一級建築士試験で頻出される荷重に関する解説です。今回は「地震荷重」についてです。地震の多い日本の建築を考えるうえで、欠かすことの出来ない重要な項目です。ただ、非常に奥が深いため、ここでは、一級建築士試験に出る程度までの基本的な考え方についてまとめたいと思います。
【はじめに】
地震力を考える際に最初に知っておくべきことは、「地震力とは建物の各層に作用する層せん断力」であるということです。難しく感じるかも知れませんが、「地震の際に建物を横に動かそうとする力は、建物の各層ごとに集約して考えましょう」というルールにしているということです。何故そうしているかというと、地震の力は実際には建物全体に作用しますが、それを考えるのは計算が複雑になりすぎるからです。
【層せん断力Qi】
各層の層せん断力Qiは、次式により求めます。
Qi=Ci×Wi
Ci:i層の地震層せん断力係数（⇒のちに解説します。）
Wi:i層が支える部分（i層以上の部分）の固定荷重と積載荷重の総和（多雪地域は積載荷重も加える）
さて、この式から分かるのは、CiやWiを小さくすることで、地震による力を小さくすることが出来る事。つまり、CiやWiを小さくすることで構造設計的には優位であるということです。Wiは重量なので、なるべく軽い建物とすることが良いということになります。
また、さらっと書いてありますが、i層の層せん断力を計算するには、i層以上の部分＝i層よりも上の階の分の重量も含めて計算するということが重要です。何故そうなるかというと、地震によって作用した横に押す力は、それと同じ分だけの力で釣り合わないと（押し返さないと）建物が壊れてしまいます。その押し返す力は下階の柱やブレースが負担していて、それがどんどんと下の階へ伝わっていき、最終的に地面に伝えられます。地震は地面から伝わってくるのに、力の流れが反対に感じるかも知れませんが、ここはそういうものだと思っておくので良いでしょう。
【地震層せん断力係数Ci】
地震層せん断力係数Ciは次式により求めます。
Ci=Z×Rt×Ai×Co
Z:地震地域係数
Rt:振動特性係数
Ai:高さ方向の分布係数
Co:標準せん断力係数
Ciを簡単に言うと、Coという標準値に、立地や地盤や建物固有の特性を加味して決定される係数だと思いましょう。
まず、地震地域係数Zは、建物が建つ地域による地震力の低減係数です。要は、地震のリスクが比較的小さい地域は、地震力を低減してよいというものです。（一般的には、0.7～1.0）
次に、振動特性係数Rtは、建物の固有周期と地盤の振動特性とによる地震力の低減係数です。建物の固有周期が長くなるにつれて、小さくなる（より低減できる）なります。高さが高い建物程固有周期が長くなるので、
最後に、高さ方向の分布係数Aiです。これが一番イメージしづらいですね。沢山の建物についてケーススタディして決めた式によって決まる係数なのですが、難しいので、一級建築士試験としてはこの係数の正体を理解する必要はないでしょう。覚えるべきは、固有周期が長い建物（高さが高い建物）で大きくなるということ、地上最下階で1.0で上層階にいくにつれて大きくなる係数である、ということを覚えておきましょう。（高い建物のムチ振り現象が表現できています。）先ほどの振動特性係数は建物高さが高いほど地震力が小さくなりますが、このAi分布は、建物高さが高くなるほど、上層階の値が厳しくなるので、お互いに相殺するため、地震力の大きさがどうなるかは、実際に計算してみないとわかなりということになります。
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