建築における耐震設計について

質問

お世話になります。
最近、建築の耐震設計における構造計算書の偽造が
問題になっていますが、建築においてはどのような
手法で耐震設計が行われているのでしょう？

　建築構造は部材が複雑なラーメン構造をなしており
３次元的な高次の不静定構造物ですが、いったい
どのように解析し、どのように安全性を判定している
のでしょう？

　構造物の規模にもよると思いますので、10～20階程度の
RC建築でお聞きします。

・解析手法
　　立体骨組解析を行っているのでしょうか？
　　部材は非線形要素でしょうか？
　　鉄筋の考慮はどのように？
　　ファイバーモデルなどを用いているのでしょうか？

　　また、地震力については時刻歴応答解析が基本ですか？
　　応答スペクトルで行うのでしょうか？
　　それとも、等価な水平力を簡易的に載荷するのでしょうか？

・照査手法
　　曲げ破壊・せん断破壊などはわかりますが、
　　変形性能、塑性ヒンジの照査なども行うのですか？
　　何をもって安全性を照査するのですか？

細かな質問で申し訳ありません。
なにか一つでもご存知でしたら、ご教授願えれば幸いです。
なんせ、建築は素人なもんですから＾＾；

回答No.2

ys528 · ベストアンサー

建築構造屋です。
・解析手法について
10～15階（20階など60mを超えると超高層扱いになって解析手法が変わります）に限って説明いたしますと、
骨組み解析には、1次設計(中地震)と2次設計(大地震)がございまして、一次設計は弾性解析、二次設計は非線形解析を行ないます。最近はソフトとパソコンの性能が向上しているのでいずれの場合も立体解析を行ないます。
鉄筋については、一次設計の場合は弾性解析なので、部材の剛性に鉄筋を考慮したりしなかったり（設計者判断）いたします。柱の軸剛性には、柱軸力が変わってきますので、鉄筋を考慮する場合が多いです。
二次設計については、トリリニアに置換する際に折れ点の耐力（ひび割れ時、終局耐力時）の算定に鉄筋を考慮します。
ファイバー解析は通常の建物では行ないません。四角い断面の部材であれば、ひび割れ耐力も終局耐力も簡単な算定式が建築基準法構造規定に規定されていますのでそれを使います。
以前、五角形の柱を設計したことがあるのですが、その時は柱の耐力はファイバー解析で求めました。

・地震力について
通常の建物の場合、算定方法が2種類ありまして、地震時の応答せん断力の分布形は「Ai分布」と呼ばれるものを使う場合と、「限界耐力計算法」といって応答スペクトルによる場合です。Ai分布は建築基準法に規定されているもので、中高層建物の時刻歴応答解析結果を統計的に処理して得られた分布形です。算出自体は到って簡単です。これに対し限界耐力計算の場合、分かりにくいということもあって、役所では審査を拒否される場合があり（この場合は民間審査会社に提出）あまり使われません。
建物高さが60mを超えると時刻歴応答解析を行ないます。

・照査について
変形性能については、部材の塑性率、あるいは層の最大層間変位を見て判断いたします。部材の塑性率は4.0以下、層の最大層間変位は1/80以下程度とします。これは特に法的な規定はありませんが、建築センターか建築学会の「保有耐力と変形性能」「靭性保証型指針」に示されています。

お礼

細かい部分まで行き届いた回答ありがとうございます。

しかし、なんでもパソコンで行ってしまうとは
すごい時代になりましたね。
そろそろ非線形のFEMもパソコンでできるのでしょうね。

＞１次設計(中地震)と2次設計(大地震)がございまして、
＞一次設計は弾性解析、二次設計は非線形解析を行ないます。

このあたりは橋梁と同じですね。
レベル１地震（震度法による線形解析）・レベル２（非線形解析）
鉄筋の考え方も同様のようです。

＞建物高さが60mを超えると時刻歴応答解析を行ないます。

建築の場合は規模で決められているのですね。
橋梁の場合は、ラーメン構造やアーチ橋などは、
動的解析が必須です。
ただし、一般の解析は、平面骨組の面内解析・面外解析を
組み合わせることが多いです。

土木と建築の違いがよくわかりました。
ありがとうございます。

回答No.1

noname#65504

建築基準法適用物件については、巨大地震については、水平保有体力を考慮した靭性を考慮していますが、静的解析・許容応力度設計が基本になっています。

動的な解析理論をできる限り簡便化して外力を設定して解析しています。

なお、建築基準法の確認申請外の大臣認定が必要な特殊な建物（超高層、免震、新素材など）については、動的設計を行うことが多いですし、立体解析をすることもあります。

ファイバーモデルなどを用いて計算するのは高強度鉄筋やコンクリートなど特殊なケースを除きまれと思います。
免震については、動的理論を用いないと解析することができませんので、比較的簡単な応答スペクトル法により評価するのが一般的になっているようです。

以上まとまりがない回答ですみません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
基本は保有水平耐力法による静的載荷ということですね。

私は土木設計（橋梁が主）の耐震設計を行うことがあるのですが、
橋梁の場合、規模はともかく、構造が建築に比べ単純なので、
なんでも動解をかけてしまう傾向にありますね。