偏心率Reとは?計算方法と耐震設計への影響(令第82条の6第二号ロ)
ルート君
偏心率って、どうやって計算するの?
偏心率Reの計算は、各階の剛心位置と重心位置のずれを弾力半径で除して求めます。
偏心率(Re)は、各階の重心と剛心のずれが弾力半径に対してどの程度あるかを表す指標です。
ルート2以上の計算では、Re ≦ 0.15 であることを確認する必要があります(令第82条の6第二号ロ)。
Re > 0.15 の場合はルート3で形状係数Fesによる割増が必要です。
偏心率Reはどうやって計算するのか
| 記号 | 意味 |
|---|---|
| Re | 偏心率(= e / re) |
| e | 重心と剛心の距離(偏心距離) |
| re | 弾力半径(= √(Kr / Σk)、Kr:回転剛性、Σk:並進剛性の総和) |
偏心率Re = e / re として算定します。
eは平面的に直交する2方向それぞれについて算定し、大きい方の値を採用します。
重心・剛心・弾力半径とは何か
重心(G)は、その階の質量(荷重)の作用点です。
地震力は重心位置に作用するとみなします。
剛心(CR)は、その階の水平剛性の中心です。
水平力が剛心に作用するとき、平面的なねじれ変形は生じません。
弾力半径(re)は、回転剛性と並進剛性の比のルートで、偏心の大きさを評価するための基準距離です。
偏心率が大きくなりやすいのはどんな場合か
| ケース | 偏心率への影響 | 対策 |
|---|---|---|
| 耐震壁が平面の片側に集中している | 剛心が重心から大きく偏り、Reが上昇する | 対称な位置に耐震壁を追加配置する |
| L字形・コの字形の平面 | 平面の非対称性により剛心と重心がずれやすい | 凹部側の耐力を増強して剛心を中央に近づける |
| ブレースが特定方向のみに配置 | ブレース配置方向と直交方向の剛性バランスが崩れる | 直交方向にもブレースを分散配置する |
Re > 0.15 となった場合はどう対応するのか
ルート2でRe > 0.15 となる場合、次のいずれかの対応をとります。
①耐力要素の配置変更によりRe ≦ 0.15 に改善する。
②ルート3(保有水平耐力計算)に移行し、形状係数Fesに偏心率の超過分を反映させて必要保有水平耐力Qunを算定する。
偏心率が大きくなると形状係数Fesはどう変わるのか
ルート3でRe > 0.15 の場合、形状係数Fesが1.0より大きくなります(偏心率が大きいほどFesが大きくなり、必要保有水平耐力が増大します)。
Fes(及びDs)の算定方法は昭和55年建設省告示第1792号に規定されています。
なぜ偏心率に基準値(0.15)が設けられているのか
地震力は建物の重心に作用しますが、耐力要素の配置が非対称だと剛心が偏り、地震時にねじれ変形が生じます。
ねじれが大きいと特定の部材に過大な変形が集中し、設計の前提である「各部材への荷重分配」が成り立たなくなります。
Re≦0.15という数値は「実験・解析的にねじれ影響が設計許容範囲内に収まる限界」として設定されています。
Re>0.15を超える場合にFesで割増するのは、ねじれによる耐力の不均等分配を安全側に評価するためです。
剛心と重心はなぜ一致させることが難しいのか
重心は質量分布で決まり、剛心は耐力要素(耐震壁・ブレース・柱)の剛性分布で決まります。
設計上の制約(開口部の配置・平面計画・用途上の要求)により、耐力要素を完全に均等配置することは難しいケースが多くあります。
特に不整形平面(L字・コの字・吹き抜けあり)では、どの方向にどれだけ耐力を配置しても剛心が重心に一致しないことがあります。
このため偏心率の管理は初期の構造計画段階から意識する必要があります。
試験で問われやすいポイント
- 偏心率Re = e / re(偏心距離÷弾力半径)。令第82条の6第二号ロの基準値はRe ≦ 0.15。算定はX・Y方向それぞれ行い、大きい方を採用する。
- 耐震壁を平面の片側だけに配置すると剛心が偏り、Re が増大しやすい。対称配置が基本。L字形・コの字形平面でも剛性分布が非対称になるためRe大になりやすい。
- Re>0.15 → 形状係数Fes の偏心成分Fe が 1.0 超 → 必要保有水平耐力Qunが増大(令和2年 学科4 問94・選択肢3正:「偏心率が0.15を上回る場合には必要保有水平耐力を割増しする」)
一問一答
Q. 耐震壁を建物南面のみに集中配置した場合、偏心率Reはどうなるか?
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A. 剛心が南側(耐震壁側)に偏るため、重心との距離eが大きくなりReが上昇する。Re>0.15になると形状係数FesのFe成分が増大し、Qunが割増される。
Q. 弾力半径reを大きくするとReを小さくできる理由は?
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A. Re=e/reのため、reを大きくすれば同じ偏心距離eでもReが小さくなる。reは√(Kr/Σk)で表され、並進剛性Σkを全体的に増大させる(耐力要素を均等分散させる)ことでreが大きくなり、Reの低減につながる。
Q. 偏心率算定でX方向Re=0.12、Y方向Re=0.18の場合、基準値を満たすか?
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A. 大きい方のRe=0.18>0.15のため、令第82条の6第二号ロの規定値を満たさない。ルート2ではそのままでは不適合であり、耐力要素の配置変更またはルート3(Fes割増)での対応が必要。
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参照
- 建築基準法施行令 第82条の6第二号ロ(偏心率の規定)
- 建築基準法施行令 第82条の3(保有水平耐力計算)
- 昭和55年建設省告示第1792号(Ds及びFesの算定方法)