制震

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

制震(せいしん)とは、建築設計上の概念であり、建物に入力される地震力を、建物内部の機構により減衰させたり増幅を防いぎ、建物の振動を低減させることを指す。制振(せいしん)とも書かれ、日本建築学会では正式に制振を用いているが、言葉の顧客への印象から民間企業では制震(せいしん)を用いることが多い。力学的な形態により、「層間ダンパー型」、「マスダンパー型」、「連結型」などに分類され、また、エネルギーの入力の有無により「パッシブ制震」、「セミアクティブ制震'」、「アクティブ制震」に大きくわかれる。

主に大規模な建築物に利用されているが、近年では住宅などへの適用も目立つ。また、橋梁などにも制震機構が組み込まれることがある。

[編集] 制震・免震・耐震の比較

比較すべき概念として「免震」と「耐震」があり、以下のように要約できる。

制震

建物自体に組み込んだ機構により、地震力が入力しても抑制するようにする。特に大規模建築物に有効である。

免震

地盤との絶縁などにより、地震力を受けないようにする。基礎部分にアイソレータやダンパーを敷き、その上に建物を設置することにより、地盤の揺れに建物が追随しないようにする。あらゆる規模の建築物に有効。

耐震

構造を丈夫にし、地震力を受けても破壊しないようにする。耐力壁を配置し、筋交いなどを設けることで、建物の各部分が破壊しないだけの強度を確保する。すべての建築物に必須の要素である。

このうち「免震」と「制震」は新しい研究成果によってもたらされたものであるが、「耐震」は、地震のある地域に建物を建てる以上ある程度自然に湧いてくる発想である。建築基準法によっても耐震構造は義務付けられている一方、免震・制震は任意に行う。また、耐震に加えて免震・制震を盛り込むとコストがかかる。

[編集] パッシブ制震、セミアクティブ制震、アクティブ制震

制震の手法には、エネルギーの入力の有無で大きくわけて「パッシブ制震」「セミアクティブ制震」「アクティブ制震」がある。

パッシブ制震

電力などのエネルギーの入力を一切必要としない物をさす。オイルダンパーや粘弾性物質、金属などのエネルギー吸収要素を利用した制震壁・制震ブレース・制震柱などが使われ、建物の各部分で震動を減衰させる。停電などの影響を受けず、安定した性能を発揮することが出来る。

セミアクティブ制震

「少量のエネルギーの入力を必要とするもの」と分類される。また、「建物の振動を状態方程式で表わしたとき、係数を動的に変化させるもの」という分類のされ方もある。具体的にはオイルダンパーのオイルの流量の調節などを行い、逐次適、した係数に変化させることでパッシブ制震よりも効果的な振動の低減を図るものである。制御にはコンピュータや簡単なリレー回路を用いる。

アクティブ制震

「多くのエネルギーの入力を必要とするもの」と分類される。また、「建物の振動を状態方程式で表わしたとき、新たな項を追加するもの」という分類のされ方もある。直接的に外部からのエネルギーの入力により建物の振動を制御するための力を与える装置を設置するものであり、マスダンパー型や連結型として用いられる。一方で建物の振動を押さえる力を発揮できる装置は、即ち建物を振動させる力を発揮できる設置であるため、設計ミスや誤作動、意図的な操作により建物を振動させる事も可能であり、設計に際しては細心の注意が払われている。

なお、セミアクティブやアクティブ制震では震災時に停電しても動作を担保するために無停電電源装置を用いる事が多い。また、最低でも数十年になる建物の供用期間に対して制御に用いるコンピュータの寿命は短いため、定期的な交換が必要である。

[編集] 層間ダンパー型、マスダンパー型、連結型

層間ダンパー型

建物の上の層(床)と下の層の間をダンパーを用いて連結し、建物が振動で変形した際にダンパーも変形させ、ダンパーにエネルギーを吸収させて建物の損傷を防ぐ機構である。ダンパーにはオイルダンパーや粘弾性体、金属の塑性化を利用したものなどがあり、また、設置様式によりブレース型や間柱型、壁型等がある。殆どの場合でパッシブ制震として用いられるが、セミアクティブ制震として用いられるものもある。

マスダンパー型

建物の最上部などに「おもり」を設置しおもりと建物の間に生じる力を利用して建物の振動を低減させるものである。揺れているブランコに乗っている人が自らの重心を動かすことで急激に揺れを止める様子を想像すると良い。日本のゼネコンからは、シリーズ化されたアクティブ制震機構がいくつも出ている。おもりと建物を連結するバネ(または振り子)やダンパーを振動学的に適切に調整したパッシブ制震のものをTMD(Tuned Mass Damper)、おもりと建物を連結するバネ(または振り子)やダンパーを動的に制御し調節するセミアクティブ制震のものをATMD(Active Tuned Mass Damper)、コンピュータにより解析を行い、おもりをアクチュエータやリニアモーターで応答を制御するのに適した動きをさせるAMD(Active Mass Damper)等がある。ただ、建物に載せるおもりには限度があり、出せる力が小さいため、殆どの場合で地震ではなく風に因る振動を対象としている。