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あつひろあかさか
5 years ago
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1 付録 1. 建築基準法と品確法との相異点 ( 耐力壁量等 ) 耐力壁量に関して住宅の品質確保の促進等に関する法律 ( 品確法と呼ぶ ) では等級 1は建築基準法レベルとされている木造の2 階建て建築物を例として等級の違い即ち基準法と品確法において両者の考え方規準作成のプロセスの違いを比較する 1. 地震力について品確法の耐震等級 ( 構造躯体の倒壊等防止 ) では地震力として極めて稀に発生する地震力において構造躯体が倒壊崩壊等しないこととしているそして等級については等級 1( 基準法レベル ) を1.00として等級 2を1.25 等級 3を1.50 倍した地震力を設定している外力の倍率を見ると等級と地震外力は直線的に比例している様に見えるが以下に述べる理由により必要壁長さは必ずしも直線的に比例していない建物条件 : 平面寸法 (1 階 8m 12m 2 階 8m 10m) 重い屋根 Z=1 多雪地 100cm (cm) 一般地 1 階一般地 2 階多雪地 1 階多雪地 2 階等級 1 等級 2 等級 3 図 1 等級別の必要壁長さ ( 地震力 ) の例表 1 等級別の必要壁長さ ( 地震力 ) 計算例係数法)法)法)等級地域階数床面積 (m 2 ) 必要壁長さ (cm) (100cm) 2 お=80 係数なし等 =96 96m 2 33 cm/m 2 3,168 級一般地 1 (2 8 10=80 80m 2 21 cm/m 2 1,680 基準多雪地 1 お=96 係数なし 80 等 1 お=96 58 ( ) , 級一般地 2 80 (2 お=80 25 ( / ) , 品 80 確多雪地 1 お=96 { 58 ( } (100cm) 2 お=80 41 ( / ) ,547 4, 等 1 お=96 69 ( ) , 級一般地 3 80 (2 お=80 30 ( / ) , (100cm) 2 お=80 50 ( / ) ,536 品 80 確多雪地 1 お=96 { 69 ( } ,882

2 1.1 建物重量モデルプランとして1 階 (8m 12m) 2 階 (8m 10m) で重い屋根材で葺いた2 階建住宅の重量を比較する ( 表 2 建物重量比較表 ) 基準法の必要壁長さを算出する為の床面積に乗ずる係数を導き出した単位重量と品確法の係数の単位重量はもともと異なっている表 2 から分かる様に基準法は品確法で想定されている建物重量 (1 階壁高さの1/2 から上の部分 ) の80% であるただし基準法は総 2 階建として1 階の必要壁量の係数が決められ品確法では 1 階と2 階の床面積が個々に算入される為に基準法の方が安全側に算出されることとなる表 2 建物重量比較表前提 1 階床 12m 8m 1 階壁高さの1/2から上の重量とする 2 階床 10m 8m 重い屋根基準法品確法 2 階屋根荷重 90 (10 8) 1.3 =9, (10 8) =10,400 1 階屋根荷重 90 (2 8) 1.3 =1, (2 8) =2,080 2 階床固定荷重 50 (10 8) =4, (10 8) =4,800 積載荷重 60 (10 8) =4, (10 8) =4,880 2 階壁荷重 60 (10 8) =4,800 (75+20) (10 8) =7,600 1 階壁荷重 60 (12 8) 1/2 =2,880 (75+20) (12 8) 1/2 =4,560 合計 27,712kg 34,320kg 単位荷重係数は木質構造設計規準 ( 解説 ) による単位荷重は建築技術壁量と壁倍率による 1.2 積雪荷重表 1で分かる様に等級 1 即ち基準法では積雪荷重が考慮されていない一方品確法には積雪荷重の違いにより係数が定められており積雪時の地震を想定した壁量を算出できることになっている尚枠組壁工法の告示にも積雪時の地震が想定されている 1.3 非耐力壁部分基準法では耐力壁以外での非耐力壁部分が抵抗要素として建物全体の1/3を負担していることを前提として必要壁量を算出している一方品確法においても準耐力壁として表 3 の仕様について耐力壁に加算できることになっている例えば両面に石膏ボード (12mm 厚 ) を釘打ち ( 釘打ちは柱間柱のみ ) された壁の倍率は1.2 倍に評価されている

3 表 3 準耐力壁配置面材壁倍率壁の高さ参入上限その他適用条件準耐力壁 ( 品確法告示仕様 ) 構造用合板パーティクルボード構造用パネルせっこうボード木ずりその他これに類するもの ( すべて片面でも可 ) 1.2 倍 ( せっこうボード両面 ) 1.0 倍 0.6 h/h ( せっこうボード両面 ) 36cm 以上なし h 1 H h 2 h=h 1 +h 2 (h 1 h 2 は 36cm 以上 ) 図 2 h/h の算定方法 2. 風圧力について基準法の風圧力の規定は風見付面積に50cm/m 2 を乗じた数値が必要壁長さになる但し特定行政庁が過去の記録にもとづいて50から75cm/m 2 の範囲で係数を定めることができるとしている一方品確法は構造計算に準じて表 4 風速に応じた係数一覧の通り風速に応じた係数を決めているこの係数を決める上での前提条件は地表面粗度区分をⅢ 平均高さを7.1mとしている表 4 中では等級 1に相当する係数と風圧力を1.2 倍した等級 2に相当する係数を記したが前者と基準法の50cm/m 2 を比べると風速 32m/sの地域 ( 八王子など ) でほぼ合致する表 4 風速に応じた係数一覧風速 (m/s) 等級 2 見付面積に乗ずる係数上記より等級 1 相当の係数東京 23 区代表となる八王子市長野市大阪市千葉市地域等内陸神戸市銚子市室戸市八丈島屋久島沖縄等級 1 相当の係数は建築技術による

4 3. まとめ品確法における等級 2および等級 3は構造計算を行った場合とほぼ同程度の必要壁量となるしかし基準法で採用している非耐力壁要素が算入できる様に準耐力壁の基準を設けられており外力に対しての余力はあまりない状態と考えられる又基準法においては想定している建物重量が軽く見積もられている点と積雪荷重が想定されていないことそして風荷重においても地域により風圧力が異なることを設計者は理解しておく必要がある又表 5 建築基準法と品確法の耐力壁量等の相違点に記した耐力壁の配置水平力の伝達接合部においても基準法と品確法では違いがある

5 表 5 建築基準法と品確法の耐力壁量等の相違点地震力建築基準法施行令品確法評価方法基準等級 1 等級 2 等級 3 必要壁長さ( 重い屋根 2 階建の1 階 ) 必要壁長さ( 重い屋根 2 階建の1 階 ) = 床面積 33cm/m 2 = 58cm/m 2 K 1 Z = 69cm/m 2 K 1 Z 地震地域係数階床面積 1 階床面積 ( 前提 ) ( 前提 ) 総 2 階を想定一部 2 階建も評価できる外力の1/3を耐力壁以外の抵抗要素( 雑壁等 ) 準耐力壁も評価できるが負担多雪地の規定なし想定荷重( 床面積当り ) 多雪地用の係数あり想定荷重( 床面積当り ) 1. 屋根 = 117kg/m 2 1. 屋根 = 130kg/m 2 2. 床 ( 固定荷重 ) = 50kg/m 2 2. 床 ( 固定荷重 ) = 60kg/m 2 3. 壁 = 60kg/m 2 3. 外壁 ( モルタル ) = 75kg/m 2 4. 積載荷重 = 60kg/m 2 3. 内壁 ( 石膏ボード ) = 20kg/m 2 4. 積載荷重 = 61kg/m 2 等級別の必要壁長さ ( 地震力 ) の例必要壁長さ (cm) 条件重い屋根 1 階 8m 12m 2 階 8m 10m Z=1 多雪地 100cm (cm) 等級 1 等級等級 3 等級 1 等級 2 等級 3 ( 基準法 ) 一般地 1 階一般地 1 階一般地 2 階一般地 2 階多雪地 1 階多雪地 1 階多雪地 2 階多雪地 2 階風圧力必要壁長さ必要壁長さ一般地 = 見付面積に乗ずる数値見付面積 =50cm/m 2 見付面積指定地域 =(50~75cm/m 2 ) 見付面積配耐告示 H 号 ( 木造建築物の軸組の設置基置力準 ) 壁壁率比 0.5 の耐力壁線規定なし耐力壁線規定あり風速 m/s 見付面積に乗ずる数値無しの水火打材振れ止めの設置水平構面の基準( 床倍率 ) あり伝平達力接合部告示 H 号 ( 木造の継手及び仕口の構造方法 ) 継手仕口の金物補強基準 ( 接合部倍率 ) あり

6 付録 2. 割箸の力学目的身近にある割箸を利用して割箸を壊しながらその壊れ方を自分の手で実感し, 自分の目で確認をして力学の基本と木材の性質を理解する. 前半は割箸を利用した講義風メモとして, 後半は参考とすべき力学の基本を資料編としてまとめた. 講義メモステップ 1 割箸を割ってみる. 1 つの割箸を割るにはイの方法もあるが, 経験からアの方法が一般的と思われる. アイステップ2 1 本になった割箸を二つにする. 折ってもよいし, 引張ってもよい. 通常, 誰に教えられた訳でもなく図のように中央集中荷重で折る. ステップ3 折るための集中荷重はどのくらい必要か? 牛乳パック (1 l ) が何本必要? 1 本? 2 本? 3 本? 5 本? 10 本? (1 l ) ステップ 4 ここで計算によって割箸が中央で折れる時の集中荷重を計算する. L (20cm)

7 割箸の断面 : 幅 :0.6 cm せい :0.5 cm ( 注 ) 割箸の種類により多少断面に相違がある. また, 割箸の材料はここでは杉材とする断面係数 : Z = bh = = cm 杉材の曲げ破断強度 : F = 6000 N/cm 2 ( 600 kg/cm 2 ) とする. 中央集中荷重時の曲げモーメント L 20 M = = = 5 N cm 4 4 M 5 よって F b = = = 6000 N/cm 2 Z b = = 30 N ( 3. 0 kg 牛乳パック3 本必要 ) 5 自分で折ってみて3. 0 kgを体感する. ステップ 5 断面を縦にして折るための集中荷重を算出する. 幅 :0.5 cm せい :0.6 cm Z = bh = = cm = = 36 N ( 3. 6 kg 牛乳パック4 本必要 ) 5 同じ断面でも荷重をかける方向によって強さに差がある. ( 資料編 - b. 断面に関する各種係数 -(2) 断面係数 ( Z ) 参照) ステップ 6 次に折れる瞬間のたわみを算出する. 幅 :0.6 cm せい :0.5 cm 断面 2 次モーメント : I = bh = = cm ( 資料編 - b. 断面に関する各種係数 -(3) 断面 2 次モーメント ( I ) 参照)

8 中央集中荷重時の中央のたわみ 3 3 L δ = = = 1.2 cm ( L /17) 48EI ( 破断時の変形角は1/15~1/20 程度である ) 杉材のヤング係数 : E = N/cm 2 定規等を使用して折れる瞬間のたわみの確認を行う. また, 破断面の観察をする. ステップ 7 引張って折るためにはどのくらいの力が必要か? 杉材の引張り破断強度 : F = 5000 N/cm 2 とする. t T T F t = = = 5000 N/cm 2 A T = 1500 N(150 kg 約 2 人分の体重 ) 割箸に2 人がぶら下がることができないので実験は不可能である. 中央集中荷重により ( 折って ) 破断する場合の力 :30 N(3kg) 引張って破断する場合の力 :1500 N(150 kg) 50 倍! 50 倍の違いとなる理由は? 中央集中荷重による場合には, 縁応力度が破断強度に達し縁が切れると, この状態が次々と内部に進み全断面が破断する. 圧縮側に歪み縁が切れる破断! 引張る場合には, 全断面が一挙に破断強度に達しないと破断しない. 0.1 mm 5 mm : 折る場合には少し破断すればよい (30 N(3kg)) : 引張る場合には全破断 (1500 N(150 kg)) ステップ8 圧縮して折るとどうなるのか? 座屈をしてしまう.

9 ( 台 ) 3 I 断面 2 次半径 : i = = = cm A l 20 l k =20cm 細長比 : = k λ = = 138 i ( 資料編 - b. 断面に関する各種係数 - (4) 断面係数 (i ) と細長比 ( λ ) 参照) 杉材の圧縮破断強度 : F = 3000 N/cm 2 とする. c 座屈の破断強度 ( の場合 ) F k 0.3Fc = λ = = 470 N( 47 kg) 人が 1 人全体重をかける前に座屈してしまう程度である. ステップ 9 噛んで, めりこみについて検討する. 噛むと歯型がつくが ( めりこむが ) 噛み切ることは出来ない. めりこみは強度はないが, 粘りのある壊れ方である.

10 資料編この資料編では木材の壊れ方の例を示し, その後に断面設計の基本となる断面に関する各種係数について解説する. a. 木材の壊れ方 (1) 曲げによる壊れ方以下に杉の角材を用いて行った曲げ破壊実験の例を示す. 破壊実験の例その 1( 杉材 :75mm 75mm) 1 切欠きなし圧縮側に歪み 3cm 100 無垢材 (1) の破壊荷重を 100 とした時の各場合の値 2 中央側面切欠きあり 70 3 中央下端切欠きあり 30 4 中央上端切欠きあり 50 5 断面中央部穴あけあり孔よりせん断破 60 6 断面上端穴あけあり圧縮 ( 穴の上端にて ) 60 7 断面下端穴あけあり 60 この実験により, 梁材において中央下端の切欠きがあると耐力が約 30% になることがわかる. 梁せいの1/3 程度の穴あけがあると耐力が約 60% になることがわかる.

11 破壊実験の例その 2( 杉材 :75mm 75mm) 8 端部下端切欠き受けありのように端部切欠き部を大入れのようにして受けた場合の破壊荷重を 100 とした時の各場合の値 9 端部下端切欠き受けなし端部上端切欠きありささくれ 80 この実験により, 端部下端切欠きがありそれを受けない場合は, 耐力が受ける場合の約 50% になることがわかる. 大入れにすることの効果がよくわかる. 写真 1 破壊実験 -1 無垢材切欠きなし写真 2 破壊実験 -3 中央下端切欠きあり写真 3 破壊実験 -5 断面中央部穴あけあり写真 4 破壊実験 -9 端部下端切欠き受けなし

座屈方向短柱の圧縮破壊長柱の座屈こうした破壊現象を座屈という. めり込み図のように繊維と直角方向から圧縮の力を加えていくと, めり込み破壊が起こる. めり込み b.

12 (2) 軸力による壊れ方圧縮力と引張力ポイント圧縮力による破壊としては, 座屈とめり込みがある. また, 引張力による破壊では繊維方向と繊維直角方向で抵抗力に差がある. a. 圧縮力座屈柱などの部材に図のように圧縮力の力を加えていくと, 短注の場合はかなり大きな圧縮力で繊維の破断が起こり, 長柱の場合は比較的小さな圧縮力で材そのものが曲がって折れる. 座屈方向短柱の圧縮破壊長柱の座屈こうした破壊現象を座屈という. めり込み図のように繊維と直角方向から圧縮の力を加えていくと, めり込み破壊が起こる. めり込み b. 引張力部材に引張力を加えていくと, 最終的に引きちぎられて破壊する. 木材は引張力に対する抵抗力は繊維の方向では比較的大きいが, 繊維と直角方向では比較的小さい. ( 繊維方向 ) ( 繊維と直角方向 ) 引張破壊

(3) せん断による壊れ方木材のせん断破壊一般にせん断力とは, 下図のように物質を切り裂くように働く力をいう. 木材のせん断力による破壊現象は, 繊維に直角の方向に荷重がかかってもその方向には起き難く, 一般的には繊維方向に起こる. これは繊維方向に比べて繊維直角方向のほうが, 木材のせん断抵抗力が格段に大きいからである. 1 木材の薄板 ( 表面が滑らか ) を 4 枚重ねておく.

13 (3) せん断による壊れ方木材のせん断破壊一般にせん断力とは, 下図のように物質を切り裂くように働く力をいう. 木材のせん断力による破壊現象は, 繊維に直角の方向に荷重がかかってもその方向には起き難く, 一般的には繊維方向に起こる. これは繊維方向に比べて繊維直角方向のほうが, 木材のせん断抵抗力が格段に大きいからである. 1 木材の薄板 ( 表面が滑らか ) を 4 枚重ねておく. 2 荷重を加え, 梁が曲げによりたわみだすと薄板は互いに滑り始める. 荷重 3 一体の木材だと薄板を重ねた例のように滑ることができないので, 木材の内部に曲げたわみに起因するせん断力が生じる. そのため, 遂には梁せいの中央 ( ここが最も切断しようとする内力が大きい ) で割裂する. 荷重せん断という現象スパンが梁せいに比べて短い場合, せん断という現象が起こる. 長ければ曲げによって破壊する.

14 b. 断面に関する各種係数 (1) 断面積 ( A ) ポイント断面積とは, 材の軸方向に直角に切断したと仮定したときの断面の面積である. 大きいほど軸方向やせん断に対して強くなる. 断面積を求め, 軸方向の応力度とせん断応力度を計算する. 断面積を求める A = b h 軸方向の応力度を求める σ = A ( 軸力 ) ( 断面積 ) ( せい ) ( 幅 ) せん断応力度を求める 3 Q ( 軸力 ) τ = 2 A ( 断面積 ) ( 平均に対する最大の割増係数 ) A=100cm N 5000N 5000 σ = = = 50 N/cm 2 A N A=50cm N 5000 σ = = = 100 N/cm 2 A 50 同じ軸力であれば, 断面積が 1/2 のときの応力度は 2 倍となる.

15 (2) 断面係数 ( Z ) ポイント断面係数とは, 曲げの強さを示す材料の形に関する係数である. 断面係数は以下の式で計算する. ( 幅 )( せい ) 2 b h Z = 6 ( せい ) ( 幅 ) 材料に荷重がかかったときに生じる曲げ応力度は次式で求められる. M σ = Z ( 曲げモーメント ) ( 断面係数 ) 断面係数が大きくなるほど材料の曲げに対する抵抗力, すなわち曲げ強さが大きくなる. 断面係数が大きくなればなるほど, 同じ荷重が作用しても材料に生ずる単位あたりの曲げ応力が小さくなる. 材料の曲げの強さは, せいの2 乗に比例する. 同じ断面でもせいが大きいほど大きくなる.

16 各種断面の断面係数ほぼ同じ断面積であっても形や使う方向によって, 曲げに対する強さに差がある. 断面積 (A cm 2 ) 断面係数 (Z cm 3 ) 比率 ( 中立軸 ) a cm ( よこ ) 10cm ( たて ) b cm ( よこ ) 20cm ( たて ) c cm ( よこ ) 14cm ( たて ) 14cm d cm e cm

17 (3) 断面 2 次モーメント ( I ) ポイント断面 2 次モーメントとは, 変形に関する抵抗力の度合いを示す係数である. 断面 2 次モーメントが大きくなるほど, 曲げによる変形が少なくなる. 断面 2 次モーメントは以下の式で計算する. ( 幅 )( せい ) 3 b h I = 12 ( せい ) ( 幅 ) 断面 2 次モーメントが大きくなるほど, 曲げの変形に対して強くなる. h b 図 (a) h b 図 (b) 同じ長方形断面でも, 縦長に使えば断面 2 次モーメント ( I ) が大きくなり曲がりにくくなる. 材料の曲げたわみは, せいの3 乗に反比例するのでせいの大きい方がはるかに変形しづらくなる. 曲げたわみの方が曲げ強さよりせいによる影響は大きい.

18 各種断面の断面 2 次モーメントの算定同じ断面積の場合 ( 中立軸 ) a a/2 2a a 2a a/ 3 4 a a a I = = a ( a / 2) I = = a = a / 4 12 I a / 2 (2a) = 12 4 a = = 4 a を標準とすると,2 は 1/4 倍,3 は 4 倍となる. 同じ幅の場合 ( 中立軸 ) a 2a 3a a a a 3 4 a a a I = = a (2a) a I = = a (3a) a I = = を標準とすると,5のようにせいが2 倍になると8 倍に, 6のようにせいが3 倍になると27 倍となる.

19 (4) 断面 2 次半径 (i ) と細長比 ( λ ) ポイント断面 2 次半径とは, 材料が圧縮力を受けた場合の座屈のしやすさを求めるために用いられる係数である. 柱に座屈が生じるかどうかは部材の長さ ( 座屈長さ ) と断面 2 次半径との割合によって決まり, この割合を細長比という. 細長比を求める l λ = k i ( 座屈長さ ) ( 断面 2 次半径 ) 断面 2 次半径を求める I i = ( 断面 2 次モーメント ) A ( 断面積 ) この細長比の値が大きいときには, 材料の許容圧縮応力度の低減を行う. なお細長比が30 以下の材料を短柱,30 以上の材料を長柱という. 短柱は許容圧縮応力度の低減はない. 圧縮材の座屈の許容応力度は, 国土交通省告示 ( 平成 8 年 1613 号 ) に以下のように定められている. 細長比 λ 30 の場合 f = 30 < λ 100 の場合 f f ( λ ) λ >100 の場合 λ : 有効細長比 f k : 圧縮材の座屈の許容応力度 k = c f k k f c 0.3 f = λ 100 f c : 建築基準法施行令第 89 条 1 項の表に掲げる圧縮の許容応力度 c 2

20 例題断面が10cm 10cmで, 長さが50cm,1.0m,2.0mおよび3.0mの杉材について, それぞれの材の細長比および許容座屈応力度を求める. 10cm 10cm 10cm 10cm 10cm 10cm 2.0m 10cm 10cm 50cm 3.0m 1.0m (a) 短柱 (b) 長柱 (c) 長柱 (d) 長柱断面 2 次半径 (i ) (cm) 座屈長さ ( l k ) (cm) 細長比 ( λ ) 座屈低減係数許容座屈応力度 (N/cm 2 ) (a) (b) (c) (d) 細長比が大きくなると許容座屈応力度はいちじるしく低下する. 一般の木造住宅では細長比が100 前後のものが多いが, 許容座屈応力度を170N/cm 2 とすると10cm 角, 長さ3mの杉材で,N=170 N/cm 2 10cm 10cm=17000 N =17 kn(1.7 t) までの圧縮力に耐えられることになり, 一般の住宅では十分な耐力である. なお, 細長比は上限を150とし, それ以上の場合の設計をしてはならないことになっている.

説明書 ( 耐震性 ) 在来木造一戸建て用 ( 第二面 ) 基礎根入れ深さ深さ ( mm ) 住宅工事仕様書適基礎の立上り部分高さ ( mm ) 厚さ ( mm ) 基礎伏図不適各部寸法底盤の寸法厚さ ( mm ) 幅 ( mm ) 基礎詳細図基礎の配筋主筋 ( 径 mm ) 矩計図

説明書 ( 耐震性 ) 在来木造一戸建て用 ( 第二面 ) 基礎根入れ深さ深さ ( mm ) 住宅工事仕様書適基礎の立上り部分高さ ( mm ) 厚さ ( mm ) 基礎伏図不適各部寸法底盤の寸法厚さ ( mm ) 幅 ( mm ) 基礎詳細図基礎の配筋主筋 ( 径 mm ) 矩計図説明書 ( 耐震性 ) 在来木造一戸建て用 ( 第一面 ) 在来木造住宅においてフラット35Sを利用する場合に記入してください耐震等級 ( 構造躯体の倒壊等防止 )2 又は3の基準に適合する場合には Ⅰに記入してください免震建築物の基準に適合する場合には Ⅱに記入してください Ⅰ 耐震等級 ( 構造躯体の倒壊等防止 )2 又は3の基準に適合する場合説明欄項目評価方法基準記載図書確認目標等級