昨日、八代市役所の免震構造が壊れた話を書いたが、
この壊れた装置は制震部材に分類されるものである。
よく地震に耐える構造として、耐震・制震・免震と並べられることがあるが、
どうして免震の中で制震部材が必要になるのだろうか?
そもそも、地震対策の基本は揺れに耐える頑丈な構造物にすることである。
頑丈な構造にして揺れに耐えるというのが耐震である。
結局のところ、制震にしても免震にしてもこれが基本にある。
後付けで耐震補強された建物だと、補強用のブレース(筋交い)が外から見えることがある。
建物の変形を抑えて地震に耐えるという点では典型的な構造である。
ただ、ビルの高さが高くなるほど、揺れが大きくなるので耐震だけでの対策は難しい場合がある。
そこで揺れを吸収するための装置を付けることで、耐えるべき揺れを減らすという方法がある。
これが制震という考えで、高層ビルでの対策では基本になっている。
そもそも高層ビルというのは風で揺れることへの対策も必要である。
こういう高層ビルの制震によく使われるのがオイルダンパーである。
オイルダンパーは振動を吸収して、熱エネルギーに変換してしまう。
正しく働けば地震により破損・劣化することがないので、繰り返しの地震にも強いという特徴がある。
ただし、経年劣化で油漏れなど発生することがあるので点検は必須である。
他に制震には鋼材ダンパー、ゴムダンパーというのも使われる。
どちらも変形することでエネルギーを吸収する。
ただ、金属というのは変形するとだんだん劣化が進んでいく。
このため鋼材ダンパーは繰り返しの地震に弱いという欠点がある。
実はこの問題は耐震構造にも言えることである。
耐震用の部材が変形するなどして耐震性能が低下してしまうのである。
なので大地震の後には建物の点検が必要なわけですね。
倒壊を防ぐという点では重要性の低い部材を壊れるようにして、エネルギーを吸収させるという考えもあり、
あべのハルカスの耐震性能の説明には「波状鋼板壁」という変形しやすい壁が書かれている。
ゴムダンパーは鋼材ダンパーに比べると繰り返しの地震に強いようだ。
制震用の部材というのは、経年劣化や地震による破損で交換が必要な場合がある。
交換がどれぐらい容易かというのはビルによって異なるとは思うが、
基本的には外して付け直せばよいので、そう難しい話ではない。
特にオイルダンパーは点検しやすい場所にあるはずなので、交換も容易では?
実際、それで交換することがどれぐらいあるのかはわからないけど。
免震は積層ゴムなどで上部の構造物を切り離す方法である。
そもそも揺れが伝わらなければ、上部の耐震性はさほど必要ないと。
建物の倒壊を防ぐだけでなく、揺れによる建物内の被害も抑えられる。
補強が難しい建造物の耐震化に使われることもある。
積層ゴムは上部からの力は受けるが、水平方向には変形しやすい特徴があり、
地面の動きに対して、上部の構造物がゆっくり揺れるようになるが、
これだけだと大きな振幅の揺れがずっと続いてしまうので、制震ダンパーとの組み合わせが必須である。
積層ゴム自身にその役目を持たせるという方法もあり「高減衰ゴム系積層ゴム」というのもあるそうだが。
免震に使われる制震ダンパーとしては、鋼材ダンパー、鉛ダンパー、オイルダンパーなどあるそう。
地震が起こると上部の構造物は地面とは違う動きをする。
なので、免震建造物にはこの動ける分の幅を取っておく必要がある。
他の建造物とのつなぎ目には動いたとき壊れる部材を付けておくなどしている。
ただ、最終的には元の位置に戻ってほしいわけである。
この目的では鋼材ダンパーが適していて、ただ金属なので変形により劣化が進むことがある。
免震用の部材は経年劣化や地震で交換が必要な可能性はある。
ただ、その場合の交換が難しいのではないかという懸念がある。
まだ免震構造の歴史は浅く、経年劣化での交換はなさそうだが、品質不正による交換はある。
建物をジャッキアップして取り替えるという大がかりな作業が必要である。
八代市役所では鋼製ダンパーが地震で変形して戻らないままになっているように見えるが、
さらに言うと上部構造物の位置がずれているように見える。
確かに免震構造では地震後に元の場所に戻りきらないことは想定していて、
それは残留変異と呼ばれるそうで、許容幅が決まっているそう。
なお、残留変異は余震により減少していくことも多いらしい。
耐震性能を復元するには、残留変異を戻した上でダンパーを交換する必要がありそうだが、
かなり大がかりな作業になりそうで、これまでにもあまり実績がないものになるかもしれない。
免震にしても下の構造物はきちんと揺れに耐えなければならない。
この点では免震には耐震もあり、制震もあるということである。
あまり知らなかったのだが、免震というのは基礎で行うとは限らず、
中間層で行うこともあり、八代市役所では柱頭免震と言われる方法だったそう。
地下1階から1階以上を支える柱に積層ゴムなどの部材を付けて免震化している。
当然のことながら地下1階が壊れると全体が壊れてしまうので、そこの耐震性は重要である。
繰り返しの地震に強い構造がよいというのは当然のことではあるが、
変形してエネルギーを吸収するという手段もそれはそれで必要なのが実情である。
制震や耐震は部材が破損はしても、柱や梁が変形しないところを目指しているし、
それが実現されれば、部材の交換で耐震性能は復元できるはずである。
ただ、免震では残留変異はあって、部材の交換にはジャッキアップが必要な場合もある。
基本的には制震ダンパーはジャッキアップせずに交換できるはずだが、
残留変異がある場合はそれを戻すという事前準備が必要である。
結局、何がいいんだろうなという感じである。
ただ、オイルダンパーによる制震は理にかなってるんだろうなとは思いましたね。
繰り返しの地震でもエネルギーを吸収できる装置を使って、建物の変形を防ぐ。
オイルダンパーが壊れてはどうにもならないが、そうならなければよさそうである。