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地震を乗り越える家づくり

地震を乗り越える家づくり

自分の住んでいる家、またはこれから建てようとしている家が地震に遭遇した時、無事でいられるのか気になります。

そもそも地震に強い家を造るために、どのような方法が用いられているのでしょうか。

地震への備え

家の強度の確認は3つの要素の計算・検討からなります。

ひとつが
壁量、耐力壁配置、床強度など壁の強さです。

水平方向からの圧力に耐えるため、構造上力学重要な役割を担っているのが耐力壁です。

耐力壁は十分な壁量を確保しつつ、平面的に均衡がとれた配置であることが重要です。
木造建築の場合、様々な仕様の耐力壁が存在しています。

耐力壁の種類には木ずりや筋交い、面材耐力壁などがあります。

耐力壁の種類、部材を固定する釘の種類、釘を打つ間隔などからなる壁倍率によって細かく規定されています。

次に
柱強度、梁強度、柱接合部強度、梁接合部強度など部材の強さも強度に関わっています。

また、
地盤や基礎部分の強さも家の強度によって重要な要素となります。

覚えておくべき基本的な計算

覚えておくべき基本的な計算

壁量計算

家の強度を確認する方法のひとつで、最も一般的で多くの会社で採用されている計算応報が壁量計算になります。

水平方向からかかる地震力(短期間にかかる荷重のこと)や風圧力に耐えられるように必要な壁量を計算します。

地震力に必要な壁量は各階床面積と壁係数の乗算により導き出されます。

計算に用いられる壁係数は、部材などで変化する建物の重さによって2種類のものがあります。

算出された長さ分の壁量がX軸方向とY軸方向のそれぞれに必要となります。

風圧力に必要な壁量は各階外壁見付け面積と壁係数によって導き出されます。

風圧力における壁係数は、風の強い地域と一般地域の2種類で分けられます。

こちらも算出された長さ分の壁量がX軸方向とY軸方向のそれぞれに必要となります。

また、地震力と風圧力による必要壁量は、比較して大きい値を持つ方を基準とします。

これらの計算で導かれた必要壁量は壁倍率(壁の強さ)を1.0倍で計算した場合のものになります。

必要壁量は壁実長と壁倍率の乗算から導かれますが、壁倍率は建築基準法で0.5倍から5.0倍までの間で定められています。

性能表示計算

壁量計算に加えて、床・屋根倍率の確認と床倍率に応じた横架材接合部の倍率を検証した計算方法を指します。

耐震等級2以上を確保するために必要となり、長期優良住宅を建てる際などにこの計算が用いられます。

構造計算

構造計算は建築構造物、土木構造物などが、固定荷重・積載荷重・積雪荷重・風荷重・地震荷重などの力に対して、構造物がどのように変形し、どのような応力(物体の内部に生じる力の大きさ)が発生するのか計算すること、変形や応力に耐えられるか判定することをいいます。

構造計算の要素

固定荷重

死荷重ともいい、構造物の自重による力を指します。

重力によって永久に発生し続ける力です。

どのような構造物でも必ず発生し、その力は鉛直方向に加わります。

木造の構造物では軽く、次いで鉄骨造、鉄筋コンクリート造になるとかなり重くなります。

柱・梁・壁・床に加えて、設備・仕上げに至るまで、構造物に付属しているあらゆるものは固定荷重の計算に含まれます。

積載荷重

活荷重ともいい、構造物に載せる可動性物体の重さによって加わる力です。

固定荷重と同じく重力によって鉛直方向に加わる力ですが、常に変動するという性質があります。

人や家具など構造物に必ず付属しないものが積載荷重にあたります。

そのため、最小の場合と最大の場合、または標準的に定められた値について計算します。

積雪荷重

構造物そのものによる荷重や、変動する人や家具の荷重の他に、外部から鉛直方向に加わる力として積雪荷重があります。

積雪荷重は地域によって異なり、雪の多い地域では大きくなります。降雪のない地域においては積雪荷重の計算を省略する場合もあります。

風荷重

風によって加わる力で、主に水平方向に加わります。

風荷重は構造物の表面積が大きければそれだけ大きくなります。また、構造物の形状によっても異なります。

木造建築物や高層ビル、吊り橋など風による影響が顕著である構造物では、計算結果に大きな影響を及ぼします。

一方で鉄筋コンクリート造などの重い構造物は風による力よりも地震による力の影響が大きくなるので、風荷重の計算を省略することもあります。

地震荷重

地震によって加わる力で、主に水平方向に加わります。

地震荷重はニュートンの法則により、構造物が重いほど大きくなります。

地震多発地域である日本においては、地震荷重が計算結果に大きな影響を及ぼします。

その他の荷重

構造物によっては地盤内における土の圧力や水によって生じる圧力なども計算します。

構造物への影響

これらの荷重が発生すると、構造物は変形し、各部材に応力が生じます。

構造物の変形が一部で過度になった場合や、特定の部材における応力が許容値を上回った場合に構造物が部分的に破損します。

多数の箇所において破損が発生した場合、構造物は崩壊に至ります。

構造計算は義務化されていない

家の強度を正確に知り、耐震性能などの耐荷重性能を高めるためには構造計算を行うことが最も効果的です。

しかし、構造計算はすべての建造物で義務化されている訳ではありません。

小規模建築とみなされる面積500平方メートル以下、木造二階建て以下の家屋では、壁量計算のみでの強度確認でも法律上は問題ありません。

構造計算は調べる項目も多く、手間やコストがかかります。

コスト低減のために構造計算まで行わない住宅メーカーも多いというのが実情となっています。

耐震等級と構造計算

耐震等級と構造計算

建造物は、地震や台風、積雪などの外部から加わる力の影響を受けます。

建造物に加わる力が大きくなると損傷や倒壊の危険性が生じます。

理想は、どのような自然災害が発生しても無傷の建造物です。しかし、大きな災害に対して損傷を全く受けない建造物というのは、現在の技術では困難です。

また、実現できたとしても莫大な費用がかかることが予想されます。

損傷防止

建築基準法の等級1では、損傷防止の観点において数十年に一度発生し得る規模の荷重に対して、大規模な工事が伴う修復を要するほどの著しい損傷が生じないことが目標とされました。

倒壊等防止

倒壊等防止の観点においては、数百年に一度発生し得る規模の地震に対して、損傷は受けても、人名が損なわれるような壊れ方(倒壊等)をしないことが目標となっています。

これらの等級は3段階あり、等級が高くなるにつれて、より大きな荷重に対してこれらの目標が達成されることを表しています。

また、この基準では、地震、暴風、積雪に対して損傷防止と倒壊等防止の観点から評価した結果を等級で表します。

評価対象は柱、梁、主要な壁、基礎部分などの構造部分になります。

これらの評価を行う住宅は、免震建築物であるかの確認が行われます。免震住宅であることが確認された場合は等級による評価は行われないことになっています。

免震建築物

免震建築物とは、積層ゴムアイソレータ―等の免震部材の設置により、地盤と建造物を絶縁し、激しく短い周期の地震の揺れを緩和し、建造物および建造物内部の人や家具を地震の振動から守る構造を持つ建築物を指します。

性能表示

地震や暴風、積雪に対する性能には以下の項目があります。

よく聞く耐震等級ですが、損傷、倒壊のそれぞれに3段階の等級があります。

耐震等級 構造躯体の損傷防止

地震に対する構造躯体の損傷のしにくさを表しており、等級1から等級3までの3段階で表示されます。

建築基準法で定められている数十年に一度発生し得る規模の地震力に対し、大規模な工事が伴う修復を要す損傷を生じないものを等級1としています。

想定されている地震の強さは、地域によっても異なりますが、東京を想定した場合は震度5強に相当します。

耐震等級2は等級1で耐えられる地震力の1.25倍の力に対しても大きな損傷を生じない程度となっており、耐震等級3は等級1で耐えられる地震力の1.5倍の力に対しても大きな損傷を生じない程度のものを指します。

耐震等級 構造躯体の倒壊等防止

地震に対する構造躯体の倒壊、崩壊等のしにくさを表しており、等級1から等級3までの3段階で表示されます。

建築基準法で定める数百年に一度発生し得る規模の地震力に対し、倒壊や崩壊をしないものを等級3としています。

想定さていれる地震の強さは、東京を想定した場合で震度6強から7程度に相当しており、阪神淡路大震災や熊本地震で観測された震度に相当します。

耐震等級2は等級1で耐えられる地震力の1.25倍の力に対してもそれぞれ損壊を生じず、倒壊や崩壊等しない程度となっており、耐震等級3は等級1で耐えられる地震力の1.5倍の力に対してもそれぞれ損傷を生じず、倒壊や崩壊等しない程度のものを指します。

その他 地震に対する構造躯体の倒壊等防止及び損傷防止

建築基準法で定められた免震建築物であるかどうかを表示します。

免震建築物であるかどうかの確認と共に、免震建築物としての性能を維持するために必要な維持管理ルールが設定されているかの確認も行われます。

免震建築物であることが確認された場合、耐震等級による評価は行われないことになっています。

耐風等級 構造躯体の倒壊等防止及び損傷防止

暴風に対する構造躯体の倒壊、崩壊等のしにくさ、および構造躯体への損傷の生じにくさを表しており、等級は1から2の2段階で表示されます。

耐風等級1は50年に一度程度発生し得る規模の暴風に対し、損傷を生じず、500年に一度発生し得る規模の暴風に対し、倒壊や崩壊等しない程度のものを指します。

例えば、50年に一度発生し得る規模の暴風とは、高さ10m位置で平均風速約30m/s、最大瞬間風速約45m/sの暴風に相当し、1959年に発生した伊勢湾台風時に記録された数値に相当します。
500年に一度発生し得る規模の暴風は、高さ10m位置で平均風速約35m/s、最大瞬間風速約50m/sの暴風に相当します。

耐風等級2は等級1で想定される力の1.2倍の力に対してそれぞれ損傷を生じず、倒壊、崩壊等をしない程度のものとなります。

耐積雪等級 構造躯体の倒壊等防止及び損傷防止

屋根の積雪に対する構造躯体の倒壊、崩壊等のしにくさ及び構造躯体の損傷のしにくさを表しており、等級は1から2の2段階で表示されます。

耐積雪等級1は50年に一度発生し得る規模の積雪による荷重で損傷を生じない程度、500年に一度発生し得る規模の積雪で倒壊や崩壊等しない程度のものを指します。

50年に一度発生し得る規模の積雪とは約1.4mの積雪に相当し、500年に一度発生し得る規模の積雪とは約2.0mの積雪に相当します。

耐積雪等級2は等級1で想定される力の1.2倍の力に対して、それぞれ損傷を生じず、倒壊や崩壊等をしない程度のものとなります。

その他

上記の項目以外にも下記2項目について記述されることになっています。
・地盤又は杭の許容支持力及びその設定方法
・基礎の構造方法及び形式等

耐震基準の歴史

耐震基準の歴史

日本で耐震の本格的な研究が始められたのは、1891年に発生した濃尾地震がきっかけと言われています。

この地震後に木造の耐震化、レンガ造の耐震化工法が示されました。

また、1923年に発生した関東大震災では、欧米から直輸入された工法によって建造されたレンガ造の建造物に被害が続出したため、日本独自の耐震構造の必要性が叫ばれました。

震災の翌1924年には世界で初となる耐震基準が生まれます。

市街地建築物法に耐震規定を制定したものでした。これは建築物への筋交い、壁の配置を義務付けるものでした。

1927年ごろから数年に渡り、耐震に関する論争が起こります。安全性確保の考え方が統一されていない時期の話になります。

1940年から1946年にかけて4つの大地震が発生しました。

1943年の鳥取地震、1944年の東南海地震、1945年の三河地震、1946年の南海地震です。

これらの大地震が発生した時、戦時中また終戦直後であったため地震被害が公表されることはなく、被害の教訓が耐震研究に生かされることはありませんでした。

1948年に発生した福井地震によって震度7の想定が作られ、建築基準法の制定に大きな影響を与えました。

1950年に建築基準法が制定されました。建築基準法は、建築物の敷地、構造、設備や用途に関する最低限の基準を定めた法律であり、人々の生命、健康、財産を保護し、公共の福祉を増進されることを目的としていました。

1964年に新潟地震が発生すると砂質地盤で流動化現象が発生します。これにより地盤の重要性が認識されました。

1978年に発生した宮城県沖地震がきっかけとなり、新耐震基準への見直しが行われました。
この地震では鉄筋コンクリート造の建造物で、ねじれに対する考慮不足からくる被害が多く出ました。

1981年に新耐震基準に移行します。

1995年に発生した阪神淡路大震災では、新耐震基準の建物でも大破・倒壊の被害が発生したため、接合金物等の奨励など、改めて細かい改正が追加されました。

2000年には建築基準法が改訂し、筋交いをとめる金物、柱の位置、耐力壁の強さで柱をとめる接合金物が指定されることとなります。

耐力壁の配置に計算が必要になりました。

81年の新耐震基準で壁が強化された分、地震の振動によって壁や柱が土台から外れやすくなることが分かったためです。これにより地盤調査が事実上義務化されます。

また、壁の筋交いにおいても壁が強い分だけ建造物全体にねじれを発生させ、倒壊の要因となることがわかったため、壁ごとのバランス計算が求められるようになりました。

大海建設の取り組み

大海建設では、お客様のくらしと安全を守るために、早くから耐震等級3を基準とした家づくりを行っています。

テクノストラクチャー工法で建てられた家は、耐震性・耐風性・耐積雪性の全てにおいて高品質です。

また法律上義務付けられていない小規模建築であっても全棟に対して構造計算を実施しています。

そのためお客様の理想とする間取りや住空間のデザインが可能となっています。


 

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