構造計算地震力について
構造 計算 地震 力について解説していきます。
地震が起きると建物は、たてや横に揺れます。
ただ構造設計に関しては横（水平方向）にゆれた事として
計算していきます。
この地震による水平方向の揺れの大きさ（応力）を計算で求めて、
建物の材料の強度を、横揺れに耐えられるように
材料を選定していく事になります。
地震による水平方向の揺れとは？
地震によって水平方向の揺れると各階（各層）には、
せん断力が発生します。
せん断力とは、物体をゆがめる力です。
この建物をせん断しようとする力が地震力です。
地震力の公式
地震力を式で書くとこうなります。
『P 地震力』＝ｋ（水平震度）× W（建物重量）
水平震度とは、『標準層せん断力係数 （Co）』の事です。
『標準層せん断力係数』の『層』とはフロアの事で『各階』の事です。
通常、Co＝0.2で計算します。
構造計算で地震力をかける位置は?
構造計算で地震力をかける位置は、各階の床にかけます。
重さは床に集中しているとして、床に水平の地震力をかけます。
柱や壁は半分にし、上か下の階の床に組み入れます。
地震加速度0.2Ｇは、様々な計数で補正します。
が、仮に0.2Gで1階のせん断力を計算すると、
0.2×（1層の重さ＋2層の重さ＋3層の重さ）と言う事になります。
地震加速度0.2Ｇの補正の仕方
地震加速度0.2Ｇのを補正するには、『地震層せん断係数』と言うものを使います。
地震層せん断係数はCiという記号を使います。
iは階数を表しています。
地震層せん断係数（Ci）は次の式で求めます。
Ｃｉ（ｉ層の地震層せん断力係数）＝Z×Rt×Ai×Co
記号の意味は下記の通りです。
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
地震地域係数Zとは？
地震地域係数Zとは、過去の地震の統計から定めた地域別の
低減係数です。
低減率が壱番高いのは沖縄県で0.7です。
本州の太平洋側は低減無しの1となります。
振動特性係数とはRtとは？
地震が起きた時、どんな建物でも
同じように揺れるかといえば、そうではないですよね。
タワーマンションのような高層のものは大きくゆっくり揺れるのに対し、
揺れが小さい建物のもあります。
一般的に重いほど大きく揺れ、固いほど小さく揺れます。
この建物特有の揺れ方の違いを、建物の固有周期と言います。
振動特性係数とはRtは、建物の固有周期と、地盤の振動特性に
よって決まる低減係数です。
例えば高さ H (m)での固有周期 (Ｔ)は、
RC造りで0.02 S造りや木造で0.03となります。
RCに比べ、S造りや木造は建物自体、柔らかいので周期が長くなります。
この0.02や0.03を建物の高さに掛け、固有周期 (Ｔ)を求めます。
RC
固有周期 (Ｔ) ＝ 0.02h
S造りや木造
固有周期 (Ｔ) ＝ 0.03h
例えば高さ50mのRC造りの場合、固有周期は1秒となります。
固有周期 (Ｔ) ＝ 0.02×50 ＝ 1秒
0.02や0.03をかけるので。高さ10mでは0.2秒、0.3秒となって
グラフからRtは1になります。
つまり、低い建物での振動特性係数Rtは、ほぼ関係ないと言えます。
因みにRtは地盤が硬いほど小さくなります。
固有周期が長いほど小さくなります。
高さ方向の分布係数Ai
建物が高いほど、そして軟らかいほど、揺れが大きくなります。
ですから、そうした建物に割り増しの係数を乗じます。
これを高さ方向の分布係数Aiとしています。
Aiは、1階を1として、上に行くほど割り増ししていきます。
つまり1以上の数値を乗じるという事です。
ほとんどの中低層建物はZは1、Rtも1が多く、AiとCoの大きさで
Ciが決まります。
高さによる分布係数Aiは、どうやって求める?
分布係数Aiは、下のグラフから求めます。
縦軸にai(スモールai)、横軸にAi（ラージAi）として、
長さの違う固有周期(T)によって、求めていきます。
1階では、どの周期でも1となります。
グラフからも分かるように、階数が上がるほど、
固有周期が長い（柔らかい）ほど、Aiの割増係数が上がります。
縦軸 ai(スモールai)の求め方
縦軸 ai(スモールai)は下記の式で求めます。
aiのiは階数の事です。
W ： 地上から上の総重量
Wi ： i階から上の重量
例えば3階のa3は
a3 ＝ ｗ/ｗ3
となります。
1階が1になる理由
1階の場合は、W とWiは同じになるので1となります。
