Dök Architecture

耐震建築:地震に耐える家

2017年9月19日にメキシコシティで発生した地震では、詳細に設計されたレンガ壁はほとんど損傷を受けなかった一方で、深刻な損傷は不規則な階層構造や詳細設計が不十分な建物に集中しました。2007年のピスコ(イカ)地震では、沿岸部の地盤の液状化により、重い住宅は大きな被害を受けましたが、技術ガイドラインに基づいて建設された軽量の改良型キンチャ構造は、より優れた性能を発揮しました。これらの教訓は、耐震性のある住宅にとって、適切な設計、配置、補強の決定が重要であることを強調しています。

1. 限定的な壁の設計と詳細

制限された壁 (鉄筋コンクリート梁と梁で囲まれたレンガまたはブロック壁)は、ラテンアメリカの地震地域における1~3階建ての住宅にとって、容量に応じて、かつしっかりと連結されたダイアフラムで設計されることを条件として、最も経済的で効果的な選択肢であり続けています。このシステムは、天井/床の床材を壁と一体化し、梁や堅固な柱で壁を制限することで、柔軟性と安定性を実現しています。実際、2017年にメキシコシティで発生した地震の後、制限壁を備えた多くの住宅は軽微な損傷しか受けなかったことが確認されています。「ほとんどの住宅や建物は… この構造システムを採用しており、これはシステムが脆弱であることを意味するものではなく、むしろ、地震力に対して非常に耐性のあるシステムであることを示しています」。確認された崩壊は、制限システムよりも、制限されていない壁や不規則性(例えば、1階の床が柔らかいこと)に起因していました。

現地基準(NTC-Sismo CDMX 2017/2024 および RNE E.030/E.070、ペルー)はこのアプローチを強調しています: 容量に応じた設計、規則的な平面図(攻撃的な L 字型または T 字型の平面図は避ける)、ダイアフラムと統合チェーン、および抵抗階層。ここでは、制限補強は壁よりも柔軟性があります。 実際には、メキシコ/ペルーでは、共通の設計 チェックリスト が適用されます。

これらすべての詳細が満たされた場合、その動作は非常に良好です。一方、2017年の故障の主な原因は、キャッスル、ベース、またはダイヤフラムの欠陥でした。

2. 軽量土壌システム:改良型キンチャ

改良型キンチャは、泥で満たされた木材+葦/竹の骨組みを適切な補強材で組み合わせ、非常に軽量で優れた耐震性を備えた壁を形成します。重厚な土壁に比べて慣性がはるかに少ないキンチャは、地震による負荷を軽減し、より段階的な損傷特性(突然の崩壊ではなく、被覆材にひび割れが生じる)を示します。ペルーでは、これは伝統的なシステムです。「葦と泥で覆われた木製パネルで構成される耐震性フレーム」。また、その軽量性により、歴史的に高層階や屋根(例えば、植民地時代の聖堂など)でも、不安定性の問題なく使用されてきました。

2007年のピスコ地震の後、 改良型キンチャは、農村住宅の再建に有効であることが実証されました。技術ガイドライン(RC基礎、上部/下部チェーン、パネルのクロスバー、湿気/シロアリ対策、コーナーのチェーン、屋根の固定など)に従えば、キンチャの家は非常に優れた耐久性を発揮します。軽量モジュール、弱い平面での基礎リングとX字型連結、閉鎖部を固定する上部木製梁、防水のための排水と広いひさしなどが含まれます。キンチャは泥よりも剛性は低くなりますが、この柔軟性により、崩壊せずにエネルギーを分散させることができます。ゲティ保存研究所は、「キンチャパネルの軽さと地震時の挙動が… [その使用を] 複雑な屋根構造で可能にする」ことを証明しています。要約すると、細部に注意を払えば(コンクリートの最小限の使用、被覆材に網と漆喰、壁と屋根の接続部)、改良されたキンチャは、耐震性のある住宅ソリューションとして規模拡大が可能です。

システムの重要な詳細(PREDES/SENCICOガイドより引用):

3. 既存のレンガを撤去せずに補強する

既存の粗末な住宅や自己建設住宅を改善するために、実験室環境(PUCP)と現場(ペルー沿岸地域、アレキパ2001)の両方で有効性が実証された低コストの戦略があります。主な3つの技術は以下の通りです:

これらの解決策はすべて、コーナー、クラウン(上部および下部)、および天井の固定において連続性を必要とします。実施手順は以下の通りです:ひび割れや湿気を診断する。壁の上部に木製/RCコーニスを取り付け、屋根をしっかりと固定する。グリッド(金属、ジオグリッド、またはロープ)を壁の四方にスルーコネクタで固定する。両面に厚い漆喰を塗る。最後に、ダイヤフラムを固定する(天井梁を補強し、可能であれば重い瓦を軽量の屋根材に交換する)。これらの補強を施した試験では、地震に対する耐性が大幅に改善されたことが確認されている。

4. 位置、形状、および隔壁:メキシコシティとペルー沿岸部

地盤は非常に重要です。CDMXでは、メキシコ盆地の軟弱な湖底が地震動(特に長周期の地震動)を増幅・延長させ、自然にゆっくりと動く構造物への損傷をさらに悪化させます。ペルー沿岸部(イカ/ピスコ)では、2007年の地震の際に、緩い砂や飽和した地域が液状化を引き起こし、基礎に陥没や亀裂が生じました。そのため、基礎的な住宅設計(メキシコとペルーで適用可能)には、以下の普遍的な原則が推奨されています。

これらのポイントは、安全性の「80/20」ルールを形成しています。合理的な大きさの正方形プランを持ち、壁が均等に配置され、連続した冠部/ダイアフラムで連結され、地面にしっかりと固定された住宅は、地震時の動作が安定している可能性が高いです。CDMX(NTC-Sismo)およびペルー(RNE)の基準は、これらの原則を規定しています。すなわち、脆弱な地盤階は禁止され、梁やアンカーが義務付けられ、軟弱地盤用の基礎が規定されています。要約すると、地盤が「指示」する:メキシコ盆地とペルーの沿岸平野の両方において、地階の均一性と屋根の堅牢性を確保することが非常に重要である。

5. 住宅における断熱と耐震対策

耐震免震(例えば、弾性支持体や分散装置によるもの)は、規格(ペルーではRNE E.031、CDMXも同様の規則を含む)に規定されており、反応を確実に改善します。しかし、初期費用と維持費がかかるため、通常は重要な建物(病院、学校、高級ビルなど)で使用されます。社会住宅では、従来の構造を強化することで最大の「効果」が得られます。壁を適切に制限し、統合されたダイアフラムと頑丈なアンカーを使用することは、通常、免震システムよりも費用対効果に優れています。実際には、実現可能な「80/20」の解決策が推奨されています。

これらの補強材は、慎重な設計と組み合わせることで、地震による需要を大幅に削減します。それでも、ペルーやメキシコでは、住宅に低コストのアイソレーターを採用するためのパイロットプログラムやガイドラインが導入されていますが、その普及は(高価であるため)依然として限定的です。一般的に、住宅における耐震対策は、現在、既存の構造物の補強に重点が置かれており、アイソレーションはあまり行われていません(ただし、両方のアプローチを組み合わせることも可能です)。

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