保有水平耐力計算を完結させるためにその中で多くの種類の検討をしています。計算書を出力するとわかりますが、多くの場合で計算書の半分を占めます。
その体系を理解できていないと、チェックの視点が保有水平耐力が必要保有水平耐力を上回っていることの確認だけになっているなんてことがあります。それでは、どのような改善が必要なのかもわからないことになってしまいます。
今回の記事では保有水平耐力計算についてどのような体系になっているのかを整理していきたいと思います。
こちらの記事を読んで頂いた方が以下の内容がわかりやすいと思います。
【わかりやすい構造設計】耐震性は耐力と硬さ（剛性）のバランスで考える～構造計算プログラムの結果が正しいとは限らない
①Ds判定・保有水平耐力算出・保証設計
保有水平耐力計算の中で行っていることは大きく分けると以下の3つに分類されます。
・Ds判定：言葉の通りDsを決定するための検討を行っています。具体的には増分解析を行うことで、崩壊系を確認した結果と各種部材の断面情報から部材ランクを決定してDs値を決定します。
・保有水平耐力算出：Ds算定時と同様に増分解析を行います。設計者が設定した保有水平耐力を決定する状態になるステップまで増分解析を行い、その状態の応力図の中で鉛直構面（柱や耐震壁）が負担している水平力（せん断力）の和が保有水平耐力となります。
その保有水平耐力がDs値と偏心率と剛性率による割り増し係数を踏まえて算出された必要保有水平耐力との大小関係を比較します。
※増分解析以外の方法として極限解析による方や節点振分け法その他の解析方法も告示の中には明記されてはいますが現状一貫計算の主流は増分解析ということを踏まえて書いています。
参考：偏心率～立体解析との関係
・保証設計：前述の二つの計算結果を保証するために、部材耐力の余裕度を見込んだ必要耐力を有しているのかを確認します。
例えば、増分解析の中ではせん断破壊が起こっていない部材においても、発生応力に対してギリギリのせん断耐力しか有していなかった場合には、ちょっとした想定外が発生しただけで、せん断破壊（脆性的破壊）を起こしてしまう可能性が高くなります。その場合には前段の計算結果が信用できない結果となってしまいます。
構造設計の中には施工精度や材料強度のばらつきなど、地震力に限らず設計・計算内容がそのままになるわけではない要素が多い工学です。それらを包括することも踏まえた内容になります。
参考：RC柱梁接合部がNGに！背景を踏まえた3つの実務的対応策
以上のことをより簡単に言うと、架構の状況を踏まえて『必要保有水平耐力を算出』⇒『保有水平耐力を算出』⇒『必要保有水平耐力と比較』⇒『以上の結果を保証するための安全率の確認』の流れで検討を行っています。
②混在しやすい内容の整理
次に検討の流れを把握した後に、これらの検討を理解する際に混在しやすいと思われる内容についても整理していきます。
・保有水平耐力算出時はどのような状態？
保有水平耐力を決定する状態の定義は建築基準法上では明確に定義はされていません。なので設計者が定義することになります。ある層間変形角を設定してその変形に達した際やある部材が脆性的な破壊をした時点での耐力を保有水平耐力として扱っています。
なぜ保有水平耐力が各部材の最大耐力の和ではなくて、ある変形時点で負担している水平力の和になっているかというと、各部材が最大耐力を発揮するタイミング（変形角）が違うからです。
極端なところで言えば耐震壁と柱では最大耐力を発揮するタイミングが違うことはイメージしやすいと思います。柱同士でも、プロポーションによって異なってきます。
参考：力を発揮できる変形が部材によって違ってくる
・2度増分解析を行う理由と違いはなに？
ほぼ同じような計算を2度しているため、どのように使い分けているのか？違いはなにか？といったところが迷う点だと思います。
まずDs算定時では建物全体の崩壊系を確認するために、できるだけ多くの節点周りの部材がヒンジ状態になるまで増分解析のステップ数を多くして、建物の変形を大きくします。どこまで変形させるかは決められてはいませんが、一般的に層間変形角1/50（全体崩壊系）を採用することが多いと思います。
強度型の建物場合にはある部材が脆性的な破壊をした時点を崩壊系（部分崩壊系）とすることもあります。なので強度型の建物の場合には、Ds算定時と保有水平耐力時の計算結果が同じになることもあります。
ただし、耐震壁などが脆性破壊した時点で計算を終了してしまうと、非常に変形が小さく他の部材の崩壊系が確認できないという理由で、脆性的な破壊をした場合にも増分解析を止めずに層間変形角1/50が変形した場合のフレーム部分の状態を確認すると考え方もあります。
あとは支点の浮き上がり状態を、固定にするのか、浮き上がりを考慮するのかをDs算定時と保有水平耐力時で使い分ける場合もあります。
崩壊系や構造特性係数の趣旨を理解して、架構の特徴に応じて使い分けていきましょう。
・保有水平耐力計算で大地震時の変形も計算できる？
冒頭の引用記事の中でも書いていますが、重要なことなので少し重なる部分もありますが、改めて補足しておきます。
保有水平耐力時の検討用に設定した、最大の層間変形角と実際の地震によって生じる変形角は別の話になってきます。ここがややこしい部分ではあるのですが、あくまでも保有水平耐力計算は言葉の通り耐力の面から評価しているので、変形（剛性）については特に検討していないことになります。保有水平耐力時の応力状態というのは、耐力を計算するために便宜的に想定したものになります。
特にDs値を低く設定しているいわゆる靭性型と言われる純ラーメンに近い架構では、保有水平耐力を最大層間変形角1/100で設定していた場合では、実際には1/100以上変形していると考えるのが妥当です。
③各種検討で注目する視点
今回の記事で示した内容は大きな体系を掴むための内容となるので詳細な数値についてや、崩壊系を確認する視点などについては触れられていません。構造種別によらない内容を中心に書いてきました。
実務に活かせるように各種項目のチェックする視点や、各種構造の部材ランクや保証設計の具体的な項目や数値の背景などについては、別の記事で詳細を解説しています。
まとめ：計算の「中身」を理解して、真の安全性を確保しよう
今回の記事では、複雑になりがちな「保有水平耐力計算」の全体像と計算体系について解説しました。 計算結果の「OK/NG」だけを見ていると、建物の本当の安全性や改善ポイントは見えてきません。以下の3つの視点を持ちましょう。
- 3段階のプロセス： 計算は「Ds判定（壊れ方の確認）」「保有水平耐力算出（強さの確認）」「保証設計（余裕度の確認）」の3ステップで成り立っています。
- 「最大」の合計ではない： 保有水平耐力は、各部材の最大耐力を足したものではありません。「ある変形時」における各部材の力の和です。部材によって力を発揮するタイミングが異なることを理解しましょう。
- 変形の意味： 計算で仮定した変形角（例：1/100）は、実際の地震時の変形量とは異なります。特にDs値を小さくした（粘りのある）建物では、実際にはそれ以上に変形する可能性があることを認識しておく必要があります。
※概念だけの理解ではどうしても補えない部分はあるので一貫計算の内容を読み解くだけでなく一度手を動かすことがおススメです。
今回の記事の内容は以下の書籍の内容の抜粋ではありません。
【理解度チェック】知識を定着させる〇×クイズ
この記事の重要ポイント、しっかり理解できましたか？3つの〇×クイズで腕試ししてみましょう！
問題1 保有水平耐力計算は、最終的に「保有水平耐力（Qu）」が「必要保有水平耐力（Qun）」を上回っていることを確認するだけの計算ではなく、「Ds判定（崩壊形の確認）」や「保証設計（部材の余裕度確認）」を含めた総合的な検討プロセスである。
解答1 ：〇 解説： 単に耐力が足りているかだけでなく、「どのようなメカニズムで壊れるか（Ds判定）」を確認して係数を決め、その上で計算の前提が崩れないよう「脆性破壊に対する余裕があるか（保証設計）」を確認するまでがセットになっています。これら全てが整合して初めて安全性が担保されます。
問題2 保有水平耐力（Qu）の値は、その階にある全ての柱・梁・耐震壁などの部材がそれぞれ発揮できる「最大耐力」を単純に合計した値として定義される。
解説2 ：× 解説： 部材によって最大耐力を発揮するタイミング（変形角）は異なります。例えば、硬い耐震壁は早い段階で最大耐力に達しますが、柔らかい柱はもっと変形してから最大耐力になります。 保有水平耐力は、ある特定の変形時点（設計者が設定した時点）において、各部材が「その瞬間に負担している力」の合計値となります。
問題3 保有水平耐力を算出する際に、解析を終了させるクライテリアとして設定した「層間変形角（例：1/100）」は、実際に大地震が発生した際にその建物に生じる「最大変形量」と等しいものとして扱ってよい。
解説3 ：× 解説： 保有水平耐力計算における変形角は、あくまで「耐力を評価するために便宜的に設定した状態」です。 特にDs値を小さく設定した（＝塑性変形能力を期待する）建物の場合、実際の地震時には、計算で設定した変形角（例：1/100）を超えて変形する可能性があります。この計算は「耐力の評価」が主目的であり、「変形の予測」ではない点に注意が必要です。