「2x4壁式3」を使いこなす

「2x4壁式3」を使いこなし、保有水平耐力計算と基礎の計算ができると設計の範囲が広がる。なぜ、4階建ての計算ができないか。
�@耐力壁は倍率で計算するものと思っている
�A保有水平耐力計算を理解していない
�B構造設計一級建築士の資格を持っていない
�C構造設計一級建築士の資格を取っただけ
�D審査機関や適合性判定機関との質疑応答に自信がない
�E「2x4壁式」を持っていない　http://www.denco.co.jp/
�F「2x4壁式」を持っているが使えない
�F構造計算プログラムで計算できないところを手計算で補足することができない
�G基礎や杭の計算ができない
�H計算とディテールの関連付けができない
�I計算式を理解していない
こんなところだろうか。いくつ該当しますか。・・・・・・・８つですか。
※ 木造以外で RC/SRC/S/WRCの設計および耐震診断を行っている人なら、保有水平耐力計算は当たり前のようにできる。

保有耐力時の基礎梁ヒンジ

保有耐力時に基礎梁ヒンジが出来ていたのでは耐力が上がらない。
「2x4壁式3」で試しに基礎梁を貧弱なものにして計算しても、保有水平耐力が下がらない。本来なら基礎梁にヒンジができた時点で耐力が決まる。崩壊形は重要で、ノーチェックは良くない。
混構造で下部構造をBUS-6で計算するなら、それらの計算を行うことができる。
僕の見落としかもしれないので、「壁麻呂」で同様の計算を行い比較する。
杭基礎で、梁の一部に耐力壁が載る場合など、基礎梁にヒンジができる可能性がある場合は検討を加える必要がある。基礎梁の幅に対して鉄筋量が多いと、付着割裂破壊が起きるが、その検討も加えることにする。
これらをエクセルで計算して補足する。

ベースパックを使う場合、一貫計算にデータベースが入っているが、ベースパックのプログラムでも計算するようなものである。計算してみると補足したいところが出てくるものだ。

Ds=0.3とDs=0.35の混在

耐力壁の剛性が同一方向でDs=0.3とDs=0.35の壁が混在する場合、Ds=0.35で統一していたが、見直すことを考える。一部にDs=0.35の壁を使い、大半がDs=0.3の壁でも、その階の、その方向をDs=0.35にすることはない。安全側ではあるが、Qunが一気に大きくなることが不合理である。FA材とFB材が混在する場合、あるいはF値が2.5と1.8が混在する場合などは、その階のF値は重みづけで平均化する。
2x4工法の耐力壁に関しても同様の考えで良いのではないかと思う。木造以外の保有水平耐力計算や耐震診断の手法が参考になる。だから木造専業の人は一般建築を学び、そこから得られる知見を最大限利用することが必要である。
2x4工法の4階建てが普及しない理由は、こんなところにある。

2x4工法4階建（構造計算ルート１）

2x4工法4階建　構造計算ルート１（案）
WRC造4階の構造計算がルート１で出来るのだから、木造の壁式構造もルート１で良いのではないか。
構造設計一級建築士の関与を必要とするルート２としてもよい。同じようなものである。
この程度の計算なら、2x4工法4階建てが普及する。
�@反曲点高比1.0
�A陸立ちの壁の場合、壁・梁耐力比（耐力壁を受ける梁の耐力比　梁/壁 ≧ 1.3
�B壁倍率計算不可
�C高耐力壁の壁耐力靭性低減
�D床水平構面の検討
�E頭つなぎの検討
�F偏心率 ≦ 0.15
�G剛性率 ≧ 0.6
�H塔状比2.5以下

3階と4階の違い

構造形式により3階と4階の構造設計の難易度の差がある。
・RC/SRC：難易度の差はない
・WRC：難易度の差はない
・S：4階はルート３
・W(軸組工法)：4階はルート２という選択肢がある
・W(2x4工法)：3階ならkizukuri-2x4で計算できるが、4階になると保有水平耐力計算が必要になる

2x4工法の保有水平耐力計算は、崩壊形を論ずることなく判定しており、不完全で意味不明である。
全階が連層耐震壁の場合は納得できる。梁の上に耐震壁が載る場合、梁の終局耐力の検討を加えることが必要である。
1層をRC造とし、その上に連層耐震壁を載せる計画なら成り立つ。これは結構面倒な計算で、短期荷重時および終局時の支点反力を2階の梁に加えて計算する。あるいは１つ１つ、フレーム毎に手計算で検証しても良い。
WRCに倣い、高さ16m以下なら、反曲点高比を1.0にして許容応力度計算でもよいのではないかと思う。それ以前に一次設計で反曲点高比0.5とすることに疑問がある。こんなことは約20年前から言っているが、応力計算とマグサの断面検定に整合性がないまま現在に至る。

2x4工法の保有水平耐力計算

2x4工法の保有水平耐力計算で、崩壊形を確認する。
耐力壁が上下に連続するものとして設計できればよいが、ズレている時は、上下揃っている範囲を耐力壁として計算して金物を通す。
陸立ちの壁で、壁の終局耐力で保有水平耐力を決めているのであれば、その時点の梁の耐力をチェックし、壁の終局耐力を確保する。
梁の耐力で頭打ちになるなら、壁の耐力を下げて判定する。
保有水平耐力計算を行う建物では、丘立ちの壁は好ましくない。壁の耐力を低くして成り立つくらいがちょうどよい。

2x4工法耐火構造4階建て、5階建ては事実上中止

2x4工法耐火構造4階建て、5階建ては事実上中止している。
建物の存続期間中にスケルトンにして改築することが難しく、建設コストは鉄骨造を上まわるのでは建てる人がいない。
2025年の法改正で緩和されるところもあるので、対応を考えている。
2025年の法改正ということは、その2年前、2023年あるいは今から計画する建物に影響する。

斜め軸の耐力壁

2010年11月04日
斜め軸の耐力壁
『2x4工法の場合は、壁長が60cm未満の耐力壁は、耐力壁として扱わないので、cos2乗θあるいはsin2乗θを乗じた値が60cmに満たない方向の壁は耐力にならない』と書いたが、斜め軸の壁の長さが60cmあれば、耐力壁としてよいのではないか。
加えるなら、WRC造に倣い隣接する開口高さの0.3倍以上としたい。

2x4工法6階建て

木造の評定の準備を行っており、関連する資料を検索していた。
2x4工法は、高さ方向に沈み込むので、タイロッドの増し締めを行うが、そこまで考える必要があるか考えていた。事務所ビルのように、中央のコアに耐震要素を固め、外周はカーテンウォールという設計もある。
中層の木造は、これではないだろうか。
そこで階高方向の縮みが、どこまで影響するか見極めたい。

ダンパーに関して、剛性の低い木造建築でダンパーの効果は、どれほどのものだろう。3%程度と聞いているが、その程度では実感として分からない。保有水平耐力の余裕分くらいのものだ。

https://www.bcj.or.jp/db/gene/matter1/page/2/?m1cat=29

https://www.cofi.or.jp/sites/default/files/market-access/files/tubaihuogong_fa_niyoruzhong_ceng_jian_zhu_wu_woke_neng_nisurugou_zao_sisutemuniguan_surukao_cha_.pdf

告示1540号の拡大解釈

告示1540号の拡大解釈を書面にしている。
書いてみると、拡大解釈の余地があることが分かる。極論すると2x4工法の規格の木材を使い、合板を釘で打てば2x4工法になる。建築学会の木構造設計規準に適合しないところがあるので、強引にでも告示1540号に適合させる。
許容応力度計算に加え保有水平耐力計算を行う。
どのプログラムを使うか試算して比較しているが、最終的にはエクセルでまとめることになりそうだ。

2x4工法4階建ての構造設計

2x4工法4階建ての構造設計が低調のようなので、計画の初期段階から意匠設計を含みサポートする体制を整えた。相変わらず3階建ての延長線上で考えている人が多く、不慣れな意匠設計者がいる。外部鉄骨階段が付く建物にも慣れていない意匠設計者も見受けられる。

使用するプログラムは、東京デンコー「2X4壁式3」および「2X4壁式基礎」で、杭基礎にも対応する。
杭基礎の計算は、構造システム「BUS基礎」およびエクセルによる手計算を併用する。
「BUS基礎」はスクリューパイルのデータベースが完備しているので使いやすい。

2x4工法4階建ては、狭小地で計画されることが多く、スクリューパイルは190Φを杭径の上限とする。混構造の場合は、1階をWRC造とするが、ピロティとする場合は1階をRCラーメンとするが、その場合、1階は「BUS-6」で計算する。

2x4工法の保有耐力計算

2x4工法の保有耐力計算は、RC造やS造と異なり、かなり簡略化されている。
耐力壁を上下に連続させるので、タイロッドやホールダウン金物、端部タテ枠の軸耐力やめり込みなど、壁端部の接合部の耐力で決まる。崩壊形やヒンジなどを考えるところがない。
基礎梁を十分強固なものにすることで、壁脚部の終局曲げモーメントより基礎梁を強くするだけで良い。
タイロッドのアンカーは、コーン破壊の検討を行うが、基礎梁をダブル配筋にすれば十分な耐力が得られる。
４階建ての意匠図で、基礎梁の幅を150mmにしたものを見かけるが、かぶり厚とアンカーボルトの定着を考え、梁幅は250mmにすべきだ。基礎梁の幅をケチって、鉄筋の納まりを悪くすることはない。鉄筋の上下関係も考慮する。X方向の梁の下端筋のかぶり厚さを60mmにしたら、Y方向は80mmにする。そうしないと、同じ高さは鉄筋の交差部分でぶつかってしまう。上端筋についても同様だ。
2x4壁式は、方向別にかぶり厚さを設定することができるので、スパンの大きな針があるほうのかぶる厚さを小さいほうとする。
塔状比が4を超えたら割り切って鉄骨造にするほうが無難だ。短辺方向4mで限界高さが16mと思えばよいが、それもどうかと思う。僕は木造の塔状比は2.5までとしている。４階建ての短辺方向は 4.55mが下限値である。
4.55x2.5=11.375m 何とか4階建てになる。塔屋を付ける際は、試算の時にチェックする。
基礎の浮上りが出たら、杭の引抜耐力で抵抗する。引抜に対して比較的大きな抵抗力が得られるのは e-Pile なので、このような時は e-Pile を採用する。
2x4工法で無理して４階にするより、鉄骨造にするほうが安心である。
2x4工法4階建ての競争相手は鉄骨造である。鉄骨造の柱サイズは200角で可能で、175角でも可能だが、コストを考えると200角が有利である。

2x4工法4階建てを普及させたいなら

2x4工法の4階建てを普及させたいなら・・・・・・4階建てまでルート１を許容したらよいではないか。
壁式鉄筋コンクリート造4階建てはルート1で設計できる。同じ壁式構造なのだから、2x4工法4階建てもルート１でよいではないか。
耐力壁の長さや配置に制限を設けることで、怪しげな建物を排除することができる。
CLTだの、ミッドプライだのと言う前に、先ず普通に4階建てを建てることだ。
好き勝手に4階建てを設計すると問題が起きることを懸念しているのだろう。

2x4壁式3を使おう

2x4壁式3を使おう。
4階建ての計画が進まないのは、2x4工法の保有耐力計算ができないからだろう。適判の審査を受けることに慣れていないこともあるに違いないが、それは経験すればクリアする。
需要があれば、東京デンコーが講習会を開くことを考える。非木造の保有耐力計算に慣れている構造設計者なら、マニュアルを整備すれば勘所がつかめるに違いない。

平面的な斜め軸の計算を行う場合、主軸に対して45°未満の軸ぶれなら問題なく計算できるが、ちょうど45°、X方向にもY方向にも耐力壁を考慮したい場合、最初に設定した軸方向の耐力壁として計算されてしまうので、補足が必要になる。
RC造やS造の立体解析プログラムなら、X方向・Y方向の耐力壁として考慮できるが、東京デンコーの壁式構造のプログラムでは計算できないので、モデル化を工夫して計算する。
一発では計算できないので、X方向の計算とY方向の計算を分けて計算することも考えられる。ねじれ補正の補正が厄介で、エクセルで計算したほうが良いかもしれない。当たりをつけた上で、例えばねじれ補正の最小値を1.200として計算する手はある。

2x4工法4階建て、5階建て

1階、1階・2階をWRC造とする場合など、WRC造と組合わせると全階数5階までとしなければならない。
これはWRC造単独でも、5階までに制限されているからである。下層階がRC造、S造なら全体の階数に制限はない。

上部4層を2x4工法とし、全階数を6階建てにする場合、1〜2階をRC造あるいはS造とすることになる。しかし混構造の下層をS造にすることは現実的ではない。
ここまでくると、全階をRC造あるいはS造とすることが現実的な選択である。
2x4壁式で計算可能な計画としては、地下が構造的にも地下階となることが条件で、地下1階WRC造・1階WRC造・2〜5階2x4工法が最大規模である。全階2x4工法なら、6階建ても7階建てでも計算することは可能だが設計としてうまくまとまるか疑問で、施工は難しい。

2x4工法5階建て混構造(1)

2x4工法5階建て混構造(1)
2x4壁式3による構造計算要領について書き始める。
気まぐれに書くので、2回目はいつになるか分からない。
モデルとしては、1階WRC造、2〜5階2x4工法の耐火構造の共同住宅とする。
木造で2時間耐火も可能だが、1時間耐火までが妥当と考える。
外部に鉄骨階段を付けるが、鉄骨階段に作用する水平力は建物本体が負担する。
基礎は杭基礎とし、スクリューパール（e-Pile）を用いる。
タイロッドはPC鋼棒と座金方式とするが、なるべくタイロッドを用いない設計とする。
下枠のめり込みに対しては、D.Firで対応するが、更に効果的な方法を採用する。軸組工法の柱に用いるめり込み防止プレートの考え方を準用する。めり込みに関しては悩むところだ。
杭基礎は支持杭とするため、杭頭モーメントは基礎梁に曲げ戻しを行う。この計算は2x4壁式3ではできないので、エクセルで行う。2x4壁式基礎に追加してもらいたい機能の１つである。
ミッドプライウォールを使うよりも、両面合板の耐力壁にするほうが一般的であるため、ミッドプライウォールは採用しない。
この程度の計算ができれば、5階建て木造の計算が可能になる。

2x4工法4階を設計する前に

2x4工法4階を設計する前に

木造4階の相談を受けるが、構造設計の協力事務所の様子を伺うと、木造専業の人しかいない会社が殆どである。社内に構造設計などの技術部門を持たず、見積り部門だけで受注している。

鉄鋼メーカーが鉄骨架構を設計施工で工事を受注するように、木材の資材メーカーも構造体を設計施工で受注する。
2x4工法の4階建ての構造設計のできない意匠設計事務所や施工会社が主要な客だが、4階建て、あるいは5階建ての受注に力を入れたいのなら体制を整えることだ。
2x4工法に詳しい担当者はいるというが、アーキトレンドで構造図を作成し、kizukuri-2x4が分かる程度である。

そこまで話しを聞いて、こりゃダメだと思い、鉄筋コンクリート造と鉄骨造の構造設計の出来る人を集めるよう言った。
相手は疑問に思ったようだが、建築の基本は鉄筋コンクリート造と鉄骨造であり、それらの中に多くの知見が含まれることを説明した。
2x4工法の4階以上になると、1〜2階を鉄筋コンクリート造にすることや、外部鉄骨階段を付けることもある。それらをまとめて設計するのだから、木造しか知らない人には無理である。
2x4工法は4階建てになると急に難しくなる。構造計算ルートはルート３になり、保有水平耐力計算を行うことになる。
木造4階建てになると軸組工法に誘導する構造設計者がいるのは、軸組工法はルート２で設計できるからだろう。
2x4工法でも、3階建てで軒高9mを超える場合は、ルート２の設計も有り得る。確認申請はルート２の審査ができる審査機関に提出すれば、適判を避けることができる。店舗や事務所など、階高を高くする場合は、こんな方法がある。

社内に2x4壁式を２〜３本購入し、構造図を作成している人が使えるようになると良いのではないかと話した。壁式CADと併せ、自動作図を行うと、計画段階の積算に有効である。kizukuri-2x4以上2x4壁式未満の担当者には教育が必要になる。自分で勉強する人は少ない。

2x4工法が苦手、2x4工法の耐火構造や4階建て以上に手が出ない会社は多数あり、その市場を掘り起こすことができる。
客先となる意匠設計事務所と話しができ、施工を受注するのだから、見積りを行うにしても、設計のことが分からなくては話しができない。
多くの仕事は、施工図を受け取って木拾いすることだから、その段階の人では4階建ての見積りは無理に違いない。タイダウンを理解していないと見積りも難しい。
4階建てでも、木造2階建ての基礎しかイメージできないようで、アンカーボルトのコーン破壊も意識されていない。

2x4壁式で、e-PileやEAZETなどのスクリューパイルを使うことがあるので、杭頭モーメントを基礎梁に曲げ戻す計算がコンピュータで出来たらよい。杭基礎の際の基礎梁の計算ができる人は、木造専業の構造設計者にはいないだろう。杭と言えば地盤改良の杭と思っている人が大半である。

これで良いのか2x4工法

長さ60cmの耐力壁
枠組の高さ245cmで、長さ60cmで腰壁や垂れ壁の無い耐力壁は、計算と実際の耐力が一致するだろうか。
反曲点高比0.5で計算し、金物は壁の脚部にしか取り付けない。上階の押さえ効果はあるものの数値的に検証していない。このような壁は、曲げで耐力が決まると思うが、何も検証しない。RC造の耐震診断では、壁の評価を曲げと剪断を比較して小さいほうを採用する。
『これで良いのか2x4工法』
https://www.youtube.com/watch?v=6-63uwbzwhI

軸方向変形

中層以上の木造建築の応力計算では、軸方向変形を考慮したほうが良いのではないだろうか。壁の耐力を剪断耐力だけで求めることにも異論がある。どう見ても、曲げで耐力が決まることもある。次の２つに注目しているが、現在使用している木造の構造計算プログラムでは、軸方向変形の計算ができない。軸方向変形を考慮すると、上層階の偏心率に大きく影響する。
耐力壁の曲げとせん断は、準備計算を行っておいて、直接耐力を入力すれば計算できる。
�@軸方向変形
�A耐力壁の評価（曲げとせん断の最小値）

混構造4階はやめたほうが良い

小規模な混構造4階建ての相談をいただくが、規模が小さすぎることと、基本計画が不適切で成り立たないことがある。コストだけのことを考えて混構造を選択したと思うが、小規模な建物は鉄骨造が適している。もちろんラーメン構造である。
壁式鉄筋コンクリート造が成り立てば、4階建てでもルート１で設計できる。
鉄骨造4階建てはルート３になるが、混構造と比べると簡単である。
意匠設計者を見ていると、鉄骨造の設計が苦手な人が多いことが分かる。ディテールを知らないからだろう。