保有水平耐力計算とは～計算体系を整理
保有水平耐力計算とは～構造特性係数Dsの数値の意味
今回は上記の記事に続いて保有水平耐力計算の基本でもある増分解析の考え方について書いていきます。
増分解析と合わせて復元力特性についても解説していくので、ある程度の応用と保有水平耐力計算がどのような状態を示しているのかを説明できるようになると思います。
①保有水平耐力計算はどのような状態か
保有水平耐力計算の計算方法はいくつかあります。一貫計算の主流が増分解析になっていますが、実は保有水平耐力計算＝増分解析ではなく他にも節点振分け法、仮想仕事法などがあります。
構造関係技術基準解説書の中でも増分解析以外でもよいとは書いてありますが、全体的には増分解析を想定した解説にはなっています。
保有水平耐力の定義としては、崩壊形に達する時における当該各階の構造耐力上主要な部分に生じる水平力の和となっています。
つまりは崩壊形を想定できる計算方法になっていればよいということになります。
保有水平耐力計算における崩壊形は、建築物が地震時にどのようなメカニズムで破壊に至るかを表す重要な概念です。構造設計は壊れないように設計することを考えることも大切ですが、合わせて壊れる場合にはどのように壊れれば安全（人命は守れる）か考える工学でもあります。
建物の耐震性能を評価するために3種類の崩壊形（全体崩壊形、部分崩壊形、局部崩壊形）が定義されています。
崩壊形に応じて配慮するべき点が異なってきます。崩壊形についても大事な部分なので詳細はまた別の記事で解説していきます。
②増分解析とは
増分解析（＝荷重増分解析）の概略を言うと、地震力を一方向に少しずつ（増分的に）大きくしていき、建物が崩壊形（メカニズム）に達するまでの過程を追いながら、各部材の応答や耐力を評価する解析手法です。
保有水平耐力計算の中ではXY方向それぞれの正負の方向に対して加力して4種類の保有水平耐力を算出します。
保有水平耐力計算は大地震時に対する検討であるため、弾性域だけでなく塑性化を許容した弾塑性域の挙動をどのように評価するかが重要になってきます。
増分解析が主要に使用されている理由は、弾塑性域での挙動をできるだけできるだけ現実に近い形で忠実に再現できるからです。
前段でも書いたような他の解析方法では、簡便な方法となるため各節点での柱梁の関係だけで崩壊形を想定していくだけなので、変位が考慮されません。そのため、脆性破壊する部材がある場合もどれくらいの変形で崩壊形になるのかが想定できません。急激に耐力が低下する部材が架構に含まれている場合には基本的に適用できません。
一方で増分解析では部材の復元力特性に応じて、弾性状態から部材の塑性化する順番を追跡できます。そのため脆性部材があっても破壊時点を特定してその段階での耐力を保有水平耐力として定義することができます。
このように書くと増分解析が万能のように見えてしまいますが、解析の手法上、変形することによって生じる柱への偏心曲げ（P⊿効果）が考慮されていなかったり、実際の地震は一方向からの加振ではないなどすべての実態が反映されているわけではないので、そういった現実事象とも照らし合わせながら使用していきましょう。
③復元力特性とは
保有水平耐力計算に限らず大地震時の検討をする際には復元力特性という言葉がよく出てきます。
復元力特性とは、構造部材が外力を受けて変形したとき、「どれくらい元に戻ろうとする力（復元力）が働くか」を示す性質のことです。具体的には、部材や建物全体の「変形と復元力（せん断力）の関係」の関係をグラフにしたもので、構造力学や耐震設計で非常に重要な指標です。
復元力特性は弾性範囲と塑性領域で特徴が異なってきます。
弾性範囲：変形に比例して復元力が大きくなる（バネのような挙動）。
塑性範囲：変形が増えても復元力があまり増えなくなったり、逆に低下する（部材が損傷・降伏する）。
弾性範囲（許容応力度以下）の部材は外力を受けて変形しても元に戻りますが、それは元に戻るだけの復元力が働くからだと言えます。塑性域では復元力が低下するので元に戻るほどの力は働かないため残留変形が残ったままになります。
RC造とS造、ラーメン構造と耐震壁付の構造など構造の特性によって、「変形と復元力（せん断力）の関係」の関係が変わってきて特性が出てくるので、これを復元力特性と呼んでいます。
構造物がどこまで変形しても倒壊しないか、どれだけエネルギーを吸収できるかを評価する基礎となります。保有水平耐力計算ではエネルギー吸収の概念が重要なので、復元力特性の基本的な理解が必要になってきます。
今後各構造における復元力特性の特徴についても記事にしていきます。
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