バッコ博士の構造塾

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木造住宅に最適な制振・制震ダンパーはどれ?価格・耐久性・耐震性を比較

木造をメインとする大手ハウスメーカーの大半が独自の制振ダンパー(制振装置)を開発しています。

 

□■□疑問■□■

数ある制振ダンパーの中で、木造住宅に最も適しているのはどれでしょうか。

 

□■□回答■□■

耐震構造でも十分安全な建物にすることは可能ですが、もし制振ダンパーを設けるなら「粘弾性ダンパー」をお勧めします。粘弾性ダンパーの中でも「硬い」ものほどいいでしょう。他にも「鋼材ダンパー」や「オイルダンパー」がありますが、性能や耐久性の面でやや見劣りします。

ただし、制振ダンパーを設置したからと言って、それだけで地震に強い建物になるわけではありません。制振ダンパーの有無よりも、優秀な建築士にしっかりと設計してもらうことの方が重要です。その上でさらに安全性を高めたい場合に、制振ダンパー設置の検討をしてください。

 

 

制振ダンパー設置の検討をする前に知っておくべきこと

制振建物の揺れ方

制振ダンパーを設置すれば建物に生じる変形が小さくなることはまず間違いありません。ただ、室内にいる人の感じる揺れが小さくなるかというと、必ずしもそうとは限りません。

 

どれだけ優れた耐震構造、あるいは制振構造であっても、1階の床に生じる揺れを低減することはできません。なぜなら1階の床は非常に硬いコンクリートの基礎を介して地面と繋がっているからです。

 

そのため、1階の床には地面の揺れがほとんど直接伝わってきます。耐力壁や制振ダンパーというのは1階の床と2階の床の間に入っており、その時点では全く作用しません。

 

1階に食器棚や本棚があるのであれば、棚が倒れるかどうかは「どんな建物か」ではなく「どんな地震か」によって決まります。それが嫌なら、地面と建物の間にワンクッション入れている免震構造にするしかありません。

免震構造がよくわかる:固有周期・振動モード・エネルギー吸収

 

もちろん、2階、3階の床の揺れは制振ダンパーによりいくらか低減することは可能です。ただ、その場合でも1階の床の揺れよりも大きくなることが大半です。耐震よりも揺れの「増幅」を低減できますが、制振にしたからと言って完全に増幅をなくすことはできないのです。

 

制振ダンパーの効果

地震時に建物に生じる地震のエネルギーを柱や耐力壁に変わって吸収する、これが制振ダンパーの効果です。建物が右に左に揺すられる度、それに合わせてダンパーが伸縮することでエネルギーを吸収します。

 

東北地方太平洋沖地震のように揺れが長時間続き、何度も左右に揺すられればそれだけ吸収するエネルギーも大きくなります。柱や耐力壁が負担すべきエネルギーを制振ダンパーが代わりに吸収してくれるので、建物の損傷を抑えるために効果的です。

 

ただ、兵庫県南部地震のように、ドンっと強い揺れが数回しか無いような地震に対してはそれほど大きな効果は得られません。ダンパーの伸縮一回で吸収できるエネルギーは限られているので、揺れが短時間で終わってしまうと効果が薄いこともあります。

 

木造住宅は耐震で十分

制振ダンパーがあると無いのでは、もちろんある方がいいに決まっています。ただ、制振ダンパーを入れればそれで強い建物ができるわけではありません。

 

全ての建物の基本は耐震構造です。特に木造住宅では、耐震だけで十分に強い建物にすることができます。

木造住宅なら耐震で十分である:構造の専門家がたどり着いた結論

 

制振ダンパーが無くても十分な耐震性のある建物にすべきでしょう。その上で、付加価値として制振ダンパーを設置するのはいいと思います。制振ダンパーを「耐震性の不足を補う」ような使い方をするのは耐震補強だけでいいでしょう。

自分でできる木造住宅の耐震補強:DIYで命を守れるか

 

ちなみに、超高層ビルの制振と木造住宅の制振では制振に期待する効果が違います。超高層ビルに関する制振の記述は全く参考にならないということを覚えておきましょう。

 

制振ダンパーの比較

種類と価格

制振ダンパーは大きく分けて「鋼材ダンパー」、「粘弾性ダンパー」、「オイルダンパー」の3つがあります。建物の上部に錘を載せるタイプのものもありますが、戸建住宅に使用されることはありません。

 

エネルギー吸収性能や耐久性を高めた特殊な金属を使用するものが鋼材ダンパー、ゴムやシリコンのような材を鋼板に挟み込んだものが粘弾性ダンパー、筒内のオイルが流れる抵抗を利用した機械的なものがオイルダンパーです。

 

詳しく知りたい方はこちらのページを参照してください。

制振・制震ダンパーの種類と特徴:構造設計者が効果を徹底比較

 

構造がシンプルなものほど価格は低くなるので、一般的に

鋼材<粘弾性<オイル

という関係になります。

 

耐久性の比較

制振ダンパーの耐久性には2つの意味があります。1つは10年、20年と設置から時間が経っても性能が劣化しないかという「長期的な耐久性」、もう1つは地震や台風により何回も変形をくり返すことで性能が劣化しないかという「短期的な耐久性」です。

 

長期的な方は、構造がシンプルなほど耐久性が高くなりますので

鋼材>粘弾性>オイル

という関係ですが、短期的な方は真逆の

鋼材<粘弾性<オイル

という関係になります。

 

長期的な耐久性を心配している方も多いですが、鋼材ダンパー、粘弾性ダンパーはそれほど気にする必要は無いと思います。鋼材ダンパーはただの金属ですし、粘弾性ダンパーのエネルギー吸収部分の外気への露出は極わずかです。

 

「ダンパーは数十年、木造は数百年と寿命が違う」と思う方もいるかもしれませんが、現代の木造は寺社仏閣のように数百年も持たないでしょう。木造も金物無しでは成り立ちませんし、ダンパーとあまり寿命は変わらない気もします。

 

ただ、オイルダンパーは構造が複雑ですし、最悪オイル漏れの可能性があります。やはり定期的にメンテナンスしたくなります。

 

なお、戸建住宅のようにガタガタと素早く揺れる建物は揺れが収まりやすいので、短期的な耐久性はあまり気にしなくても構いません。いずれのダンパーも、耐力壁よりも繰り返しの変形に強いのは確かです。

 

耐震性の比較

制振ダンパーの効果は、どんな地震が発生するか、ダンパー設置前の建物の性能がどうなっているかで変わってきますので一概に言えません。

 

建物をより硬くしたい場合は鋼材ダンパー、エネルギー吸収性能を高めたい場合はオイルダンパー、そのどちらも必要な場合は粘弾性ダンパーがよいということになります。

 

ただ、鋼材ダンパーは小さな揺れではエネルギー吸収をせず、「繰り返し変形に強い耐力壁」と大して変わりません。「制振」とは呼ばれますが、実際には「耐震」に近くなります。

 

オイルダンパーはエネルギー吸収性能が最も高いですが、耐力壁が多い建物ではあまり役に立ちません。そもそもの変形が小さいため、効果を発揮できないのです。

 

硬さを持ちつつ、微小な揺れからエネルギー吸収が可能な粘弾性ダンパーが大体どんな建物に対しても安定的に性能を発揮できそうです。また、耐久性やコストを考えてもバランスがいいでしょう。

 

粘弾性ダンパーは硬い方がいい

同じ粘弾性ダンパーでも、使用する粘弾性材料によって性能は大きく変わります。ダンパーへの組み込み方や組み込む量によって性能はある程度調節できますが、できるだけ硬い材を使用しているものを選びましょう。

 

まず、硬いものほど長期的な耐久性が高い傾向にあります。斜張橋などの土木分野で使用されている粘弾性ダンパーは相対的に硬いです。屋外で使用されるため、耐久性が非常に重要になるためです。

 

また、柔らかいものほど温度によって性能が変化しやすい傾向にあります。ビルのような年中空調が管理されている場合にはいいですが、戸建住宅では夏と冬でかなり温度差があります。あまりに暑いと、粘弾性材料がフニャフニャになってしまいます。