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 建築において「構造」とか「構造計算」は良くわからない専門的な分野に思われています。実際に構造計算は難しいと思っている建築士は多いと思います。ここでは「構造計算はどんな建物にも必要」ということ、「構造の考え方」、「意外と間違っている建築の構造」、「構造を知っていると得をすること」、「構造計算の覚え方」をまとめました。


■構造計算はどんな建物にも必要

 「構造計算が必要な大きな建物は建てないから関係ない」と思っていませんか?なぜこのような誤解があるのでしょうか。それは建築基準法の複雑さに隠されているのです。ちょっと整理してみましょう。
建築基準法第20条(構造耐力)をまとめるとこのようになります。
建築基準法第20条(構造耐力)
すべての建物の構造について安全を確認してください。
1. 確認の方法は、施行令36条から書いてあります。
2. 「木造3階建て」「木造で述べ面積500u超」(その他省略)は構造計算して安全性を確認してください。
 ポイントは「小さな建物でも構造の確認してくださいね」とあるのです。分かりやすく解釈すると、構造計算はどの建物でも必要ですが、確認申請時に「構造計算書の提出」が必要か必要ではないかの違いなのです。よって木造2階建ても構造計算は必要です。勘や経験も大切ですが数値による確認も大切なのです。知らないうちに建築基準法違反をしていることも考えられるのです。
 ここで疑問に思うことは「確認申請がOKなのだから、建築基準法に適合しているよ」ということです。これも建築基準法の複雑な条文が誤解を招いているところです。その条文をものすごく分かりやすくまとめてみました。
建築基準法第6条の3(確認の特例)
建築士が設計した建物で「木造3階建て」「木造で述べ面積500u超」(その他省略)のように大きな建物で構造計算(構造計算書の提出)が必要なものは構造のチェックをしますけど、それ以外の小規模な建物の構造については、当然建築士が確認しているはずなのでチェックはしませんよ。(構造以外にも書いてありますが、今回は省略しています)
ポイントは「木造2階建ては建築基準法第20条(構造耐力)にある通り、当然設計者は構造計算しているはずですから、確認申請のときはチェックしませんよ」とあるのです。確認申請がOKだからと言って、建築基準法に適合しているとは言い切れないのです。
これで、構造計算はどんな建物にも必要なのだということがわかって頂けたと思います。


■構造の考え方

「構造計算が必要なことはわかったけど、どのように計算したらいいの?」構造計算の方法をここでは書ききれませんので、構造の考え方をお伝えします。

(1) 建物には様々な力(ちから)が作用します。力(ちから)には以下のような種類があります。
【外力・荷重】→建物に対して外部から作用している力
【内力・応力】→外力または荷重により部材に発生する力

(2) 力(ちから)の種類と建物構造との関係を整理します。

「鉛直方向の力」
固定荷重(別名自重:建物自身の重さです)
積載荷重(建物に乗っている家具や人の重さです)
積雪荷重(雪の重さです。結構重いです)
これらは主に根太、梁、柱、基礎など建物を構成する「部材ひとつひとつ」で荷重を負担します。そして「この寸法の梁でたわみすぎないかな」、「この柱寸法で折れないかな」などの確認をしていきます。


「水平方向の力」
地震力(地震により揺らされる力です)
風圧力(台風などの風によるちからです)
これらは主に筋違いや構造用合板を貼った「耐力壁」や構造用合合板を貼った床(剛床)で力を負担します。そして「この建物はこれだけの地震の力に倒れないようにするにはどれだけの耐力壁が必要なのか」を確認していきます。耐力壁は多ければ良いというものではなく、バランスよく配置することが大切なのです。
以上の通り、構造計算とは建物に作用する力(ちから)に対して傾いたり壊れたりしないか計算により確かめることなのです。


■意外と間違っている建物の構造

 建築基準法の誤解以外に建物を建てるとき、構造について知らないままでいると悪意が無くても建築基準法違反をしている場合があります。間違いの多い部分をまとめてみました。

(1)屋根たるき
屋根たるきは屋根仕上げ材、勾配、軒の出、間隔、スパン、積雪荷重などにより影響を受けます。元々寸法が小さいため影響を受けやすいのです。

(2)床梁
床梁は床の荷重、屋根の荷重などたくさんの力を負担しています。梁の組み方が複雑になると複雑な力の流れが出てきます。経験や感では予測できない力を負担していることがあります。

(3)柱
柱が負担する力は間取りによる柱配置、梁の組み方、長さ(横架材間垂直距離)に左右されます。図面上では予測できない柱が大きな力を負担していることがあります。柱は長細い部材のため容易に座屈(折れる)します。座屈しなくても支える土台や梁がめり込むことがあります。柱の負担する力を気にしていますか。

(4)基礎
これが最も間違っています。間取りは様々変化するのにいつも同じ基礎ではありませんか。布基礎、べた基礎それぞれ力の負担方法が違います。間取りによって基礎はものすごく影響を受けます。


■構造を知っていて得をすること

 建築の構造を知っていると得をすることがたくさんあります。様々な場面で構造に関する知識が要求されます。

(1)設計するときに、耐力壁のバランスは大丈夫か、これだけの大空間は取れるのかなど悩むことがあると思います。構造の知識があればこのようなときに計算により安全性を確かめられるのです。
(2)最近の地盤改良をしている現場を多く見ます。実際に聞いてみると平均80%程度の物件で地盤改良をしているようです。では本当に地盤改良は必要なのですか。誰が改良の有無を判断していますか、判断している人は建築する建物の正確な荷重、基礎形状を考えて判断しましたか、多分していないはずです。一棟ごとに計算して改良の有無を判断していては効率が悪いので安全率を大きく考え改良したほうが安全と判断していることがあります。実際に改良必要と判断された建物を構造計算により確認してみるとおおよそ半分は改良の必要がなくなります。

(3)増改築の際、既存柱を取り外したり梁を組み替えたりと構造部分の変更は結構出てきます。構造が分かれば設計の範囲が広がります。そして現場においても予測していない構造変化のも柔軟に対応できます。


■構造計算の覚え方

 「構造計算は難しいから覚えるのは無理」と思っていませんか?実際、構造計算の解説本を買ってきて読んだところですぐに挫折してしまう内容です。著者は本当に構造計算の方法を伝えようとしているのだろうか。覚えられるものなら解読してみろと言っているように複雑に分かりにくく書いてあります(中にはわかりやすい本もあります)。身近に構造計算のできる人がいるならば教えてもらうのが最も近道です。しかしそんなに都合よくはいかないものです。それではどのように覚えたらよいのでしょうか。

(1)先ずは、構造計算ソフトを使ってみましょう。購入するのに費用は掛かりますが、本気で覚えるには必要です。構造について分からなくても構いませんので、とにかく使ってみてください。入力方法が分からなければ説明書を見ながら一通り入力してください。言葉の意味は分からなくても構いません。入力する数値が分からなくても適当で構いません。入力してしまうことが大切なのです。繰返しているうちに取りあえず入力はできるようになります。

(2)次に入力する数値の意味、関係する言葉の意味を本やインターネットで調べ自分なりに理解していきます。これで意味を理解して入力できるようになります。

(3)そこから計算を進めていき、なぜエラーが出るのか?どうすればクリアーしていくのかを繰り返し行い、計算の意味を知っていきます。



これを繰返していると、ちょっと時間は掛かりますが構造計算を理解していきます。構造を知っていることと、構造計算ができることは違うと言われています。構造計算ソフトの普及で構造に関する知識があまり無くても構造計算書ができてしまうことからこのように言われています。この覚え方は決して構造計算書を作れるようになることが目的ではありません。構造計算ソフトをうまく利用して構造を理解し、構造計算ができるようになることを目的にしたひとつの方法です。その過程では現場に出向き実際の施工を知ることも大切です。施工性を考えない構造ではいけません。


以上、構造計算の必要性として書いてきました。もっと細かな部分まで踏み込むと更に理解が深まり構造計算にもっと興味が出てくると思います。今回は構造計算という専門的な分野として敬遠されがちなものを身近に感じて頂き、必要性を知ってもらい少しでも興味を持っても頂ければ幸いです。



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