登録施工店の皆様
解説
2023.03.28

構造計算

耐震構法SE構法が地震に強いと言える最大の理由が「構造計算」。工務店様の意匠設計をもとに、立体解析構造計算プログラムを用いて、建物に加わる荷重(鉛直荷重・風荷重・地震荷重)を算出し、建物の変形(層間変形角)・ねじれ(偏心率)・各階の固さのバランス(剛性率)をチェック。さらに構造部材の安全性を検討します。その上で、大規模地震時の安全性の検討や、建物と一体で解析できる基礎の計算など、高度で詳細な構造計算までも行います。

 

‖構造計算という思想


日本に住み続ける限り、いつか必ず地震や台風はやってきます。耐震構法SE構法では、あらかじめ地震の揺れや台風の力を想定し、それに耐えうる性能を持った住宅づくりを行なっています。住宅の条件は、土地の周辺環境や立地条件によって一棟一棟異なります。そこで耐震構法SE構法では、一棟一棟、全棟「構造計算」を実施しているのです。
構造計算を実現するには条件があります。住宅の構造を構成するすべての部材の強度がわかっていること。接合部に強度の基準があること。そして基礎や構造部材、接合部の強度が一定の基準値を満たしていること。集成材やSE金物、基礎の計算等の諸要素によってこれらの条件を完全に満たすのが、耐震構法SE構法です。
構造計算は、一般の木造住宅では必須とされていません。しかし耐震構法SE構法では、「人の安全は、耐震性能や耐久性能などの、家の安全性能によって守られるべきである」との考えに基づき、2階建てや平屋であっても例外なく、鉄骨造やRC造、大規模建築物と同じ手法で計算を行なっています。

 

‖在来工法の壁量計算との比較


木造住宅の工法として現在最も普及している在来工法と、耐震構法SE 構法との違いはどのようなものでしょうか。
在来工法では令第3章3節の「木造の仕様規定」を満足させるように設計しますが、その仕様規定内の令第46 条のチェック項目が壁量計算です。壁量計算とは建物各階の面積から求めた地震係数と、立面形状から求めた風圧係数に基づき、建物に必要な壁量を算出するものです。在来工法の設計では平面図上に耐力壁を配置して、各階の各方向に存在する壁量を算出して必要壁量を満たしていることをチェックします。しかし、この壁量計算はいわば簡易的なチェックであり、構造の弱点となる開口部・下屋・吹き抜け等の建物形状や積雪荷重が考慮されていません。

一方、SE 構法は下記の通り、ルート2相当の許容応力度等計算による構造計算を行っており、ここが在来工法との大きく異なる点の1つです。これは、建物にかかる重さが力としてどのように伝わるのか、その力に構造躯体は耐えられるのかが、事前に計算によって明らかにされていることを意味します。導き出された構造計算の結果は、判りやすい「カラー表示」とすることで、誰もが建物の安全性を視覚的に理解することができます。このように、木造住宅において鉄骨造や鉄筋コンクリート造と同様の「立体解析による構造計算」を全棟で実施しているのが、SE 構法の大きな特徴です。

 

‖熊本地震シミュレーションに見る耐震構法SE構法


2016年4月に発生した熊本地震は、震度7が2回繰り返すという従来にない地震で、新耐震基準の木造住宅や耐震等級2の木造住宅でも倒壊したと報じられました。これらの木造住宅は構造計算でなく、壁量規定で建築された木造住宅です。全棟構造計算を行なっているSE構法はこれまで、新潟中越地震、東日本大震災、熊本地震と数々の大地震を経験してきましたが、倒壊だけでなく、全壊や半壊などの被害も受けていません。
国土交通省国土技術政策総合研究所で公開されている地震応答解析ソフトwallstat(ウォールスタット)によって実際の熊本地震の地震波をシミュレーションし、SE構法で構造計算された物件の耐震性を検証しました。是非ご覧ください。

 

‖全棟でルート2相当の許容応力度等計算を実施


構造計算は以下のように「建物のすべての重さ」を想定し、調べることから始まります。
1. 建物の重さを調べる(建物自体の重量)
2. 建物の床に乗せる、物(人の重さや家財道具)の重さを想定する(積載荷重)
3. 雪が積もったときに屋根にかかる重さ(積雪荷重)や、グランドピアノやウォーターベッドなどのように、特に重いものの重さ(特殊荷重)を考慮する
4. 全部(建物+積載物+特殊荷重)の重さを合計する。
次に、「建物にかかる重さが力としてどのように伝わり、その力に耐えられるか」を調べます。
5. 建物にどのように重さ(下向きの力)が伝わるかを調べる
6. 伝わった重さに、材料が耐えられるかを調べる。 そして、地震や台風が来た場合を想定して検証する
7. 地震が来たときにかかる力を、建物の重さから換算する
8. 台風が来たときに、建物にかかる力を調べる
9. 地震や台風のときに建物にかかる力(横向きの力)に、材料が耐えられるかを調べる
以上がルート1の許容応力度計算であり、ここまでで、地震や台風に対して持ちこたえられる建物であるかどうかがまず検証されます。 このうえに、次の計算が行なわれます。
10. 地震・台風それぞれの場合に、建物がどのくらい傾くのかを計算する(層間変形)
11. 建物の上下階の硬さのバランスを調べる(剛性率)。
12. 建物の重さと硬さが偏っていないかを確認する。バランスよく重さを支えられるかを調べる(偏心率)
具体的には、通常20分の1~200分の1以上の傾きを損壊とみなし、それ以上は傾かないように設計されますが、これは角度でいうと、0.3度程度に相当します。0.3度というのは3メートルの高さで0.5センチ程度しか傾かないということであり、この程度の傾きであれば、揺れが収まると、また元に戻る範囲内であるということで設定されています。また、震度5強の地震でも、建具やサッシが開かなくなることがないという、安全性の検証も同時に行ないます。以上がルート2の許容応力度等計算にあたります。耐震構法SE構法では、住宅1棟1棟に対し、ここまで厳密な安全性のルールを課しているのです。