木造混構造の構造設計事例 1. 構造設計事例の作成方針平成 23 年 5 月 1 日付けで 構造基準の合理化に伴う木造混構造に関する改正告示が施行されて 大きくは2 項目の合理化がなされた 具体的には平成 19 年国土交通省告示第 593 号 ( 以下 告示 という ) 第四号に規定する建築物として

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1 木造混構造の構造設計事例 2011 年 5 月 19 日社団法人日本建築構造技術者協会技術委員会木質系部会 c 社団法人日本建築構造技術者協会 2011 ( 無断転載禁止 )

2 木造混構造の構造設計事例 1. 構造設計事例の作成方針平成 23 年 5 月 1 日付けで 構造基準の合理化に伴う木造混構造に関する改正告示が施行されて 大きくは2 項目の合理化がなされた 具体的には平成 19 年国土交通省告示第 593 号 ( 以下 告示 という ) 第四号に規定する建築物として 1,2 階 RC 造 -3 階木造の混構造建築物 および 大規模平面を有する延べ面積 3000m2 以下の2 階建て混構造 (1 階 RC 造 -2 階木造 ) の建築物 が追加された 前者の 1,2 階 RC 造 -3 階木造の混構造建築物 に関しては 構造計算の方法等は従来より告示第四号に規定されている建築物と変わりがない 図 -1 参照 後者の 大規模平面を有する延べ面積 3000m2 以下の2 階建て混構造 (1 階 RC 造 -2 階木造 ) の建築物 に関しては 大規模平面特有の技術的課題に対する計算法が新たに規定されることとなった 図 -2 参照 後者の建築物に関しては 本則の構造計算だけではなく 特別な調査又は研究の結果に基づき 当該建築物の振動特性を適切に考慮し 安全上支障のないことを確かめる構造計算についても選択可能となっている 本則の構造計算 ( 以下 1 簡易法 と呼ぶ) は 鉛直構面および水平構面の設計用地震時応力の1.5 倍割り増し法である また 特別な調査又は研究の結果に基づく構造計算としては 2 水平構面略算法 と位置付けられる水平構面の設計用地震時応力の1.5 倍割り増し法や 3 水平構面精算法 と位置付けられる水平構面の設計用地震時応力のAi 分布型割り増し法が提案できる さらに 平面形状が整形でない4 平面的切欠きを有する水平構面 の場合は 応力集中部に特別な地震時応力割り増しが必要と考えられる 1 簡易法 では 一般的な小規模木造混構造と概ね同様な構造計算方法であるが 木造部分の水平構面の規模が大きくなることに対処して 一律に木造部分の鉛直構面および水平構面の設計用地震時応力を1.5 倍に割り増す方法である 鉛直構面に関しては壁量を従来の1.5 倍確保する必要がある また水平構面に関しては 各階床位置の設計用地震時層せん断力に対応した水平震度を1.5 倍に割り増した水平面せん断力に対して床構面を設計する必要がある 2 水平構面略算法 では 簡易法 で必要な鉛直構面の地震時応力割り増しは不要となるが 水平構面の地震時応力の1.5 倍割り増しは必要である さらに 水平構面を支持する鉛直構面の充足率が不十分な場合 (0.75 未満 ) は 当該鉛直構面を支持点とできず スパンを拡大する必要がある 3 水平構面精算法 では 水平構面略算法 で必要な水平構面の地震時応力の割り増しに際して 鉛直構面を支持点とした水平構面スパン内におけるせん断梁的な変形増幅性状をAi 分布的な水平せん断力分布式により詳細に算定する方法である なお 支持点となる鉛直構面の充足率に関する規定は 水平構面略算法 と同様である 1

3 4 平面的切欠きを有する水平構面 に関しては 図-3 参照 水平構面内の応力分布が整形の場合と異なってくることから 平面的切欠きの大きさによって 切欠き応力集中部 の水平構面の地震時応力をさらに 1.5 倍に割り増すことが必要である 図 -1 1,2 階 RC 造 -3 階木造の混構造概念図 図 -2 大規模平面を有する立面的木造混構造概念図 図 -3 切欠きを有する水平構面の木造混構造概念図 以上の背景から 大規模平面に関する新たな構造規定の具体的な運用方法に関する構造設計事例を作成することとした 2. 設計事例の概要以下には 3 種類の構造計算法に対応した構造設計事例 および 平面的切欠きを有する水平構面 の場合に対応した事例の概要を示し それら 3 事例の構造計算書の概要を示す 1 簡易法 設計事例学校教室棟で 一般的な教室を有する事例 2 階建て木造混構造 :1 階 RC 造 +2 階木造 延べ床面積 : 1,950m 2 平面規模 :17.3m 56.4mの長方形平面で 7.3m 9.1mの教室を有する 2

4 木造部構造計画 : 耐力壁形式の構造用合板耐力壁と筋違をバランスよく配置し 屋根面大梁と柱を 1.82m 間隔に配置した構造計画 2 水平構面略算法 および3 水平構面精算法 設計事例学校管理棟で 大きな空間の多目的室を有する事例 2 階建て木造混構造 :1 階 RC 造 +2 階木造 延べ床面積 :1,890m 2 平面規模 :17.3m 54.6mの長方形平面で 7.3m 18.2mの多目的室を有する木造部構造計画 : 耐力壁形式の構造用合板耐力壁をバランスよく配置し 屋根面大梁と柱を 1.82m 間隔に配置した構造計画 4 平面的切欠きを有する水平構面 設計事例学校メディア棟で 平面的切欠きの事例木造混構造 :1 階 RC 造 +2 階木造 延べ床面積 : 580m 2 平面規模 :18.2m 18.2mの長方形平面で 2 階木造隅部に 9.1m 9.1mの切欠きを有する木造部構造計画 : 耐力壁形式の構造用合板耐力壁を外周部にのみ配置した構造計画 3

5 設計事例 1 教室棟 1 簡易法の適用事例 1. 建築概要 建築場所 多雪地域 第 2 種地盤 地域係数 Z=1.0 主要用途 学校 延べ床面積 1951 m2 構造種別 1 階 : 鉄筋コンクリート造 2 階 : 木造 (1 階 RC 部分ルート1 相当 ) 高さ 最高高さ :10.3m 軒高 :7.7m 2. 設計方針 (1) 適用基準 建築基準法 全体の検討木造軸組工法住宅の許容応力度設計 ( 日本住宅 木材技術センター 2008 年版 ) ブレース端部接合部の検討木質構造設計規準 同解説 ( 日本建築学会 2006 年版 ) (2) 構造計算ルートルート1( 許容応力度設計 ) (3) 構造計画概要平面形状 m の本建物は 上部が木造架構 下部が耐震壁付き鉄筋コンクリート造であり 2 階建て立面混構造である 屋根架構は大断面集成材を用いた一方向山型ラーメン架構で 1.82m 間隔で配置する 架構の間を 1.82m 間隔に配置した母屋でつなぐ 鋼板屋根は 設計例であるため 垂木付きの野地板 +ブレースの場合 t=24 以上の構造用合板の場合 垂木付きの野地板または構造用合板の場合の3ケースとする 鉛直構面の耐震要素としては 外周 廊下 部屋間に筋交いまたは構造用合板を配置する (4) 構造計算方針告示第 593 号第四号ロの本文に示される方法 ( 以下 簡易法 と略す ) に基づいて構造計算を行う したがって 鉛直構面の地震力を Co=0.3 に割り増すとともに 屋根水平構面の地震力も同様に割り増して構造計算を行う 地震力の算定において 1 階の 2 階に対する重量比が 2 倍以上となるため 修正 Ai 分布を適用する 4

6 3. 平面図および断面図 平面図 1 階平面図 断面図 2 階平面図 5

7 4. 伏図および軸組図 伏図 真壁 大壁 : 壁倍率 5 大壁 真壁 : 壁倍率 2.5 両側筋交い 90x90: 壁倍率 5 2 階伏図 軸組図 6

8 5. 設計荷重 (1) 固定荷重木造部分 部位 名称 材料 重量 (N/m 2 ) 材料に関する備考 各重量 合計 採用 屋根 屋根 + 天井 ガルバリウム鋼板 t= アスファルトルーフィング 野地板 t=15 60 すぎ 通気胴縁 36x45@ すぎ 透湿防水シート 2 垂木 45x150@ すぎ グラスウール 16kg t 母屋 120x180@ べいまつ集成材 登り梁 150x500@ べいまつ集成材 天井 GB-P t 吊り材 束 120x120@1820x1820 avel=1.3m 23 梁 150x150@ すぎ 挟み板 2x180x30@ すぎ 壁 外壁 板縦張り t=21 84 すぎ 目地打ち 15x75@ すぎ 横胴縁 21x45@455 9 すぎ 透湿防水シート 2 インシュレーションボードt=9 40 杉樹皮ブローイングt= ポリスチレンシート 2 シナ合板パネル t= 柱 150x150@ べいまつ集成材 窓 ガラスt=7 175 柱 150x150@ べいまつ集成材 内壁 GB-R t= 構造用合板 t=12 70 横胴縁 45x45@ すぎ GB-R t= 間仕切り壁 GB-R t= 構造用合板 t=12 70 縦胴縁 45x150@ すぎ 構造用合板 t=12 70 GB-R t= 単位重量 縦 横 枚数 面積 重量 N/ m2 m m 枚 m2 kn RF 屋根 吊材 外壁 外壁 窓 窓 間仕切壁 内壁 窓 合計 1402 採用 単位面積あたり kn/ m2 RC 部分設計例であるため 略算として 10kN/m 2 とする ( 積載荷重含む ) 7

9 (2) 積載荷重 2 階床は前述の通り 10kN/m 2 の中に含む 屋根には積載荷重を見込まない (3) 積雪荷重垂直積雪量 :1.0m 単位荷重 :20N/cm./m 2 とする 屋根勾配 :16.7 屋根形状係数 μb: μ b= cos( ) =0.952 積雪荷重 : =1904N/m 2 2.0kN/m 2 地震時積雪荷重 : 0.35S=0.7kN/m 2 (4) 風荷重基準風速 :30m/s 地表面粗度区分 Ⅲ H: 建築物の高さと軒の高さの平均 (=9.0m) Zb=5m ZG=450m α=0.20( 地表面粗度区分 Ⅲ) H>Zb のため Er=1.7(H/ZG) α =0.777 G f : ガスト影響係数粗度区分 Ⅲ H=9m より G f =2.5 E=E 2 r G f =1.51 速度圧 q: q=0.6 E V 2 0 =815N/m 2 風力係数 X 方向 :B=17.44m H=9m a=min(b,2h)=(17.44,18)=17.44m Y 方向 :B=56.72m H=9m a=min(b,2h)=(56.72,18)=18m 8

10 層せん断力に寄与する風荷重 X 方向 階 部位 高さ 高さの 面積 勾配 Cpe Cpi 風力 風圧力 風荷重 小計 合計 中心 m m 2 係数 N/m 2 N N kn 1F 風上壁面 z=0.75~ 風下壁面 z=0.75~ F 風上壁面 z=4.3~ z=5~ z=6~ z=7~ z=7.7~ z=9~ 風下壁面 z=4.3~ z=7.7~ Y 方向 階 部位 高さ 高さの 面積 勾配 Cpe Cpi 風力 風圧力 風荷重 小計 合計 中心 m m 2 係数 N/m 2 N N kn 1F 風上壁面 z=0.75~ 風下壁面 z=0.75~ F 風上壁面 z=4.3~ z=5~ z=6~ z=7~ 風下壁面 z=4.3~ 風上屋根面 風下屋根面 風荷重による層せん断力 X 方向 Y 方向 2F 86kN 265kN 1F 146kN 502kN (5) 地震力地震時重量 単位重量 縦 横 面積 重量 N/ m2 m m m2 kn 2 階 屋根 + 壁 1500 積雪 700 合計 階 RC( 積載含む ) 合計

11 設計用地震力の算定 地域係数 Z 1 振動特性係数 地盤種別 第 2 種 算定 Tc (sec) 0.6 軒高 (m) 7.7 棟高 (m) 10.3 周期用高さ h (m) 9.0 木造部分高さ (m) 4.7 木造比 α 建物固有周期 T (sec) 振動特性係数 Rt 階の 2 階に対する重量比が 2 倍以上となるため 修正 Ai 分布を適用する また 簡易法であるため 2 階木造部分の鉛直構面の地震力を 1.5 倍し Co=0.3 とする 修正 Ai 分布 2 階設計用地震力計算用 階 Wi(kN) ΣWi'(kN) αi Ai Ci Q(kN) 階設計用地震力計算用 階 Wi(kN) ΣWi(kN) αi Ai Ci Q(kN) 設計用地震力 > 風荷重なので 設計用地震力での検討を行う 吹き上げ等の検討は 設計例のため 省略する 6. 鉛直構面の設計 (1) 壁量の確認必要壁量 Qi(kN) 必要壁量 (=Qi/1.96)(m) X 方向 通 Y1 Y2 Y3 Y4 大壁両筋真壁両筋真壁両筋大壁耐震要素合板交い合板交い合板交い合板 大壁合板 両筋交い 合計 単位壁倍率 N 壁長さ L(cm) 壁量 通ごとの壁量 > 453 Y 方向 通 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 大壁真壁真壁真壁真壁真壁真壁真壁真壁真壁真壁大壁耐震要素合板合板合板合板合板合板合板合板合板合板合板合板単位壁倍率 N 合計壁長さ L(cm) 壁量 通ごとの壁量 >

12 各構面の検定 X 方向 通 Y1 Y2 Y3 Y4 合計 壁量 短期許容せん断耐力 Pa (kn) 剛性低減率 Ck 壁高さ H (m) せん断剛性 K (kn/m) 基点からの距離 X (m) K Y K (Y-Ys) ねじれ補正係数 α ねじれ割り増し係数 Ce 地震力 QEJ (kn) 検定比 Y 方向 通 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 合計 壁量 短期許容せん断耐力 Pa (kn) 剛性低減率 Ck 壁高さ H (m) せん断剛性 K (kn/m) 基点からの距離 X (m) K X K (X-Xs) ねじれ補正係数 α ねじれ割り増し係数 Ce 地震力 QEJ (kn) 検定比 (2) 層間変形角の確認 X 方向 通 Y1 Y2 Y3 Y4 QEJ (kn) Dj (kn/m) h (m) γ1 ( 10-3 rad) /γ Y 方向 通 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 QEJ (kn) Dj (kn/m) h (m) γ1 ( 10-3 rad) /γ よって X Y 方向ともに最大層間変形角で 1/150 以下となる 11

13 (3) 偏心率の確認 X 方向重心 yg (m) 剛性 壁 ΣDx (kn/m) 剛性 距離 壁 Σ(Dx y) (knm/rad) 基点 ~ 剛心 ys (m) 8.93 弾力半径計算用壁 Jx 弾力半径 rex (m) 偏心距離 ey (m) 0.28 偏心率 Rex 0.02 判定 Rex 0.3 OK Y 方向重心 xg (m) 剛性 壁 ΣDy (kn/m) 剛性 距離 壁 Σ(Dy x) (knm/rad) 基点 ~ 剛心 xs (m) 弾力半径計算用壁 Jy 弾力半径 rey (m) 偏心距離 ex (m) 0.28 偏心率 Rey 0.01 判定 Rey 0.3 OK 低減率 Fep 1 以上のように 両方向ともに偏心率は非常に小さく 0.3 を超えないことを確認した 12

14 7. 屋根水平構面の設計 (1) 鉛直構面充足率の検討 X 方向 通 Y1 Y2 Y3 Y4 合計 支配面積 支配面積に応じた必要壁量 実際の壁量 充足率 Y 方向 通 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 合計 支配面積 支配面積に応じた必要壁量 実際の壁量 充足率 X,Y 方向ともに一部で 0.75 未満となっている箇所があるが 簡易法 を適用するため 考慮しない 13

15 (2) 設計用地震力 X 方向最大スパンは Y1~Y2,Y3~Y4 間である 奥行き 56.42m スパン 7.28m 固定荷重 + 積雪荷重 2200N/m 2 C0=0.3 修正 Ai=1.38 なので Q= / /1000=187.0kN qx=187.0/56.42=3.31kn/m Y 方向最大スパンの X5~X6 間で設計する 奥行き 17.29m スパン 9.1m 固定荷重 + 積雪荷重 2200N/m 2 C0=0.3 修正 Ai=1.38 なので Q= / /1000=71.7kN qy=71.7/17.29=4.15kn/m (3) 水平部材の断面設計水平構面に関しては 3ケースに対して検討する 1ブレース 2 垂木なし ( 厚い合板の場合 ) 3 垂木あり ( 杉板の場合 合板の場合 ) どれも勾配屋根として検討する 1 ブレースブレースの配置は 下図のように 1.82m 3.64m ごととする 14

16 a) ブレースの必要断面水平構面端部の単位長さ当たりの設計応力 q に対し ブレース引張軸力 Nbr は Nbr=qx Lx/cosγ/cosθあるいは Nbr=qy Ly/sinγ/cosθの何れか大きい値である Lx=1.82m Ly=3.64m γ=63.4 かつ Lx/cosγ=Ly/sinγ=Lbrace=4.07m cosθ=0.96 であるので X 方向 :Nbr=qx 4.07/0.96= /0.96=14.0kN Y 方向 :Nbr=qy 4.07/0.96= /0.96=17.6kN 従って Y 方向のブレース軸力に対して設計する M12(SS400 有効断面積: =108mm 2 ) では σt= /108=163N/mm 2 σt/ft=163/235=0.69 < 1 OK b) 小屋梁の断面検定またこの場合 ブレースの取り付くスパンが 3.64m なので この間の曲げモーメントを計算すると X 方向では 安全側の検討として 単純梁と考え /8=10.0kNm のモーメントがブレースで支持された点の間の中央に加わる 梁を B D=150mm 500mm とすると これにより追加される曲げ応力度はΔσb= /( /6)=5.3N/mm 2 となり 集成材の Fb の 1/3 以下となる また Y 方向の荷重では 屋根勾配による分力を検討する P P/cosθ P/tanθ となる P は外力であり 簡易法では 屋根荷重に加わる水平震度は一律として考えるので どの小屋梁も同じ応力が生じる =0.91kN/m 2 の荷重が加わっても問題のないように検討する 梁の支持点の距離 (= 柱の距離 )7.28m に対し 単純梁で計算する ( Mo= /8=11.0kNm 梁の断面は 150x500 であるので σb= /( /6)= 1.76N/mm 2 となり これを他の応力度 荷重組み合わせなどとともに考慮する必要がある ( 応力組み合わせは省略する ) 15

17 2 垂木なし ( 厚い合板の場合 ) 仕様規定では勾配屋根に関して 垂木なしの場合は提示されていないため 詳細計算により算定する 合板は を用いることとする 大梁 ( 合掌 ) のピッチは 1820mm のため 母屋のピッチは 910 とし ロの字の形状に釘を打つこととする 鉄丸釘 N75-@150 を採用し 接合部せん断耐力の検定を行い 必要耐力 (4.15kN/m) が 許容せん断耐力 (7.64kN/m) を超えないことを確認した 鉄丸釘 N-75 太め鉄丸釘 CN-65 @150 四周 四周 四周 屋根勾配 θ 面材 面材の種別 合板 合板 合板 材種 ベイマツ ベイマツ ベイマツ 厚さ t cm 面材のせん断弾性係数 GB kn/cm 鉄丸釘 太め鉄丸 太め鉄丸 面材釘 仕様 N-75 釘 CN-65 釘 CN-75 弾性剛性 k kn/cm 降伏変位 δv cm 終局変位 δu cm 降伏耐力 ΔPv kn 面材釘配列 単位面積あたり2 次モーメント Ixy cm 単位面積あたり配列係数 Zxy cm/cm 降伏終局比 Cxy 降伏耐力の計算 面材釘による降伏モーメント ΔMy kncm/cm 水平構面の降伏耐力 Py kn/cm /150 時耐力の計算面材釘による回転剛性 ΔK0 kn/rad cm 水平構面 せん断剛性 KR kn/rad cm /150 時の耐力 P150 kn/cm 終局耐力から決まる 面材釘による 終局モーメント ΔMu kncm/cm 耐力の計算 塑性率 μ 降伏変形角 Ry0 rad 水平構面 終局耐力 Pu kn/cm 降伏変形角 Ry rad 終局変形角 Ru rad 塑性率 μ 終局耐力から決まる耐力 0.2 (2μ-1)*Pu kn/cm 水平構面の許容せん断耐力 ΔQa kn/m 屋根構面が勾配であることにより 小屋梁に発生する応力に関しては ブレースの場合と同じである 3 垂木あり ( 杉板の場合 合板の場合 ) 杉板の場合仕様規定では 板材 厚さ 9~15mm 幅 180mm 以上 鉄丸釘 N-50@150 で垂木に打ちつけ 垂木 45 45~90 500mm ピッチ以下 転び止めなし 勾配 30 度以 16

18 下の場合 許容せん断耐力を 0.39kN/m としている 詳細に検討を行っても必要耐力を満足できないため 採用しない 合板の場合仕様規定では 合板 厚さ 9~15mm 鉄丸釘 で垂木に打ちつけ 垂木 45 45~90 500mm ピッチ以下 勾配 30 度以下の場合 転び止めなしで許容せん断耐力を 1.37kN/m 転び止めありで 1.96kN/m としている 詳細に検討を行っても必要耐力を満足できないため 採用しない (4) 水平部材接合部の設計 接合部は ブレースの降伏耐力以上の許容耐力を持たせることとする M12 (SS400) であるため 降伏軸力は =33840N=33.84kN である スパン間はボルト 外周はラグスクリューとし ともにせん断方向に対して検討する 従って ボルトに対しては Y 方向分力 ラグスクリューに関しては X,Y 方向分力に対して検討する γ=63.4 なので 分力としては X 方向 cosγ= 15.15kN Y 方向 sinγ=32.0kn である ボルトの場合 (Y 方向分力で計算 :4-M16(2 列 2 本 )) 主材 断面 D,B (mm) 材料 集成材 E85-F255 すぎ 応力 N (kn) 荷重継続期間影響係数 含水率影響係数 jkd,jkm 2 1 ボルト接合 ボルト配置 径, 基準材料強度 d,f (mm), (N/mm 2 ) 列の本数 ピッチ ni,r ( 本 / 列 ),(mm) 2 80 列数, ピッチ m,s ( 列 ),(mm) 縁端距離 se (mm) 150 単位接合部 主材厚 l (mm) 150 繊維方向基準支圧強度 Fe (N/mm 2 ) 19.4 基準材料強度 / 基準支圧強度 γ 降伏モード毎の接合形式係数 Ⅰ,Ⅲ Ⅳ 決定モード 接合形式係数 モード C Ⅳ 終局強度比 ru 1.2 せん断耐力 ( 降伏 許容 ) py,pa (kn) 接合部 ( 全体 ) ボルト本数 / 毎による耐力低減係数 jkn 1 終局せん断耐力 Puj (kn) 引張部分有効面積 引張基準強度 Aet,Ft (mm 2 ), (N/mm 2 ) 割裂終局耐力 AetFt (kn) せん断の有効面積 せん断基準強度 Aes,Fs (mm 2 ), (N/mm 2 ) せん断破壊終局耐力 AesFs (kn) 割裂またはせん断破壊による終局耐力 Puw (kn) 基準終局せん断耐力 Pu0 (kn) 靭性係数 jkr JA 1 設計用許容せん断耐力 耐力比 Pa,N/Pa (kn) 鋼板 材料強度 許容応力度 ( 引張 ) Fpl,ftpl (N/mm 2 ) 鋼板厚 巾 t,bpl (mm) 有効面積 Aepl (mm 2 ) 594 応力度 応力度比 σtpl (N/mm 2 )

19 ラグスクリューの場合 (X 方向分力で計算 :4-φ12 頭 19 L=110(2 列 2 本 )) 主材 断面 D,B (mm) 材料 集成材 E85-F255 すぎ 応力 N (kn) 荷重継続期間影響係数 含水率影響係数 jkd,jkm 2 1 ラグスクリューラグスクリュー 径, 基準材料強度 d,f (mm), (N/mm 2 ) 接合 配置 1 列の本数 ピッチ ni,r ( 本 / 列 ),(mm) 2 80 列数, ピッチ m,s ( 列 ),(mm) 縁端距離 se (mm) 150 単位接合部 主材厚 l (mm) 104 繊維方向基準支圧強度 Fe (N/mm 2 ) 19.4 基準材料強度 / 基準支圧強度 γ 降伏モード毎の接合形式係数 Ⅰ,Ⅲ Ⅳ 決定モード 接合形式係数 モード C Ⅳ 終局強度比 ru 1.1 せん断耐力 ( 降伏 許容 ) py,pa (kn) 接合部 ( 全体 ) 主材 側材のヤング係数 Ei,E0 (N/mm 2 ) EiAi,E0A0 N REA 0.12 ko,(ei)s (N/mm 3 ),(N/mm 2 ) λ r,q Φ,Ks,(N/mm) u,m Cg 0.96 ボルト本数 / 毎による耐力低減係数 jkn 1 終局せん断耐力 Puj (kn) 引張部分有効面積 引張基準強度 Aet,Ft (mm 2 ), (N/mm 2 ) 割裂終局耐力 AetFt (kn) せん断の有効面積 せん断基準強度 Aes,Fs (mm 2 ), (N/mm 2 ) せん断破壊終局耐力 AesFs (kn) 割裂またはせん断破壊による終局耐力 Puw (kn) 基準終局せん断耐力 Pu0 (kn) 靭性係数 jkr JA 1 設計用許容せん断耐力 耐力比 Pa,N/Pa (kn) 鋼板 材料強度 許容応力度 ( 引張 ) Fpl,ftpl (N/mm 2 ) 鋼板厚 巾 t,bpl (mm) 有効面積 Aepl (mm 2 ) 642 応力度 応力度比 σtpl (N/mm 2 ) ラグスクリューの場合 (Y 方向分力で計算 :8-φ12 頭 19 L=110(4 列 2 本 )) 主材 断面 D,B (mm) 材料 集成材 E85-F255 すぎ 応力 N (kn) 荷重継続期間影響係数 含水率影響係数 jkd,jkm 2 1 ラグスクリューラグスクリュー 径, 基準材料強度 d,f (mm), (N/mm 2 ) 接合 配置 1 列の本数 ピッチ ni,r ( 本 / 列 ),(mm) 2 80 列数, ピッチ m,s ( 列 ),(mm) 縁端距離 se (mm) 150 単位接合部 主材厚 l (mm) 104 繊維方向基準支圧強度 Fe (N/mm 2 ) 19.4 基準材料強度 / 基準支圧強度 γ 降伏モード毎の接合形式係数 Ⅰ,Ⅲ Ⅳ 決定モード 接合形式係数 モード C Ⅳ 終局強度比 ru 1.1 せん断耐力 ( 降伏 許容 ) py,pa (kn) 接合部 ( 全体 ) 主材 側材のヤング係数 Ei,E0 (N/mm 2 ) EiAi,E0A0 N REA 0.12 ko,(ei)s (N/mm 3 ),(N/mm 2 ) λ r,q Φ,Ks,(N/mm) u,m Cg 0.80 ボルト本数 / 毎による耐力低減係数 jkn 0.95 終局せん断耐力 Puj (kn) 引張部分有効面積 引張基準強度 Aet,Ft (mm 2 ), (N/mm 2 ) 割裂終局耐力 AetFt (kn) せん断の有効面積 せん断基準強度 Aes,Fs (mm 2 ), (N/mm 2 ) せん断破壊終局耐力 AesFs (kn) 割裂またはせん断破壊による終局耐力 Puw (kn) 基準終局せん断耐力 Pu0 (kn) 靭性係数 jkr JA 1 設計用許容せん断耐力 耐力比 Pa,N/Pa (kn) 鋼板 材料強度 許容応力度 ( 引張 ) Fpl,ftpl (N/mm 2 ) 鋼板厚 巾 t,bpl (mm) 有効面積 Aepl (mm 2 ) 642 応力度 応力度比 σtpl (N/mm 2 )

20 ブレース接合部例 A ボルト 4-M16 1-M12 ボルト 4-M16 ラグスクリュー 4-φ12 頭 19 L=110 チドリ PL-6 SS400 Y X 断面 A 矢視図 (5) 水平構面の曲げ縁応力伝達検討 屋根の縁応力は X5~X6 区間が最大スパン 9.1m であるため この部位が最大となる 床構面のせん断力 Q(=q 奥行き D=71.8kN) の 2 倍の荷重が スパン中央に加わると考え 安全側に単純梁として計算する M= /4=327kNm となる 奥行き D は 17.29m であるため 縁応力 T は T=327/17.29=18.9kN となる Ⅹ 方向梁は であり 引張応力度はσt= /( )=0.84N/mm 2 と非常に小さく影響は少ない 接合部には 引き寄せ金物 (20kN 用 SH-D20 HD-B20 HD-N20 等 ) を用いることとする 意匠上問題がある場合は 鋼板を側材としたボルトの 2 面接合の計算を行う 8. 部材の断面設計 ( 省略 ) 9. RC 造部の設計 ( 省略 ) 10. 基礎の設計 ( 省略 ) 11. 軒 けらば局部風圧の検討 ( 省略 ) 以上 19

21 設計事例 2 管理棟 2 水平構面略算法および 3 水平構面精算法の適用事例 1. 建築概要 建築場所 地震力 Z=1.0 多雪区域 1.2m 主要用途 学校 延べ床面積 1888 m2 構造種別 2 階 木造 1 階 鉄筋コンクリート造 ( ルート1 相当の壁量を確保している ) 高さ m 13.0m 軒高 7.7 m 9.0m 2. 設計方針 適用基準 建築基準法 木質構造設計基準 同解説 ( 日本建築学会 2006 年版 ) 構造計算ルート ルート1 ( 許容応力度設計 ) 構造計画概要 平面形状 17.3m 56.4mの長方形平面を有する学校管理棟で 2 階に特別教室やメディアセン ターが計画されている 耐震壁は これらの機能に配慮しつつ構造用合板による耐力壁をバラン スよく配置する 屋根構面のスパンは最大 18.2mとなる 構造計算方針屋根面に作用する地震力の算定は 告示第 593 号第四号ロに示される特別な調査研究結果に基づいて構造計算を行うが その中の 2 水平構面応力の略算法 および 3 水平構面応力の精算法 を採用する 地震力の算定において 1 階部分の地震力算定用重量が 2 階木造部分の地震力算定用重量の 2 倍を超えるため 1 階部分の地震力算定重量を 2 階部分の地震力算定重量の 2 倍と見なして 2 階部分の地震力を計算する なお 1 階は Ai=1.0 とする ( 修正 Ai 分布 ) 20

22 3. 平面図および断面図 建物の平面図および断面図を以下に示す 1 階平面図 2 階平面図 断面図 21

23 4. 伏図および軸組図 伏図は木造部分のみを示す 軸組は断面図参照 設計荷重 伏図 (1) 固定荷重 2 階木造部分 屋根 : ガルバリウム鋼板仕上 + アスファルトルーフィング 1.20 kn/m 2 内外壁 : 構造用合板 + 仕上 1 階 RC 部分 kn/m 2 (2) 積載荷重屋根面の積載荷重は 0 とする 0.00 kn/m 2 (3) 積雪荷重 多雪区域 1.20 m 20 N/cm/ m kn/m 2 3 寸屋根勾配を考慮し μb= (cos(1.5θ)) θ= kn/m 2 地震重量算定用として 0.35 倍とする 0.80 kn/m kn/m 2 したがって地震用重量 = = 2.00 kn/m 2 (4) 風荷重基準風速 V0= 30 m/s 地表面粗度区分 Ⅲ Zb= 5 Z G = 450 α= 0.2 建築物高さと H= m Gf= 2.5 H 10 軒の高さの平均値 Er= E=Er 2 Gf= 1.51 q= N/ m2 22

24 階 階 風荷重の算定結果を以下に示す X 方向 : 梁間方向に風を受ける方向 階高 h(m) Y 方向 : 桁方向に風を受ける方向 階高 h(m) 当該高さ Z(m) 当該高さ Z(m) kz kz Cpe 風上風下 Cpe 風上風下 Cpi Cpi 風力係数 Cf 風力係数 Cf Cf*q (N/ m2 ) Cf*q (N/ m2 ) 見付幅 B(m) 見付幅 B(m) 見付幅面積 ( m2 ) 見付幅面積 ( m2 ) 風荷重 (kn) 風荷重 (kn) Qw(kN) Qw(kN) (5) 地震力地震用建物重量 階 単位重量面積 Wi ΣWi (kn/ m2 ) ( m2 ) (kn) (kn) 階部分の地震力算定用重量 =11328kN>2 階部分の地震力算定用重量の 2 倍 = より修正 Ai 分布を求めて地震力を算定する すなわち α 2 =1888.1/( )=0.33 とする 建物固有周期 T=h( α)= 0.23 s ここで h= 1/2 ( 軒高 + 棟高 )= m α= ( )/ =0.52 Z= 1.00 C 0 = 0.2 R t = 1.00 階 Wi(kN) αi Ai Z Rt C0 Z Rt Ai C0 Qi(kN) 地震荷重 > 風荷重より 鉛直構面および水平構面の検討は地震力に対して行う 6. 鉛直構面の設計 (1) 壁量の確認耐震壁は構造用合板 2 枚張り ( 壁倍率 5.0) を使用する 設計用水平力 = kn 必要壁長 = 53.2 m 梁間方向通り X1 X2 X4 X5 X6 合計 壁長 (m) 桁方向 通り Y1 Y2 Y3 Y4 合計 壁長 (m) いずれも必要壁量を上回っていることを確認した 23

25 (2) 層間変形角の確認壁倍率 5.0 以下に示す通り いずれの方向も層間変形角は 1/150 以内におさまっている 壁量 横架材天端高さ Ck 剛性地震力変形 層間変形角 (m) (m) (kn/m) (kn) (mm) 梁間方向 /169 桁方向 /215 (3) 耐震要素の断面設計 (4) 耐震要素接合部の設計 (3) (4) は仕様規定に従った耐震壁仕様とするため 検討は省略する (5) 偏心率の確認いずれの方向についても 以下に示す通り 偏心率は 15/100 以内におさまっている 重心位置の算定 gx= 27.3 m gy= 9.1 m 剛心位置の算定 桁方向 Dx Y Dx Y ΣDx Y ly=σdx Y/ΣDx (kn) (m) (kn m) (kn m) (m) Y Y Y Y 梁間方向 Dy X Dy X ΣDy X (kn) (m) (kn m) (kn m) X X X X X lx=σdy X/ΣDy (m) 偏心率の算定桁方向 gy ly ey ΣDx (Y-ly) 2 rex Rex (m) (m) (m) ( m2 ) (m) Y Y Y E-05 Y 梁間方向 gx lx ex ΣDy (X-lx) 2 rey Rey (m) (m) (m) ( m2 ) (m) X X X E-02 X X

26 7. 屋根水平構面の設計 屋根水平構面の設計は 鉛直構面の充足率が 0.75 以上であることを確認し 水平構面略算法 および 水平構面精算法 の 2 つの計算法にて検討する (1) 鉛直構面充足率の検討梁間方向は X2 通りにおいて充足率が 0.75 未満となっている その他はいずれも充足率を満足している したがって X2 通りは屋根構面検討用の端部と見なさず 梁間方向は 18.2m スパンとして検討する 桁方向は 検討用屋根構面スパンは 10.01m となる 梁間方向通り X1 X2 X4 X5 X6 合計 屋根面積 地震力 必要壁量 壁長 (m) 充足率 桁間方向通り Y1 Y2 Y3 Y4 合計 屋根面積 地震力 必要壁量 壁長 (m) 充足率 (2) 略算法による屋根構面の設計 (2-1) 地震力の算定梁間方向最大スパンは X1~X4 X4~X5 X5~X6 の 18.2m である 略算法より 屋根構面に作用する地震力 Q は C 0 =0.3 修正 Ai=1.38 とし A w W C0 Ai Q ( m2 ) (kn/ m2 ) (kn) (kn) qx=q/l= /17.29(m)= 7.54 kn/m 床倍率 3.85 相当 桁方向最大スパンは Y1~Y3 の 10.01m(= ) である 略算法より 屋根構面に作用する地震力 Q は C 0 =0.3 修正 Ai=1.38 とし A w W C0 Ai Q ( m2 ) (kn/ m2 ) (kn) (kn) qy=q/l= /56.42(m)= 6.03 kn/m 床倍率 3.08 相当 屋根水平構面の連続性を考慮し 梁間方向の応力にて以下の検討を進める 25

27 (2-2) 水平部材の断面設計 1 鉄筋ブレースの場合 1.82m 1.82mの割付け 3 寸勾配を考慮し 存在応力にて検討する T=qx 1.82m/0.96 2= kn θ= (3 寸勾配 ) use 1-M12 A= 113 mm 2 SS400 σ t =T/A= N/mm 2 σ t /fa= 0.75 <1.0 OK 接合部に作用するせん断力 :1 構面当り Qd=T/ 2= kn 2 厚板構造用合板を使用する場合合板は mm 母屋ピッチを 910mm 鉄丸釘 N-75@150 四周打ちにて 7.64kN/m(>7.54kN/m) 確保できる 面材 面材の種別 合板 材種 ベイマツ 厚さ t cm 2.4 面材のせん断弾性係数 GB kn/ cm 面材釘 仕様 丸釘 N75 弾性剛性 k kn/ cm 6.51 降伏変位 δv cm 0.25 終局変位 δu cm 1.71 降伏耐力 Pv kn 1.62 面材釘 単位面積当たりの断面 2 次モーメント Ixy cm 配列 単位面積当たりの配列係数 Zxy cm/cm 降伏終局比 Cxy 1.09 降伏耐力 面材釘による降伏モーメント My kncm/cm の計算 水平構面の降伏耐力 Py kn/m /150 時 面材釘による回転剛性 K0 kn/rad cm 耐力 水平構面 せん断剛性 KR kn/rad cm の降伏耐力 1/150 時の耐力 P150 kn/ cm 終局耐力 面材釘による 終局モーメント Mu kncm/cm から決まる 塑性率 μ 耐力 降伏変形角 Ry0 rad 水平構面の 終局耐力 Pu kn/cm 降伏耐力 降伏変形角 Ry rad 終局変形角 Ru rad 塑性率 μ 終局耐力から決まる耐力 0.2 (2μ-1)kN/cm 水平構面の許容せん断耐力 Qa kn/m

28 (2-3) 接合部の断面設計 1) 設計条件主材ベイマツ集成材 J1 E105-F345 Fe= 25.4 N/mm 2 l= 150 mm Ft= 24.6 N/mm 2 h= 500 mm Fs= 3.6 N/mm 2 鋼材 ボルト SS400 F= 235 N/mm 2 2) 単位ボルト接合部の降伏耐力 Py 接合部形式係数モード Ⅰ C= ( ) = モードⅡ C= γ d l モードⅣ C= d 2 γ = 0.33 l 3 ボルト直径 d= 20 mm 強度比 γ=f/fe= 9.25 以上より降伏せん断耐力 Pyは Py=C Fe d l= N 3) 単位接合部の設計用許容せん断耐力 Pa P 0 =min( j K 0 Py j K 0 j K f P u0 )= N 基準化係数 jk 0 = 1.00 クリープ特性に依存なし 安全係数 jk f = 2/3 単位接合部の終局せん段力 P u0 =γ u Py= N 終局強度比 γ u = 1.2 降伏モードⅣより 設計用許容せん断力 Pa= j K d j K m P 0 = N 荷重継続期間影響係数 jk d = 2.00 含水率影響係数 jk m = ) 必要ボルト本数の確認 必要ボルト本数 Qd/Pa= 0.35 本 2 -M20 5) 接合部全体の設計木材が割裂やせん断 引張等により破壊しない場合は 終局せん断耐力 P uj を終局せん断耐力 P u0 とすることができる P uj = j K n n i γ u P y = N 低減係数 jk n = 1.00 i 列のボルト本数 ni= 2 木材繊維方向の力を受ける場合の集合型せん断破壊に対する設計について検討する 割裂またはせん断破壊により終局耐力 P uw を求める Puw=max(F t A et,f s A es )= N せん断の有効断面積 A et =l Σri 19600mm2 Σri= 140mm 引張の有効断面積 A es =l Σsi 9800mm2 Σsi= 70mm 27

29 したがって基準終局せん断耐力は Puj で決まる ここで基準せん断耐力 P 0 を求める P 0 = j K 0 j K f j K r P u0 = N 靱性係数 jk r = 1.00 木材せん断破壊なし モード Ⅳ 設計用せん断耐力はPaを求める P a = j K d j K m P 0 = N = kn 以上より検定比を求める Qd/Pa= 0.17 <1.0 OK おさまり例 (2-4) 水平構面の曲げ縁応力伝達検討屋根の縁応力の算定と桁材の検討屋根の縁応力は 最大スパン18.2mで最大となる 床構面のせん断力 Qdの2 倍の荷重がスパン中央に加わった場合のモーメントは 18.2mスパンの単純梁として計算すると M=2 Qd L/4= kn m 縁応力 =Qd'=M/17.29m= kn σ= 縁応力 / = 0.91 N/mm 2 したがって外周梁の引張応力度は 0.91N/mm 2 と非常に小さく 影響は少ない また 外周梁接合部のボルトについても 2-M20 とすれば 80.79kN とれるので上記のおさまりで問題ない 28

30 (3) 精算法による屋根構面の設計 (3-1) 地震力の算定スパンの大きな梁間方向にて検討を行う 屋根構面のスパン 18.2m を 10 分割し 屋根面の水平力分布を計算する 屋根面に作用する地震力は以下の式で求める α A i n j= i i = n j= 1 W W j j ' 2.2 = 0.8 αi + 2 α i Qi= W ' j 1.5 C0 Z Rt Ai Ai B(m) L(m) w(kn/m 2 ) Wi(kN) Wi(kN) αi Ai' Ai Z Rt C Z Rt Ai Ai' C0 Qi(kN) これより屋根構面端部 中央部の水平力を求めると 端部 qx=q/l= /17.29(m)= 6.79 kn/m 床倍率 3.46 相当 中央部 qx=q/l= 91.0 /17.29(m)= 5.26 kn/m 床倍率 2.69 相当 (3-2) 水平部材の断面設計 いずれも端部の値にて検討する 1 鉄筋ブレースの場合 1.82m 1.82mの割付け 3 寸勾配を考慮し 存在応力にて検討する T=qx 1.82m/0.96 2= kn θ= (3 寸勾配 ) use 1-M12 A= 113 mm 2 SS400 σ t =T/A= N/mm 2 σ t /fa= 0.68 <1.0 OK 接合部に作用するせん断力 :1 構面当り Qd=T/ 2= kn 2 厚板構造用合板を使用する場合合板は端部で mm 母屋ピッチを 910mm 鉄丸釘 N-75@150 四周打ちにて 7.64kN/m(>6.79kN/m) 確保できる 29

31 (3-3) 接合部の断面設計 1) 設計条件主材ベイマツ集成材 J1 E105-F345 Fe= 25.4 N/mm 2 l= 150 mm Ft= 24.6 N/mm 2 h= 500 mm Fs= 3.6 N/mm 2 鋼材 ボルト SS400 F= 235 N/mm 2 2) 単位ボルト接合部の降伏耐力 Py 接合部形式係数モード Ⅰ C= ( ) = モードⅡ C= γ d l モードⅣ C= d 2 γ = 0.26 l 3 ボルト直径 d= 16 mm 強度比 γ=f/fe= 9.25 以上より降伏せん断耐力 Pyは Py=C Fe d l= N 3) 単位接合部の設計用許容せん断耐力 Pa P 0 =min( j K 0 Py j K 0 j K f P u0 )= N 基準化係数 jk 0 = 1.00 クリープ特性に依存なし 安全係数 jk f = 2/3 単位接合部の終局せん段力 P u0 =γ u Py= N 終局強度比 γ u = 1.2 降伏モードⅣより 設計用許容せん断力 Pa= j K d j K m P 0 = N 荷重継続期間影響係数 jk d = 2.00 含水率影響係数 jk m = ) 必要ボルト本数の確認 必要ボルト本数 Qd/Pa= 0.49 本 2 -M16 5) 接合部全体の設計木材が割裂やせん断 引張等により破壊しない場合は 終局せん断耐力 P uj を終局せん断耐力 P u0 とすることができる P uj = j K n n i γ u P y = N 低減係数 jk n = 1.00 i 列のボルト本数 ni= 2 木材繊維方向の力を受ける場合の集合型せん断破壊に対する設計について検討する 割裂またはせん断破壊により終局耐力 P uw を求める Puw=max(F t A et,f s A es )= N せん断の有効断面積 A et =l Σri 19600mm2 Σri= 140mm 引張の有効断面積 A es =l Σsi 9800mm2 Σsi= 70mm 30

32 したがって基準終局せん断耐力は Puj で決まる ここで基準せん断耐力 P 0 を求める P 0 = j K 0 j K f j K r P u0 = N 靱性係数 jk r = 1.00 木材せん断破壊なし モード Ⅳ 設計用せん断耐力はPaを求める P a = j K d j K m P 0 = N = kn 以上より検定比を求める Qd/Pa= 0.25 <1.0 OK おさまり例 (3-4) 水平構面の曲げ縁応力伝達検討屋根の縁応力の算定と桁材の検討屋根の縁応力は (3-1) で求められた地震力を下図に示す様に18.2mスパンに与えることで求められる M= kn m 縁応力 =Qd'=M/17.29m= kn σ= 縁応力 / = 0.64 N/mm 2 したがって外周梁の引張応力度は 0.64N/mm 2 と非常に小さく 影響は少ない また 外周梁接合部のボルトについても 2-M16 とすれば 51.7kN とれるので上記のおさまりで問題ない 8. 部材の断面設計 ( 省略 ) 9. RC 造部の設計 ( 省略 ) 10. 基礎の設計 ( 省略 ) 11. 軒 けらば局部風圧の検討 ( 省略 ) 31

33 設計事例 3 メディア棟 4 平面的切欠きを有する水平構面の適用事例 1. 建築概要建築場所 : 多雪地域主要用途 : 学校延べ床面積 :496.7 m 2 構造種別 :1 階鉄筋コンクリート造, 2 階木造高さ :11.2 m( 13.0 m ) 軒高さ :7.7 m( 9.0 m ) 2. 設計方針 (1) 適用基準 建築基準法 木造軸組工法住宅の許容応力度設計 2008 年版 ( 日本住宅 木材技術センター ) (2) 構造計算ルートルート 1( 許容応力度計算 ) (3) 構造計画概要本設計事例は, 1 階 : 鉄筋コンクリート造, 2 階 : 木造の学校施設で, 2 階建ての立面混構造の建物である 屋根架構は, ガルバリウム鋼板葺きの 3 寸勾配屋根を, 構造用集成材の登り梁で支持したものである 2 階の木造部分が L 字型プランとなっており, その交差部, すなわち平面的にみて建物が折れ曲がる部分では, 十分な水平剛性が求められることから, 屋根面は, 構造用合板 (24 mm) を登梁および受材に N75 釘を直接打ち付ける仕様 ( ピッチ 150 mm 以下 ) とする 一方, 2 階の鉛直構面は, 外周に構造用合板 (9 mm) を両側に配した壁で構成する (4) 構造計算方針告示第 593 号第四号ロに示される, 特別な調査研究結果に基づいて構造計算を行うが, その中の 平面的切欠きを有する水平構面の応力割増し を採用する 1 階の鉄筋コンクリート造部分の重量が, 2 階の木造部分の重量の 2 倍以上となるため, 修正 A i 分布を用いて地震力を評価する このとき, 標準層せん断力係数 C 0 は, C 0 = 0.2 である 一方, 屋根面に対する構造計算では, 耐震要素の間隔が広く, 水平構面としての応答が大きくなることを勘案し, 水平構面の応力を精算法で算定するとともに, 平面切欠きによる応力集中を考慮して当該部の応力をさらに割増して設計を行う 32

34 3. 平面図および断面図 1F 平面図 2F 平面図 断面図 4. 伏図および軸組図小屋伏図 2 階耐力壁伏図 33

35 軸組図 5. 設計荷重本事例では, 二階の木造部分の構造計算結果を示すため, 修正 A i 分布の適用を前提として, 設計用荷重の算定は, 木造部分に対してのみ行う また, 長期荷重に対する検定を省略するため, 固定荷重および積雪荷重は, 単位面積当たりの重量として結果をまとめる (1) 固定荷重 ( 柱, 梁 桁等の軸組材を含む ) 屋根面:1500 N / m 2 内壁, 外壁 :500 N / m 2 窓:300 N / m 2 (2) 積載荷重屋根に対しては, 積載荷重を見込まない (3) 積雪荷重 ( 多雪地域 ) 積雪量:1 m( 単位面積重量 :20 N / cm / m 2 ) 屋根勾配:3 寸勾配 屋根形状係数 μb : = 0.95 積雪荷重 S : = 1900 積雪時短期 :0.35 S = N / m 2 34

36 (4) 風荷重 ( 基準風速 地表面粗度区分 見付け面積 水平力 ) 基準風速:V 0 = 30 m / sec. 地表面粗度区分:Ⅲ 基準高さ H :( ) / 2 = 9.45 m ガスト影響係数 G f :2.5 鉛直分布係数 E r : = 高さおよび周辺影響による補正係数 E = E r 2 G f = = 1.54 速度圧 q = 0.6 E V 0 2 = 832 N / m 2 受風面積(X Y 方向共通 ):78.3 m 2 風圧力 Q w( C f = 1.2 ): = N 78.2 kn (5) 地震力 地震力算定用重量 部位単位荷重 [ kn/m 2 ] 面積 [ m 2 ] 荷重 [ kn ] 地震力算定用重量 [ kn ] 屋根 外壁 ( 階高の半分 ) 内壁 ( 階高の半分 ) 窓 ( 階高の半分 ) 修正 A i 分布に基づく地震力の算定 ( 1F 重量 = 2F 重量 ) 階数 階重量 W i [ kn ] Σ W i [ kn ] α i A i C i Q E [ kn ]

37 6. 鉛直構面の設計設計荷重の算定結果より, 地震力 > 風圧力であったことから, 以降では地震力に対する鉛直構面の検定結果をまとめて示す (1) 壁量の確認 鉛直構面の検定( 許容応力度計算 ) 検討方向 X 方向 Y 方向 通り 有効壁長短期許容保有耐力必要耐力 [ m ] せん断耐力 [ kn ] [ kn ] [ kn ] 検定比 Y1 X Y3 X 層間変形角の確認両方向とも検定比 = 0.66 より, 層間変形角は, 1 / = 1 / 190 rad. となるため, 規定の層間変形角を満足する 令 46 条関連の計算 X 方向 Y 方向 有効壁量 必要壁量 充足率 判定 有効壁量 必要壁量 充足率 判定 OK OK (2) 耐震要素および接合部の設計本事例では, 令 46 条ならびに昭 56 建告 1100 号に定められている壁の仕様および規定の接合方法を満足しているため, 耐震要素およびそれらの接合部の設計は省略する (3) 偏心の検討 X 方向原点 (Y2-1820mm) Y 方向原点 (X2-1820mm) 弾力半径 位置 [ m ] 有効壁長 [ m ] 計 位置 [ m ] 有効壁長 [ m ] 計 r ex r ey 偏心率 合計 合計 R ex R ey 原点からの距離 [ m ] 原点からの距離 [ mm ] 以上より 偏心率はすべて 0.15 以下であり, 偏心補正の必要はない 36

38 7. 屋根水平構面の設計屋根構面では, 24 mm の構造用合板を梁および受材に直接釘打ちした仕様を採用し, この短期許容せん断耐力は, 7.84 kn / m である 仕様は, 次の通りである 面材の種類 釘打ちの仕様 受材の仕様 間隔 梁組の接合仕様 面材の四周を鉄 幅 45mm 45mm 梁側面に受材を 厚さ24mmの 丸釘 N75を用い, 以上の受材を, 面 梁と受材の間隔 落としこみ, 受材 構造用合板 150mm 以下の間材の継ぎ目に沿うの上端から梁に 1000mm 以下隔で梁組と受材に形で落とし込み N75 釘を斜め打ち 打ち付け 単位長さあたりの許容せん断耐力 7.84 kn/m ここでは, 水平構面用の設計地震力を算定し, この仕様が許容せん断力以下となることを確認する なお, X Y 方向の壁配置と仕様は同一となることから, Y 方向の構造計算結果を示す (1) 鉛直構面充足率の検討屋根構面の設計では, 鉛直構面が支点となって水平構面の各区間が応答すると考えるため, その支点となる鉛直構面の当該区間の地震力に対する壁量充足率が 0.75 以上であることを確認する必要がある 本事例では, 外周耐力壁の壁線間隔 (X1~X3) を支持スパンとして, 充足率を確認する 通り 負担面積 [ m 2 ] 必要壁量 [ m ] 有効壁長 [ m ] 充足率 X X (2) 設計用地震力設計用地震力は, 層せん断力評価を補正する形で, 次式によって算定する このとき, 各重量は, 図のように支配面積毎に算定する また, 本事例のような切り欠きを有する建物では, 切り欠き部分の面積を加えた全面積に対する切り欠き割合が 1 / 6 を超える場合, 当該区間の応力をさらに 1.5 倍して評価する 2.2 Qfi = 0.3 A i Ai Wi, A i = 0.8αi + 2 α i 37

39 X1-X2 質点 区間重量 W i [ kn ] Σ W i [ kn ] α i A' i A i Q fi [kn] X2-X3 質点 区間重量 W i [ kn ] Σ W i [ kn ] α i A' i A i Q fi [kn] 本事例の交差部は, 全面積の 1 / 4 であり, これは全体の 1 / 6 以上であることから, X1- X2 における応力は, さらに 1.5 倍に割り増す必要がある X1-X2:max ( Q f i ) / 奥行き = 84.9 / 18.2 = 4.66 kn / m 倍 6.99 kn / m X2-X3:max ( Q f i ) / 奥行き = 51.4 / 9.1 = 5.65 kn / m 38

40 (3) 水平構面の検定以上で求めた, 単位長さ当たりの必要耐力は最大で, 6.99 kn / m である 一方, 水平構面の許容せん断耐力は, 屋根勾配を考慮しても, kn / m であり, 検定比 :6.99 / 7.36 = 0.95 < 1.0 OK となることから, 屋根の仕様をすべて同一とすることで, 他の検定を省略する 以下には, 参考として行った, 1 鉄筋ブレースによる設計と, 2 合板 + 落とし込み根太で屋根水平構面を設計したときの結果を示す 1 鉄筋ブレースによる設計鉄筋ブレースの場合は, 図のように小屋組を構成することとし, 最大スパン m m の区間に対して, 鉄筋ブレースを設計する このとき, 許容耐力時に鉄筋ブレースに作用する引張軸力 T は, T = = 30.1 kn SS400 を用いることとすると, 必要断面は, / 235 = 128 mm 2 となり, ここでは M16(A = 201 mm 2, Ae= =150 mm 2 ) を用いることとする 2 合板 + 落とし込み根太落とし込み根太の仕様における単位長さあたりの許容せん断耐力は, 最大でも根太間隔 340 mm 以下のときの 3.92 kn/m である したがって, 上記の計算から, 単位長さ当たりの必要耐力は, 最大で 6.99 kn / m であるため, 採用できない 39

41 (4) 水平構面の曲げ縁応力伝達検討安全側の評価として, 各区間における必要耐力の最大値 :6.99 kn / m が当該スパン全体にかかったものとして, 最大せん断力 : = kn とする さらに, このせん断力が, スパン全体に一様にかかった場合を仮定して, スパン中央での曲げモーメントを算定すると, / 4 = 579 kn m となる このとき, 奥行きが 18.2 m であることから, 縁応力 T = 579 / 18.2 = 31.8 kn となり, 小屋梁 ( 軒桁 ) の継手は, これ以上の引張耐力を有している必要がある 横架材同士の接合を鎌継ぎとし, さらにその両側に短ざく金物を取り付けた場合, その短期許容引張耐力が 15.9 kn である 短冊金物の仕様は, 次の通りである 接合部の仕様鎌継ぎ+ 厚さ3.2mmの短ざく金物 2 枚を用いて双方の横架材に, それぞれM12ボルトで接合したもの (Zマーク金物または同等品) 短期許容引張耐力 15.9 kn これを踏まえ, 短ざく金物 ( 両側 ) を上下 3 段掛けした仕様を, すべての継手に採用することで他の検定を省略する 31.8 kn < 安全率 0.8 = kn 8. 部材の断面設計 ( 省略 ) 9. RC 造部の設計 ( 省略 ) 10. 基礎の設計 ( 省略 ) 11. 軒 けらば局部風圧の検討 ( 省略 ) 以上 40