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限界耐力設計の話 1



*面剛性の試験の様子
 真壁ネット(*1)では昨年(2007年)1月から木造住宅の限界耐力設計の勉強会を毎月開催している。これはさらに1年ほど前に栃木県小山市内にある関東職業能力開発大学校において「伝統構法を生かす木造耐震設計マニュアル」(*2)を基にした限界耐力設計の講座を同校の岩田、松岡両先生により受けたことから始まった。建築の意匠設計が本業であり構造の専門家ではない私にとって「限界耐力設計」という言葉が非常に難しく感じられ一体どんな話が出てくるのか、聞いていて理解ができるのか半信半疑といった心持で受講したものである。構造設計者であれば聞きなれた言葉かもしれないが意匠的なデザインを主体とする設計者にとっては「限界耐力設計」なるものがどんな理論に基づきどのような設計をするのかなどすぐには想像できない。





 従来からある許容応力度設計法では自重や積載荷重などの長期にかる荷重、地震力や風荷重など短期にかかる荷重のどちらの場合にあっても柱、梁などの構造体がその許容応力度を超えないように設計する手法であり手慣れた方法であるので、そういう意味では理解がしやすいともいえるが相手は目に見えない部材の内部応力である。

 一方、限界耐力設計法では地震によって建物がどの程度変形するのか、そしてそれをどの程度までなら許容するかという判断を行うので設計の中身はともかく判断の基準としては非常にわかりやすい。一般的には木造の場合、層間変位(階の高さに対する水平方向の変形量)で1/120を損傷限界(構造体に損傷を受けない限界に対する設定値で稀に発生する地震に対する応答値に対応するもの)1/30程度を安全限界(構造体が倒壊しない限界に対する設定値で極めて稀に発生する地震に対する応答値に対応するもの)とするようであるが建物の構造的な特質(変形性能)によっては基準法の範囲内で別の値を設定することも可能である。たとえば3mの階高の場合1/120の層間変位とすると頂部で25mmの変形が損傷限界、100mmの変形が安全限界となる。これでは変形が大きすぎると思えばさらに厳しい設定値を設け安全限界を1/60にして最大50mmの変形に留めるなど理解のしやすい判定が可能となる。(*3)



 講座ではこのマニュアルに基づいて具体的な解析方法の解説や手順などを先生方が用意して下さったエクセルの表計算シートなどで教えていただいた。解析の肝に当たる振動の理論や質点の縮約など、学生時代に勉強したはずの微積分はおろか2次方程式でさえうろ覚えの今の私では難解で理解というにはほど遠い状態であったが、少なくともこの方法がうまく適用できれば仕様規定の壁量計算や補強金物でがんじがらめの現行法内での木構造の在り方も変えることが可能であるとの感触は得られた。

木造設計者の個人的な思いとして今の仕様規定では軽くてしなやかな木の良さを生かせていない。鉄骨や鉄筋コンクリート造などと同列の構造解析が出来るようにと従来曖昧だった接合部の仕様まで基準が示されるようになり現代の木造は固い剛な構造とならざるをえない。結果として日本に昔から続いてきた筋違いの入らない貫や土壁などの伝統構法の家は造りにくい、造れない状況に追い込まれている。私自身は土壁などの伝統構法の家を造っている訳ではないが柔構造的な特質は大いに学ぶべきところがあると思っている。

(つづく)



*1 正式名称は真壁の家づくりネットワーク。地域において住まいづくりを考えている、実践している設計者、施工者、研究者の集まりで主に栃木県、埼玉県、群馬県、茨城県などの北関東のメンバーが多いがインターネットを介して遠くは九州で活動しているメンバーもいる。地域産材を始めとして素材や構造、工法など住まいを取り巻くあらゆるものに目を向けてこれからの住まいづくりの在り方を考えている集まり。一般的な洋風住宅のように柱や梁といった構造体を壁で覆ってしまう「大壁」に対しに構造体である柱や梁をそのまま室内に表した和室に見られるような形式を「真壁」というがこのような構造体を隠さず素直に見せた「木の家」をつくっているメンバーが多い。名称の頭についている「真壁」の由来はここから来ている。(現在は活動休止中)



*2 伝統構法を生かす木造耐震設計マニュアルは2004年に学芸出版社から刊行。京都大学防災研究所の鈴木祥之教授を委員長にJSCA関西((社)日本建築構造技術者協会関西支部)のメンバーが中心となった同マニュアル編集委員会によって作成された。許容応力度設計法に基づいた建築基準法の仕様規定では日本の伝統的な建築構法はその構造的な評価がなされず新たな設計や改修において困難な状況であったが2000年の建築基準法施行令改正、施行により仕様規定から性能規定への道が開かれ許容応力度設計法や従来の仕様規定による壁量計算だけではなく限界耐力設計法による設計も認められることとなった。



*3 これは限界耐力設計法の中でも変位増分法といわれる解析方法で「伝統構法を生かす木造耐震設計マニュアル」ではこちらを詳しく解説している。もう一方で荷重増分法という解析方法もあるがこちらについて私は理解していないので本の紹介のみに留めるが「木造軸組工法住宅の限界耐力計算による設計の手引き」2007年に(財)日本住宅・木材技術センターから発行されているものでこちらは荷重増分法で解析しているとのことである