制振構造とは、建物に設置したダンパーなどで地震や風による揺れのエネルギーを吸収し、建物の揺れや構造体への負担を低減する構造です。免震構造のように建物の動きを地盤の動きから切り離すのではなく、建物内部で揺れを抑える点が特徴です。

本記事では、制振構造の仕組みや耐震･免震との違い、メリットを整理したうえで、竹中工務店が開発･適用する多様な制振技術を紹介します。

制振構造とは

制振構造は、建物内部に設けたダンパーなどで揺れのエネルギーを吸収し、地震や風による建物の揺れを抑える構造です。まずは、ダンパーがどのように働くのか、耐震構造や免震構造とは何が違うのかを見ていきましょう。

制振構造のしくみ

建物の柱や梁などに制振ダンパーを組み込み、地震や風によって建物が揺れた際に生じるエネルギーを吸収することで、揺れを小さくします。制振ダンパーは、自動車でゆっくりブレーキをかけるように揺れの勢いを抑える役割を果たし、柱や梁などの構造体にかかる負担を軽減します。

また、長く続く揺れを早く抑える効果も期待できます。

耐震構造･免震構造との違い

耐震構造は、柱や梁、耐力壁など建物自体の強度で地震力に耐える考え方です。免震構造は、建物と地盤の間に免震装置を設け、地震の揺れが建物へ伝わりにくくします。これに対して制振構造は、建物内部のダンパーなどで揺れのエネルギーを吸収します。

3つの方式にはそれぞれ特徴があり、建物の用途や高さ、立地条件、求める性能に応じて選択･組み合わせます。

制振構造のメリット

制振構造のメリットは、地震時の構造体への負担を抑えやすいことに加え、風による揺れを抑えて建物内の快適性向上にもつなげられる点です。ここでは、建物の損傷低減と居住性の2つの観点から紹介します。

地震時の構造体への負担や損傷を低減しやすい

地震が発生すると、建物には繰り返し大きな力が加わり、柱や梁などの構造体に負担がかかります。制振構造では、建物内部に設置したダンパーが揺れのエネルギーを吸収することで、構造体に作用する力を低減します。その結果、柱や梁などの損傷を抑え、建物全体への影響を小さくする効果が期待できます。

また、建物の損傷を抑えることは、地震後の継続利用という面でも重要です。特に、オフィスや病院など、災害後もできるだけ早く機能を回復･継続することが求められる建物では、BCPを考えるうえでも有効な選択肢といえます。

風による揺れを抑え、居住性の向上にもつながる

高層建物では、地震だけでなく強風によって建物がゆっくりと揺れることがあります。構造上の安全性に問題がない程度の揺れであっても、長時間続けば、建物内にいる人が不快感や不安を覚えることがあります。そのため、高層建物では安全性だけでなく、風揺れに対する居住性を確保することも重要です。

制振技術は、こうした風による揺れを低減するためにも活用されています。建物の揺れに合わせて重りを動かすTMDやAMDなど、建物の特性や対象となる揺れに応じた装置を用いることで、揺れを抑えることが可能です。

地震による建物の揺れをダンパーで吸収

制振（制震）構造は、建物の動きを緩めるブレーキの役割を果たすダンパーによって揺れを低減する構造です。建物に入力される地震のエネルギーを制振ダンパーが効率的に吸収することで、建物構造体の損傷を低減します。

竹中工務店では、地震の揺れを低減する独自の制振技術を開発しています。代表例として、疲労耐久性に優れた「FMS合金制振ダンパー」や、軽量で変形性能と地震エネルギー吸収能力に優れる「波形鋼板耐震壁WAVY®」があります。

FMS合金制振ダンパー

FMS合金制振ダンパーは、竹中工務店、物質･材料研究機構、淡路マテリアが共同開発した疲労耐久性に優れたFe-Mn-Si系合金を用いる制振技術です。長周期･長時間地震動や繰り返しの大地震を想定して開発され、2025年には「H形断面ブレース型FMS合金制振ダンパー」を開発し、長瀬産業東京本社ビルに初適用しました。

従来の十字断面型と同等の地震エネルギー吸収性能を確保しながら構成を簡素化し、一般的な鉄骨製作工場でも製作しやすくしています。

波形鋼板耐震壁WAVY®

波形鋼板耐震壁WAVY®は、波形鋼板が地震時の水平方向の力に粘り強く抵抗する耐震壁です。軽量でエネルギー吸収能力が高く、柱･梁の損傷を抑えながら空間の自由度を確保しやすい点が特徴で、新築から耐震補強まで幅広く適用できます。

風による揺れを抑制する「TMD/AMD」

一般に高層建物は、風で揺れやすく、揺れが長く続く特性があります。安全上は問題のない範囲の揺れでも、建物内にいる人が不快に感じることがあるため、竹中工務店ではTMDやAMDといった制振装置を活用して揺れを抑えています。

TMD（チューンド･マス･ダンパー）

TMDは、建物の揺れに同調する「重り」を利用して揺れを抑える装置です。建物に固有の振動特性に合わせて重りの動きを調整し、風や地震による揺れを低減します。床振動対策では、人の歩行などによる振動を抑える用途にも活用されています。

AMD（アクティブ･マス･ダンパー）

AMDは、建物に据え付けた「重り」をアクチュエータを用いた制御装置で能動的に動かし、建物の揺れを抑える装置です。重りを受動的に同調させるTMDに対し、AMDはセンサーなどで捉えた揺れに応じて重りを制御する点が異なります。

竹中工務店では、個々の建物の特性に応じた装置設計に加え、装置製作や現地組立の支援、振動計測に基づくチューニング、竣工時の性能評価まで行っています。