1995年の兵庫県南部地震以降、免震建物の着工数は大幅に上昇しました。今ではかなりの数の免震建物が日本中にあります。
□■□疑問■□■
免震構造とは結局のところどういう建物を指すのでしょうか。「地震を免れる」と言われてもよくわかりません。
□■□回答■□■
免震構造と言っても、ベースとなるのは耐震構造です。ただ、耐震構造は建築基準法に定められた耐震基準「中小地震には損傷しない、大地震には倒壊しない」を満たすよう設計されていますが、免震構造では「大地震にも損傷しない」を満たすよう設計されている場合が多いです。なぜこうした設計が可能かと言うと、建物内に「免震層」と呼ばれる柔らかい層が設置されているからです。これにより地震時に建物に生じる地震の力が小さくなるため、大地震であっても各部材の損傷を防ぐことが可能です。なぜ免震層により地震の力を小さくできるか、見ていきましょう。
免震層とは
その建物が免震構造であるかどうかは、「免震層」を有しているか否かで決まります。「免震のような」や「免震の考えを取り入れた」というキャッチコピーがつく建物はまず免震構造ではありません。
免震層の位置
免震層は建物内のどこに設置しても構いません。地下がある建物では地下階のさらに下に設置する場合もありますし、1階の床下レベルに設置する場合もあります。超高層マンションで、下部の数フロアが商業施設、上部がマンションとなっているような場合、用途が切り替わる商業施設とマンションの間に設置することも多いです。あるいは下部がオフィス、上部がホテルという組み合わせもあります。
建物最下部に免震層を設置したものを「基礎免震」、中間階に設置したものを「中間層免震」と言います。免震層より上にある部分に免震の効果は発揮され、免震層より下にある部分は逆に地震の力が大きくなる場合もあります。
免震層の構成
免震層にはいくつかの役割があります。まず、建物の重さを支えなくてはなりません。次に、地震の揺れを受け流すことができるよう、柔らかい必要があります。また、地震により生じた振動のエネルギーを吸収しなくてはいけません。
最初の二つを実現するのが、「免震支承」あるいは「アイソレーター」と呼ばれる装置です。建物の重さを支えるため鉛直方向（縦方向）には硬くて強く、地震の揺れを逃がすために水平方向（横方向）に柔らかい装置です。日本国内では「積層ゴム支承」が最もよく使用されています。
地震には縦揺れと横揺れの二つの成分があります。免震支承は鉛直方向に硬いため縦揺れに対する効果は期待できず、若干ながら耐震建物よりも縦揺れが大きくなる傾向にあります。ただ、縦揺れによる建物被害の危険性は低く、横揺れに対して柔らかければ問題ありません。
免震支承の間を縫うように、振動のエネルギーを吸収する装置「ダンパー」が設置されています。基本的には東西面と南北面にそれぞれ線対称に配置されます。できるだけダンパーを建物外周部に近い位置に設置することで、建物が捩じれるような変形をすることを防ぐことができます。
免震構造の効果とは
ゆっくり揺れる建物にする：免震効果
なぜ建物の下に柔らかい層を設置すると地震の揺れを大幅に低減できるのでしょうか。それは過去に観測された地震動を調べてみることでよくわかります。
地震動にもそれぞれ特徴があり、ガタガタと素早く揺れるものもあれば、グラグラとゆっくり揺れるものもあります。ガタガタとした揺れは低層建物、グラグラとした揺れは中高層建物を大きく揺らすことになります。
柔らかい層の上に載った建物は中高層建物よりも断然ゆっくり揺れます。過去に観測された地震のほとんどがガタガタとした成分が主で、グラグラの成分は小さくなり、それを超えてゆっくりと揺れる成分は更に小さくなります。地震の主成分を避ける、これが「地震を免れる」と言われる所以でしょう。
変形する部分をつくる：振動性状変化＋エネルギー吸収
通常の耐震建物であれば、地震時に各階が概ね同じ程度変形します。一方、免震構造では極端に柔らかい層があるため、免震層に変形が集中するようになります。その結果として、建物の各階の変形が大幅に小さくなります。
また、変形が集中する部分にダンパーを設置しているため、非常に効率よくエネルギー吸収を行うことができます。そのため、振動エネルギーの大部分を免震層だけで吸収します。つまり、上部構造が負担する割合が小さく、ほとんど損傷が蓄積しません。
免震構造の設計
免震建物ではあえて柔らかい層を設けるということで、「ゆっくり横から押すとどうなるか」という静的な力に対する設計ではなく、「実際に地震のときの動きはどうなるか」という動的な力に対して設計する必要があります。
そのため、地震により生じる力の設定は一般的な耐震建物とは異なります。「あまり特殊な免震建物ではありませんよ」という場合には簡単な計算方法もあるのですが、通常は「時刻歴応答解析」という時々刻々と変化する地面の動きと建物の動きをシミュレートする計算を行います。これは高さ60mを超える超高層建物と同じ設計方法です。
免震の効果により設計に用いる地震の力が通常の耐震建物の1/3以下となっているため、大地震に対しても「倒壊しない」ではなく、「損傷しない」という設定がされていることが多いです。
建物がゆっくりと大きく揺れることで「ガタガタッ」という強い揺れが伝わりにくいため、家具の転倒も起きにくくなっています。そもそもの地震の力自体を小さくできるため、耐震や制振とは一線を画する性能を有しています。
