地震防止型非構造部品の設計ガイド

地震に強い建物を考えると、私たちは通常、建物を支える鋼材、コンクリートの柱、基礎システムといった構造的な要素に焦点を当てます。しかし、地震の安全性においてしばしば見過ごされがちな側面が、エンジニアが「非構造部材」と呼ぶものです。これは、建物の重量を支えるわけではありませんが、地震が発生した際に命を脅かす危険となる要素です。

1994年のカリフォルニア州ノースリッジ地震は、厳しい教訓をもたらしました。構造的な被害は甚大でしたが、建物の損失の80〜90％は非構造部材の故障によるものでした。被災地の10の主要な病院は、水漏れ、ガラスの破損、照明器具の落下、非常用電源システムの故障などの問題により一時閉鎖を余儀なくされ、災害後の医療対応を著しく妨げました。

この大災害は、非構造部材の耐震設計がオプションの「あれば嬉しい」エンジニアリングではなく、生死に関わる問題であることを示しました。

米国土木学会（ASCE）は、ASCE 7の第13章で、構造的な荷重を伝達しない、恒久的に取り付けられた建物の要素を非構造部材と定義しています。これには以下が含まれます。

• 建築部材： 天井、間仕切り、照明器具、外装材
• 機械設備： HVAC機器、配管、ダクト
• 電気設備： 発電機、開閉装置、配管
• 配管設備： 給湯器、スプリンクラー配管

ASCE 7は、非構造部材の耐震設計のためにいくつかの重要な概念を導入しています。

• 部材： 機器またはユーティリティ要素自体（例：エアハンドラー、ポンプ）
• 支持： 部材の荷重を構造物に伝達する方法（ブレース、ハンガー）
• 取り付け： 物理的な接続方法（ボルト、溶接）
• 重要度係数（Ip）： 部材の重要性を反映する乗数。病院の機器のような生命安全システムでは値が高くなります。

ASCE 7-10のセクション13.2.1は、建築要素の耐震設計を義務付けています。リスクは明らかです。

• 固定されていない天井は崩壊し、避難経路を塞ぐ可能性があります。
• 落下する照明器具は、致命的な飛来物となります。
• 倒れる本棚は、居住者を閉じ込める可能性があります。
• カーテンウォールのガラスの破損は、危険な破片を生み出します。

セクション13.5は、適切なブレースシステムの設計のための地震係数を提供しており、これは以下に基づいています。

• 部材の重量と寸法
• 床からの取り付け高さ
• 建物の地震地域

病院やその他の重要な施設では、地震後の機械・電気設備の機能を維持することが不可欠です。ASCE 7-10のセクション13.6は、これらのシステムに対処しています。

• HVAC機器： ベースアイソレーションまたは固定取り付けが必要です。
• 配管システム： フレキシブル接続と耐震ブレースが必要です。
• 電気機器： 転倒に抵抗し、接続を維持する必要があります。
• 非常用電源： 発電機には特別な耐震取り付けが必要です。

ASCE 7は、耐震ブレースが必要な場合の明確な規則を定めています。

• 重量が400ポンド（181 kg）を超える部材
• 重心が床から4フィート（1.2 m）を超える機器
• 電気配管およびダクトに関する特定の要件

この基準では、限定的な例外も認められています。例えば、

• ハンガーが12インチ未満の小径配管 軽量支持システム（10ポンド/フィート未満）
• 設計責任 非構造部材の適切な耐震設計には、以下が必要です。

建築およびエンジニアリング分野間の調整

• 地震後の機能性ニーズの考慮
• 建設中の適切なブレース詳細の実装
• ノースリッジ地震が示したように、これらの「二次的」要素を無視することは、生命の安全と建物の機能に主要な結果をもたらす可能性があります。地震工学において、重要でない詳細は存在しません。思慮深い設計を通じて命を救う機会があるだけです。