混構造の壁式鉄筋コンクリート造部分の構造計算 ( 例 ) について 009 年 3 月 平成 19 年の建築基準法の改正により 省令第 1 条の3による設計図書の省略できる旨の規定が廃止され 混構造の木造部分 コンクリート造部分とも構造計算書の添付が必要と規定されました また 昭和 55 年建設省告示第 1790 号 ( 特定建築物の規定 ) が全面改定され 平成 19 年 5 月 18 日付け告示第 593 号により 構造計算適合性判定の対象となる建築物が規定されました 以下の構造計算は 構造計算適合性判定の対象とならない1 階が壁式鉄筋コンクリート造 ( 以下 WRC 造と表記する ) ~3 階木造の混構造の建築物について 設計者が簡便に混構造のWRC 造部分の構造計算書を作成できるように計算例を示し解説したものです なお 木造部分の構造計算については 3 階建混構造住宅の構造設計の手引き ( 発行 ( 財 ) 日本住宅 木材センター : 平成 17 年 1 月 ) 等を参照してください 混構造の壁式鉄筋コンクリート造部分の構造計算の流れ 1 設計条件及び構造計算の方針によりWRC 造部分の壁断面及び配置を決定 P X 方向 Y 方向ごとに標準壁量 10( mm / m ) のチェック P 8 3 固定荷重と積載荷重 P 9 4 地震力の算定 P10 5 風圧力の算定 施行令第 46 条による壁量計算 P1 6 壁厚 壁量 壁率の算定 P13 7 軸力の算定 P15 8 重心の計算 P18 9 剛心の計算 ( ねじれ補正係数の算出 ) P19 10 応力計算 P1 ( 一般的には 標準平均せん断応力度は 0. (N/ mm ) 以下となる ) 11 壁ばりの設計 P5 1 標準断面の許容応力度及びはりの検定値 P7 ( 計算結果によっては 標準断面の変更が必要となる ) 13 耐力壁の補強筋及び壁配筋図 P31 14 スラブの設計 P3 15 基礎の設計 P34 16 基礎ばりの設計 P37 17 標準断面の許容応力度及びはりの検定値 P38 ( 計算結果によっては 標準断面の変更が必要となる ) 18 はり及び基礎の配置 ( 配筋図 ) P41-1/41 -
混構造の壁式鉄筋コンクリート造部分の構造計算 ( 例 ) これは 1 階が壁式鉄筋コンクリート造 ( 以下 WRC 造と表記する ) ~3 階木造の混構造の建築物について 設計者が簡便に混構造のWRC 造部分の構造計算書を作成できるように計算例を示し解説したものです 基本的には 構造計算書の作成の流れにしたがって 断面の決定まで行いますが 断面の決定等にあたっては 想定断面に対して応力が許容応力度を超えないことを確認することにより 断面を決定します なお 階部分の軸組の下部には 耐力壁を配置することにより 地震力を地盤にスムーズに伝えることを基本としますので 軸組と 1 階部分の耐力壁の配置の関係には 注意が必要です 基本的な断面寸法と配筋 900 以上 180 450 壁ばり配筋 上端 下端筋共 -D16 あばら筋 D10 - -@00 3,500 D10 腹筋 - 以下 幅止め筋 D10@1000 壁配筋 出隅部分 開口部端 3-D16 1-D13 -D16 断面 180 縦 横筋共 D10@00 任意 GL 地中ばり配筋 上端 下端筋共 -D16 凍結あばら筋 D10 - -@00 深度腹筋 - D10 (@300 以内 ) 埋め戻し以上幅止め筋 D10@1000 180 - /41 -
設計条件及び構造計算の方針 1 耐力壁の実長は 90 cm以上を基本とします 耐力壁の実長は 45 cm以上 かつ同一の実長を有する開口部高さの 30% 以上と規定されています 4 で解説するとおり 階に配置する木造の軸組の下部 ( 一階部分 ) には 耐力壁を配置しますので 90 cm以上を基本とします L1: 耐力壁の長さ H1 H1 H1: 同一長さを有する部分の高さ L1 L1 耐力壁の開口部の寸法は モルタル充填分の寸法を考慮します 開口部高さは ドアの高さ + 枠 にモルタル充填分の のみこみ を5cm程度を考慮する必要があるので ドアの高さ + 枠 が05cmだと開口部高さは 10cmで1の解説にあるように30% の63cm以上の耐力壁の実長が必要となります 開口部の幅は ドアの幅 + 枠 にモルタル充填分の のみこみ を両側に5cm程度を考慮する必要があるので ドアの幅 + 枠 が100cmだと開口部幅は 110cmとなります 3 耐力壁の交差部のうち 出隅 入隅部分は L 形 T 形あるいは十字形とします 耐力壁 ( はり ) で囲まれた構面は 四角形とし平面計画は その四角形の組み合わせです また 耐力壁の交差部 ( 出隅 入隅部分 ) は L 形 T 形あるいは十字形とします 平面計画の基本型 構面が四角形で構成されないため不可 点線部に耐力壁 壁ばりの配置が必要,000,000,000,000,000,000 RC 造で床剛性が確保されているため構面のずれは m まで許容 - 3/41 -
交差部の基本型 可 可 不可 不可 入隅が T 形なので可 入隅が L 形なので可出隅部分が L 形でないため不可 A 不可 A 不可 B 不可 耐力壁による構面が構成されないこと 配筋も困難なことからこの計算例では不可とします 可となる配置 A 部分の例 B 部分の例 T 形が基本だが最低 I 形 L 形の配置が必要 4 階に配置する木造の軸組の下部 ( 一階部分 ) には 耐力壁を配置し 開口部としない 立面計画の基本型 3F F 3F F 1F 1F 木造部分の中央の軸組から RC 造の壁ばりに地震時の応力が生じるため 点線部分に耐力壁を配置することが基本 ( 設置しない場合は 断面算定時に木造部分の軸組からの応力を考慮 ) 3F 3F F A 部分 1F F 1F B 部分 立面計画上 支障ない 階の軸組からの応力が壁ばりに入らず耐力壁に入るため 立面計画上 支障ない - 4/41 -
5 応力の算出は 木造軸組の応力計算と同様に 柱の芯寸法で算出します 正式には RC 部分の実際の長さを算出して壁量 応力計算等を行いますが 簡便に算出するため 柱芯 ( 壁芯 ) 寸法で算出することとします なお 構造計算上は安全側となります 180 上記 3A 部分の平面の概略図 180 910 X 方向のRCの耐力壁長さを 1,090 柱芯の 910 として応力計算を行う 180 上記 3B 部分の平面の概略図 RC 部分開口部 180 1,100 と仮定 窓の幅 + 枠 に両側 50(1 参照 ) 360 360 910 1,80 1,70 X 方向のRCの耐力壁長さを 1,70 として応力計算を行う 6 設計にあったっての注意事項 木造と鉄筋コンクリート造を併用する建築物は 平成 19 年 6 月 0 日に施行された国交省告示第 593 号の 3 号及び 4 号に規定され 高さが 13m 以下で かつ 軒の高さが 13m 以下 延べ面積が 500 m以下の場合 構造計算適合性判定が不要とされていますので 告示の範囲での設計とします 設計者の資格は 建築士法第 3 条により 延べ面積が 300 mを超える場合は 一級建築士でなければ設計できません 延べ面積が 300 m以下の場合のみ二級建築士で設計可能です - 5/41 -
7 地震力による曲げモーメント せん断力の算出の基本 1 耐力壁 壁ばりとも見付け幅の中心線にラーメンの軸線を想定する 壁には 断面積に平均せん断応力度 τ (N/mm) を乗じた水平力がかかる 3 地震力による耐力壁の上下端節点曲げ応力は反曲点高比 (y o = 0.6) による 4 耐力壁の応力につり合うように壁ばりの節点曲げモーメントを求める ( はりのせいが同一で左右のスパンも同一の場合は 1/づつ負担 はりのせいが同一で左右のスパンが異なる場合は スパンの逆数比により配分する ) 5 はりのせん断力を求め 開口部端の梁のフェースモーメント ( 以下 FMと表記 ) を求める 計算の順番 1 柱せん断力 柱頭 M 柱脚 M 3 梁 M 4 梁せん断力 5 梁 FM 3 梁 MB ( ) ( ) ( ) ( ) 1 柱せん断力 = τ 壁柱の断面積 3 梁 MA 3 梁 MC 柱頭 M1=1 柱せん断力 h ( 1 -y o) 柱頭 M1 柱頭 M3 h 1 柱せん断力 =1 柱せん断力 h 0.4 柱脚 M=1 柱せん断力 h y o 柱脚 M 柱脚 M4 0.6 =1 柱せん断力 h 3 梁 ME ( ) ( ) 3 梁 MA = 柱頭 M1 3 梁 MD = 柱脚 M ( ) ( ) 3 梁 MB = 梁 MC = 柱頭 [M 3] ( 左右のスパン ( 梁の剛性 ) が同一の場合 ) 3 梁 MD 3 梁 MF 3 梁 ME = 梁 MF = 柱脚 M4 ( 左右のスパン ( 梁の剛性 ) が同一の場合 ) 3 梁 MB ( FM) 4 梁せん断力 Q1 ( FM1) ( ) ( ) 3 梁 MA 3 梁 MC 5 梁 FM 4 梁せん断力 Q1 =( 梁 MA + 梁 MB) L0 L1 梁 FM 1= 梁 MA - 梁せん断力 Q1 L1 L L0 梁 FM = 梁 MB - 梁せん断力 Q1 L - 6/41 -
平面プランは ( 財 ) 日本住宅 木材技術センター 平成 17 年 1 月発行の 3 階建混構造住宅の構造設計の手引き のプランAを参照としています ただし 3 階の木造部分の準耐力壁については 配置上 省略しています また 1 階のWRC 造部分の耐力壁は 設計条件及び構造計算の方針 により 配置していますので プランAの1 階の平面図とは 一部合致しません 平面計画 A B C D E F G A B C D E F G 4,095 4,095 910 910 455 455 910 910 910 455 455 910 455 455 11 11 10 910 10 910 9 9 8 8 7 7 6 9,100 6 9,100 5 5 4 4 3 3 910 1 1 910 3 階耐力壁 階耐力壁 : 耐力壁 : 耐力壁 : 外壁 ( 延べ長さ 6.39 m) : 外壁 ( 延べ長さ 6.39 m) : 内壁 ( 延べ長さ 10.01 m) : 内壁 ( 延べ長さ 10.01 m) A B C D E F G 4,095 910 910 455 455 910 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 910 910 455 9,100-7/41-1 階耐力壁 : 耐力壁 : 外壁 RC( 延べ長さ 6.39 m) : 内壁 RC( 延べ長さ 8.19 m) : 内壁木造 ( 延べ長さ 10.01 m)
立面計画 910 910 600 600 10 3.5 桁上端 梁上端,800 9,000,800 土台上端 基礎上端 3,400 300 耐力壁及び開口部長さ A B C D E F G 4.095 910 910 455 455 910 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 Y 方向寸法 455 Y 方向寸法 バルコニー (F) 910 910 1365 910 ( 1,80) 910 ( 1,80) 6,370,75 9.100 ( 1,80) 1,80 ( 910) ( 910),75 910 910 ( 1,80) ( 1,80) 910 910 ( 1,365) 910 910 1,80 910 Y 方向 1 階耐力壁 : 耐力壁 長さ X 方向 : はり ( 開口部幅 ) * 設計時には 手戻りがないように壁の配置がほぼ決まった段階で X 方向 Y 方向ごとに標準壁量 10( mm / m ) のチェックが必要 ( 詳細はP13 参照 ) - 8/41 -
固定荷重と積載荷重 固定荷重(DL): 施行令第 84 条 ( 本構造計算書は 基本断面に対する許容応力度の検討を行うため 想定荷重が実際の建築物 より大きくても 安全側の検討となる ) 10 ( N / m ) 3.5 10.59 屋 根 薄鉄板ぶき 00 屋根勾配による割り増し もや 100 300 1.059=317 350 天井 150 小屋組 ( はり ) 150 650 3 階床 仕上材 ( 畳及び下地相当 ) 350 根太 大引 100 床組 ( 大梁含む ) 150 天井 150 750 別途 階床 仕上材 ( 畳及び下地相当 ) 350 積載荷重を加算 RCスラブ t=150 3600 天井 150 4100 1 階床モルタル t= 30 600 RCスラブ t=150 3600 400 ハ ルコニーモルタル t= 30 600 RCスラブ t=150 ~ 180 4000 4600 外壁外部仕上 600 (,3 階 ) 軸組 150 内部仕上 150 900 ( 開口部も同荷重 ) 外壁外部仕上 600 ( 1 階 ) RC 壁 t=180 4400 内部仕上 150 5150 ( 開口部も同荷重 ) 内壁 RC 壁 t=180 4400 (1 階 RC) 仕上 ( 両面 ) 300 4700 ( 開口部も同荷重 ) 内壁仕上 ( 両面 ) 300 (1 階内部の木造軸組 150 450 間仕切りも同荷重 ) ハ ルコニーてすり ( 立ち上がり共 ) 1000(N/m) 積載荷重(LL): 施行令第 85 条 住宅の居室として 上記の床の固定荷重に加算する 積雪荷重 垂直積雪量 100cmを想定 ( 建設地の垂直積雪量で設計してください ) 単位重量 多雪区域内 ( 100 cm以上 ) 積雪 1cmあたり 30N/ m常時荷重 70% 地震時 35% 多雪区域外 ( 100 cm未満 ) 積雪 1cmあたり 0N/ m常時荷重 100% 地震時 50% 100cm 常時荷重 100 N/ m 地震時 1050 N/ m * 屋根用 バルコニー用のLLとして算入する なお 屋根勾配の低減は行わない - 9/41 -
設計用荷重表 (N/ m ) 階 別 部 位 固定荷重 DL 積載荷重 LL 合計 (TL) 屋根用 350 100 450 屋 根 小屋組用 650 100 750 地震用 650 1050 1700 床 用 750 1800 550 3 階 軸組用 750 1300 050 地震用 750 600 1350 床スラブ用 4100 1800 5900 階 耐力壁 壁梁 基礎用 4100 1300 5400 地震用 4100 600 4700 床スラブ用 4600 3900 8500 ハ ルコニー 耐力壁 壁梁 基礎用 4600 3400 8000 地震用 4600 1650 650 床スラブ用 400 5400 9600 1 階床 耐力壁 壁梁 基礎用 400 3900 8100 ( 車庫 ) 地震用 *1 階が居室の場合は 階床荷重と同等とし設計を行う * バルコニーの積載荷重 (LL) は 居室 ( 3 階と同じ ) のLLに 積雪荷重のLLを加算する 地震力の算定 屋根平均高さ地震力算定寸法 415,800,800 * 各階の地震力は 太破線で示す範囲の荷重を集計 地震力算定寸法の半分に相当する荷重を上下階へ分配する 9,415,800,800 150 150 内壁算定用寸法 3,400,950,800 300 3,375 450,500 WRC 造部分の応力計算用寸法 1,000 1,300 * 凍結深度 以下 - 10/41 -
建物重量 ( 地震力算定用 ) 単位 (kn) 階項目単位重量 長さ 面積 Po P 3 屋根 1.70 ( kn/ m ) ( 9.1+0.91 ) ( 4.095+0.6 ) 98.3 外壁 0.90 ( kn/ m ) 6.39.8 / 33.3 妻壁 0.90 ( kn/ m ) 1.95 ( m ) ( 面 ) 3.5 内壁 0.45 ( kn/ m ) 10.01.8 / 6.3 141.4 3 階床 1.35 ( kn/ m ) 9.1 4.095 50.3 3 階外壁 0.90 ( kn/ m ) 6.39.8 / 33.3 階外壁 同上 33.3 3 階内壁 0.45 ( kn/ m ) 10.01.8 / 6.3 階内壁 同上 6.3 19.5 1 階床 4.70 ( kn/ m ) 9.1 4.095 175.1 ハ ルコニー 6.5 ( kn/ m ) 4.095 0.91 ( カ所 ) 46.6 手すり 1.00( kn/m) ( 4.095+0.91 ) ( カ所 ) 11.8 階外壁 0.90 ( kn/ m ) 6.39.8 / 33.3 階内壁 0.45 ( kn/ m ) 10.01.8 / 6.3 1 階外壁 5.15( kn/ m ) 6.39.95 / 00.5 1 階内壁 ( RC) 4.70 ( kn/ m ) 8.19.80 / 53.9 1 階内壁 ( 木 ) 0.45 ( kn/ m ) 10.01.80 / 6.4 533.9 E Q i = Z Rt Ai Co W i = 0.18 Rt Ai W i C o = 0. Z = 0.9( 地震地域係数 : 地域により 0.8 0.9 1.0 を選択 ) T= h( 0.0+0.01 α) h: 当該建築物高さ (m)= 屋根平均高さで算定 α: 当該建築物のうち柱及びはりの大部分が木造又は鉄骨造である階 ( 地階を除く ) の高さの合計のhに対する比 α = 6.165 / 9.415 = 0.654 T= h( 0.0+0.01 α) = 9.415( 0.0+0.01 0.654 ) = 0.4 < 0.6( 第 種地盤 ) Rt = 1.0 A i = 1+ {( 1 / α i) -α i} T/ 1 + 3T α i: 建築物のA i を算出しようとする高さの部分が支える部分の固定荷重 (DL) と積載荷重 (LL) の和を当該建築物の地上部分の固定荷重 (DL) と積載荷重 (LL) との和で除した数値 T: 上記で求めた数値 ( 0.4 ) T/ 1 + 3T = 0.4 / 1 + 3 0.4 = 0.79 階 W i( kn) W i( kn) α i A i C i E Q i( kn) E Q i / 1.96( m) ( 0.18Ai) ( 木造軸組必要壁量 ) 3 141.4 141.4 0.67 1.465 0.64 37.3 19.1 19.5 70.9 0.511 1.48 0.5 60.9 31.1 1 59.0 59.9 1.0 1.0 1 階の重量を 階重量の 倍として W i を求め α i を算出して 3 階の地震力を求める 1 533.9 804.8 1.0 1.0 0.18 144.9-11/41 -
参考 :1 階の重量を 階重量の 倍として算出しない場合 1 階が鉄筋コンクリートの場合 他の構造と同じように耐震計算を行うと 1 階部分の重量が大きくなるので 3 階の層せん断力係数の分布係数 A i が大きく ( 下記の算出例を参照 ) なり 3 階部分を必要以上に強く設計しなければならないことになる そこで 地震力の計算は1 階部分の重量が 階部分の重量の 倍を超える場合は 階部分の重量の 倍を1 階部分の重量とみなして 3 階のA i を求めて行うこととしている ( 3 階建混構造住宅の構造設計の手引き P6を参照 ) なお 階部分の重量の 倍を1 階部分の重量とみなして 3 階のA i を求めますが 1 階の地震力算定の対象となる重量は 低減できません 階 W i( kn) W i( kn) α i A i C i E Q i( kn) E Q i / 1.96( m) ( 0.18Ai ) ( 木造軸組必要壁量 ) 3 1 141.4 141.4 0.176 1.616 0.91 41.1 1.0 19.5 70.9 0.337 1.387 0.50 67.7 34.6 533.9 804.8 1.0 1.0 0.18 144.9 * 前述の地震力 必要壁量より大きくなる 風圧力の算定施行令第 87 条及び平成 1 年告示第 1454 号により算出 ( 略 ) 地震力と風圧力の比較検討を行う 1 階の WRC 造部分は 一般的に地震力によって決定される 施行令第 46 条による壁量計算 ( 略 ) 木造部分の壁量のチェックのため算出し 地震力と風圧力による必要軸組との比較検討を行う ( 木造部分の計算書に記載するため WRC 造の計算書自体には不要 ) - 1/41 -
壁厚 壁量 壁率の算定 壁厚の検討 平成 13 国土交通省告示第 106 号により WRC 造の耐力壁の厚さは 地階を除く階数が 3 以上の建築物の1 階は 18 cmと規定されているため 3 階は木造であるが 18 cmとする また 壁式鉄筋コンクリート造設計施工指針 による構造耐力上主要な鉛直支点間距離のチェックを行う なお 階高は 3.5m が限度と規定されている t o = h/ = 950 / = 134mm 18 cmであるため支障ない h: 構造耐力上主要な鉛直支点間距離 (1 階床スラブから 階床スラブまでの距離 ) 壁量の検討 検討階の床面積は上階にバルコニーや廊下 連続した庇等がある場合は 当該面積の 1/ を加算する 壁量 壁率算定用床面積 ( m ) 4.095 9.100 + 4.095 0.91 = 40.99 m 1 階耐力壁 : 耐力壁 長さ : はり ( 開口部幅 ) A B C D E F G 4.095 910 910 455 455 910 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 Y 方向寸法 455 バルコニー (F) Y 方向寸法 910 910 1365.75 910 ( 1,80) 910 ( 1,80) 6,370,75.75 9.100 ( 1,80) 1,80 10.465 ( 910) ( 910) 3.185,75 910 910 ( 1,80) ( 1,80) 910 910 ( 1,365) 910.730 910 1,80 910 Y 方向 7.80 4.550 X 方向 11.830-13/41 -
床面積 ( m ) 壁長 ( mm ) 壁量 ( mm / m ) 判定標準壁量 ( mm / m ) 告示による低減 X 方向 40.99 10,465 55 可 10 Y 方向 40.99 11,830 88 可 10 告示による低減 : 標準壁量は 地震地域係数 Zによる低減及びコンクリートの設計基準強度が 18 Nを超える場合の低減 (β= 18 / Fc) が可能 ただし低減後の壁量は 70 mm / mが限度 10 Z β 70 mm / m * 設計時には 手戻りがないように壁の配置がほぼ決まった段階で X 方向 Y 方向ごとに標準壁量 10( mm / m ) のチェックが必要 標準壁量を満足していれば 次にチェックするルート1の壁量の検証は ほぼ問題がない 告示第 1 第三号の検証 ( ルート 1 の壁量の検証 ) 平成 13 国土交通省告示第 106 号第 1 第三号で定める規定 ( 平成 19 国土交通省告示第 593 号第二号イを満たすもの ) の検証.5 αaw Z W Ai α : コンクリートの設計基準強度が 18 Nを超える場合の割り増し係数 (α= Fc / 18 ただし が限度 ) Aw : 耐力壁の水平断面積 (mm) Z W Ai : Z( 地震地域係数 ) 当該階が支える建物重量 Ai ( =1.0) ( 地震力算定時の1~3 階の重量を加算したもの ) 地震力の算出を参照:1 階部分の地震力の5 倍となる ( Co=0. を乗じない数値のため ) 壁長 壁厚 壁面積 α.5 αaw 判定 Z W Ai ( kn) ( mm ) ( mm ) ( 10 3 mm ) X 方向 Y 方向 10,465 180 1883 1.0 4708 可 74.3 11,830 180 19 1.0 53 可 74.3-14/41 -
軸力の算定 一般的には 1 階の耐力壁の配置にあわせて構面のスパンごとに算出するが この設計例では 階ごとに全体の軸力を算出し 建築物全体の重量を算出する この荷重は ねじり補正の重心位置の算定時 基礎の断面算定時に使用する なお 基礎の算定時には 1 階の床面積の負担割りあいに応じた軸力が生じるものとして算定するが 1 階部分に車庫を設置する場合は 積載荷重が異なるので別途検討が必要となる 設計用荷重表( 再掲 ) 算出に使用する荷重は 小屋組用 軸組用 耐力壁 壁梁 基礎用となる (N/ m ) 階 別 部 位 DL LL TL 屋根用 350 100 450 屋 根 小屋組用 650 100 750 地震用 650 1050 1700 床 用 750 1800 550 3 階 軸組用 750 1300 050 地震用 750 600 1350 床スラブ用 4100 1800 5900 階 耐力壁 壁梁 基礎用 4100 1300 5400 地震用 4100 600 4700 床スラブ用 4600 3900 8500 ハ ルコニー 耐力壁 壁梁 基礎用 4600 3400 8000 地震用 4600 1650 650 床スラブ用 4100 1800 5900 1 階 耐力壁 壁梁 基礎用 4100 1300 5400 ( 一般床 ) 地震用 4100 600 4700 床スラブ用 400 5400 9600 1 階床 耐力壁 壁梁 基礎用 400 3900 8100 ( 車庫 ) 地震用 *1 階が居室の場合は 階床荷重と同等とし設計を行うため 1 階床荷重を追加 - 15/41 -
軸力の算定 屋根平均高さ軸力算定寸法 415,800,800 * 各階の軸力は 太波線で示す範囲の荷重を集計 基礎部分は 1 階床荷重を算出し 基礎自重は別途計算する 9,415,800,800 150 150 内壁算定用寸法 3,400,950,800 300 3,375 450,500 WRC 造部分の応力計算用寸法 1,000 1,300 * 凍結深度 以下 地震力の算定表の単位重量を軸組用に修正し 1/ づづ加算していた壁重量を階ごとに集計 - 16/41 -
軸力用荷重 単位 (kn) 階項目単位重量 長さ 面積重量軸力 3 屋根.75 ( kn/ m ) ( 9.1+0.91 ) ( 4.095+0.6 ) 159.0 外壁 0.90 ( kn/ m ) 6.39.8 66.5 妻壁 0.90 ( kn/ m ) 1.95 ( m ) ( 面 ) 3.5 内壁 0.45 ( kn/ m ) 10.01.8 1.6 41.6 平均重量 3 階 6.5kN/ m 41.6 3 階床.05 ( kn/ m ) 9.1 4.095 76.4 階外壁 0.90 ( kn/ m ) 6.39.8 66.5 階内壁 0.45 ( kn/ m ) 10.01.8 1.6 155.5 平均重量 階 4.kN/ m 397.1 1 階床 5.40 ( kn/ m ) 9.1 4.095 01. ハ ルコニー 8.00 ( kn/ m ) 4.095 0.91 ( カ所 ) 59.6 手すり 1.00( kn/m) ( 4.095+0.91 ) ( カ所 ) 11.8 1 階外壁 5.15( kn/ m ) 6.39.95 400.9 1 階内壁 ( RC) 4.70 ( kn/ m ) 8.19.80 107.8 1 階内壁 ( 木 ) 0.45 ( kn/ m ) 10.01.80 1.6 793.9 平均重量 1 階 1.3kN/ m 1191.0 F 1 階 ( 一般床 ) 5.40 ( kn/ m ) 9.1 4.095 01. 01. 平均重量 基礎軸力 5.4kN/ m 139. - 17/41 -
重心の計算 この設計例では 1 階から3 階まで同一スパンの平面であり整形であるため重心は図心と考える 参考 *1 階から3 階まで同一スパンの平面でありプランが整形でない場合の重心の求め方 A X 方向の重心 ( 原点からの X 方向の距離 ) B Aの面積 ( 重量 ) L AX + Bの面積 ( 重量 ) L BX Aの面積 ( 重量 )+Bの面積( 重量 ) L AY L BY ( L AX L BX は 原点からA Bの図心までのX 方向の距離 ) A 図心 B 図心 L AX 原点 L BX Y 方向の重心 ( 原点からのY 方向の距離 ) Aの面積 ( 重量 ) L AY + Bの面積 ( 重量 ) L BY Aの面積 ( 重量 )+Bの面積( 重量 ) ( L AY L BY は 原点からA Bの図心までのY 方向の距離 ) * 階 3 階のプランが1 階と異なる場合の重心の求め方 ( 各平面の軸力は 固定 積載荷重とも異なるため 面積で算定できないので重量で算定 1 階の場合は 1 階の平均重量にそれぞれの面積を乗じて A1 B1の重量を算出 ) 3 階平面 階平面 1 階平面 A 3 A A 1 B 1 A 3 図心 原点 A 図心 原点 A 1 図心 B 1 図心 原点 L B1X L A3X L AX L A1X X 方向の重心 ( 原点からのX 方向の距離 ) (A 3 の重量 L A3X) + (A の重量 L AX) + (A 1 の重量 L A1X) + (B 1 の重量 L B1X) A 3 の重量 +A の重量 +A 1 の重量 +B 1 の重量 Y 方向の重心 ( 原点からのY 方向の距離 ) 同様 ( 略 ) - 18/41 -
剛心の計算 A B C D E F G 4.095 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 910 910 455 455 910 Dx Y Dx Y Dx Y 455 910 1365.75 9.1 0.70 188.39 910 910 6,370,75.75 5.46 1.4 67.8 1,80,75 910 910 3.185 3.64 11.59 4.0 910 910 910 1,80 910.730 0 0 0 原点 10.465 44.71 98.41 Dy 7.80 4.550 11.830 Y 方向剛心 Ky = Dx Y / Dx = 44.71 / 10.465 X 4.095 0 = 4.7 Dy X 9.81 0 9.81 X 方向剛心 Kx = Dy X / Dy = 9.81 / 11.830 Dy X 1.08 0 1.08 =.5 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 A B C D E F G 4.095 偏心距離 910 910 455 455 910 e x =.5 -.05 = 0.47 e y = 4.7-4.55 = -0.8 455 ねじれ剛性 910 J x = Dx Y - Dx ( Ky) =98.41-10.465 4.7 =107.6 J y= Dy X - Dy ( Kx) ( X 方向,Y 方向 ) = 1.08-11.830.5 K G 重心 G(.05,4.55 ) =46.9 剛心 K(.5,4.7) J x +J y = 154.5 910 原点 - 19/41 -
A B C D E F G 4.095 ねじれ補正係数 α x=1+ ( Dx e y/ J x+ J y)y = 1-0.0190 Y α y=1+ ( Dy e x/ J x+ J y) X = 1+0.0360 X 910 910 455 455 910 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 455 α x 1.09 1-0.0190 (- 4.83)= 1.09 910-4.83 ( X 方向,Y 方向 ) K(.5,4.7) -1.19 1-0.0190 (- 1.19)= 1.03 1.0 K G 0.63 1-0.0190 ( 0.63) = 0.988 910 4.7 0.919 1-0.0190 ( 4.7) = 0.919 原点 -1.575.5 1.0 α y 0.943 1.091 1+0.0360 (- 1.575) 1+0.0360 (.5) = 0.943 = 1.091 参考 WRC 造 ( ルート1) ではチェック不要であるが ねじれ補正係数を算出すれば 簡単に計算できるため 計画建物がどの程度 偏心しているのか参考のため 確認した方が良い 弾力半径と偏心率 r ex = J x +J y / Dx = 154.5 / 10.465 = 3.84 r ey = J x +J y / Dy = 154.5 / 11.830 = 3.61 R ex = e y /r ex = 0.8 / 3.84 = 0.073 ( 参考値 ) < 0.30 OK R ex = e x /r ey = 0.47 / 3.61 = 0.130 ( 参考値 ) < 0.30 OK - 0/41 -
応力計算 耐力壁の平均せん断応力度耐力壁の平均せん断応力度 :τwは 地震力 ( E Q i )/ 壁面積 で算出し ねじれ補正係数の最大値による補正を行い 応力計算に用いる平均せん断応力度を方向別に決定する なお 壁式構造関係設計規準集 同解説 では 耐力壁の標準平均せん断応力度は 0. と規定されているので 参考としてください 壁長 壁厚 壁面積 地震力 τw ねじれ補正 採用する ( mm ) ( mm ) ( 10 3 mm ) E Q i (N/ mm ) α x α y 平均せん ( kn) 最大値 断応力度 1 1 (N/mm) X 方向 10,465 180 1883 144.9 0.08 1.09 0.087 0.09 Y 方向 11,830 180 19 144.9 0.07 1.091 0.076 0.08 A B C D E F G 4.095 910 910 455 455 910 Y 方向寸法 455 バルコニー (F) Y 方向寸法 910 910 1365 11 910 ( 1,80) 910 10 9 ( 1,80) WRC 造部分の 応力計算用寸法 8 7 6,370,75 ( 1,80) 1,80 6 ( 910) ( 910) 450 5,75 910 910 4 ( 1,80),500 3 ( 1,80) 3,375 910 910 ( 1,365) 910 1 910 1,80 910 Y 方向 1 階耐力壁 1,300 : 耐力壁 長さ X 方向 : はり ( 開口部幅 ) - 1/41 -
Y1 通り (X 方向 τ= 0.09 N/ mm ).730 ( 1.365+1.8/+0.91/) ( 9.5 3.375 0.4) [( M1+ M )/.73 ] ( 14.7 3.375 0.4) 3 M1=39.8kN m 4 Q1=1.8kN 3 M=19.8kN m 3.375 1 9.514.7 5 FM1= 0.0 kn m 5 FM=9.9kN m ( M1- Q1 1.8/) ( M- Q1 0.91/) ( M3- Q 1.8/) ( M4- Q 0.91/) 5 FM3= 9.9 kn m 5 FM4=14.9kN m 1 3 M3=59.7kN m 4 Q=3.8kN 3 M4=9.8kN m ( 9.5 3.375 0.6) [( M3+ M4 )/.73] ( 14.7 3.375 0.6) 180 180 180 ( 1365) 910 1Q=9.5kN 1Q=14.7kN ( 0.09 (N/ mm ) 180 180) ( 0.09 (N/ mm ) 180 910) Y 7 通り (X 方向 τ= 0.09 N/ mm ).960 ( 1.80+.75/) ( 36.9 3.375 0.4) [ M1/.96 ] 3 M1=49.8kN m 4 Q1=16.8kN 3.375 1 36.9 5 FM1= 30.7 kn m ( M1- Q1.75/) ( M3- Q.75/) 5 FM3= 46.0 kn m 180 3 M3=74.7kN m 4 Q=5.kN ( 36.9 3.375 0.6) [ M3/.96] 75 ( 180) 1Q=36.9kN ( 0.09 (N/ mm ) 180 75) - /41 -
Y5 通り (X 方向 τ= 0.09 N/ mm ).500 3 M1=49.8kN m 4 Q1=7.8kN 3 M=19.8kN m 3.375 1 36.914.7 5 FM1= 18. kn m 5 FM=7.kN m 5 FM3= 7. kn m 5 FM4=10.8kN m 1 3 M3=74.7kN m 4 Q=41.8kN 3 M4=9.8kN m 180 180 75 ( 910) 910 1Q=36.9kN 1Q=14.7kN Y11 通り (X 方向 τ= 0.09 N/ mm ).960 3 M1=19.8kN m 4 Q1=16.8kN 3 M=9.8kN m 3.375 1 14.7.1 5 FM1= 1. kn m 5 FM=18.3kN m 5 FM3= 18.3 kn m 5 FM4=7.6kN m 1 3 M3=9.8kN m 4 Q=5.kN 3 M4=44.8kN m 180 180 910 ( 180) 1365 1Q=14.7kN 1Q=.1kN - 3/41 -
X A 通り (Y 方向 τ= 0.08 N/ mm ) 5.460 3 M1=17.7kN m 4 Q1=5.9kN 3 M=13.8kN m 3.375 1 13.1 91.7 5 FM1= 5.9kN m 5 FM= 41.3kN m 5 FM3= 8.8kN m 5 FM4= 61.8kN m 1 3 M3=6.5kN m 4 Q=38.9kN 3 M4=185.7kN m 180 180 910 ( 180) 6370 1Q=13.1kN 1Q=91.7kN X G 通り (Y 方向 τ= 0.08 N/ mm ) * はりのM3と3 は 柱頭のMをスパンの逆数比で分配 ( 柱脚も同様 ) ( はり断面が同一なので スパンの短い方に大きく分配される ) 3 3 3 3 柱頭 M 柱頭 M 3:3 = 0.45: 0.55 3:3 = 0.58: 0.4.730.75 3.185 3 17.7 3 8.0 3 9.7 3 0.5 3 14.9 3 17.7 4 9.4 4 13.3 4 10. 17.7 35.4 5 13.4 5 3.7 5 3.6 5 8.4 5 5.6 5 13.1 3.375 1 13.1 1 13.1 1 6. 13.1 1 5 0.1 5 5.5 5 5.5 5 1.6 5 8.4 5 19.5 Y1 6.5 53.1 Y11 4 14.1 4 0.0 4 15.3 3 6.5 3 11.9 3 14.6 3 30.8 3.3 3 6.5 180 180 180 180 910 ( 180) 910 ( 910) 180 ( 180) 910 1Q=13.1kN 1Q=13.1kN 1 Q=6.kN 1Q=13.1kN - 4/41 -
壁ばりの設計 長期 (N/ mm ) 短期 (N/ mm ) 基準強度 剪断 付着 剪断 付着 F 圧縮 引張 w ft 曲げ材 その他 圧縮 引張 w ft 曲げ材 その他 (N/ mm ) f c ft f s 上端 f c ft f s 上端 鉄筋 SD95A 95 196 196 196 95 95 95 1. 1.8 コンクリート 18 6-0.6 1-0. 9 1.8.7 ( 注 1) 鉄筋の長期許容応力度は下記による 建築基準法施行例第 90 条の ( 9mm 以下の鉄筋 F/1.5 15 N/ mm ) 国土交通省告示第 1794 号 ( SD95A の材料強度 F=95 N/ mm ) L ft=f/1.5=95/1.5=196.7 196 15 (N/ mm ) 可 ( 注 ) コンクリートの長期許容応力度は国土交通省告示第 1450 号による ただし 短期許容応力度 ( せん断 付着 ) は建築学会 RC 基準を参考に長期 1.5 とする 長期許容せん断応力度 : fs = Fc/30=18/30=0.6 ( Fc が 1 を超える場合は fs = min. Fc/30, ( 0.49+Fc/100 ) ) 長期許容付着応力度 ( 上端 ): Fc が.5 以下の場合 fa = Fc/15=18/15=1. ( Fc が.5 を超える場合は fa = 0.9+Fc/75 ) 長期許容付着応力度 ( その他 ): Fc が.5 以下の場合 fa = Fc/10=18/10=1.8 ( Fc が.5 を超える場合は fa = 1.35+Fc/5 ) 壁ばりの長期荷重の算定 Y1 通り1 階 1,365 の開口部 階床部分のはりの計算例 等分布で算出 L0 =1.365 はり断面 :B D= 180 450 ( 単位 : N/m) 剛域を考慮し 開口部幅を L=L0+D/=1365+450/ =1590 L/ 床荷重 床荷重 5,400( N/ m ) 1.59/ = 4,93 ( N/m) ( L/ 幅の等分布加重で算定 ) Y1 梁自重 梁自重 5,150( N/ m ) 0.45 =,318 ( N/m) ハ ルコニー (1 階外壁荷重 ) ( 手すり ) ハ ルコニー 8,000( N/ m ) 0.91 = 7,80 ( N/m) L0 L=L0+D/ てすり 1,000 ( N/m) スパンLは 実開口 L0 に梁せいの 小計 14,891 ( N/m) 14.9 ( kn/m) Dの1/を加算 ( 左右に D/4) 固定端モーメント C = WL /1 14.9 1.59 1.59/1 = 3.14 ( kn m) 中央モーメント M 0 = WL /8 = 14.9 1.59 1.59 /8 = 4.71 ( kn m) 単純梁せん断力 Q 0 = WL/ = 14.9 1.59/ = 11.84 ( kn) = * 安全側の設計のため 中央モーメントは単純ばりのモーメント M 0 を採用 C=WL /1 C=WL /1 M= WL /4 Q 0 =WL/ Q 0=WL/ M 0= WL /8-5/41 -
壁ばりの長期荷重 通 区 間 位置 L0 L W W C M 0 Q 0 ( m) ( m) ( N/m) ( kn/m) ( kn m) ( kn m) ( kn) W L W L W L 1 8 Y1 XC- XF F 1.365 1.590 床 4,93 14.9 3.14 4.71 11.84 はり ( 外壁 ),318 ハ ルコニー 7,80 てすり 1,000 Y5 XD- XF F 0.910 1.135 床 3,065 8. 0.88 1.3 4.65 床 3,065 はり ( 内壁 ),115 Y7 XD- XG F 1.80.045 床 5,5 13. 4.60 6.90 13.50 床 5,5 はり ( 内壁 ),115 Y11 XB- XE F 1.80.045 床 5,5 16.1 5.61 8.4 16.46 はり ( 外壁 ),318 ハ ルコニー 7,80 てすり 1,000 XA Y- Y4 F 1.80.045 床 5,5 7.8.7 4.08 7.98 XG Y-Y4 はり ( 外壁 ),318 XG Y8-Y10 XG Y5- Y6 F 0.910 1.135 床 3,065 5.4 0.58 0.87 3.06 はり ( 外壁 ),318-6/41 -
標準断面の許容応力度及びはりの検定値 M As =a t f t j M As : 壁梁の短期許容曲げモーメント ( kn m) a t : 壁梁の引張鉄筋断面積 ( m m ) j f t : 鉄筋の短期許容引張応力度 (N/ mm ) D j : 壁梁の応力中心距離で ( 7/8)dとできる ( mm) d : 壁梁の有効せい ( mm) (dは 梁せい(D- 50mm) とする ) a t Q As =b j α f s Q As : 壁梁の短期許容せん断力 ( kn) b b : 壁梁の幅 ( mm) j : 壁梁の応力中心距離で ( 7/8)dとできる ( mm) α : せん断スパン比による割り増し係数 (1 α ) f s : コンクリートの短期許容せん断応力度 (N/ mm ) * ラーメン構造の場合は 付着応力度の検討が必要であるが 壁式 RC 造の場合 壁梁スパンが短いので 主筋は通し配筋とするため 付着応力度の検討は必要としない この計算例では 標準断面の許容曲げモーメント 許容せん断応力度を求め 各部分の検定値が 1.0 を超えないことを確認する 階床ばり標準断面 b D= 180 450 d= 450-50 = 400 j= 400 7/8 = 350 mm 上下筋とも -D16 a t = 199( m m ) = 398 m mせん断補強筋 -D10@00 異形棒鋼の断面積 D10=71( m m ) D13=17( m m ) D16=199( m m ) D19=87( m m ) 短期荷重時許容曲げモーメント及び許容せん断力 壁梁の短期許容曲げモーメント M As =a t f t j= 398( m m ) 95 (N/ mm ) 350( mm)= 41,093,500(N mm) 41.1( kn m) 壁梁の短期許容せん断力 α=1.0 で算定 ( 安全側 ) Q As =b j α f s = 180( mm) 350( mm) 1.0 0.9 (N/ mm )= 56,700(N) 56.7( kn) 長期荷重時許容曲げモーメント及び許容せん断力 壁梁の長期許容曲げモーメント M As =a t f t j= 398( m m ) 196 (N/ mm ) 350( mm)= 7,30,800(N mm) 7.3( kn m) 壁梁の長期許容せん断力 α=1.0 で算定 ( 安全側 ) Q As =b j α f s = 180( mm) 350( mm) 1.0 0.6 (N/ mm )= 37,800(N) 37.8( kn) - 7/41 -
一般的には 長期荷重では問題ないが 長い耐力壁に取り付く壁ばりの曲げモーメント及びせん断力が 標準断面の許容応力度を超える場合がある 曲げモーメントが許容応力度を超える場合 1 上下の主筋 - D16(a t = 398 m m ) を 4- D13(a t = 508 m m ) に変更する この場合 主筋が 段配筋となるため d( 壁梁の有効せい ) の修正も必要となる ( 主筋を 3- D16 4-D16 に変更する方法もあるが 主筋の定着長さや定着位置の関係からコンクリートの充填がうまくいかない場合もあるため この計算例では不可とする ) はりの断面を変更する (D= 450 500) せん断力が許容応力度を超える場合 1 詳細な許容せん断力をもとめ検定値が1.0を超えないことを確認する せん断補強筋を変更する ( -D10@00 - D10@100) 3はりの断面を変更する (D= 450 500) 曲げモーメントが許容応力度を超える場合は 1 せん断力が許容応力度を超える場合は 1 3 で対応する なお はりの断面変更以外の変更は 応力計算に影響はない はりの断面変更は 開口部も RC の荷重で算定していることから 耐力壁の平均せん断応力度による地震力が同じであるため 応力計算にも問題はない 実際は はり断面 D が大きくなり 応力計算用寸法が小さくなるため 応力も若干小さくなる ただし 配筋の関係から 同じ通り芯のはり断面の寸法 (D) は すべて同一に変更する必要がある なお せん断補強筋で対応できる場合は 再検討したはり部分のみの補強とする 壁ばりの応力及び検定値 地震時のはり端モーメント (FMs) は 長期時の固定端モーメント (C) に地震時のはり端の最大モーメント (FM) を加算する ( 短期応力図は X Y 方向それぞれ一方向の計算を行っているが それぞれの逆方向も同一の数値となるため FMs= C( 固定端モーメント )+FM( 最大値 ) となる ) 地震時のはりせん断力 (Qs) は 長期時のせん断力 (Q 0) に せん断破壊を先行させないように地震時のはりせん断力 (Q E ) の 倍を加算する FMs= C+FM Qs= Q 0 + Q E 長期荷重 地震時荷重最大値 短期荷重最大値 通 区 間 位置 L0 C M 0 Q 0 FM Q E FMs Qs ( m) ( kn m) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) Y1 XC-XF F 1.365 3.14 4.71 11.84 0.0 1.8 3.14 55.44 標準断面に対する検定値 0.1 0.17 0.31 0.56 0.98 Y5 XD-XF F 910 0.88 1.3 4.65 18. 7.8 19.08 60.5 標準断面に対する検定値 0.03 0.05 0.1 0.46 1.06-8/41 -
FMs= C+FM Qs= Q 0 + Q E 長期荷重 地震時荷重最大値 短期荷重最大値 通 区 間 位置 L0 C M 0 Q 0 FM Q E FMs Qs ( m) ( kn m) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) Y7 XD-XG F 1.80 4.60 6.90 13.50 30.7 16.8 35.30 47.10 標準断面に対する検定値 0.17 0.5 0.36 0.86 0.83 Y11 XB-XE F 1.80 5.61 8.4 16.46 18.3 16.8 3.91 50.06 標準断面に対する検定値 0.1 0.31 0.44 0.58 0.88 XA Y-Y4 F 1.80.7 4.08 7.98 41.3 5.9 44.0 59.78 標準断面に対する検定値 0.10 0.15 0.1 1.07 1.05 XG Y-Y4 F 1.80.7 4.08 7.98 13.4 9.4 16.1 6.78 標準断面に対する検定値 0.10 0.15 0.1 0.39 0.47 XG Y5-Y6 F 910 0.58 0.87 3.06 8.4 13.3 8.98 9.66 標準断面に対する検定値 0.0 0.03 0.08 0. 0.5 XG Y8-Y10 F 1.80.7 4.08 7.98 13.1 10. 15.8 8.38 標準断面に対する検定値 0.10 0.15 0.1 0.38 0.50 Y5 通り XD- XF 間の短期許容せん断力の再検討 壁ばりの許容せん断力は αを 1.0 とし せん断補強筋による耐力を無視して算定しているため α 及びせん断補強筋を考慮したせん断耐力を算出し 検定値を求める wft= 95 (N/ mm ) せん断補強筋 -D10@00 あばら筋比 pw=a w/b x = 71 / 180 00 = 0.004 a w:1 組のあばら筋の断面積 b: はりの幅 x: あばら筋間隔 Q As =b j(α f s + 0.5 wft (pw- 0.00) - 9/41 -
4 α= 1 α M/(Q d)+1 M/(Q d)=l/d= 910 / 400 =.8 α= 4 /(.8+1)= 1. (L =L0: 開口部スパン ) Q As = 180( mm) 350( mm) 1. 0.9 (N/ mm ) +180( mm) 350( mm) 0.5 95 (N/ mm ) ( 0.004-0.00) = 69,174 (N) +18,585(N)= 87,759(N) 87.8( kn ) Qs =60.5 検定値 0.69 XA 通り Y- Y4 間の短期許容曲げモーメントの対応 原設計の短期許容曲げモーメント M As =a t f t j= 398( m m ) 95 (N/ mm ) 350( mm)= 41,093,500(N mm) 41.1( kn m). 上下の主筋 - D16(a t = 398 m m ) を 4- D13(a t = 508 m m ) に変更する 上下筋が 段配筋となるため d( 壁梁の有効せい ) を 梁せい (D- 70mm) とする a t = 508 m m d= 450-70 = 380 j=d 7/8 = 333( mm) M As =a t f t j= 508( m m ) 95 (N/ mm ) 333( mm) = 49,903,380(N mm) 49.9( kn m) FMs= 44.0 検定値 0.88 XA 通り Y- Y4 間の短期許容せん断力の再検討 壁ばりの許容せん断力は αを 1.0 とし せん断補強筋による耐力を無視して算定しているため α 及びせん断補強筋を考慮したせん断耐力を算出し 検定値を求める wft= 95 (N/ mm ) せん断補強筋 -D10@00 あばら筋比 pw=a w/b x = 71 / 180 00 = 0.004 a w:1 組のあばら筋の断面積 b: はりの幅 x: あばら筋間隔 上記 短期許容曲げモーメントの対応のため 主筋を変更し 段配筋としているため d= 450-70 = 380 j=d 7/8 = 333( mm) となる Q As =b j(α f s + 0.5 wft (pw- 0.00) 4 α= 1 α M/(Q d)+1 M/(Q d)=l/d= 180 / 400 = 4.55 α= 4 /( 4.55+1)= 0.7 α= 1.0 (L =L0: 開口部スパン ) Q As = 180( mm) 333( mm) 1.0 0.9 (N/ mm ) +180( mm) 333( mm) 0.5 95 (N/ mm ) ( 0.004-0.00) = 53,946 (N) +17,68(N)= 71,68(N) 71.6( kn ) Qs =59.78 検定値 0.83-30/41 -
耐力壁の補強筋及び壁配筋図 縦筋及び横筋の鉄筋比 ( 耐力壁の壁面と直交する断面 ( 縦筋にあっては水平断面 横筋にあって は鉛直断面 ) におけるコンクリートの断面積に対する鉄筋の断面積の和の割合をいう ) は 壁式 鉄筋コンクリート造設計施工指針により 0.5 % 以上とし 耐力壁の端部などの曲げ補強筋は 開 口高さにかかわらず -D16 とする 縦筋及び横筋の鉄筋比 縦 横筋共 D10@00 180 D10=71m m 00 00 00 00 00 71m m 10 / 1000 180 = 0.0039 = 0.39 % 0.5 % 1,000 180 耐力壁及び耐力壁端部の配筋 開口部端 開口部端 -D16 -D16 出隅 ( L 形 ) 部分 T 形部分 3-D16,1-D13 -D16,-D13 壁 : 縦 横筋共 D10@00 以内 180 開口部端 開口部端 -D16 -D16 十字形部分 I 形部分 4-D13 4-D16 壁 : 縦 横筋共 D10@00 以内 - 31/41 -
スラブの設計 Mx1 Mx1 Lx: 短辺有効スパン Ly: 長辺有効スパン λ= Ly / Lx My1 Mx W: 単位面積についての全重量 Ly 4 Wx = W Ly 4 4 Lx + Ly My Mx1= - Wx Lx / 1 Mx= Wx Lx / 18 My1 My1= - W Lx / 4 My= W Lx / 36 Lx 床スラブ厚さの最小値 t= 0.0 λ-0.7 W Lx 1+ + λ-0.6 10 10000 Lx 1 階床スラブ ( 最大のスラブで算定 ) 3,640 t = 150 mm Lx = 3640 Ly = 4095 λ = Ly / Lx = 1.15 W=5.9 kn/ m Wx = [ 81. /( 175.5+81.)] 5.9 = 3.63 4,095 A 断面 t x = 10 mm j x = 105 mm t y = 110 mm j y = 96 mm Mx1= - Wx Lx / 1 = - 3.63 3.64 / 1 = -4.0 knm/m 6 a t = M /f t j= 4.0 10 / 196 105 = 194( m m /m) D10@363 ( D10=71( m m ) 71/194=@ ( m)) Mx= Wx Lx / 18 = 3.63 3.64 / 18 =.7 knm/m < Mx1 My1= - W Lx / 4 = - 5.9 3.64 / 4 = -3.3 knm/m 6 a t = M /f t j= 3.3 10 / 196 96 = 175( m m /m) D10@405 ( D10=71( m m ) 71/175=@ ( m)) My= W Lx / 36 = 5.9 3.64 / 36 =. knm/m < My1 t= 0.0 0.81 ( 1+0.59+0.364) 3640 = 115 < t = 150 mm 短辺方向を上筋とする A 断面上下筋とも D10@00 とする 短辺方向を下筋とする 階バルコニー P t = 180 mm t x = 150 mm j x = 131 mm W W=8.5 kn/ m P= 1.0 kn/m 910 M = WL / + PL = 3.5 + 0.9 = 4.3 knm/m 6 a t = M /f t j= 4.3 10 / 196 131 = 167( m m /m) D10@45 ( D10=71( m m ) 71/167=@ ( m)) - 3/41 - 上下筋とも D10@00 とする
参考として 車庫用の積載荷重を用いてスラブ配筋を算出する 3,640 t = 150 mm Lx = 3640 Ly = 4095 λ = Ly / Lx = 1.15 W=9.6 kn/ m Wx = [ 81. /( 175.5+81.)] 9.6 = 5.91 4,095 t x = 10 mm j x = 105 mm t y = 110 mm j y = 96 mm Mx1= - Wx Lx / 1 = - 5.91 3.64 / 1 = -6.5 knm/m 6 a t = M /f t j= 6.5 10 / 196 105 = 316( m m /m) D10@4 ( D10=71( m m ) 71/316=@ ( m)) Mx= Wx Lx / 18 = 5.91 3.64 / 18 = 4.4 knm/m < Mx1 My1= - W Lx / 4 = - 9.6 3.64 / 4 = -5.3 knm/m 6 a t = M /f t j= 5.3 10 / 196 96 = 81( m m /m) D10@5 ( D10=71( m m ) 71/81=@ ( m)) My= W Lx / 36 = 9.6 3.64 / 36 = 3.5 knm/m < My1 t= 0.0 0.81 ( 1+0.96+0.364) 3640 = 137 < t = 150 mm 上下筋とも D10@00 とする - 33/41 -
基礎の設計 GL からの立ち上がり 基礎底面までの長さ ( 凍結深度以下 ) は 設計に合わせて設定し 地耐力は 建設地の地盤調査等により決定してください 軸力で算出済み 想定 地耐力長期 Lf a = 100( kn/ m ) 300 00 kn/ 地耐力短期 sf a = ( m ) GL 1 階スラブを含む荷重は 軸力の算定で算出済みで 139.( k N) 平均重量は 139. /9.1 4.095 = 37.4 ( kn/ m ) 1,000 埋め戻し 1,150 1 階スラブから基礎底面までの重量は コンクリート 4( kn/m3) 埋め戻し土 16( kn/m3 ) であることから 平均重量を 0( kn/m 3 ) として [ 布基礎幅 1 階スラブ下から基礎底面までの長さ] 分の重量を加算する ( 外周まわりの重量は 一部埋め戻し分の重量を 180 拾いすぎとなるが 安全側である ) 基礎ばり負担面積及び接地圧 Y 方向 A B C D E F G 4.095 X 方向 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 910 4.14 m 3.31 m 9,100.90 m 0.83 m 4.14 m 3.31 m 910 布基礎幅の概算 延べ基礎長さは 4.095 4 + 9.100 = 34.58m 1 階スラブを含む荷重は 139.( kn) で荷重が均等だと想定すると基礎 1 m あたり 139.( kn) 34.58m = 40.3( kn/m) 埋め戻し土を含む基礎自重は 1 m あたり 0( kn/m3) 1.0 1.15 = 3.0( kn/m) 布基礎の概算の必要幅をBとすると 40.3( kn/m) 3.0( kn/m) + B( m) B( m) < Lf a=100( kn/ m ) 0.63 <B 0.7m と仮定 幅 0.7m の埋め戻し土を含む基礎自重は 1 m あたり 0( kn/m3) 0.7 1.15 = 16.1( kn/m) - 34/41 -
以下の基礎フーチングの設計幅の算定は 1 階から3 階までが同一の大きさ ( 平面 ) であるため 1 階から3 階までの合計重量の平均により算出しているが 各階で平面の大きさが異なる場合は 各階ごとに重量を算出し 区間ごとに合計する必要がある 基礎自重は 基礎幅 0.7m で加算し 設計幅を決定するが 設計幅が想定した幅と同じだと問題ないが 変更する場合は 変更した幅に合わせ基礎自重も変更し 再チェックを行う なお 設計幅は 全体のバランスを考え 基本的に通りごとに設定する 通 区 間 負担 1 階床か L 1 3 基礎 4+5 4+5 面積 ら上部の ( m) ( kn/m) 自重 100 設計幅 ( m ) 平均重量 ( kn/m) ( Lf a) ( kn/ m ) 計算幅 設計幅 接地圧 1 3 4 5 ( m) ( m) ( kn/ m ) Y1 XA-XG 4.14 37.4 4.095 37.81 16.1 0.54 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.5 0.60 86.0 Y5 XA-XG 7.04 37.4 4.095 64.30 16.1 0.80 0.90 幅 0.9m の自重 0.7 0.85 0.90 94.4 Y7 XA-XG 7.04 37.4 4.095 64.30 16.1 0.80 0.90 幅 0.9m の自重 0.7 0.85 0.90 94.4 Y11 XA-XG 4.14 37.4 4.095 37.81 16.1 0.54 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.5 0.60 86.0 XA Y1-Y5 3.31 37.4 3.640 34.01 16.1 0.50 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.48 0.60 79.7 XA Y5-Y7 0.83 37.4 1.80 17.06 16.1 0.33 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.31 0.60 51.4 XA Y7-Y11 3.31 37.4 3.640 34.01 16.1 0.50 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.48 0.60 79.7 XG Y1-Y5 3.31 37.4 3.640 34.01 16.1 0.50 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.48 0.60 79.7 XG Y5-Y7 0.83 37.4 1.80 17.06 16.1 0.33 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.31 0.60 51.4 XG Y7-Y10 3.31 37.4 3.640 34.01 16.1 0.50 0.60 幅 0.6m の自重 13.8 0.48 0.60 79.7-35/41 -
基礎フーチングの断面算定 Y5 通り XA- XG 間で算定 D= 00( mm) d= 00-80 = 10( mm) 300 j= 10 7 / 8 = 105( mm) GL L = 360( mm) 接地圧 P = 94.4( kn/ m ) : 長期 L=360 モーメント M せん断力とも1mあたりで算出 1,000 M = PL / = 94.4 0.36 / = 6.1( kn m/m) Q= PL = 94.4 0.36 = 34.0( kn/m) 必要鉄筋断面積 6 00 a t = M /f t j= 6.1 10 / 196 105 = 96( m m /m) D10@40 900 ( D10=71( m m ) 71/96=@ ( m)) せん断応力度 3 τ=q/ B j= 34.0 10 / 1000 105 = 0.3 <f s = 0.6 (N/ mm ): 長期 以上により基礎フーチング幅 900 600 とも D10@00 とする なお 混構造で 3 階が軽量なため 長期で設計し短期時の検討は省略する 参考長期地耐力が 計算例のように 100( kn/ m ) 程度 見込めない場合などには 基礎フーチングの幅が大きくなりすぎる場合がある この場合は 基礎をべた基礎として スラブを耐圧版として設計する必要があり 耐圧版と1 階スラブの空間は 埋め戻ししないので 荷重を積算する際には注意してください また 耐圧版の設計は 接地圧による設計となりますが dは 耐圧版 Dから 80mm 引いて 必要鉄筋断面積を求め せん断応力度のチェックを行います - 36/41 -
基礎ばりの設計 前述の接地圧を受ける両端固定のはりとして端部モーメントを算出 中央部はM 0-0.6 C とする なお 壁ばりと比較すると基礎ばりは 剛性が高いため 検討スパンは開口部の幅とし 中央モーメントも固定端モーメントを考慮した値を採用する M= WL /4 M 0-0.6 C M 0= WL /8 C=WL /1 C=WL /1 Q 0 =WL/ Q 0=WL/ 基礎ばりの長期応力 通 区 間 L 基礎幅 接地圧 W C M 0 M 0 - Q 0 ( m) ( m) ( kn/ m ) ( kn/m) ( kn m) ( kn m) 0.6 C ( kn) ( kn m) W L W L W L 1 1 1 8 Y1 XC-XF 1.365 0.6 86.0 51.6 8.01 1.0 7.1 35.0 Y5 XD-XF 0.910 0.9 94.4 85.0 5.87 8.80 5.8 38.68 Y7 XD-XG 1.80 0.9 94.4 85.0 3.46 35.19 1.11 77.35 Y11 XB-XE 1.80 0.6 86.0 51.6 14.4 1.36 1.8 46.96 XA Y-Y4 1.80 0.6 79.7 47.8 13.19 19.79 11.88 43.50 XG Y-Y4 1.80 0.6 79.7 47.8 13.19 19.79 11.88 43.50 XG Y5-Y6 0.910 0.6 51.4 30.8.13 3.19 1.91 14.01 XG Y8-Y10 1.80 0.6 79.7 47.8 13.19 19.79 11.88 43.50 * XA 通り ( Y5- Y7) ( Y7- Y11) は 開口部がないので算定不要 地中ばりは 同じ通りの XA 通り ( Y- Y4) の断面で配筋する - 37/41 -
標準断面の許容応力度及びはりの検定値 基礎ばりの断面算定も壁ばりの断面算定と同様に 標準断面の許容曲げモーメント 許容せん断応力度を求め 各部分の検定値が 1.0 を超えないことを確認する 基礎ばり標準断面 b D= 180 1300 d= 1300-80 = 10 j= 10 7/8 = 1067 mm 上下筋とも -D16 a t = 199( m m ) = 398 m mせん断補強筋 -D10@00 *dのはり有効せいは 基礎ばりなので かぶり厚さを考慮し 80mm 減じる 異形棒鋼の断面積 D10=71( m m ) D13=17( m m ) D16=199( m m ) D19=87( m m ) 短期荷重時許容曲げモーメント及び許容せん断力 壁梁の短期許容曲げモーメント M As= a t f t j =398( m m ) 95 (N/ mm ) 1067( mm ) =15,76,470(N mm) 15.3( kn m) 壁梁の短期許容せん断力 α=1.0 で算定 ( 安全側 ) Q As= b j α f s =180( mm) 1067( mm) 1.0 0.9 (N/ mm ) =17,854(N) 17.9( kn) 長期荷重時許容曲げモーメント及び許容せん断力 壁梁の長期許容曲げモーメント M As =a t f t j =398( m m ) 196 (N/ mm ) 1067( mm)= 83,34,536(N mm) 83.( kn m) 壁梁の長期許容せん断力 α=1.0 で算定 ( 安全側 ) Q As= b j α f s =180( mm) 1067( mm) 1.0 0.6 (N/ mm ) =115,36(N) 115.( kn) 一般的には 長期荷重では問題ないが 長い耐力壁に取り付く壁ばりの曲げモーメント及びせん断力が 標準断面の許容応力度を超える場合がある 曲げモーメントが許容応力度を超える場合 1 上下の主筋 - D16(a t = 398 m m ) を 4- D13(a t = 508 m m ) に変更する この場合 主筋が 段配筋となるため d( 壁梁の有効せい ) の修正も必要となる ( 主筋を 3- D16 4-D16 に変更する方法もあるが 主筋の定着長さや定着位置の関係からコンクリートの充填がうまくいかない場合もあるため この計算例では不可とする ) 段配筋で収まらない場合は 段配筋で収まるように はりの幅を変更する せん断力が許容応力度を超える場合 1 詳細な許容せん断力をもとめ検定値が1.0を超えないことを確認する せん断補強筋を変更する ( -D10@00 - D10@100) 3はりの幅を変更する (B= 180 00) 曲げモーメントが許容応力度を超える場合は 1 せん断力が許容応力度を超える場合は 1 3 で対応する なお はり幅を変更しても 応力計算 基礎設計の重量には影響しない ただし 配筋の関係から 同じ通り芯のはり断面の寸法 (B) は すべて同一に変更する必要がある なお せん断補強筋で対応できる場合は 再検討したはり部分のみの補強とする - 38/41 -
基礎ばりの応力及び検定値 地震時のはり端モーメント (FMs) は 長期時の固定端モーメント (C) に地震時のはり端の最大モーメント (FM) を加算する ( 短期応力図は X Y 方向それぞれ一方向の計算を行っているが それぞれの逆方向も同一の数値となるため FMs= C( 固定端モーメント )+FM( 最大値 ) となる ) 地震時のはりせん断力 (Qs) は 長期時のせん断力 (Q 0) に せん断破壊を先行させないように地震時のはりせん断力 (Q E ) の 倍を加算する FMs= C+FM Qs= Q 0 + Q E 長期荷重 地震時荷重最大値 短期荷重最大値 通 区 間 位置 L C M0-0.6C Q 0 FM Q E FMs Qs ( m) ( kn m) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) Y1 XC-XF 1F 1.365 8.01 7.1 35.0 9.9 3.8 37.91 100.80 標準断面に対する検定値 0.10 0.09 0.31 0.30 0.58 Y5 XD-XF 1F 910 5.87 5.8 38.68 7. 41.8 33.07 1.8 標準断面に対する検定値 0.07 0.06 0.34 0.6 0.71 Y7 XD-XG 1F 1.80 3.46 1.11 77.35 46.0 5. 69.46 17.75 標準断面に対する検定値 0.8 0.5 0.67 0.55 0.74 Y11 XB-XE 1F 1.80 14.4 1.87 46.96 7.6 5. 41.84 97.36 標準断面に対する検定値 0.17 0.15 0.41 0.33 0.56 XA Y-Y4 1F 1.80 13.19 11.88 43.50 61.8 38.9 74.99 11.30 標準断面に対する検定値 0.16 0.14 0.38 0.60 0.70 XG Y-Y4 1F 1.80 13.19 11.88 43.50 0.1 14.1 33.9 71.70 標準断面に対する検定値 0.16 0.14 0.38 0.7 0.41-39/41 -
FMs= C+FM Qs= Q 0 + Q E 長期荷重 地震時荷重最大値 短期荷重最大値 通 区 間 位置 L C M0-0.6C Q 0 FM Q E FMs Qs ( m) ( kn m) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) ( kn m) ( kn) XG Y5-Y6 1F 910.13 1.91 14.01 1.6 0.0 14.73 54.01 標準断面に対する検定値 0.03 0.0 0.1 0.1 0.31 XG Y8-Y10 1F 1.80 13.19 11.88 43.50 19.5 15.3 3.69 74.10 標準断面に対する検定値 0.16 0.14 0.38 0.6 0.43 検定値が 1.0 を超えた場合の再検討 壁ばりの検討を参照してください - 40/41 -
はり及び基礎の配置 ( 配筋図 ) A B C D E F G A B C D E F G 4.095 4.095 F1 10 11 9 8 7 6 5 4 3 1 910 G1 G1 9,100 G1 910 G1 G G 1 G 1 G 1 1 F F F 1 F Y 方向 F1 基礎ばりは すべて FG1 X 方向 階床伏図基礎伏図 G1 B D=180 450 FG1 B D=180 1300 上端 下端筋共 - D16 上端 下端筋共 -D16 あばら筋 D10 - -@00 あばら筋 D10 - -@00 腹筋 - D10 腹筋 - D10 (@300 以内 ) 幅止め筋 D10@1000 幅止め筋 D10@1000 G B D=180 450 F1 上端 下端筋共 4-D13 300 あばら筋 D10 - -@00 腹筋 -D10 1000 幅止め筋 D10@1000 00 600 F 300 1000 00 900 F1 F 共通配筋 D10 @00 - D13-41/41 -