JP5825526B2 - 建築物の設計方法及び構造躯体 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の設計方法及び構造躯体に関し、特に、梁勝ちの架構で耐力壁を有する住宅において、梁の曲げ戻し効果を考慮して耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力を決定する建築物の設計方法及びその設計方法により設計された構造躯体に関する。

従来より、建築物の設計方法において、耐力壁を構成する柱に生じる付加軸力を算出する際に、梁の曲げ戻し効果の影響を反映する計算方法が種々知られている。

このような建築物の設計方法として、例えば、耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力を算出する際に、電子計算機を利用した構造解析による応力計算が行われており、マトリクス法を用いて梁の曲げ変形及び柱の軸変形まで考慮した応力計算が行われている。このような、マトリクス法を用いた応力計算を行うと、梁の曲げ戻し効果も自動的に反映されることになる。

また、木造枠組壁工法の設計において、水平力に対する架構の応力解析方法として、耐力壁の反曲点高比を例えば０．５に仮定して壁柱にラーメン置換する簡易計算方法が開示されている（非特許文献１）。また、木造軸組工法の設計における許容応力度計算においても、ラーメン置換の計算方法が開示されている（非特許文献２）。

また、柱頭柱脚接合部が所定の仕様によらない場合の計算方法として、曲げ戻し係数によって必要引抜耐力を求めるＮ値計算法が用いられている（非特許文献３）。

枠組壁工法建築物 構造計算指針 ２００７年，日本ツーバイフォー建築協会，２００７年 木造軸組工法住宅の許容応力度設計（２００８年度版），財団法人日本住宅・木材技術センター，２００８年 ２００７年度版 建築物の構造関係技術基準解説書，建築物の構造関係技術基準解説書編集委員会編集・国土交通省住宅局建築指導課監修，９６頁から１０４頁，２００７年８月

マトリクス法を用いた計算方法は、構造解析により応力計算を行うために、節点の回転角及び鉛直変位を全ての節点毎に未知数とする多元連立方程式を解く必要があるので、極めて煩雑な計算となる問題点が挙げられる。

また、ラーメン置換による設計方法やＮ値計算方法に準拠した設計方法においては、梁の曲げ戻し効果に、耐力壁を構成する柱及び耐力壁に隣接する柱の間の距離、耐力壁の配置、建築物の階数などの架構条件による影響が反映されない問題がある。

一方、建築物の設計方法において、梁の曲げ戻しの影響を無視すると、余分な強度が必要となり、部材が不必要に大きくなりコストを増大させる要因となる。

そこで、梁の曲げ戻しを考慮した建築物の設計方法であって、比較的簡単で、様々な架構条件を反映することができる建築物の設計方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の建築物の設計方法は、耐力壁の負担せん断力を決定する第１のステップと、前記耐力壁上に架設される梁の架構条件に基づいて、前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力に前記梁の曲げ戻し効果を反映するための付加軸力低減率の基準値を算出する第２のステップと、前記付加軸力低減率の基準値を所定の補正条件に基づいて補正して前記付加軸力低減率の補正値を算出する第３のステップと、前記負担せん断力と前記付加軸力低減率の補正値に基づいて前記耐力壁を構成する斜材の上下の端部が固定される柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力を算出する第４のステップと、を備える建築物の設計方法であって、前記架構条件は、少なくとも前記耐力壁を構成する２本の柱材の間の距離、及び前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離を含み、予め前記耐力壁を構成する２本の柱材の間の距離、及び前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離毎に、前記付加軸力低減率の基準値を算出した付加軸力低減率表を記録しておき、前記第２のステップは、当該付加軸力低減率表に基づいて、前記付加軸力低減率の基準値を算出するものであり、前記所定の補正条件は、２以上の前記耐力壁が連続して同一の梁の直下に設けられる場合には、前記耐力壁の柱材のうち隣接する耐力壁側の柱材の前記付加軸力低減率の補正値をゼロとするとともに、隣接する耐力壁と反対側の柱材の付加軸力低減率の補正値を前記付加軸力低減率の基準値に予め定められた１未満の数値を乗じた値とし、２以上の前記耐力壁が互いに間隔を開けて同一の梁の直下に設けられる場合には、前記耐力壁を構成する柱材のうち、隣り合う耐力壁に近接する柱材の前記付加軸力低減率の基準値を算出する際に用いる前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離の値を、前記耐力壁と間隔を開けて同一の梁の直下に設けられる耐力壁との間の距離に予め定められた１未満の数値を乗じた値に置き換えて付加軸力低減率の基準値を算出した値を付加軸力低減率の補正値として採用し、建築物が複数階からなる場合であって、異なる階の前記耐力壁が平面視で重なる位置に設けられる場合には、前記耐力壁を構成する柱材のうち、異なる階で平面視同一位置にある柱材の付加軸力低減率の補正値を、前記付加軸力低減率の基準値に１以上の数値を乗じた値とすることを特徴としている。

請求項２に記載の建築物の設計方法は、前記所定の補正条件は、２以上の前記耐力壁が連続して同一の梁の直下に設けられる場合には、前記耐力壁を構成する柱材のうち、隣り合う耐力壁に近接する側の柱材と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離を無限大として付加軸力低減率の基準値を算出した値を付加軸力低減率の補正値として採用することを更に含むことを特徴としている。

請求項３に記載の建築物の設計方法は、前記所定の補正条件は、予め前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離の上限を定めておき、前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離が前記上限を超える場合には、当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離を無限大として付加軸力低減率の補正値を算出することを更に含むことを特徴としている。

請求項４に記載の建築物の設計方法は、前記所定の補正条件は、予め前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離の下限を定めておき、前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離が前記下限以下の場合には、当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離を予め定められる下限値であるものとして付加軸力低減率の補正値を算出することを更に含むことを特徴としている。

請求項５に記載の建築物の設計方法は、複数階からなる建築物の設計方法であって、前記第４のステップで算出した上階の前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力と、下階の前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力とを足し合わせて、下階の前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力として採用する第５のステップ、を更に備えることを特徴としている。

請求項６に記載の建築物の設計方法は、前記架構条件には、前記耐力壁を構成する柱材の断面積、建築物の階高、又は梁の断面二次モーメントの数値を更に含むものであって、
前記付加軸力低減率表は、前記柱材の断面積、前記建築物の階高、又は前記断面二次モーメントの数値に所定の固定値を代入して記録することを特徴としている。

請求項７に記載の建築物の設計方法は、予め建築物に採用される柱材の断面積、階高、及び断面二次モーメントの範囲を決定しておき、前記所定の固定値は、少なくとも建築物に採用される柱材の断面積のうち最大値、建築物に採用される階高のうち最小値、及び建築物に採用される梁の断面二次モーメントのうち最小値のいずれかを含むことを特徴としている。

請求項１の建築物の設計方法によると、梁の架構条件に基づいて付加軸力低減率を算出するので、比較的簡単に、建築物の設計に梁の架構条件に基づいて算出されたより実情に近い梁の曲げ戻し効果を反映することができる。また、付加軸力低減率の基準値を所定の補正条件に基づいて補正して付加軸力低減率の補正値を算出するので、梁の架構条件が特殊な場合であっても、付加軸力低減率の基準値を補正条件に基づいて補正することによって実情に近い梁の曲げ戻し効果を反映することができる。このように、建築物の設計に、より実情に近い梁の曲げ戻し効果を反映することにより、耐力壁を構成する柱材を必要最低限の大きさの断面とすることができ、また、建築物の柱の脚部及び基礎構造を必要最低限のものとすることができるので、建築物のコストを下げることができる。

請求項１の建築物の設計方法によると、梁の架構条件には、少なくとも前記耐力壁を構成する２本の柱材の間の距離、及び前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離を含むので、これらを考慮して算出された梁の曲げ戻し効果を建築物の設計に反映することができる。
また、請求項１の建築物の設計方法によると、付加軸力低減率表を予め記録しておき、この付加軸力低減率表に基づいて、付加軸力低減率の基準値を算出するので、より容易に手計算で付加軸力低減率の基準値を算出することができ、例えば工業化住宅等のように規格化された仕様の建築物の設計においても、採用することができる。
さらに、請求項１の建築物の設計方法によると、２以上の耐力壁が連続して同一の梁の直下に設けられる場合に、耐力壁の柱材のうち隣接する耐力壁側の柱材の付加軸力低減率の補正値をゼロとし、耐力壁の柱材のうち隣接する耐力壁と反対側の柱材の付加軸力低減率の補正値を付加軸力低減率表より算出される値に１未満の数値を乗じた値とするので、付加軸力低減率表を複雑にすることなく、また、梁の曲げ戻し効果が実情以上に大きく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が不足する事を抑制することができる。
そして、請求項１の建築物の設計方法によると、２以上の耐力壁が互いに間隔を開けて同一の梁の直下に設けられる場合に、耐力壁を構成する柱材のうち、隣り合う耐力壁に近接する柱材の付加軸力低減率の基準値を算出する際に用いる耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離の値を、耐力壁と間隔を開けて同一の梁の直下に設けられる耐力壁との間の距離に予め定められた１未満の数値を乗じた値に置き換えて付加軸力低減率の基準値を算出した値を付加軸力低減率の補正値とするので、梁の曲げ戻し効果が小さく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が余分に必要となる事を抑制することができる。
更にまた、請求項１の建築物の設計方法によると、異なる階の耐力壁が平面視で重なる位置に設けられる場合に、耐力壁を構成する柱材のうち、異なる階で平面視同一位置にある柱材の付加軸力低減率の補正値を付加軸力低減率表により算出される値に１以上の数値を乗じた値とするので、付加軸力低減率表を複雑にすることなく、また、梁の曲げ戻し効果が小さく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が余分に必要となることを抑制することができる。

請求項２の建築物の設計方法によると、２以上の耐力壁が連続して同一の梁の直下に設けられる場合に、耐力壁を構成する柱材のうち、隣り合う耐力壁に近接する側の柱材と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離を無限大として付加軸力低減率の基準値を算出し、その値を付加軸力低減率の補正値とするので、梁の曲げ戻し効果が実情以上に大きく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が不足する事を抑制することができる。

請求項３の建築物の設計方法によると、耐力壁と耐力壁に隣接する隣接柱との距離が上限を超える場合には、この耐力壁と耐力壁に隣接する隣接柱との距離を無限大として付加軸力低減率を算出するので、付加軸力低減率表を複雑にすることなく、また、梁の曲げ戻し効果が実情以上に大きく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が不足する事を抑制することができる。

請求項４の建築物の設計方法によると、耐力壁と耐力壁に隣接する隣接柱との距離が
下限以下の場合には、耐力壁に隣接する隣接柱との距離を下限であるものとして付加軸力
低減率の補正値を算出するので、付加軸力低減率表を複雑にすることなく、また、梁の曲
げ戻し効果が実情以上に大きく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が不
足する事を抑制することができる。

請求項５の建築物の設計方法によると、下階の耐力壁を構成する柱材の付加軸力を算出する際に上階の柱材の付加軸力の影響を反映することができる。

請求項６の建築物の設計方法によると、架構条件の、前記耐力壁を構成する柱材の断面
積、建築物の階高、又は断面二次モーメントの数値に、所定の固定値を代入して付加軸力
低減率表に記録するので、付加軸力低減率表をより簡単なものにすることができる。特に
、工業化住宅においては、柱材の断面積、住宅の階高、又は断面二次モーメントのバリエ
ーションが限られているので、これらの値を固定値としたとしても、梁の曲げ戻し効果に
対する影響は大きくなく、より簡単に手計算することができる。

請求項７の建築物の設計方法によると、予め建築物に採用される柱材の断面積、階高、
及び断面二次モーメントとして採用される所定の固定値が、少なくとも建築物に採用され
る柱材の断面積のうち最大値、建築物に採用される階高のうち最小値、及び建築物に採用
される梁の断面二次モーメントのうち最小値のいずれかを含むので、梁の曲げ戻し効果が
実情以上に大きく評価されることが無く、耐力壁を構成する柱材の強度が不足する事を抑
制することができる。

付加軸力を算出する工程のフローチャート。 梁の直下に耐力壁及びその両側に隣接柱が設けられた状態を示す図。 耐力壁の変形例を示す図。 斜材の上端側の柱材に生じる鉛直力への付加軸力低減率を示す付加軸力低減率表を示す図。 斜材の下端側の柱材に生じる鉛直力への付加軸力低減率を示す付加軸力低減率表を示す図。 耐力壁が互いに隣接して設けられた状態を示す図。 耐力壁が互いに間隔を開けて設けられた状態を示す図。 耐力壁と隣接柱との間の距離が上限を超えている状態、及び耐力壁の一方側に隣接柱が存在しない状態を示す図。 ２階建の建築物において、１階及び２階の平面視同一位置に耐力壁を構成する柱が設けられた状態を示す図。 付加軸力低減率の基準値と梁の断面二次モーメントとの関係を表わすグラフ。 付加軸力低減率の基準値と柱材の断面積との関係を表わすグラフ。 付加軸力低減率の基準値と耐力壁を構成する２本の柱の間の距離との関係を表わすグラフ。

以下、図面を参照しつつ、本発明の最良の実施形態について説明する。本実施形態の建築物の設計方法は、耐力壁１を構成する柱材３の柱頭及び柱脚に生じる付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_A，Ｎ_Ｂを算出する際に、耐力壁１上に架設される梁４の曲げ戻し効果を反映させる点に特徴を有するものであり、設計におけるその他のステップについては従来より知られている種々の設計方法を用いることができるものであるので、説明を省略する。また、構造躯体は、耐力壁１及び梁４を含み、建築物の構造強度に関わる部分である。

付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂを算出する工程は、図１に示すように、第１のステップから第５のステップの５つのステップに分けられる。まず、第１のステップとして、耐力壁１を構成する斜材２の負担せん断力Ｑを決定する（Ｓ１）。耐力壁１は、例えば、図２に示すように、少なくとも２本の柱材３の間に１本の斜材２が配設され、水平耐力を有する壁である。斜材２は例えば鉄筋、アングル、木材の角材等の筋交い又はブレースである。又、耐力壁１は、構造用合板や石膏ボードなどの面材により構成されている耐力壁で、構造計算においてブレースに置換する場合の置換材であってもよい。なお、図２においては、耐力壁１は２本の柱材３とこの柱材３の間に斜向きに架設される１本の斜材２のみ記載しているが、耐力壁１の形状はこれに限らず、図３に示すように、２本の柱材３の上端及び下端に横架材６を溶接又はボルト接合により固定した矩形枠状に形成し、斜材２についても互いに交叉するように２本設けた耐力壁１であってもよい。また、図示しないが、横架材６は２本の柱材３の鉛直方向の中間に更に設けられるものであってもよい。

負担せん断力Ｑは、耐震又は耐風設計上の要求を満たす建築物の負担水平力のうち対象となる耐力壁１が負担するせん断力Ｑであり、周知の式によって算出される。なお、斜材２が負担する軸力が引張力か圧縮力かは、付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂの向きに影響するだけで、梁４の曲げ戻し効果自体には影響しない。また、１つの耐力壁１に斜材２が交叉するように２本以上設けられている場合には、それぞれの斜材２が負担する負担せん断力Ｑの分担を決定する。

次に、第２のステップとして、耐力壁１上に架設される梁４の架構条件に基づいて付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出する（Ｓ２）。「架構条件」は、梁４の直下に設けられている耐力壁１や耐力壁１に隣接する隣接柱５の位置等の梁４の曲げ戻しに影響を与える構造材の配置や剛性に関する条件である。架構条件は、例えば、耐力壁１の幅（耐力壁１を構成する柱材３の間の距離Ｌ）、耐力壁１と当該耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ、耐力壁１の柱材３の断面積Ａ、建築物の各階の階高Ｈ、梁４の断面二次モーメントＩなどの条件である。なお、本発明において架構条件はこれらの６つに限られるものではなく、梁４の曲げ戻しに影響を与える柱材３及び梁４を構成する材料のヤング係数、接合部の剛性などの他の数値を含むものであってもよい。

「付加軸力低減率」は、耐力壁１の柱材３に生じる付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂが梁４の曲げ戻し効果によって低減される割合であり、梁４の曲げ戻し効果を評価した値である。この付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出する手段としては、例えば架構条件の数値を代入可能な付加軸力低減率算出式によることもでき、また、予め架構条件毎に、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出した付加軸力低減率表を参照することによってもできる。

付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出する付加軸力低減率算出式は、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０と、梁４の架構条件との関係を評価して、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０に影響を与える要因を分析し、数式を導いたものである。付加軸力低減率の基準値Ｒ_０と梁４の架構条件との関係は例えば図１０から図１２に表わされる。すなわち、図１０は、縦軸を付加軸力低減率の基準値Ｒ_０とし、横軸を梁４の断面二次モーメントＩとしたグラフである。図１１は、縦軸を付加軸力低減率の基準値Ｒ_０とし、横軸を柱材３の断面積Ａとしたグラフである。また、図１２は、縦軸を付加軸力低減率の基準値Ｒ_０とし、横軸を耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌとしたグラフである。

これらの図１０から図１２のグラフによると、柱の断面二次モーメントＩが大きいほど付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は大きい。また、柱材の断面積Ａが小さいほど付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は大きい。さらに、耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌが小さいほど付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は大きい。さらに又、単層耐力壁より連層耐力壁の方が付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は大きい。

そして、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０に影響を与える要因を分析し、数式を導くと、以下の数式１から数式７に例示することができる。数式１は、斜材２の上端側の柱材３に生じる付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａが低減される場合の付加軸力低減率の基準値Ｒ_０Ａを算出する数式であり、数式２は、斜材２の下端側の柱材３に生じる付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ｂが低減される場合の付加軸力低減率の基準値Ｒ_０Ｂを算出する数式である。また、数式３は、数式１及び数式２における分母Ｄを表わす数式である。

ここでαは、下記の数式４で定義する柱軸剛性指標で、無次元単位量である。分子は柱材３の軸剛性、分母は耐力壁１を構成する柱材３の間の距離Ｌを長さとする両端固定梁４の鉛直方向のせん断力に対する剛性に相当する。なお、柱材３及び梁４を構成する材料のヤング係数が等しい場合のαは、数式５を用いることができる。またβ_Ａは斜材２の上端側の柱材３の隣接柱間隔指標であり、数式６で定義される。β_Ｂは斜材２の下端側の柱材３の隣接柱間隔指標であり、数式７で定義される。なお、数式４、数式５、数式６及び数式７における「Ａ」「Ｈ」「Ｉ」「Ｅ_Ｃ」「Ｅ_Ｂ」「Ｌ」「Ｌ_Ａ」「Ｌ_Ｂ」の各パラメータは以下の数値である。

Ａ：柱材３の断面積（ｍ^２）
Ｈ：階高（ｍ）
Ｉ：梁４の断面二次モーメント（ｍ^４）
Ｅ_Ｃ：柱材３を構成する材料のヤング係数（Ｎ／ｍ^２）
Ｅ_Ｂ：梁４を構成する材料のヤング係数（Ｎ／ｍ^２）
Ｌ：耐力壁１を構成する柱材３の間の距離（ｍ）
Ｌ_Ａ：斜材２の上端側の耐力壁１の柱材３と、当該柱に隣接する隣接柱５との間の距離（ｍ）
Ｌ_Ｂ：斜材２の下端側の耐力壁１の柱材３と、当該柱に隣接する隣接柱５との間の距離（ｍ）

付加軸力低減率表は、図４及び図５に示すように、予め耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌ、及び耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ毎に、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出し記録している。なお、図４は斜材２の上端側の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ａへの付加軸力低減率を示す付加軸力低減率表であり、図５は斜材２の下端側の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ｂへの付加軸力低減率を示す付加軸力低減率表である。この付加軸力低減率表に記録される付加軸力低減率は、例えば、階高Ｈを２．８０ｍ、柱材３の断面積Ａを１．２０×１０^-３ｍ^２、梁４の断面二次モーメントＩを梁断面形状毎に、Ａ梁を２．００×１０^-５ｍ^４、Ｂ梁を１．５０×１０^-５ｍ^４、Ｃ梁を１．００×１０^-５ｍ^４として算出している。これらの柱材３の断面積Ａ、階高Ｈ、及び各梁断面形状の断面二次モーメントＩの数値は、建築物の各階に採用される柱材３の断面積Ａのうち最大値、建築物の各階に採用される階高のうち最小値、及び梁４の断面二次モーメントＩのうち最小値であることが望ましい。梁４の曲げ戻し効果が実情以上に大きく評価されることが無く、耐力壁１を構成する柱材３の強度が不足する事を抑制することができるからである。

付加軸力低減率表により付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出する場合は、耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌ、耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂ、及び梁４の断面形状に基づいて付加軸力低減率表の中から付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を抜き出す。

なお、耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌ又は耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの値が付加軸力低減率表に記載された値の中間値である場合は、それぞれの値に応じて線形補間して値を求める。また、耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌ又は耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの値が下限である１．００メートルよりも短い時には、１．００メートルであるものとして付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を求める。耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌ又は耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａ，Ｌ_Ｂの値が上限である４．００メートルを超えている場合や、耐力壁１と同一梁４の下に隣接柱５が存在しない場合には、無限大の欄を参照して付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を求める。なお、耐力壁１の両側にともに隣接柱５が存在しない場合には、付加軸力低減率表に示されるとおり、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０はゼロとなる。

第３のステップは、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を所定の補正条件に基づいて補正して付加軸力低減率の補正値Ｒを算出するものである（Ｓ３）。付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は、梁４の架構条件が付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を採用することができるモデルケースである場合はそのままの数値を用いることができるが、例えば、耐力壁１同士が互いに隣接して設けられている場合のようにモデルケースに当てはまらない場合に、所定の補正条件に基づいて補正することにより梁４の曲げ戻し効果を実情に近い数値で評価するためのステップである。

「所定の補正条件」としては、具体的には例えば、図６に示すように、２以上の耐力壁１が互いに連続して同一の梁４の直下に設けられる場合に、耐力壁１同士が互いに近接する側の柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒをゼロとし、逆側の柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒを、付加軸力低減率表により算出される値に例えば２分の１を乗じた値とする。なお、ここで乗じる値は、必ずしも２分の１に限定されるものではなく、１未満の数値であれば適切な数値を設定することができる。すなわち、耐力壁１が隣接して同一の梁４の直下に設けられる場合には、耐力壁１の隣に隣接柱５のみが設けられる場合に比べて、梁４の曲げ戻し効果が小さくなるので、この実情に合うように補正する。

また、２以上の耐力壁１が互いに連続して同一の梁４の直下に設けられる場合の「所定の補正条件」は、上述のものに限定されるものではなく、耐力壁１を構成する柱材３のうち、隣り合う耐力壁１に近接する側の柱材３と当該耐力壁１に隣接する隣接柱５との間の距離を無限大として付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出した値を付加軸力低減率の補正値Ｒとするものであってもよい。このようにしても梁の曲げ戻し効果が実情以上に大きく評価されることを防ぐことができる。

また、「所定の補正条件」は、図７に示すように、２以上の耐力壁１が互いに間隔を開けて同一の梁４の直下に設けられる場合に、耐力壁１を構成する柱材３のうち、隣り合う耐力壁１に近接する柱材３の付加軸力低減率を付加軸力低減率算出式又は付加軸力低減率表により算出する際、当該耐力壁１と間隔を開けて同一の梁４の直下に設けられる耐力壁１との間の距離を実際の値に２分の１を乗じた値とする。なお、ここで、乗じた２分の１の値はこれに限定されるものではなく、予め１未満の適切な数値を選択することができる。すなわち、耐力壁１が間隔を開けて同一の梁４の直下に設けられる場合には、耐力壁１の隣に隣接柱５のみが設けられる場合に比べて、梁４の曲げ戻し効果が大きくなるので、この実情に合うように補正する。

さらに、「所定の補正条件」は、図８に示すように、付加軸力低減率算出式を用いる際に、予め耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との距離の上限を定めておき、耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との距離が上限を超える場合及び同一梁４の直下に隣接柱５が存在しない場合には、無限大とする。具体的には、隣接柱間隔指標β_Ａ，β_Ｂの値をゼロとする。また、予め耐力壁１に隣接する隣接柱５との距離の下限を定めておき、耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との距離が下限以下である場合には下限の距離とする。なお、ここで耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との距離として採用する数値は予め定められた下限の距離に限定されるものではなく、別途適切な数値を定めてもよい。なお、前述のとおり付加軸力低減率表を用いる場合においても、耐力壁１と耐力壁１に隣接する隣接柱５との距離が上限を超える場合にはこの値を無限大として、下限以下である場合にはこの値を下限として、算出した付加軸力低減率を表に記録しており、この数値を参照することで補正することができる。

また「所定の補正条件」は、図９に示すように、建築物が複数階からなる場合であって、異なる階の耐力壁１が平面視で重なる位置に設けられる場合に、耐力壁１を構成する柱材３のうち異なる階で平面視同一位置にある柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒは、付加軸力低減率算出式又は付加軸力低減率表により算出した値の例えば２倍とする。なおこの数値は、２倍に限定されるものではなく１を超える数値であれば、好ましい数値を選択することができる。すなわち、上階と下階とで平面視同一位置に耐力壁１の柱材３がある場合には、下階の耐力壁１の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂに梁４の曲げ戻し効果が大きく作用するので、付加軸力低減率の値を補正することで、より実情に近い値にすることができる。また、上階の耐力壁１の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂについても梁４の曲げ戻し効果が大きく作用するので、付加軸力低減率の値を補正することで、より実情に近い値にすることができる。

第４のステップは、負担せん断力Ｑと付加軸力低減率の補正値Ｒに基づいて耐力壁１を構成する柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂを算出する（Ｓ４）。具体的には下記の数式８に基づいて算出することができる。

そして、第４ステップで算出した付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂを第５のステップで、上階から下階へと足し合わせる（Ｓ５）。

〔実施例〕
以下、付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂの算出の一例について説明する。この実施例では、２階建の住宅であって、１階及び２階の平面視同一位置に同一形状の耐力壁１が設けられている。各部の寸法は、２階の階高を２．８０ｍとし、１階の階高２．８０ｍとし、耐力壁１を構成する２本の柱材３の間の距離Ｌを１．００ｍとし、斜材２の上端側の柱材３と、当該柱材３に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ａを１．００ｍとし、斜材２の下端側の柱材３と、当該柱材３に隣接する隣接柱５との間の距離Ｌ_Ｂを１．００ｍとし、柱材３の断面積Ａは、各柱材３とも１．２０×１０^-３ｍ^２とし、梁４の断面二次モーメントＩを１．５０×１０^-５ｍ^４としている。

まず第１のステップで周知の計算方法により耐力壁１の負担せん断力Ｑを算出する。１階の耐力壁１の負担せん断力Ｑは１０．０キロニュートンであり、２階の耐力壁１の負担せん断力Ｑは１０．０キロニュートンである。ついで、第２のステップで、前述の数式５、数式６、及び数式７に基づいて柱軸剛性指標α及び両側の隣接柱間隔指標β_Ａ，β_Ｂを求める。１階の耐力壁１及び２階の耐力壁１ともに、柱軸剛性指標αは２．３８であり、両側の隣接柱間隔指標β_Ａ，β_Ｂはともに１．００である。そして、これら柱軸剛性指標α及び両側の隣接柱間隔指標β_Ａ，β_Ｂを数式１、数式２、及び数式３に代入して、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を求める。斜材２の上端側の柱材３の付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は１階及び２階いずれも０．２０５であり、斜材２の下端側の柱材３の付加軸力低減率の基準値Ｒ_０は１階及び２階いずれも０．１６６である。

そして、ステップ３で、所定の補正条件に基づいて付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を補正する。２階の耐力壁１はいずれの補正条件にも当てはまらないのでそのまま、斜材２の上端側の柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒは０．２０５であり、斜材２の下端側の柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒは０．１６６である。一方、１階の耐力壁１を構成する柱材３は、前述した耐力壁１の柱材３が下階と上階とで平面視同一位置にある場合に該当するので、付加軸力低減率の補正値Ｒは２倍となり、斜材２の上端側の柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒは０．４１０であり、斜材２の下端側の柱材３の付加軸力低減率の補正値Ｒは０．３３２である。

なお、上述の例においては、異なる階の平面視同一位置に耐力壁１の柱材３がある場合に、下階の付加軸力低減率Ｒの補正値を２倍としたが、上階の付加軸力低減率の補正値Ｒについても１を超える数値で乗じてもよい。

次に、ステップ４で、ステップ１で決定している耐力壁１の負担せん断力Ｑと、ステップ３で算出した付加軸力低減率の補正値Ｒとに基づいて付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂを算出する。具体的には以下の通りである。
〔２階の耐力壁〕
Ｎ_Ａ＝Ｑ×Ｈ／Ｌ×（１−Ｒ_Ａ）＝２２．３キロニュートン
Ｎ_Ｂ＝Ｑ×Ｈ／Ｌ×（１−Ｒ_Ｂ）＝２３．４キロニュートン
〔１階の耐力壁〕
Ｎ_Ａ＝Ｑ×Ｈ／Ｌ×（１−Ｒ_Ａ）＝１６．５キロニュートン
Ｎ_Ｂ＝Ｑ×Ｈ／Ｌ×（１−Ｒ_Ｂ）＝１８．７キロニュートン

そして、ステップ５で、上階から下階へと付加軸力設計用の鉛直力Ｎ_Ａ，Ｎ_Ｂを足し合わせる。以下に、斜材２が引張力を負担する場合を示す。斜材２が圧縮力を負担する場合は、Ｎ_Ａが引張力に、Ｎ_Ｂが圧縮力に変わる。
〔２階の耐力壁〕
２階の耐力壁１の斜材２の上端側の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ａ＝２２．３キロニュートン（圧縮力）
２階の耐力壁１の斜材２の下端側の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ｂ＝２３．４キロニュートン（引張力）
１階の耐力壁１の斜材２の上端側の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ａ
＝２２．３＋１６．５＝３８．８キロニュートン（圧縮力）
１階の耐力壁１の斜材２の下端側の柱材３に生じる鉛直力Ｎ_Ｂ
＝２３．４＋１８．７＝４２．１キロニュートン（引張力）

なお、本実施例では付加軸力低減率算出式に基づいて付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出したが、付加軸力低減率表に基づいて付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出してもよい。

以上のように、本実施形態の建築物の設計方法は、比較的簡単な付加軸力低減率算出式で、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出できるので、手計算で建築物の設計に梁４の架構条件に基づいて算出されたより実情に近い梁４の曲げ戻し効果を反映することができる。また、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を、必要に応じて補正条件に基づいて補正して付加軸力低減率の補正値Ｒを算出するので、梁４の架構条件が特殊な場合であっても、付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を補正条件に基づいて補正することによって実情に近い梁４の曲げ戻し効果を反映することができる。

このように、建築物の設計に、より実情に近い梁４の曲げ戻し効果を反映することができるので、耐力壁１を構成する柱材３を必要最低限の大きさの断面とすることができ、また、建築物の柱の柱脚及び基礎構造を必要最低限のものとすることができるので、建築物のコストを下げることができる。

また、付加軸力低減率表に基づいて付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出する場合には、付加軸力低減率算出式を用いる場合よりも更に容易に付加軸力低減率の基準値Ｒ_０を算出することができ、例えば工業化住宅等のように規格化された仕様の住宅の設計において、採用することができる。

なお、本発明の実施の形態は上述の形態に限ることなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。

本発明に係る建築物の設計方法及び構造躯体は、特に工業化住宅において梁４の曲げ戻しを考慮した設計を行うことができ、梁４の曲げ戻しを考慮した構造躯体とすることができる。

１ 耐力壁
２ 斜材
３ 柱材
４ 梁
５ 隣接柱
６ 横架材
Ａ 柱材３の断面積
Ｈ 階高
Ｉ 梁４の断面二次モーメント
Ｌ 耐力壁１を構成する柱材３の間の距離
Ｌ_Ａ 斜材２の上端側の耐力壁１の柱材３と、当該柱に隣接する隣接柱５との間の距離
Ｌ_Ｂ 斜材２の下端側の耐力壁１の柱材３と、当該柱に隣接する隣接柱５との間の距離

Claims (7)

1. 耐力壁の負担せん断力を決定する第１のステップと、
   前記耐力壁上に架設される梁の架構条件に基づいて、前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力に前記梁の曲げ戻し効果を反映するための付加軸力低減率の基準値を算出する第２のステップと、
   前記付加軸力低減率の基準値を所定の補正条件に基づいて補正して前記付加軸力低減率の補正値を算出する第３のステップと、
   前記負担せん断力と前記付加軸力低減率の補正値に基づいて前記耐力壁を構成する斜材の上下の端部が固定される柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力を算出する第４のステップと、
   を備える建築物の設計方法であって、
   前記架構条件は、少なくとも前記耐力壁を構成する２本の柱材の間の距離、及び前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離を含み、予め前記耐力壁を構成する２本の柱材の間の距離、及び前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離毎に、前記付加軸力低減率の基準値を算出した付加軸力低減率表を記録しておき、
   前記第２のステップは、当該付加軸力低減率表に基づいて、前記付加軸力低減率の基準値を算出するものであり、
   前記所定の補正条件は、
   ２以上の前記耐力壁が連続して同一の梁の直下に設けられる場合には、
   前記耐力壁の柱材のうち隣接する耐力壁側の柱材の前記付加軸力低減率の補正値をゼロとするとともに、隣接する耐力壁と反対側の柱材の付加軸力低減率の補正値を前記付加軸力低減率の基準値に予め定められた１未満の数値を乗じた値とし、
   ２以上の前記耐力壁が互いに間隔を開けて同一の梁の直下に設けられる場合には、
   前記耐力壁を構成する柱材のうち、隣り合う耐力壁に近接する柱材の前記付加軸力低減率の基準値を算出する際に用いる前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離の値を、前記耐力壁と間隔を開けて同一の梁の直下に設けられる耐力壁との間の距離に予め定められた１未満の数値を乗じた値に置き換えて付加軸力低減率の基準値を算出した値を付加軸力低減率の補正値として採用し、
   建築物が複数階からなる場合であって、異なる階の前記耐力壁が平面視で重なる位置に設けられる場合には、
   前記耐力壁を構成する柱材のうち、異なる階で平面視同一位置にある柱材の付加軸力低減率の補正値を、前記付加軸力低減率の基準値に１以上の数値を乗じた値とすることを特徴とする建築物の設計方法。
2. 前記所定の補正条件は、
   ２以上の前記耐力壁が連続して同一の梁の直下に設けられる場合に、
   前記耐力壁を構成する柱材のうち、隣り合う耐力壁に近接する側の柱材と当該耐力壁に隣接する隣接柱との間の距離を無限大として付加軸力低減率の基準値を算出した値を付加軸力低減率の補正値として採用することを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の建築物の設計方法。
3. 前記所定の補正条件は、
   予め前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離の上限を定めておき、
   前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離が前記上限を超える場合には、当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離を無限大として付加軸力低減率の補正値を算出することを更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建築物の設計方法。
4. 前記所定の補正条件は、
   予め前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離の下限を定めておき、
   前記耐力壁と当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離が前記下限以下の場合には、当該耐力壁に隣接する隣接柱との距離を予め定められる下限値であるものとして付加軸力低減率の補正値を算出することを更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の建築物の設計方法。
5. 複数階からなる建築物の設計方法であって、
   前記第４のステップで算出した上階の前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力と、下階の前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力設計用の鉛直力とを足し合わせて、下階の前記耐力壁を構成する柱材に生じる付加軸力として採用する第５のステップ、を更に備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の建築物の設計方法。
6. 前記架構条件には、前記耐力壁を構成する柱材の断面積、建築物の階高、又は梁の断面二次モーメントの数値を更に含むものであって、
   前記付加軸力低減率表は、前記柱材の断面積、前記建築物の階高、又は前記断面二次モーメントの数値に所定の固定値を代入して記録することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の建築物の設計方法。
7. 予め建築物に採用される柱材の断面積、階高、及び断面二次モーメントの範囲を決定しておき、
   前記所定の固定値は、少なくとも建築物に採用される柱材の断面積のうち最大値、建築物に採用される階高のうち最小値、及び建築物に採用される梁の断面二次モーメントのうち最小値のいずれかを含むことを特徴とする請求項６に記載の建築物の設計方法。

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