木造住宅の構造設計

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あきおしげまつ
5 years ago
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1 WRC 造部の規定 + 配筋指針

2 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (1) a)500m 2 以下 W RC W W RC W W RC RC W W RC 500m 2 以下国交告第 593 号改正 (H ) RC b)500m 2 超 1 告示の定める規模毎に Exp.J で分離 13m 以下 ( 軒 9m 以下 ) 13000m 2 以下木造部分の地震力を割り増ししてルート 2 13m 以下 ( 軒 9m 以下 ) WRC 造の場合 1 柱壁等の水平断面積の規定 Σ2.5αA w + Σ0.7αA c ZA i W i 必要壁量 (1/2) 2 床版は RC 造無ければ一気にルート 3( 保有耐力計算 )

3 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (2) 必要壁量 (1/2) WRC 規準では壁率規定 Σ2.5 αa w + Σ0.7α A c ZA i W i WRC 設計規準ではα=1.0 コンクリート強度による補正係数 α = 18/F c 但し 1 α(= F c /18) 2 壁の水平断面の総面積 Σ A w = Σ( 壁厚さ t 壁長さ l w ) ( 補正を認めていない ) 作業室物置車庫玄関ホーチ主寝室 WCL EV 物入階段 1 階平面図 (WRC 造階 )

4 WRC 造規準の壁量壁厚規定 + 補強筋規定

5 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (2) 必要壁量 (1/2) WRC 規準では壁率規定 Σ2.5 αa w + Σ0.7α A c ZA i W i WRC 設計規準ではα=1.0 コンクリート強度による補正係数 α = 18/F c 壁の水平断面の総面積 Σ A w = Σ( 壁厚さ t 壁長さ l w ) Σ2.5 αa w + Σ0.7α A c ZA i W i kg/cm 2 壁の終局せん断応力度 0.7 7kg/cm 2 柱の終局せん断応力度各階の保有耐力の略算値石山会長提案 : 単位に関係のない形式へ F c F c0 (0.14ΣA w ΣA c ) ZA i W i 但し 1 α(= F c /18) 2 ZA i W i ( 補正を認めていない ) 左辺と右辺の単位が? (N mm 2 でなければ成立しない ) 1.0 C 0 ベースシアー係数 1.0g 各階の層せん断力但し F c0 F c F c0 2F c0 F c0 =18N/mm 2

6 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (2) 必要壁量 (1/2) WRC 規準では壁率規定断面積必要壁量 (2/2) WRC 設計規準では標準壁量長さΣ2.5 αa w + Σ0.7α A c ZA i W i コンクリート強度による補正係数 α = 18/F c WRC 設計規準では α=1.0 ( 補正を認めていない ) 但し 1 α(= F c /18) 2 標準壁量が OK 必要壁量 (1/2) の検証はほぼ問題ない単位 :mm/m 地階 :200 木造の必要壁量 ( 基準法 ) 1 在来 ( カッコは軽い屋根 ) 枠組 : 多雪地域以外 150 (110) 210 (150) 330 (290) 240 (180) 390 (340) 500 (460) 2 枠組 : 多雪地域 - 軽い屋根 +2m- ( カッコは 1m) 390 (250) 510 (330) 570 (430) 550 (350) 680 (510) 740 (600)

7 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (2) 必要壁量 (1/2) WRC 規準では壁率規定断面積長ほぼ問題ないさΣ2.5 αa w + Σ0.7α A c ZA i W i コンクリート強度による補正係数 α = 18/F c WRC 設計規準では α=1.0 ( 補正を認めていない ) 但し 1 α(= F c /18) 2 必要壁量 (2/2) WRC 設計規準では標準壁量標準壁量が OK 必要壁量 (1/2) の検証は単位 :mm/m ( 厚さによる低減係数 α コンクリート強度による低減係数 β Z ) t α = 0 Σl w Σ(t l w ) 但し t t 0 の場合のみ地階 :200 但し低減できるのは ( 必要壁量 -50) まで WRC 設計規準 : 低減量は最大 30mm/m 2 まで ( ラーメンにならないため )

8 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (3) 必要壁厚さ t 0 150mm 120mm 150mm 150mm 180mm [ 鉛直支点間距離 /25] [ 鉛直支点間距離 /22] 地階 180mm かつ [ 鉛直支点間距離 /18] 耐力壁長さ l w :450mm 以上かつ下図以上 WRC 規準道計算例 900mm 以上

9 910mm 道計算例 900mm 以上手引き

10 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (3) 必要壁厚さ t 0 120mm 150mm 150mm 150mm 180mm [ 鉛直支点間距離 /25] [ 鉛直支点間距離 /22] 耐力壁長さ l w :450mm 以上かつ下図以上 WRC 規準地階 180mm かつ [ 鉛直支点間距離 /18] 道計算例 900mm 以上耐力壁線間隔規定はないが 8m 以下を目安にする手引き耐力壁線に囲まれる面積 60m 2 以下構造計算によって除外可能

11 耐力壁に力を有効に伝えるための水平構面の大きさの目安構法耐力壁線間距離耐力壁線区画面積枠組壁工法 12m 以下 40m 2 以下 (60~72m 2 まで可 ) 在来軸組構法 8m 以下品確法 ( 面材壁は 12m まで可 ) CB 造耐力壁の厚さの 50 倍以下 60m 2 以下手引き WRC 造 8m 以下を目安 60m 2 以下

12 WRC 造規準の壁量壁厚規定検討の諸元地震力算定用重量 12kN/m 2 W 造部分はもっと軽い : 安全側各階の階高 3.0m 以下法令手引きは3.5m : 危険側積雪注意する必要がある : 不明確確認 :WRC 造部の壁量壁厚規定とせん断耐力 h S G R G ex G F G ex 2G F 1G ex G in G in G in W S S W F W F S S S 雪 W 造 WRC 造屋根上積雪深さ :2m 1 階の階高 :3.5m 建物高さ :13m C 0 =0.2 Z=1.0 R t =1.0 W 造 WRC 造天井 + 軽い屋根 ( 繊維混入セメント瓦 )G R : 0.93kN/m 2 天井 + 重い屋根 ( 葺き土無し瓦葺き )G R :1.274kN/m 2 軽い外装 ( ラスモル )G ex :0.735kN/m 2 重い外装 ( 土塗 )G ex :1.176kN/m 2 内装 ( 石膏ホート )G in :0.196kN/m 2 床 ( 地震時 )G F :0.588kN/m 2 積載荷重 ( 地震時 )W F :0.598kNg/m 2 屋根上積雪深さh S (m) 雪荷重 (3kN/m 3 軒 1.3)ρ S :3.9h s kn/m 2 屋根上雪積荷重 ( 地震時 )W S :1.27h s kn/m 2 RC 造床スラブ 2 G F :5.75kN/m 2 コンクリート 0.20m 24kN/m 3 = 4.8kN/m 2 畳床 0.40kN/m 2 ビニールクロス張り 0.05kN/m 2 木造間仕切り 0.50kN/m 2 RC 造耐力壁 1G ex :4.32kN/m 2 コンクリート 0.18m 24kN/m 3 = 4.32kN/m 2 品確法地震時 0.35 屋根形状係数 μ B = cos(1.5θ) θ=20 = 0.93

13 WRC 造規準の壁量壁厚規定確認 :WRC 造部の壁量壁厚規定とせん断耐力 T =( λ)h ( 鉄骨造または木造部の高さ ) λ = ( 建築物の高さ ) h=13m 1F:RC 造 3.5m

14 建築物の耐震設計の基礎建築物の動的応答 (Dynamic Response of Structure) 建築基準法 : 構造種別を λ で考慮 T (sec)= ( λ) 高さ h(m) h λ S 造 or W 造 ( 鉄骨造または木造部の高さ ) λ = ( 建築物の高さ ) ここで ex) ちょっと考察 RC 造 h RC 造 h S 造 or W 造 λ=0.0 λ=1.0 T (sec)= 0.02h(m) ex) ちょっと試算 h=13m 混構造の T (sec) : 0.26<T<0.39 T (sec)= 0.03h(m)

15 WRC 造規準の壁量壁厚規定確認 :WRC 造部の壁量壁厚規定とせん断耐力 T =( λ)h ( 鉄骨造または木造部の高さ ) λ = ( 建築物の高さ ) h=13m 1F:RC 造 3.5m T=0.355sec RC 造 3.0m 0.360sec h S G R G ex G F G ex 2G F G in G in W S S W F W F S S w 3 = 4.157S w 2 = 2.558S w 1 = 9.292S A 3 = 1.46 (A 3 = 1.46) A 2 = 1.26 (A 2 = 1.26) A 1 = G ex G in S A i 算定用 :5.116S (A 1 = 1.00) カッコ内は 1F 階高 3.0m Q 01 = C 0 A 1 ZR t ΣW i C 0 =0.2 Z=1.0 R t =1.0 = = 3.20kN/m 2 ( 最小壁量 120mm/m 2 最小壁厚 180mm) = 0.148N/mm 2 平均せん断応力度コンクリートの短期許容せん断応力度 F c / F c =18N/mm N/mm 2 OK!!!

16 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (4) 耐力壁の配筋 : 必要せん断補強筋比 p s0 は縦横とも同じ 0.15% 0.15% 0.20% 0.15% 0.20% 0.25% 壁梁の主筋以外の縦横筋も同じ地階 :0.25% 構造計算によって 0.15% まで低減可能 ( 壁量が標準壁量を超える場合 ) 耐力壁厚さ t (mm) 120 t < t 200 耐力壁厚さと配筋方法の想定単配筋配筋方法単配筋 or 複配筋千鳥配置 200< t 複配筋対称配置 WRC 規準 1: 縦筋横筋はD10 以上とする 2: 複配筋は原則 200mm 以上縦筋横筋がD10かつ端部曲げ補強筋がD16 以下の時は180mmの複配筋としても良い以下 WRC 規準その他耐力壁の端部交差部開口部鉛直縁の曲げ補強筋開口部水平縁 RC 床版との交差部の仕様 WRC 規準

17 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (5) 耐力壁の配筋 : 端部交差部などの曲げ補強筋 WRC 規準曲げ補強筋に沿った開口部縁の高さ h 0 1m 1-D13 1-D13 1-D13 1-D13 2-D13 2-D13 地階 :2-D13 2-D13 曲げ補強筋に沿った開口部縁の高さ h 0 >1m 2-D13 1-D13 2-D13 2-D13 2-D16 地階 :2-D16 道計算例

18 ルート 1( 告示 4 号 ) の対象 :WRC 造部の規定 (6) 壁梁 : せい 450mm 以上幅 180mm 以上かつ ( 壁線間隔 /20) 以上主筋 D13 以上 WRC 規準法令は径 12mm 以上 450mm 以上構造計算によって除外可能腹筋縦筋横筋は前々頁参照 180mm 以上かつ ( 壁線間隔 /20) 以上 WRC 規準階高 :3.5m 以下告示:3.5m 超で保有耐力計算等 WRC 計算規準 :3.0m 超で特別な計算が必要 ( 総曲げモーメントの確認 ) 4.0m 超で保有水平耐力の検討 WRC 設計規準 :3.0m 以下設計基準強度 F c :18~36N/mm 2 WRC 規準鉄筋 : 原則 D25 以下 6φ 以下の溶接金網 WRC 規準

19 モデルプランの特徴 1 P5~ ホームエレベーターを設置エレベーター対応耐力壁の設定 (P20) と耐力壁の扱い (P18) エレベーター対応耐力壁を含めないで所定の壁量を確保 (21P) エレベーター対応耐力壁を含めて所定の壁量の 1.1 倍を確保 (22P) やや大きな吹抜を設定して将来居室にすることや間仕切り壁を撤去して広い空間にすることを想定耐力壁の扱い (P18~) 斜めの外壁 (Z 通り ) を設定壁量や許容せん断耐力の計算をどうするか (P20 など ) 木造部分の軽易な間仕切壁をのぞき耐力壁や主要な柱は全て壁式 RC の耐力壁や梁の上に設置混構造のではあるが力の流れは明確な設定 RC 造部分の構造検討を複雑にしない計画 1 階に車庫や物置だけではなく玄関と居室も設定混構造 3 階建て住宅の可能性の拡大ホームエレベーターの設置と併せて住宅密集地の高齢化対応住宅としての役割 (1 階の床を低くできることや陽当りの良さなど )

20 P47~ 4. 壁式鉄筋コンクリート造部分の計算木造部分の計算に必要な基礎知識は工業高校で学ぶ程度のものが多いがそれらを的確に設定条件に合わせて使いこなすのはかなり難しい鉄筋コンクリート造の構造計算には大学レベルの基礎知識が必要である壁式鉄筋コンクリート造は 5 階建てまで可能な工法であるから 2 3 階が木造で軽い混構造 3 階建てでは計算をしても問題ない項目が多いしかし上記のような明快な設定をしないと混構造であるために計算が難しくなることもある

21 4.2.1 壁厚等の検討構造上の階高壁厚 3000mm 3000 OK 180mm > 3000/22=136.4 OK 本設計は小規模な住宅であり化粧目地を設けない設定であるため壁厚は基準値と同じ 180mm としている壁量壁率の検討壁量混構造 3 階建ての最下階の RC の壁厚を使い分けるケースは少ないと思われるため壁量の検討が重要である P47 48 X 方向 Y = 8538 Y Y = Y = 8660 Z ( ) cos 2 76 = mm 30267/75.36 = 402mm/ m2 > 120 OK Y 方向 X Z ( ) sin 2 76 = 2154 X X X X mm 11804/75.36 = 157mm/ m2 > 120 OK 標準壁量がOK 必要壁量 (1) の検証はほぼ問題ない Σ2.5 A w ZW i A i X 方向 13,620,150 1,155,510 Y 方向 5,311,800 1,155,510

4.4 耐力壁の補強筋 P49 P50 縦横共せん断補強筋比 (Pso) が 0.25% 以上となるように配筋し配筋はダブル配筋とする鉄筋間隔 ⅹ ⅹ a S /P SO t=2 71/0.0025 180=316mm D10@250mm ダブル配筋耐力壁端部などの曲げ補強筋 ho 1m の場合 2-D13 このような仕様を標準化することができる ho>1m の場合 2-D16 4.5.2 地震力による壁梁の応力壁厚が全て 180mm のため壁長 1mm 当りのせん断力により算定する X 方向 207990 30267 = 6.

22 4.4 耐力壁の補強筋 P49 P50 縦横共せん断補強筋比 (Pso) が 0.25% 以上となるように配筋し配筋はダブル配筋とする鉄筋間隔 ⅹ ⅹ a S /P SO t=2 71/ =316mm D10@250mm ダブル配筋耐力壁端部などの曲げ補強筋 ho 1m の場合 2-D13 このような仕様を標準化することができる ho>1m の場合 2-D 地震力による壁梁の応力壁厚が全て 180mm のため壁長 1mm 当りのせん断力により算定する X 方向 = 6.87 N/mm Y 方向 = N/mm t 0 =180mmなので千鳥が望ましい端部の曲げモーメント (CE) とせん断力 (QE) の算定は以下の図に示す左右に開口幅や梁背の異なる壁梁または地中梁が接続している場合は壁梁等の剛比に応じて接点モーメントを分配する開口幅 :l 梁背 :D 分配比 D1 3 /l1:d2 3 /l2 壁梁の曲げモーメントの算出は耐力壁壁梁とも見付幅の中心線にラーメンの軸線を設定し上記の地震力によるせん断力を作用させた時の応力を算定する

23 Y1 通り壁梁の曲げモーメント図 P52 曲げモーメントを左右の梁の剛比に応じて分配耐力壁のせん断力 (17.9) 梁の中心から反曲点までの高さ (0.842) 1 階の反曲点高比 0.6 開口部の高さを 4:6 に分割した点を基準とする壁梁と耐力壁の中心線を青線のラーメンに置換耐力壁長壁長 1m 当たりのせん断力

24 P 鉛直荷重による壁梁の応力 2 階の床荷重は短辺長さの 1/2 の等分布荷重とする梁上に壁がない梁については 2 階床 +2 階壁 + 自重の等分布荷重による応力を算定する梁上に壁がある梁については上記に加え木造部分の荷重を等分布荷重として算定する上下の主筋を同一とする配筋を採用するため端部モーメント (C) のみ算出する両端固定の場合 C=wl 2 /12 Q=wl/2 1 端固定の場合 C=wl 2 /8 Q=5wl/8 2 連続小梁の場合 C=1.3wl 2 /12 Q=wl/2+0.7wl/12=0.56wl スパン l は固定端では梁背の 1/4 を加えそれ以外は通芯までの長さとする梁符号 w l C Q GX11 2 階屋根 = 8.2 (2 連続小梁 ) 自重 = 1.3 計階床 = 7.6 GX12 2 階外壁 = 1.6 (1 端固定 ) 自重 = 計 12.2 階床

25 P55 56 LH LQ1 SM SQ1 LQ2 SQ2 それぞれの算定値が応力を上回る梁で決定する G3,G4 は G1 と同じ主筋で梁せいが大きい 2-D16 スターラップ腹筋 2-D10 2-D16 at=398 b=180 j=400 7/8=350 LM = = 27.4 KN m SM = = 41.1 LQ1 = = 46.0 KN SQ1 = = 69.0 LQ2 = = 53.9 SQ2 = = 80.9 Pt = {398/( )} 100 = 0.55% >0.4 Pw = {143/( )} 100 = 0.40% >0.2

26 P57 日本建築学会鉄筋コンクリート構造計算用資料集の規準式による値 lx ly lx : 短辺長さ ly : 長辺長さ住宅なので検討を簡略化してモチアミ配筋としている大きなスラブで算定するが lx と λ(= ly /lx) のバランスで決まるため数箇所で計算する必要があることが多い

28 4.7 基礎の設計 P57 基礎検討用の総荷重を算定する鉛直荷重検討用総荷重階 RC 床 ( ) 5.55 = 階木造床 {( ) } 2.0 = P49 の総荷重 1 階床荷重構造計算では検討箇所に加わる荷重を必ず算定する KN 布基礎フーチング幅 (Bo) 基礎 1m 当りの荷重で算定する P58 Po+PF1: 建築物の地上部分の荷重地盤面下の荷重 : γdf Bo γ: 土とコンクリートの平均単位容積重量 (γ=19.6 KN/m 3 ) 地反力 : 地盤の許容支持力度 -γdf

29 P58 基礎スラブの設計平均地反力 (Po+PF1)/0.6=59.5 KN/m 2 荷重の偏在を考慮して =71 KN/m 2 QF= =14.9 KN=14900 N MF= /2=1.6 KN/m= N/mm で検討する FG1 フーチングの背 D=150mm d=d-70=80 j= 7 d =70 8 D10 使用鉄筋間隔 :b b=1000 L ft a j/mf= / =612mm b=1000 L fa ψ j/qf= /14900=326mm b=250mm とするこの配筋を片持梁として算定している

30 P58 w=po+pf1= =35.4 KN/m 梁背の小さい FGX121 と FGX122 で検定する FGX121(1 端固定 l=1.95m) 長期 C=wl 2 /8=16.8 Q=5wl/8=43.1 水平 CE=43.9 QE=25.4 2QE=50.8 短期 C+CE=60.7 Q+2QE=93.9 FG1 FGX122(2 連続小梁 l=2.73m) 長期 C=1.3wl 2 /12=28.6 Q=0.56wl=54.1 FG1 基礎梁の算定は住宅の場合梁せいが小さく l が大きい車庫の入口で検討することが多い

POWER-直接基礎Ⅱの出力例（表形式）

POWER-直接基礎Ⅱの出力例（表形式） page < 出力例 > 地盤の支持力の計算 S01 (1F Y1@X1 ) BxL hf hw C,O r2 r1 基礎底面の形状長方形基礎最小幅 B 1.20 (m) 基礎の長さ L 2.60 (m) 基礎下端の深さ hf GL- 1.20 (m) 地下水位 hw GL- 3.90 (m) 根入れ深さ Df 1.20 (m) 土質定数砂層基礎下の土重量 γ1 18.14 (kn/m 3