建築工学科
山西 央朗
教員紹介
研究紹介
山西 央朗YAMANISHI Teruaki
工学部 建築工学科 准教授
地震に強いだけでなく、
居住性や機能性まで守る。そんな鋼構造物を生み出す
PROLOGUE
日本では大きな地震が発生しても建築物の安全性を確保するため、仕様に対する基準が法令で定められています。しかしこの基準は、あくまで「安全性」を中心としたもの。地震で建物内の設備が故障したり、居住者の財産が失われると、命は助かっても居住者にとって大損害です。そこで建築する側と使用する側が、地震で建物にもたらされる被害を理解した上で、お互いに満足のいく設計を行う「性能設計」を取り入れるケースが増えてきました。山西先生は「鋼構造物」を対象に、性能設計を実施するためのさまざまな問題に着目しています。
性能設計を実現するためには、さまざまな情報が必要になる
地震によって建築物の全壊は免れたとしても、設備が壊れたり、財産に傷がつくと、居住者の経済的・精神的ダメージは小さくありません。建築物の居住者・使用者にとっては、大きな地震が発生しても安全性はもちろん、機能性や快適性も保たれるのが理想でしょう。
そのためには、通常以上の手間と費用がかかります。そうすると必要なのは、「どこまで備えれば、どういった地震の被害を防ぐ可能性が高いのか。そのためにはどれほどのコストがかかるのか」といった情報です。その情報をもとに、建築者と居住者・使用者が協議し、機能性や快適性をどの程度保つため、どこまで手間と費用をかけるか協議し、納得の上で作り込む。それが「性能設計」の基本的な考え方です。
性能設計を推進するには、今まで解明されなかった建築物のさまざまな挙動を明らかにしていかなければなりません。それらの情報が、かけるべき手間を決定する材料の一つとなるからです。私が研究しているのは、オフィスビルなどの鋼構造物。主に10～20層までの、都市部によく見かける高さの構造物を対象にしています。そのテーマの一つが、「柱と基礎の接合部の挙動を明らかにする」というものです。
地震発生によって加わる力は、建物の外壁側と内壁側で異なる
建築物の基礎部分に、あらかじめ埋め込んだボルトで柱を固定する「露出柱脚」というものがあります。建物の規模に応じて数は異なりますが、1本の柱に打ち込むボルトは10本前後。このボルト部分は、地震に見舞われると壊れるのですが、現在の設計では、壊れ方は全てのボルトで同様だと考えられています。
しかし、詳細にシミュレーションしてみると、そうではありません。建物の外壁側と内壁側で差があり、外壁側がより厳しい力にさらされているようなのです。こうした点に注意し、可能な限り改善を施せば、機能性・快適性の維持に寄与できるかもしれません。
建築者・使用者、あるいは関係者の全てが納得する性能設計を実施するには、未解明点をできる限りなくしていく必要があります。そうして初めて「これだけの性能を維持するにはこれだけのコストが必要だ」といった、合理性のある協議を行う土台ができるのです。高い精度で構造物の性能を評価できるようにするためには、手つかずで残されている数々の不確かな挙動を、実験やシミュレーションによって解明する必要があります。
実験を行う装置
建築設計の精度を高めるため、部材の接合部における独自の工夫を模索中
建築設計の精度を高めるため、部材と部材の接合部にワンクッションを入れる、という手法の研究も進めています。例えば鉄の柱と梁が接合する箇所に、特殊な部材をかませるのです。もし地震が起こったら、接合部の部材は壊れて構いません。この部材が壊れることでエネルギーを吸収し、大事な柱や梁を維持するわけです。さらに接合部の部材に、加わった力を高精度で評価できるものを使用すれば、地震時の挙動がより詳細にわかるはずです。
建築は、曖昧なところが多い分野です。しかし、建材の精度に限界があっても、接合部に一工夫を施すなどのアプローチがあれば、性能設計を進めるための精度が出るのではないか…そんな発想から生まれたテーマです。まだ構想段階ですが、研究を深めたいですね。
“地震で揺れても壊れない特殊なブレース（筋交い）”という研究テーマもあります。もとは私の指導教授が考案したもので、ブレースにくさびを装着するのです。揺れる度にくさびが入り込むため、ブレースが緩みません。これを改良し、ブレースが抵抗し始めるポイントを任意の位置に動かせるようにしたいのです。ブレースによって建物の揺れの周期を意図的に変えれば、建物に入るエネルギーを減らし、ダメージを抑えられるのではないか、と考えています。
（筋交い）」