的な考え方です。
なぜQunをDs×Fes×Qudという形式で算定するのか
Qunの算定式は「大地震時の設計地震力(Qud)に対して、建物の変形性能(Ds)と形状の整形度(Fes)を考慮して必要耐力を求める」という考え方を数式化したものです。
Dsが小さい(靭性が高い)ほど塑性変形によるエネルギー吸収ができるため、少ない最大耐力で大地震を乗り越えられます。
一方、Fesは形状不整(ねじれ・剛性ばらつき)による局所的な力の集中を割増として表現しています。
この3つの積が「この建物が大地震で倒壊しないために最低限必要な水平耐力」になります。
試験で問われやすいポイント
- Qun = Ds × Fes × Qud の構造(令第82条の3第一号):Ds(靭性低減)× Fes(形状割増)× Qud(Co=1.0の地震力)。Fes=1.0の条件はRs≧0.6かつRe≦0.15(両方同時に満たす必要がある)。
- 令和4年 学科4 問25(選択肢3誤):「Fesは全階の剛性率・偏心率のそれぞれ最大値を用いた全階共通の一値」という記述は誤り。Fesは各階ごとに剛性率・偏心率を用いて個別に算定する(各階で異なる値)。
- 令和2年 学科4 問94(選択肢3正):剛性率Rs<0.6または偏心率Re>0.15の場合、Fes>1.0となりQunが増大する。両条件はOR条件——どちらか一方でも規定値を外れるとFes割増が生じる。
一問一答
Q. Qun = Ds × Fes × Qudの式において、Fes=1.0となる条件は何か(令第82条の3)。
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剛性率Rs≧0.6かつ偏心率Re≦0.15の両方を同時に満たす場合にFes=1.0。どちらか一方でも規定値を外れると(Rs<0.6またはRe>0.15)、Fes>1.0となりQunが増大する(昭和55年告示第1792号第2)。
Q. 設計用地震力QudのCo=1.0と、許容応力度計算で用いるCo=0.2はどう違うか。
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Qud(保有水平耐力計算用)はCo=1.0で算定した極稀地震動(大地震)に対応する地震力。許容応力度計算(ルート1・2)のCo=0.2は稀地震動に対応する通常の設計用地震力。QudはCo=0.2の地震力の5倍に相当し、大地震時の倒壊防止を確認するために用いる(令第82条の3第一号)。
Q. Ds=0.25、Fes=1.25、Qud=3000kNのとき、Qunはいくつか。
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Qun = Ds × Fes × Qud = 0.25 × 1.25 × 3000 = 937.5kN(令第82条の3第一号)。Fes>1.0(形状不整形)により、Fes=1.0の場合(750kN)より25%増大している。この Qun に対して保有水平耐力 Qu ≧ 937.5kN であることを全階で確認する。
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参照
- 建築基準法施行令 第82条の3(保有水平耐力計算)
- 昭和55年建設省告示第1792号(DS値)
- 昭和55年建設省告示第1792号 第2(Fes算定)