JP2007177469A

JP2007177469A - 耐震建築物の躯体特性の測定方法

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Publication number: JP2007177469A
Application number: JP2005375814A
Authority: JP
Inventors: Sumio Kobayashi; 澄夫小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12

Abstract

【課題】
本発明は、地震時に建物が回転してしまうことを抑制して、建物自体が本来有している耐力を発揮させることにより、耐震性に優れた建築物の提供が可能となるための、建築物の躯体特性の測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
地震力作用時における建物の回転作用を起こさせないための、耐震木造建築物の躯体特性の測定方法として、地震力の作用する重心位置を求め、剛性と重心距離との積から剛性モーメントを算出して左右別に総和し、左右のモーメント比を求めて容易に判断・指標とすることができる耐震木造建築物の躯体特性の測定方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震時に建物が回転してしまうことを抑制して、建物自体が本来有している耐力を発揮させることにより、耐震性に優れた建築物の提供を可能とするための、建築物の躯体特性の測定方法に関するものである。

現在、木造建築物の耐震性を確保するために、建築基準法施行令や建設省告示によって具体的な方法が規定されている。これらの規定の目的は、建物の偏心、すなわち、重心と剛心との座標差を極力小さくすることで、地震時に建物が回転してしまうことを抑制して、建物が持っている本来の耐力を発揮させることである。

地震動の際に、建物が一様に揺れるほかに回転を起こしてしまうと、それによって大きな変形を強いられる部位が生じて、木造建築の場合には、柱が土台から抜ける、あるいは２階や屋根を支える梁が柱から落下するなどによって、いずれの場合も変形の大きい部分から崩壊してしまうことになる。つまり、建物の弱い部分から崩壊してしまうことになるから、耐力を発揮することができないのである。そこで、この弱い部分をなくして耐震的とするためには、地震時に建物が回転してしまうことを防止することが重要となる。

ここで、地震時の耐力壁の抵抗能力（剪断耐力）によって、建物が回転を起こしやすいのか、起こしにくいのか、その程度を表すのに、従来は「釣合い（良く）」とか「バランス（良く）」と表現しているが、ここでは個々の建物の構造体（躯体）に特有の性質であるから、以下、「躯体特性」ということにする。

木造建築物の耐力要素（一般には耐力壁）の配置の基準については、建築基準法施行令４６条１項、及び建設省告示１３５２号（平成１２年）によって、側端部分の壁率比（０．５以上、または充足率が両側端部ともに１以上。充足率比、４分割法、または単に簡易法ともいう）によるか、または、偏心率（０．３以下）によるかの、どちらかによることと定められている。

しかし、壁率比によると、次のような問題点が生ずる。（ａ）わずかな寸法の違いによって、２階部分が１階の側端部分に入るか入らないかにより、その部分の扱いが２階建てか平屋となるから、告示による「必要壁量」が建築基準法施行令４６条４項表二により、２．２〜２．６倍違ってくる。（ｂ）１つの耐力壁線が側端部分に含まれるか含まれないかによって、告示による「存在壁量」（通常、ひとつの耐力壁線には複数の耐力壁を含む）は、数倍又は数分の一となり、大幅に異なることがある。（ｃ）両側の側端部分の「充足率」が１を超える場合については、規定がない（十分であると想定している）ため、何倍違っても良いこととなる。（ｄ）同じ側端部分でも、その最外側と内側では建物の回転を問題とする場合には、耐力壁の効果は位置（重心からの距離）の違いによって、２倍程度違ってくるのに、これを同等に扱っている。また、中央部分（全体の半分）の範囲は考慮せず無視しているが、これらは精度を低下させる原因となっている。これらの問題点のうち、（ａ）と（ｂ）は、本来はわずかな違いとなるはずであるが、壁率比では大きな違いとなってくる。また、（ｃ）の場合、壁量が大幅に違ってくる場合には、回転を問題とすると、取りも直さず耐力壁配置のバランスが悪いこととなるが、なにも規定されていない。このため悪くても可となってしまう場合がある。さらに、（ｄ）の場合も耐力壁の配置によっては（ｃ）の場合と同じで、これらの結果は、必然的に精度を低いものにしているという問題点がある。

告示のもう一つの方法に、偏心率による方法がある。これは、建築基準法施行令第８２条の３、二号等によって、（ｈ１）重心位置・剛心位置・偏心距離を求め、（ｈ２）ねじり剛性を計算し、（ｈ３）弾性半径を求め、（ｈ４）偏心率を求めて計算することになる。

しかしながら、前記偏心率の手順によると、（ｅ）前記（ｈ１）の重心位置は平面が決定すれば定まる（木造の場合、固定加重を積載加重と同じく、単位面積当たりに均して取り扱う）のに対して、剛心位置は耐力壁の数量、または数量が同じであっても、配置が少しでも変わると違ってくるので、この後の計算がすべて再計算となり、繰り返し計算・検討が煩雑となる。（ｆ）偏心率では、一方向のみ耐力壁を変更（数量及び配置）した場合に、変更のない他方向の偏心率も異なる結果（ねじり剛性を求めるのに、両方向の数値を加算するため）となり、不合理である。また、偏心率の数値からは耐力壁配置の相対的な強弱が分からず、検討するに不便である（剛心位置を検討するにも、検討がつきにくく、結果を知るには計算をしなければならない）。

そこで、偏心率については、簡単な加減乗除で手軽に偏心をチェックでき、設計者自身がプラン毎に偏心率の計算を行わなくともある程度の目安がわかり、プランニングの初期段階に有効に活用することができる偏心の簡易チェック方法を提供する技術が提案されている（特開２００２−１３８５６８）。しかしながら、該チェック方法によっては前記問題点（（ｅ）・（ｆ））の解決には至っていない。
特開２００２−１３８５６８号公報

上記問題点を解決するため、本発明は、地震時に建物が回転してしまうことを抑制して、建物自体が本来有している耐力を発揮させることにより、耐震性に優れた建築物の提供が可能となるための、建築物の躯体特性の測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、地震力作用時における建物の回転作用を起こさせないための、耐震建築物の躯体特性の測定方法であって、地震力の合力が作用する建物の重心位置を求め、剛性と重心距離との積から剛性モーメントを算出して左右別に総和し、左右のモーメント比を求めて容易に判断・指標とすることができることを特徴とした構成となっている。

本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法によれば、重心廻りの剛性（又は回転）モーメント比として、理解しやすいという優れた効果を奏する。

また、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法によれば、剛心位置には関係なく計算できるので、偏心率より直接的にバランスの良し悪しを求めることができ、モーメント比の数値から、重心位置に対する相対的な強弱が分かるので、検討作業がしやすいという効果を得ることが可能となる。

さらに、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法によれば、偏心率より計算が簡単で、繰り返し計算や検討なども容易となる効果を発揮する。

またさらに、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法によれば、偏心率とモーメント比には一定の相関があり（モーメント比１００％では、重心と剛心が一致して偏心が生じないので、偏心率は常にゼロとなる）、偏心率と同等の精度が得られる。

そして、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法によれば耐震設計の他にも、耐震診断や耐震改修時の検討や解析等にも資する点において有効である。

本発明は、地震力作用時における建物の回転作用を起こさせないため、地震力の作用する重心位置を求め、剛性と重心距離との積から剛性モーメントを算出して左右別に総和し、左右のモーメント比を求めて容易に判断・指標とすることができる測定方法であることを最大の特徴とする。以下、上記構成によって構築される耐震建築物の躯体特性の測定方法を実行するにあたって、一連の算出手段並びに測定方法について計算例、図面及び表に基づいて説明する。

図１は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法を示す参考図である。地震時において地震力が作用する時の耐力壁の働きによって、建物が回転しやすいかどうか、その程度（バランスの良し悪し）を判別するためには、地震力の合力の作用点である重心廻りのモーメント比を考えることで解決できる。そこで、最も簡単な場合について、図に示すような地震力（合力）と耐力壁の剪断耐力が釣合っている状態を考えると、剪断耐力の合計＝地震力（合力）であるが、これだけでは不十分で、さらに建物が回転を起こさない為には、重心廻りのモーメントが釣合う必要がある。重心廻りのモーメントが釣合った状態での、剪断耐力の合力は重心位置に作用するが、そうでない場合は、剪断耐力の合力は重心位置を外れて偏心を生じることなり、建物を回転させる原因となってしまう。

つまり、地震力の作用する重心位置から両側の耐力壁の剛性（剪断耐力）の効果（モーメント）が釣合えば、建物が回転を生ずることはない。このとき、耐力壁の剛性（剪断耐力）は地震力と釣合って等価であるから、これを「力」とみなして、建物を回転させる要因として、重心からの距離（重心距離）との積であるモーメントを総和することで、両側のモーメント比（剛性モーメント比、または回転モーメント比）を求めることによって容易に判断することができる。

表１は、従来の測定方法である壁率比及び偏心率と、本発明にかかるモーメント比の計算方法を示したものである。

表１（ａ）は、従来の偏心率による計算方法を示しており、表１（ｂ）は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法としての、モーメント比による計算方法を示している。計算の順序としては、まず、地震力の作用する重心位置を求め、剛性と重心距離との積から剛性モーメントを算出して左右別に総和し、左右のモーメント比を求める。このうち、剛性モーメントの総和は、偏心の場合のねじり剛性ＫＲ（表１（ａ）））の計算に似ているが、距離はそのままかけるところが異なる。

次に、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法を、以下の具体的な計算例に基づいて説明する。表２は、従来の測定方法である壁率比及び偏心率と、本発明にかかるモーメント比との比較を示したものである。ここで、各判別法の下段の数値は、各例間取り図のカッコ内寸法の場合である。また、告示に基づく「壁率比」の場合、１階側端部分の面積には２階バルコニー面積の４０％を含んでいるが、含まなくても、壁率比はほとんど違わず同じ結果となる。さらに、耐力壁は、基準施行令による４５×９０（有効倍率２）を想定し、可、不可の判定（表２では○×で示している）は建設省告示第１３５２号に基づく。またさらに、表２に記載した壁率比欄の○印右の空欄は、壁量充足率がともに１以上となる場合（この場合告示によって可）である。

表２は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法と従来の測定方法との計算例の結果を示す対比表である。

図２は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第一の計算例（計算例Ａ）を示す間取り図であり、１階左側の側端部分が、２階屋または平屋となる例を示している。壁率比で、２階屋扱いの場合は、１階梁間方向左側の「存在壁量」が少なく不可であるが、平屋扱いとなると「必要壁量」が小さくなる為、充足率が１以上となり可となる。偏心率ではどちらの場合も不可である。なお、２階については壁率比で両方向とも充足率が１以上となり、可であるが、偏心率では梁間方向が不可となる（表２参照）。

図３は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第二の計算例（計算例Ｂ１）を示す間取り図であり、１階上部の側端部分に１つの耐力壁線が入ったり、入らなかったりする例を示している。耐力壁線が入ると、壁率比で桁方向上部側端部分の存在壁量が２．５倍となるが、この例では入っても入らなくても、充足率は１以上となり可である。ただし、梁間方向では右側側端部分の「存在壁量」が少なく不可であるが、偏心率では０．１程度で可となる。２階部分は、壁率比で両方向とも充足率が１以上で可であるが、偏心率では梁間方向が不可となる。なお、２階桁方向の耐力壁配置は、後述する計算例Ｂ２とまったく同じであるが、偏心率は０．３以下となり、かろうじて可（Ｂ２の例では０．３以上となって不可、モーメント比では両方とも３３．１％と同じ値を示す）となり、まったく同じものでも異なる結果（偏心率）となる（表２参照）。

図４は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第三の計算例（計算例Ｂ２）を示す間取り図であり、前例Ｂ１と同じ平面であるが、耐力壁配置が異なる例を示している。１階は、壁率比で桁方向上部側端部分の「存在壁量」が少なく不可であるが、耐力壁線が側端部分に含まれると存在壁量が増えて（この例では４倍）充足率が１以上となって可となるが、偏心率ではどちらの場合も可である。一方、１階梁間方向では壁率比の充足率が１以上で可であるが、偏心率では不可となる（表２参照）。２階も壁率比で、両方とも充足率が１以上で可であるが、偏心率では桁方向が不可である（間取り及び耐力壁配置がまったく同じ、つまり重心、剛心位置、偏心距離などが同じであるにもかかわらず、偏心率では他方向の影響を受けて異なる結果となる）。

図５は、本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第四の計算例（計算例Ｃ）を示す間取り図であり、１、２階とも右側の側端部分に１つの耐力壁が入ったり、入らなかったりする例を示している。１階は、壁率比で梁間方向の左側側端部分の「存在壁量」が少なく、不可であるが、右側の耐力壁が含まれないと、右側側端部分の「存在壁量」が減り（この例では１／２）充足率が小さくなって、壁率比はかろうじて可（０．５以上）となるが、偏心率ではどちらも可である。２階は、壁率比で上部側端部分の「存在壁量」が少なく、桁方向で不可であるが、偏心率ではどちらも可である（表２参照）。

本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法は、地震時に建物が回転してしまうことを抑制して、建物自体が本来有している耐力を発揮させることにより、耐震性に優れた建築物の提供をはかるものであるが、例えば、高精度の工作機械の設計や重量物の建造に際しても応用が可能であり、建築の分野のみならず幅広い産業の分野に応用することができ、その利用可能性は非常に大である。

本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法を示す参考図である。本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第一の計算例を示す間取り図である。本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第二の計算例を示す間取り図である。本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第三の計算例を示す間取り図である。本発明にかかる耐震建築物の躯体特性の測定方法に基づく第四の計算例を示す間取り図である。

Claims

地震力作用時における建物の回転作用を起こさせないための、耐震建築物の躯体特性の測定方法であって、地震力の合力が作用する建物の重心位置を求め、剛性と重心距離との積から剛性モーメントを算出して左右別に総和し、左右のモーメント比を求めて容易に判断・指標とすることができる耐震建築物の躯体特性の測定方法。