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オフィスと住まいで大震災に備えるには

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1. 超高層ビルを地震から守る

東日本大震災の発生を受けて、都市で暮らし働く者は地震や津波などの災害への備えの大切さを再認識した。余震が各地で起こり、遠くない未来に東海・東南海・南海の3地震が発生するという予測があるなか、地震に強い建物づくりは新たな段階に入りつつある。オフィスワーカーや都市生活者の命を地震から守る、ゼネコンやハウスメーカーによる最新の耐震、制振、免震技術をレポートする。

* 「制震」と「制振」:現在でも2つの表記が並存している。日本建築学会では正式に「制振」を用いているが、企業は「耐震」「免震」との対比のしやすさから「制震」を使用するところが多い。ただし最近では、地「震」を制するのではなく、「振」動を制するという意味から「制振」の使用が増えており、本レポートでも「制振」を使用している。なお一部商品名など固有名詞では「制震」使用している。

1. 超高層ビルを地震から守る

■ 「コロンブスの卵」的な発想が高い制振性能につながった

tatemono_01.jpg大林組の「デュアル・フレーム・システム」。ビル中央の硬い壁構造物が心棒の役割を果たす

世界有数の地震国である日本において、地震への備えは何よりも重要だ。特にたくさんの人が暮らし、オフィスワーカーが働く都市部に建つ高層ビルや高さ60mを超える超高層ビルにおいては、地震のエネルギーを抑える制振や、揺れを伝えないようにする免震などの技術を採用することは当たり前のものとなっている。免震構造の普及啓発や耐震技術の発展などを目指す(社)日本免震構造協会が2011年6月に公表した「第12回日本免震構造協会賞」で、技術賞(奨励賞)を受賞して注目を浴びたのが、大林組の超高層ビル向け制振構造システム「デュアル・フレーム・システム」だ。

超高層ビルの外周部分を住戸棟で取り囲み、コアとなる吹き抜け部分にRC造の立体駐車場を建築する。その名のとおり二重構造となった建物を油圧式のオイルダンパーで連結することにより、大がかりな免震装置を使うことなく一般の制振構造に比べ柱、梁が負担する地震のエネルギーを約3分の1に低減することができる。高い制振効果を実現したのが、地震による揺れが生む固有の周期だけでなく、住居棟と立体駐車場の質量差と変形差に着目した構造システムだ。

tatemono_02.jpg2つの建物を制振装置でつなぐ構造システムについて「コロンブスの卵的なシンプルな発想の産物」と話す、大林組大阪本店建築事業部・構造設計部部長の西村勝尚さん

2つの建物を制振装置でつなぐという発想はきわめてシンプルでわかりやすいものだが、意外にも超高層ビルの制振システムとして採用され,高い制振効果を発揮したのは初めてであるという。設計を担当した同社大阪本店建築事業部・構造設計部部長の西村勝尚さんは、このアイデアが生まれたきっかけについて「いうなれば『コロンブスの卵』です」と語る。

「超高層ビルの耐震性能については免震こそが安全で、制振構造のさらなる向上は難しいという考え方がありました。しかし、免震装置の設置には大がかりな工事が必要で環境負荷が高くなりコストもかかりますし、そもそも超高層ビルには一定の免震効果があります。免震よりも少ないコストで性能の高い制振システムができないかと考えていたときに思いついたのが、剛性の違う2つの構造体をダンパーでつないで地震により生じる大きな変形差を利用し、エネルギーを吸収する仕組みでした」(西村さん)。

tatemono_03.jpgデュアル・フレーム・システムを採用している、ジオタワー天六(大阪市)の完成予想図

ここまでくれば、あとはやってみるだけ。外側に住居棟を建て、日の当たらないコア部分にはマンションに欠かせない立体駐車場を設けることに。駐車場を鉄骨造ではなくコンクリート造とし2つの構造体の質量差を小さくしたことで、ビル全体にかかる揺れの70%を制振装置で吸収することに成功した。

デュアル・フレーム・システムには、柱や梁が少なくて済むため間取りの自由度が大きいという良さがある。また、超高層ビルにつきものの強風にも強く、立体駐車場の騒音や振動が遮断されるなど快適性の面でも多くのメリットがある。2011年8月現在で2件竣工していて、東日本大震災のときにもほとんど揺れを感じなかったという。こうした性能の高さが認められ、大阪市、川崎市をはじめ工事中の物件が5件、設計中の物件が3件あるという。大林組は技術研究所新本館の「スーパーアクティブ制振構造」で、同協会賞の作品賞も受けている。

■ さまざまな制振技術が開発されている

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ビルなどの建物を地震から守るための技術についておさらいしておこう。地震が起こると、強い揺れによって地面の上に建つ建物に大きなエネルギーが加わる。こうした状況でも壊れないようにビルを設計し、丈夫な建材を使って建てる技術が耐震だ。

ある建物が地震にどれだけ強いかを調べる「ビルの耐震診断」のように、制振や免震を含めて耐震と呼ぶ場合もある。一方、制振は、建物の内部に揺れを抑える装置や部材を組み込むことで、地震のエネルギーを吸収する技術のこと。東日本大震災でも影響のあった超高層ビルの長周期振動や、強風対策としても有効で、さまざまな制振装置が開発されている。

あなたのオフィスは地震でも大丈夫? ビルの耐震・制震・免震ってなに?

tatemono_05.jpg清水建設のCSダンパーはエネルギー吸収性能に優れ、建物の耐震安全性を大幅に向上させる

清水建設では地震によるビルの損壊を軽減するために、建物の構造に応じたさまざまな制振装置を用意している。たとえば、鉄骨造の建物に強度をもたせるために「たすき掛け」の要領で設置する鋼材をブレースというが、同社の「チャンネル拘束型ブレースダンパー(CSダンパー)」は、通常のブレースのように設置するだけで地震時の建物損傷を軽減することができる。価格が安いため、オフィスビルなどで採用されている。また、RC造の高層マンション向けには、上下階の梁の間にある間柱を制振部材とすることで開口や通路を確保しやすくする「間柱・せん断パネルダンパー」が有効だ。さらに、一般的なオイルダンパーと新開発の回転慣性質量ダンパーを組み合わせた「ハイブリッド型制震ユニット」もある。

清水建設が力を入れているのがビルの耐震診断。とくに東日本大震災の発生後に引き合いが急増し、耐震診断の依頼件数は4~6月期で前年度に比べて4割も増えた。「耐震診断をすると耐震性不足という結論になる場合が多く、『関東大震災がまた起きても大丈夫なように建ててもらったはずなのに耐震性が足りないのか』と驚く方もいます。それでも、地震の被害とその分析についての情報が浸透しているためか、ほとんどのお客さまが冷静に結果を受け止められます」(同社広報部)。同社では顧客のニーズに合った制振・免震技術を提案して、案件受注に結びつけていく考えだ。

清水建設 耐震診断技術

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2. 地震の揺れそのものを伝えない「免震」

2. 地震の揺れそのものを伝えない「免震」

■ 高層マンションの免震を可能にした「HIスマートウォール」

鹿島の壁式免震構造「HIスマートウォール」(右図)はすぐれた免震性能をもつだけでなく、一般構造のマンション(左図)に比べて空間設計の自由度が高い

免震は、建物を地面から浮かせて免震装置を設置することで揺れを伝えないようにする技術だ。地震が起こってもビル自体の揺れを小さくすることができるため、耐震技術の筆頭と目されている。一方で、マンションなどの場合は安全性だけでなく、居住性や居室プランの自由度の高さが大きなポイントとなる。このようなニーズを満たす免震技術として、住戸内に柱や小梁の出ない壁式免震構造があるが、従来は主に低層マンション向けに用いられていた。その常識を破ったのが、早くから制振・免震技術の研究に着手し実用化してきた鹿島建設だ。

鹿島の壁式免震構造「HIスマートウォール」は、壁式構造の建物の中央部に、超高層マンションで多くの実績をもつ「コアウォール」をあたかも大黒柱のように配置。高層マンションにおける耐震性の確保はもちろん、広々とした室内空間を得ることが可能となり居住性のよさを実現した。プランの自由度の高さは、天井までの大きな窓を設けることもできるほどだ。また、免震装置を設置することで、地面から建物へと伝わる揺れを大きく低減する。すでに東京・板橋区にある14階建ての分譲マンション「加賀レジデンス」をはじめとして、各地に実施例がある。

tatemono_07.jpg豊島区で建築中のマンション「桜プレイス」には、開放的で自由度の高い居室や、すっきりとした外観デザインなど、「HIスマートウォール」の長所が存分に生かされている

東京・豊島区高田で建築中のマンション「桜プレイス」には、柱や梁がなく開放的で自由度の高い居室や、重厚になりすぎないすっきりとした外観デザインなど、「HIスマートウォール」のもつ長所が存分に生かされている。2012年に完成する予定だ。また、室内に柱や梁が出ない「HIスマートウォール」には、将来のリフォームやリニューアルに対応しやすい良さがある。さらに、不整形な形状の建物にも導入しやすい。

鹿島建設 壁式免震構造「HIスマートウォール」
鹿島の免震邸宅「桜プレイス」

■ 複合免震構法で強い地震の揺れを低減

tatemono_08.jpg阪神大震災の波形を使ったシミュレーションでは、ハイブリッドTASS構法により地震の強さが1/8程度まで弱められた

これまで見てきた各社に負けず劣らず、多様な耐震・制振・免震技術をもっているのが大成建設だ。同社が誇る免震技術の「ハイブリッドTASS構法」は、すべりを併用した複合免震構法により強い地震の揺れを低減する効果があり、これまでに100件近い採用実績がある。このほかに、地震の大きさに応じてオイルダンパーの性能を変えることで高い免震効果を得る「セミアック免震構法」や、既存の建物を基礎や中間階で免震化する「免震レトロフィット構法」、「超高層免震技術」などがある。

制振技術では、既存超高層ビルの柱や梁を補強しなくても地震時の揺れを低減することが可能な「T-RESPO構法」や、建物にかかる地震や風のエネルギーを吸収して揺れを緩和する制振機構の「TASMO」、「ハイブリッドブレースダンパー」など幅広い技術をもつ。また、既存建物の耐震補強技術についても「あと施工アンカー」を使わない「TAFF構法」や、外部補強構法、デザイン性の高い「格子型ブロック耐震壁」などがある。同社ではこれらの耐震技術の特長や効果、導入事例などを紹介するとともに、耐震診断を受けたい施主の入り口となる専用サイトの「耐震ネット」を開設しており、インターネットによる顧客の取り込みにも積極的だ。

大成建設 耐震ネット

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3. 一人ひとりにできること、すべきこと

3. 一人ひとりにできること、すべきこと

■ 日々の心構えが非常時に生きる

tatemono_09.jpg千代田区が設置している総合防災案内板

ビルや住宅を地震に強いものにする技術やシステムも重要だが、最も大事なのは、地域で暮らし働く一人ひとりが防災の心構えをもつことだ。しかし、対策はまだまだこれからだ。千代田区が区内の約4,000事業所を対象に、東日本大震災が発生する直前である2011年2月に実施したアンケート調査の結果によると、オフィスに食料を備蓄している事業所は約3割、従業員への防災教育や訓練を行っている事業所は4割強で、帰宅困難者対策に取り組んでいる事業所は約1割に過ぎない。この傾向はとくに中小企業で多く見られる。

一方、区内でも大企業が多い大丸有エリアでは、地域協力会の「東京駅周辺防災隣組」を中心として、帰宅困難者避難訓練などの活動が毎年行われている。東日本大地震の際に、2,000人に及ぶ帰宅困難者の受け入れや毛布の配布、炊き出しなどがスムースに行われたのは、こうした日々の訓練のたまものであるといえよう。区では、エリア内に総合防災案内板を設置しているほか、皇居外苑や日比谷公園などを帰宅困難者支援場所として指定している。また、JRや地下鉄など鉄道の駅に携帯トイレを備蓄する計画を進めている。

  1. 大丸有CSR レポート2011(PDF)

■ 各地で地域防災計画見直しの動き

ここで、高層・超高層ビルの防災に関する法制度を見てみよう。国は阪神・淡路大震災による被害を教訓として、「建築物の耐震改修の促進に関する法律(耐震改修促進法)」を制定した。既存の建物のうちホテルや学校、老人ホームなど多くの人が利用する一定規模以上のものを特定建築物とし、現行の耐震基準と同等以上の耐震性能をもたせることを努力義務ではあるが所有者に求める。従わない場合には、行政による指導や助言、公表などが行われる場合もある。

また、政府の中央防災会議は2005年に「建築物の耐震化緊急対策方針」をまとめ、2015年までに住宅と特定建築物それぞれの耐震化率を90%にする数値目標を掲げた。これに合わせて耐震改修促進法が改正され、現在、同法を受けて地方自治体の約9割が耐震改修促進計画を立てている。このほかにも、災害対策基本法、消防法、建築基準法などの関連法令による規制が行われている。さらに、国の防災基本計画をもとに地方自治体が地域防災計画を立てているが、東日本大震災とそれに伴う津波の発生、そして原発事故を受けて各地で計画を見直す動きが相次いでいる。

■ 地震発生! そのときわが家は

tatemono_10.jpgtatemono_11.jpg三菱地所ホームの「ピアニシモ」は、建物に伝わる地震エネルギーを吸収する高性能免震システムだ(写真は2011年8月現在)

オフィスワーカーにとって勤務先のオフィスビルでの防災はもちろんだが、自宅の防災も重要な問題だ。近年、多くのハウスメーカーが耐震・免震技術を搭載した家を開発し、販売している。三菱地所ホームの高性能免震システム「ピアニシモ」は、基礎と建物の間に設けた免震装置で建物に伝わる地震エネルギーを吸収し、最大5分の1程度、揺れにして約10分の1にまで低減することができる。免震装置は、建物の荷重を支えるとともに、地震時には揺れから建物を絶縁する支承材と地震エネルギーの減衰や建物の復元機能をもつ素材から構成されている。

また、同社のツーバイフォー工法による住まいは、壁・床・天井の6面がそれぞれ構造用木材の枠組みと構造用合板とを一体化した「ダイヤフラム」と呼ばれる強靭なパネルで構成されている。これらのパネルがつくる頑丈な箱型構造の建物は、水平、垂直のいずれから外力を受けてもバランス良く受け止め、分散して吸収する。その安定強度は、震度7クラスの大地震や瞬間最大風速秒速約50mの大型台風にも余裕で耐えられる。さらに、地震に耐える住まいを実現するのが基礎の耐久力。同社ではコンピュータによる壁量計算や構造計算を一邸ごとに実施して耐震強度を確認している。施工前に地盤や敷地の状態を調査して、問題がある場合には地盤改良を行うなどして最適な基礎工事を選択するという。

三菱地所ホーム 地震や強風に強い

tatemono_12.jpgtatemono_13.jpg「マルチバランス構法」による住友林業の家(写真上)と、「地震エネルギー吸収パネル」(写真下)

一方、木の家がもつ良さを生かしつつ耐震性能の高さを追求しているのが、住友林業だ。同社では、木造軸組工法を進化させた「マルチバランス構法」、モノコック(一体)構造の「ツーバイフォー構法」、木質梁勝ちラーメン構造の「ビッグフレーム構法」から、住まい方や敷地条件に最も適した住まいを提案している。なかでも柱と梁で構成された軸組に面材のパネルを一体化したマルチバランス構法は、大地震などの巨大な外力を受けても接合部に力が集中しないので、建物の変形やねじれが抑えられる。

また、同社が開発した「地震エネルギー吸収パネル」は、パネルに取り付けた高剛性・高減衰ゴムが地震のエネルギーを熱エネルギーに変換して吸収する能力をもつ。一般的な筋かい工法に比べて地震エネルギーによる建物の変形を最大で約70%抑え、また、繰り返しの中小地震に対しても強さを維持する。マルチバランス構法に装着して効果を発揮する。さらに、グループのリフォーム専門会社である住友林業ホームテックは、アラミド繊維シートを貼って基礎を補強するARC工法など独自の技術を駆使した耐震リフォームを全国的に展開している。

両社とも、東日本大震災の発生後、展示場などで耐震についての問い合わせや引き合いが多くなっているという。また、鹿島建設も戸建住宅向けの免震システム「シンドCUT」を開発して採用実績を増やしている。今後、被災地や周辺地域における復興需要に加えて、耐震性能の高い住宅の新改築戸数が増えていきそうだ。

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4. 防災と景観、環境が調和した都市へ

4. 防災と景観、環境が調和した都市へ

■ 見た目はレトロでも最新の免震技術を装備

tatemono_14.jpg丸の内にある三菱一号館は、復元されたレンガ造りの建物を最新技術で免震化したものだ

免震・制振に関する技術やシステムの開発が進む一方で、都市景観や周辺環境に配慮しながら建物を地震から守る工法が注目されている。日本免震構造協会賞の作品賞を贈られた千代田区丸の内の三菱一号館は、イギリス人建築家、J. コンドルの設計により明治27年に竣工した旧三菱一号館を、当時の資料をもとにして忠実に復元した建築物で、現在は美術館として数々の企画展が行われている。

当時と同じ製法でつくられたレンガを一つひとつ人の手により積み上げて建てられたが、驚くなかれ、鉄筋補強などは一切行われていない。

ではどのように地震の揺れに耐えるのかというと、地下の躯体に鉛プラグ入り積層ゴムと積層ゴムなどによる免震部材を設置し、その上に建物を載せているのだ。また、同じく丸の内にある日本工業倶楽部会館も、会館部分全体を免震材の上に載せた構造となっている。施主である三菱地所によると、いずれも丸の内地区の再開発と一体となっており、現在工事が進められている東京中央郵便局の保存部分にも同様の免震構造が採用されている。

三菱一号館美術館

■ 進む既存ビルの制振・免震化

tatemono_15.jpg東京の豊島区役所は、大成建設の「免震レトロフィット」を採用して業務を続けながら免震化を果たした

既存の建物やビルを使いながら、制振や免震の技術を施す工法も開発されている。鹿島建設は、移転工事が不要な「居ながら補強」という工法の提案を行っており、耐震診断の結果、建物を補強しなくてはならないことがわかったものの、なかなか踏み切れなかった施主から好評を得ている。また、大成建設の「免震レトロフィット」は、既存の建物の基礎や中間階に免震装置を設置して、外観や内装・設備などを変更せずに免震建物に生まれ変わらせる工法だ。建物を使いながら施行することができ、東京の豊島区役所をはじめ各地に施工例がある。

このように耐震・制振・免震は、新築の超高層ビルはもちろん、今ある建築ストックの更新や復元も含めて、建物を地震から守るための技術・システムだ。防災と景観、そして環境が調和した都市こそ、1000年先までいきいきとあり続けるまちの姿なのではないだろうか。

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編集部から

今回お話をお聴きしたあるゼネコンの設計者が、「免震や制振に関する技術はすでにたくさんある。それらをいかにうまく組み合わせて実際の建物にシステムとして組み込むかが重要」と話してくれた。防災に限らず、環境などあらゆる分野に通じることかもしれない。

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