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住宅を地震から守る制振装置とは│戸建て住宅に採用する難しさと解決策

住宅を地震から守る技術として、耐震だけではなく「制振」という考え方が注目されています。そして住宅の構造に組み込むことで制振を実現するのが「制振装置」です。

・制振装置とは何なのか。
・どのようなものがあり、どんな技術を用いているのか。
・住宅に採用する上で知っておくべきこととは

住宅への採用を検討している方に向けて、必要な知識をまとめました。

制振(制震)とは耐震・免震との違い
まずは制振(制震)という考え方について整理します。
制振とは地震の揺れから建物を守る技術のひとつであり、耐震や免震と並んで比較されます。(※「制震」と表記する場合もありますが、地震そのものではなく建物の揺れを制する技術であることから、近年では「制振」表記への統一が一般的になってきました。)

制振とは
制振は地震の揺れをエネルギーとして捉え、建物の構造に組み込んだエネルギー吸収装置=制振装置によって揺れを抑制する技術です。建物の揺れを抑えることで構造へのダメージを減らし、繰り返しの揺れによる歪みなどのダメージの蓄積を軽減することで建物の安全性を延ばします。

もともとはビルや橋などの大型の建築物に用いられる技術でしたが、近年では技術の進歩によって戸建て住宅へも採用されるようになりました。

耐震・免震とは
一方、より身近な言葉である「耐震」とは建物が揺れに耐えることを指し、頑丈さを向上させることで倒壊するまでの耐久時間を確保する技術です。建物自体の強さを高めるため揺れに耐えることができる一方、ダメージを吸収したり逃がしたりせず直接受けるため、繰り返しの地震に晒されることで耐久力は弱まっていきます。

最後に免震とは、地面の揺れを建物に伝えないための技術です。
基礎部分に揺れを逃がす免震装置を設け、その上に建物を設置することで地面が揺れても建物は揺れない構造になっています。効果的な技術ですがきわめて高価であり、戸建て住宅にはあまり普及していません。

また、地面と建物が切り離されたような状態になるため、台風などに対しては弱くなってしまうというデメリットもあります。

制振装置とは
建物の構造に組み込んで制振を実現する装置を、制振装置といいます。特に油圧系のものは自動車の振動を制限するショックアブソーバーと同様の構造をしています。

制振装置は3つの型に分類されます。
・層間ダンパー型制振装置
・マスダンパー型制振装置
・連結型制振装置

層間ダンパー型制振装置とは
建物の層と層の間をダンパーを組み込んで連結し、建物が揺れによって変形した際にダンパーも変形してエネルギーを吸収して、建物の構造自体がダメージを受けることを防ぎます。機構によってオイルダンパーやゴムダンパー、金属ダンパーなどにさらに細分され、それぞれに特徴が異なります。

戸建て住宅に用いられるのは、一般的にはこの層間ダンパー型に分類される制振装置です。

マスダンパー型制振装置とは
建物の上部におもりを設置して、建物が揺れた際におもりの揺れが作用して振動を低減させる制振装置です。ブランコに乗っている人が自分の重心を動かすことで揺れを止める作用に例えられます。

主に高層の建物に用いられますが、建物に乗せられるおもりに限度がある他、効果にも限りがあるため、地震よりも強風などの対策として採用されています。

連結型制振装置とは
建物の構造を複数に分けたり、複数の異なる建物どうしをダンパーで連結する制振装置です。建物どうしの重さを利用して地面の揺れに作用し、揺れを軽減させます。採用事例は多くありません。

制振装置に用いられる3種類の技術とは
制振装置に用いられる技術は、動作するために外部エネルギーが必要かどうか、などによって3つに分けられます。

・パッシブ制振装置
・セミアクティブ制振装置
・アクティブ制振装置

パッシブ制振装置とは
動作するために電力などの外部エネルギーを必要としないものを、パッシブ制振装置といいます。戸建て住宅に用いられるのは主としてこの技術であり、「層間ダンパー」の項目で紹介したオイルダンパーゴムダンパー、金属ダンパーなどがこれに当たります。
停電などの影響を受けないため、災害時にも安定して効果を期待することができます。

セミアクティブ制振装置とは
動作のためにわずかな外部エネルギーを必要とするものをセミアクティブ制振装置といいます。オイルダンパーの中でも、コンピューターの計算によって揺れに応じたオイル流量の調節などを行うものがこれに該当し、より高い制振効果を目指すものです。

アクティブ制振装置とは
多くのエネルギーを使って動作するものは、アクティブ制振装置として分類されます。上述のマスダンパー型や連結型の制振装置には、この技術が用いられています。
高度な技術で高い制振効果が期待できますが、震災で停電があった場合でも動作するように建物に予備電源が必要であったり、制御のためのコンピューターのメンテナンスが必要だったりして、管理の難しい技術です。

戸建て住宅に制振装置を採用する難しさとは
制振装置は、もともと高層ビルや橋などの大型の建築物に用いられるものでした。しかし近年では技術の進歩に伴って、戸建て住宅にも採用されるようになってきています。
ただし戸建て住宅への制振装置の採用には注意が必要です。
まず、もともと大きな構造物の揺れを軽減させる技術であったため、戸建て住宅などの小規模な建物に組み込んでも小さな揺れに対しては反応しない場合があります。
制振装置に期待される効果は大型の揺れの軽減だけではなく、繰り返す小さな揺れによって建物の構造へのダメージ蓄積を防ぐことであるため、これでは本来の役割を果たさないことになります。
また、取り付ける位置によっては十分な効果が発揮できなかったり、逆に構造のバランスを崩す恐れもあったりするなど、製品や施工する事業者の質・技術・経験が問われるものでもあります。
耐震のみの住宅とくらべて建築費用も高価になることから、十分な費用対効果を得るためには「わずかな揺れにも作用すること」、「たしかな技術と経験に基づいていること」を確認しなければなりません。

わずかな揺れにも効果を発揮して住宅を守る制振装置「evoltz(エヴォルツ)」とは
制振装置に対する懸念を解消し、安定的に住宅を守ってくれる制振装置が「evoltz」です。

evoltzは千博産業の開発した制振装置で、自動車のショックアブソーバーメーカーの世界的大手であるドイツ企業ビルシュタイン社の技術を用いて製造されています。
「超バイリニア特性」という特許技術により、従来の制振装置では対応できなかった小さな揺れにも反応することが最大の特徴で、他の制振装置の弱点をカバーし、繰り返す余震などの継続的な小規模地震によるダメージ蓄積を防いでくれます。
圧倒的な制振性能の高さにより多くの工務店でも採用され、住宅の耐震性能が最大限に発揮されいつまでも大切な住宅を守ってくれるのです。

まとめ
建物の揺れそのものを抑制する制振装置について、ご理解を深めていただけたでしょうか。
戸建て住宅への採用に当たっては、十分な検討が必要です。
制振装置ならば何を採用しても良い、というわけではありません。
「小さな揺れにも効果を発揮するか」、「たしかな実績があるか」という点を必ず確認してください。

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