柔構造

柔構造：地震に負けないしなやかな建築

柔構造とは、地震の力を構造物の柔軟性を利用して吸収し、建物の損傷を防ぐ建築構造のことです。高層ビルだけでなく、水路や樋管など、様々な構造物に応用されています。

剛構造との違い

建築物の設計において、外力を構造体全体で受け止める「剛構造」という考え方があります。これは、想定される外力が継続的に作用すると仮定した静的解析に基づいており、中低層建築物では主流となっています。しかし、固有周期の長い高層建築物では、地震の揺れが構造物全体に伝わるまでに時間がかかるため、静的解析は現実と合致しません。

柔構造は、固有周期を長くすることで地震力を低減させようとする考え方です。構造体の剛性を低くすることで、地震波の揺れに同調しにくくし、地震力そのものを小さく抑えることを目指します。そのため、柔構造は地震力を「受け流す」という表現は正確ではなく、「地震に同調しない」方が適切です。免震構造とは異なり、地震力を受け止めながらも、その力を分散・吸収することで建物を守ります。

柔構造の設計には、固有周期の精密な算出が必要であり、場合によっては特定部分の剛性を低くする必要があるなど、高度な計算・検討が求められます。そのため、中低層建築物への適用は少ないです。

柔剛論争：耐震設計における歴史的対立

1923年の関東大震災後、柔構造を支持する真島健三郎と剛構造を支持する佐野利器・武藤清の間で「柔剛論争」が勃発しました。これは、地震動に基づいた最適な耐震設計方法をめぐる論争でした。

佐野は、地震力を建物の重さに対する割合（水平震度）として計算する震度法を提案し、静的震度法に基づいた耐震設計が発展しました。彼は、地震による建物の応力状態を明らかにし、安全率を考慮した設計震度の算出方法を示しました。設計震度は建物の重要度に応じて調整されるべきだと提唱し、これは世界で初めて地震力を設計に用いる方法でした。佐野は、鉄筋コンクリート造を最も経済的で優れた耐震構造と評価しました。

一方、真島は、西洋建築のような剛構造では地震に耐えられないとして、「柔性建築」を提唱しました。日本の伝統的な木造建築のように、柔軟な構造で地震の力を吸収するという考え方です。彼は、鉄筋コンクリートの耐久性や経年劣化の問題点を指摘し、安易な剛構造化への警鐘を鳴らしました。

柔剛論争は、データ不足から決着はつきませんでしたが、両者の考え方は後の建築構造設計に大きな影響を与えました。武藤は、日本初の超高層ビルである霞が関ビルの設計で柔構造を採用しました。

柔構造の長所・短所

長所

構造物の軽量化による地震力の低減
剛構造では不可能な高層建築物の設計が可能

短所

風圧などによる揺れやすさ（制震構造との併用が多い）
中低層建築物への適用が難しい
* 長周期地震動に対して強度不足となる可能性（発生確率は低い）

その他の柔構造

配管などの埋設構造物では、地震による変形を許容することで、実質的に地震力を受けないようにする設計もあります。これは、柔構造とは異なる考え方ですが、「力を受け流す」という点では共通しています。

まとめ

柔構造は、地震に対して柔軟に反応することで建物の被害を最小限に抑えるための高度な技術です。剛構造との違いや歴史的背景、長所・短所を理解することで、地震に強い建築物設計への理解が深まります。 今後の研究開発により、より安全で効率的な構造設計が期待されます。

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