- 地震力ってどう計算してるの？
- ベースシア係数って何？
- Ai分布って結局どういう意味？
- 地震地域係数 Z は地域でどれくらい違う？
- 構造計算書で見るべきポイントはどこ？
- 現場として何を意識しておけばいい？
上記の様な悩みを解決します。
「地震力の計算」は構造設計者の専門領域ですが、施工管理として構造計算書のサマリーを読んで設計者と内容を擦り合わせる場面は確実にあります。「Ai分布で上層の地震力が大きいから、上層の柱継手の仕様を上げました」と言われた時、何の話か分かるレベルにはなっておきたいところ。本記事では建築基準法ベースの地震力計算式を整理しておきます。
なるべく分かりやすい表現で記事をまとめていくので、初心者の方にも理解しやすい内容になっているかなと思います。
それではいってみましょう！
地震力の計算とは？
地震力の計算とは、結論「建築物が地震時に受ける水平方向の慣性力（横からの押す力）を、建物の重量・地域特性・建物特性をもとに数値で求める作業」のことです。
地震は建物を揺らす現象なので、設計上は「質量 × 加速度」に相当する水平力として扱うのが基本。これを「地震層せん断力」と呼び、各階に作用する横方向の押し力として構造計算に組み込みます。
地震力計算の基本的な流れ
- 建物の各階の重量を集計する
- 地域・地盤・建物特性に応じて「ベースシア係数」を決める
- ベースシア係数 × 重量 = 1階に作用する全水平力
- これを高さ方向に Ai 分布で各階に振り分ける
各階に振り分けた地震力に基づいて、柱・梁・ブレース・耐震壁の設計が行われる、という流れです。
構造計算ルートの全体像はこちらでも整理しています。
地震力の基本式（建築基準法施行令第88条）
建築基準法施行令第88条に基づく地震層せん断力 Qi の式は以下のとおり。
Qi = Ci × Wi
Ci = Z × Rt × Ai × C0
- Qi：i 階に作用する地震層せん断力（kN）
- Ci：i 階の地震層せん断力係数
- Wi：i 階以上の建物総重量（kN）
- Z：地震地域係数
- Rt：振動特性係数
- Ai：高さ方向の分布係数
- C0：標準せん断力係数
1階のせん断力係数 C1 = Z × Rt × C0 を「ベースシア係数」と呼び、ここから各階の地震力が派生していくイメージです。
それぞれの係数を順に見ていきましょう。
各係数の意味
Z（地震地域係数）
その地域で過去に発生した地震の強さを反映した係数で、0.7〜1.0 の範囲で全国の市町村ごとに定められています。
Z 値の代表的な区分
- Z = 1.0：東京・大阪・名古屋など多くの主要都市
- Z = 0.9：北海道の一部、北陸の一部、九州の一部
- Z = 0.8：北海道の道北・道東、九州の一部
- Z = 0.7：沖縄県
「地震が少ない地域は地震力を割り引いて計算してよい」というのが Z の本質。ただし、震度の大きい地震が想定外の地域で発生するケースも増えているため、Z 値だけに依存せず保有水平耐力計算で安全側の検討を行うのが実務の流れです。
Rt（振動特性係数）
建物の1次固有周期 T と、地盤の卓越周期に応じて決まる係数。値は 0.25〜1.0 で、周期が長く・地盤が硬いほど Rt は小さくなります。
Rt の傾向
- 短い建物（低層・剛建物）：Rt = 1.0 に近い
- 長い建物（高層・柔建物）：Rt が小さくなる
- 地盤が硬い：Rt が小さくなる
- 地盤が軟弱：Rt が大きくなる傾向
ざっくり言うと「長周期建物は地震加速度をあまり受けないから割引く」という現実を反映した係数です。固有周期の話はこちらでも。
Ai（高さ方向の分布係数）
建物の各階に地震力をどう振り分けるかを決める係数。1階で Ai = 1.0、上階に行くにつれて Ai は大きくなります。
Ai 分布の傾向
- 1階：Ai = 1.0（基準値）
- 中間階：1.0〜1.5 程度
- 最上階：1.5〜2.5 程度（建物の高さによる）
つまり「上の階ほど揺れて、地震力が増幅される」というのが Ai 分布の意味です。建物を片手で握ったムチをイメージすると分かりやすく、根元は揺れが小さくて先端ほど大きく振れる、あの動きを係数化したのが Ai です。
施工管理として現場で関わるのは、たとえば上層階で柱継手のボルト本数や溶接条件が階ごとに変わるような図面を見たとき。「上の階は Ai が大きいので地震力もせん断力も大きい→継手仕様が強くなる」と理屈で繋がります。
C0（標準せん断力係数）
地震時に建物の総重量の何割が水平力として効くか、という基本値。
C0 の値
- C0 ≧ 0.2：許容応力度計算（中地震想定）
- C0 ≧ 1.0：保有水平耐力計算（大地震想定）
「中地震では建物重量の 20%、大地震では 100% の水平力が作用する」という設計の前提値で、ここをいじれば一気に建物が頑丈にも華奢にもなる重要係数です。
ベースシア係数
設計実務で頻繁に登場する「ベースシア係数」は、1階の地震層せん断力係数のこと。
C1 = Z × Rt × C0
たとえば東京都内（Z=1.0）の中層 RC（Rt=0.85）で許容応力度計算（C0=0.2）なら：
C1 = 1.0 × 0.85 × 0.2 = 0.17
これに建物総重量を掛ければ、1階に作用する地震時の総水平力が出ます。「この建物のベースシアは 0.17 で…」という言い回しが構造担当から出てきたら、上記の値を指していると理解すれば OK。
Ai 分布の考え方
地震力の計算で施工管理が知っておくと役立つのが Ai 分布の意味です。
Ai が上層で大きくなる理由
建物が地震で揺れると、頂部ほど振幅が大きくなります。これは振り子と同じ原理で、片手で持った棒を振ると先端ほど振れ幅が大きいのと同じ。
地震は加速度として作用するので、「振幅 × 周期⁻²」が加速度＝慣性力に効きます。建物の固有1次モードでは上層ほど振幅が大きく、結果として上層に大きな水平力が発生するわけです。
Ai の概算式
建築基準法では Ai を以下のように定義しています。
Ai = 1 + (1/√αi - αi) × (2T / (1 + 3T))
- αi：i 階以上の重量比（上の階ほど小さくなる）
- T：建物の1次固有周期（秒）
実務では構造解析ソフトで自動計算されるので、施工管理が手計算する場面はまずありません。ただし「上の階ほど Ai が大きい→地震力が大きい→部材が大きくなる」という大枠を理解していれば、図面チェック時に違和感を感じ取れるようになります。
Ai 分布の概略値
5階建ての RC 建物の Ai 値の例（実物件の構造計算書から類推した一例）：
| 階 | Ai |
|---|---|
| 5階 | 1.50 |
| 4階 | 1.30 |
| 3階 | 1.18 |
| 2階 | 1.08 |
| 1階 | 1.00 |
5階の地震力は1階の 1.5倍 になる、という設計が一般的なイメージです。
計算例：5階建てRC建物
具体的な数値例で、地震力計算がどう実装されるか追ってみます。
設定条件
- 場所：東京都心部 → Z = 1.0
- 構造：5階建てRC（剛構造）→ Rt = 0.85
- 計算ルート：許容応力度計算 → C0 = 0.2
- 各階重量：W = 1,000 kN（総重量 5,000 kN）
ベースシア係数 C1
C1 = 1.0 × 0.85 × 0.2 = 0.17
1階のせん断力 Q1
Q1 = C1 × W総 = 0.17 × 5,000 = 850 kN
つまり1階に 850 kN の水平力が作用するイメージ。これに Ai 分布をかけて各階に振り分けると（簡易版）：
| 階 | Ai | せん断力 Qi |
|---|---|---|
| 5階 | 1.50 | 255 kN |
| 4階 | 1.30 | 442 kN |
| 3階 | 1.18 | 602 kN |
| 2階 | 1.08 | 734 kN |
| 1階 | 1.00 | 850 kN |
各階の柱・梁の許容耐力を、この値以上にする、というのが地震力に対する設計の本質です。
保有水平耐力計算（大地震時）は C0 = 1.0 を使うので、必要耐力は 5倍（4,250 kN）まで増えます。「保有水平耐力では中地震の5倍の力に耐えるかをチェックする」という流れも、ここから理解できます。
保有水平耐力の話はこちらでも。
施工管理が現場で意識するポイント
地震力計算自体は構造設計者の仕事ですが、施工管理として知っておくと現場が回しやすい論点を整理します。
上層階の継手仕様が変わる理由
S造の柱継手仕様や RC造の柱主筋径が階ごとに変わる理由が Ai 分布です。「上の階のほうが部材が小さいはずなのに、継手のグレードが上がっている…？」と図面で違和感を感じたら、それは Ai 分布で上層の地震力が大きいことの裏返し。
施工計画でも、継手検査・全断面溶接の検査箇所は上層に集中することが多くなります。検査担当の配置・打ち合わせ書類の作り込みを上層側に厚めにする、という運用設計に繋がります。
構造計算書の見るべきページ
施工管理として最低限目を通したい構造計算書の項目です。
- 表紙の建物概要（建物用途・規模・構造種別）
- 計算ルートの選択（ルート1・2・3・限界耐力計算）
- ベースシア係数（Z・Rt・Ai・C0 の値）
- 各階重量・各階の地震層せん断力
- 必要保有水平耐力 vs 保有水平耐力（大地震時）
- 偏心率・剛性率・層間変形角
層間変形角・剛性率・偏心率の話はこちらで詳しく書いています。
設計変更時の地震力再検討
施工中に「屋上機器の追加」「仕上げの変更で重量増」が発生すると、建物重量 W が変わるため、地震力 Q も変わります。
重量増が出る代表例
- 屋上に追加発注のキュービクル・空調機
- 二重床から二重床+OAフロアへの仕様変更
- 仕上げモルタル増し打ち
- 後付けの太陽光パネル架台
軽微な変更でも、1割以上の重量増は構造再検討の対象になることが多いので、変更が出たら施工側から速やかに構造担当へ連絡するのが鉄則です。
設備機器の屋上設置については、こちらの記事も参考になります。
地震時に地震力以外も同時にかかる
実際の地震時には、自重（固定荷重）+ 積載荷重 + 積雪荷重 + 地震力が組み合わさって作用します。多雪区域では特に「積雪 × 地震」の組み合わせが厳しい荷重ケースになることが多いので、雪国の現場では積雪荷重の意味も合わせて理解しておきたいところ。
積雪荷重の話はこちらにまとめています。
免震・制振との対比で地震力を考える
地震力をそのまま受けるのが普通の構造ですが、地震時の建物応答を意図的に抑えるのが免震構造、揺れエネルギーを吸収するのが制振構造。
免震構造の建物では、地震層せん断力の計算方法が通常とは別ルート（限界耐力計算など）になり、上部構造に作用する地震力が概ね 1/3〜1/2 に低減されます。
免震・制振の話はこちらの記事で。
地震力の計算に関する情報まとめ
- 地震力とは：地震時に建物に作用する水平方向の慣性力。Qi = Ci × Wi で算定
- ベースシア係数：C1 = Z × Rt × C0。1階の層せん断力係数
- Z（地震地域係数）：0.7〜1.0。沖縄 0.7、東京・大阪 1.0
- Rt（振動特性係数）：0.25〜1.0。建物の固有周期と地盤特性で決まる
- Ai（高さ方向分布係数）：1階で 1.0、上層ほど大きくなる
- C0（標準せん断力係数）：許容応力度計算 ≥ 0.2、保有水平耐力 ≥ 1.0
- 計算例：5階建てRCで Q1 = 850 kN、5階 = 255 kN（地震時水平力）
- 施工管理の注意点：上層継手仕様の理由／重量変更時の再検討／積雪との組み合わせ
以上が地震力の計算に関する情報のまとめです。
「地震力の計算式そのものを暗記する」必要は施工管理にはありませんが、「Ai分布で上層が大きい」「ベースシア係数 = Z × Rt × C0」「重量が増えれば地震力も増える」の3つを押さえておけば、構造担当との打ち合わせで議論についていけます。雪国の物件・大規模物件・設備機器が多い物件では、特に重要になる視点です。
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