4. 耐災害構造
建築物・構造物を,地震・洪水・強風・積雪など自然の外力の作用に抵抗して,その機能を保持するという直接の防御対策で,耐震構造が最も代表的なものです.これは単に建物という資産の被害を防ぐだけではなく,人的被害を防ぐことに大きく貢献します.地域コミュニティの災害防備の態勢を高める,あるいは脆弱性を低減させるという対応も,広い意味で耐災害構造に含めることができるでしょう.
耐震構造
建物の耐震構造は,柱・梁・床・壁をそのつなぎ目で堅く結合して,地震力に対し一体となって抵抗し建物の変形をできるかぎり小さくしようとするのが最も一般的なものです.これは剛構造とよばれます.固有振動周期の長い超高層建物では,十分な変形能力を建物に与えて地震力の作用を全体として小さくする柔構造が採用されます.この場合には揺れの幅が大きくなるので,それに対する対策が必要です.
耐震基準は建築基準法(1950年)により定められています.現在の建築物耐震基準は,1981年の建築基準法改正により,設計震度を原則として0.2G、すなわち建物自重の20%の水平力が地震により作用しても耐えられるように設計し,また,自重の100%までの力に対しては,変形はしても大破壊には至らないようにして(ねばりを持たせて)人への危害力を小さくする,という2段階基準に定められています.これは別の表現をとると,震度6弱程度までの中規模地震では,被害は生じても軽微なひび割れ程度,震度6強を超える大規模地震では,壊れても倒壊までには至らないようにして人命の安全を確保する,というものです.
木造住宅の耐震性を高める方法は,硬い地盤を選んで鉄筋コンクリート基礎に土台を緊結する,屋根を軽く壁を多くする,木材の腐食・蟻害を防ぎその接合部を金物で補強する,床を剛強にして建物を一体化する,などです.とくに,耐震性のある壁をできるかぎり多く,かつそれをバランスよく配置することが重要です(図4.1).耐震性の壁とは,筋かいを入れたり,構造用合板を張付けたりした壁です.壁が多く使われていても,道路に面した1面の全体を開口させるなど,その配置が偏っていると弱い部分に力が集中して壊れます.
強さや粘りによって震動に抵抗するという方法の他に,地盤の揺れを伝えない免震構造や揺れを積極的に減衰させる制震構造が採用されるようになりました.免震構造は,まず建物を地盤から切り離し,ゴムやスプリングなど固有周期の長い材料の基礎(アイソレーター)で建物を柔らかく支持し,鉛や軟鋼などエネルギーを吸収するダンパーを使って変位を小さくるするという方法によっています.制震構造は,オイルダンパーや種々の弾塑性材料のダンパーにより,震動のエネルギーを熱に変えて吸収し,揺れを減衰させる方法です.一般住宅向けには,揺れを吸収する簡易な制震の装置や材料が開発されています.
既存住宅の耐震化は震災対策の最重要課題の一つとされて,資金助成や税減免の措置がとられています.現在,戸建て木造住宅のうちの約1000万戸(全体の40%)が,耐震性が劣り改修が必要であるとされています.
耐風構造
風は風速の2乗に比例する風圧力を建物などに加えます.また,風速は刻々と変化するので建物を振動させます.高層建造物においてこの風の作用力は非常に大きくなり地震の作用力を上回って,構造設計を支配する外力となります.建築基準法(2000年改定)では「稀な暴風」(平均しておよそ50年に1回生ずる強風)に対して,構造骨組みの主要部分に損傷を生じないように定められ,とくに高さ60m以上の高層建築物については,「きわめて稀な暴雨」(およそ500年に1回)でも倒壊しないことと規定されています.強風被害の80%以上は屋根材や外装材の被害が占めるので,その強度および構造骨組みとの接合を強固にする必要があります.木造建物では被害はまず屋根と外壁に発生します.軒下には大きな負圧が生ずるので,軒先がまっさきに破壊されます.外壁の被害は開口部の建具,とくにガラス窓に多く発生します.
耐浸水構造
浸水に対抗する建築構造や住まい方は,耐浸水(耐洪水)構造とも名づけられもので,浸水常襲地では昔から種々の工夫がなされています.この方法には,(1) 建物を氾濫水から遮断する,(2) 建物の位置を高くする,(3) 浸水は被ってもその被害を軽くすませる,があります(写真4.1).(1) の方法としては,敷地や建物の周囲を土手や防水壁などで取り囲む,建物外壁を防水壁でつくり出入り口には防水扉を設ける,があります.(2)
の方法としては敷地に盛土する,基礎・土台を高くする,高床式にする,一階が柱・壁だけのピロティ構造にする,があります.盛土は最も一般的な方法です.ピロティ構造では耐震性に配慮する必要が生じます.(3)
としては,2階建てにする,一階に家財・商品・在庫品などをあまり置かない,天井に家財持ち上げ用の開口部を設ける,機械室は2階以上にする,一階に耐水・非吸水建材を用いる,家の周囲に樹林を配置して洪水流や津波の衝撃力を緩和する,などがあります.地下鉄・地下街・地下室では浸水阻止の構造が非常に重要です.
洪水に対抗する地域コミュニティの典型例に輪中があります.輪中とは,周囲を河で囲まれた低湿地内の集落および農地を水害から守るために輪形の堤防で囲んだ土地をさし,またその地の農民によって構成された水防共同体をもさしています.輪中堤が働かなかった場合の耐浸水対策として,盛土や石積みによって一段と高くした敷地に水屋とよばれる別棟を建て倉庫および避難所とする,屋根裏の桟を太く床板を厚くして避難場所や物置として使えるようにする,洪水流の衝撃を和らげるために家の周囲を樹林・竹やぶ・石垣などで囲む,家の浮き上がりを防ぐために一階の天井を高くする,軒下や土間の天井に上げ舟とよばれる舟を吊り下げ避難用とする,敷地を高くするために周囲の低地から土をとって盛土を行う,などがあります.共同の水防活動や被災した場合の相互扶助を行うためのしきたりもつくられていました.土地の危険性をよく認識して,災害が生じても被害を拡大させないための何段構えもの対策を準備して安全度を高めているのです.
耐積雪構造
新雪の比重は0.1ほどですが積雪層の下部では0.5にもなるので,屋根に積もった厚さ2mの雪の重さは1平方メートルあたり数百kgに達します.したがって豪雪地帯では屋根はこれに耐える強度が必要です.建築基準法による耐雪基準は,多雪地帯において単位重量を積雪量1cmごとに3kg/m2以上とする,となっています.屋根雪降ろしは雪国では重要な作業で,その際の事故死は雪に関わる死者の大部分を占めています.