必要保有水平耐力
前章の内容から、地震を「エネルギー」としてとらえた場合、私たちが構造計算で扱う「地震力」とは、地震のエネルギーの一つのあらわれ方に過ぎない、あるいは、「エネルギー」と「地震力」は一対一に対応しているわけではない、というようなことが何となく分かってきました。
しかしその一方、私たちが構造計算で扱うのはもっぱら「力」です。XX ジュールの地震に対して建物を安全に設計せよ、と言われているわけではありません。 注）
そういう意味では、「保有水平耐力計算」とは、エネルギーという「なんだかよく分からないもの」を「多少なりとも形のあるもの」に翻訳しようとする試みである、と言えるかもしれません。
注）
「ジュール」はエネルギーの単位。なお、2005 年に施行された「エネルギー法」という耐震設計法は、その名のとおり、「エネルギー」をそのまま設計の指標とする考え方であるが、実際の設計に使用されたという例はあまり聞かない。
一次設計は、建物の1階の層せん断力が 0.2G 相当（以下、「一次設計用地震力」）になる状態を設計のターゲットとするものです。これに対し、二次設計では、そのターゲットは 1G 相当（以下、「二次設計用地震力」）になります。
一次設計の目的は、その状態に対してヒンジが生じることなく、建物が弾性範囲にあるように設計することにありますから、力と距離の関係は直線になります。したがって、この間に建物が受け取ったエネルギーは下図の三角形 0 - A' - B' の面積です。
では、二次設計時に建物が受け取るエネルギーはどれくらいなのか？
それを推定するいちばん手っ取り早い方法は、「もし、このグラフがこのまま真っ直ぐ進んで、力が二次設計の地震力に達したなら・・・」と考えることです。これは「二次設計の地震力に対して弾性設計（一次設計）を行った」状態に相当します。
上の図では、一次設計の地震力を F1、二次設計の地震力を F2 であらわしましたが、これで分かるように、二次設計時のエネルギーとは、グラフが F2 まで進んだ時にできる三角形 0 - A - B の面積です（ちなみに、F2 は F1 の 5 倍なので、三角形 0 - A' - B' の面積は 0 - A - B の面積の 25 倍になる）。
さきほど申し上げたとおり、二次設計時のエネルギーに対して建物を安全にしておく最も簡単な方法は、その地震力（ F2 ） に対して建物を弾性範囲におさめることです。「免震」「制震」といわれるような建築物はこの考え方を採用しています。
しかし、「耐震」という立場をとる場合、これはあまり現実的とは言えません。
通常の耐震設計では、一次設計の地震力に対して弾性範囲内におさめる、という立場をとりますので、一次設計時の地震力（ F1 ）を過ぎるとヒンジが発生し、建物の剛性が落ちるにつれてグラフは横に倒れてくる。そして、やがて建物の最大耐力（保有水平耐力）に達し、このグラフが水平に近くなるが、しかし、これですぐに建物が壊れるのかというと、そういうわけでもなく、変形に追従できる分だけ横に進み、ついにそれ以上の変形に追従できなくなった時点で壊れる。注）
・・・この様子をあらわしたのが下の図です。
注）
「建物が壊れる」とはどういう状態のことか、というのは結構難しい問題なのかもしれません。とりあえず、「建物を構成する個々の部材のうちの 1 つでも壊れた（破壊した）なら、その時点をもって建物が壊れたとみなす」ということでいいのではないかと私は考えるのですが、これについては次章で述べます。
上の図で何をいいたいのか、というのはすでにご推察のとおりです。
この 0 - A' - C - D で囲まれる面積（塗りつぶし部分）が、三角形 0 - A - B の面積（つまり二次設計時に建物が受けるエネルギー）と同じ、あるいはそれ以上になれば、この建物は安全なのです。
このような考え方を エネルギー一定則 と呼びます。
この図から分かるとおり、グラフが A' を過ぎてだんだん横になりながら、それでも変形に追従して C 点まで到達する、この「ずるずると横に伸びていく」ことにより、グラフが囲む面積は確実に増えています。つまり、この過程で建物は「仕事」をし、地震のエネルギーを消費しているのです。
0 - A' - C - D の面積を建物の「エネルギー吸収能力」と言ったりしますが、これを決定するファクターは 2 つあります。保有水平耐力（上図の F3 の値）と変形能力（上図の x3 の値、つまり「どこまで変形に追従できるか」）です。
したがって、これを評価する方法も 2 つあることになります。
一つは「建物の保有水平耐力が既知である場合、それに必要な変形能力を規定する」であり、もう一つは「建物の変形能力が既知である場合、それに必要な保有水平耐力を規定する」です。
で、「保有水平耐力計算」は後者を採用しました。だから必要保有水平耐力というのです。
ここでもちいられている記号によれば、必要保有水平耐力 Qun は以下の計算式であらわされます。注）
Qun = Ds・Qud
注）
本来は、ここに Fes （形状係数）という値も入ってくるのですが、これについては 後から 話します。
この Qud は二次設計の地震力で、さきほどの図の F2 に相当します。さらに、この図において、0 - A' - C - D の面積と 0 - A - B の面積がぴったり一致しているのであれば、この図の F3 が Qun に相当します。この時のDs （構造特性係数）は F3 / F2 です。
つまり、この式が言わんとしているのは、こういうことです。
建物が変形に追従する能力が高ければ高いほど Ds を小さくすることができる。
そして、その結果、保有水平耐力の目標水準（必要保有水平耐力）を下げてもよい、という「特典」がもたらされる。
そうなると、次は当然、建物の変形能力、つまり「どこまでの変形に追従できるのか」の見極め、という話になります。そして、じつはこれこそが「保有水平耐力計算」の「かなめ」なのです。
