もう一息『2x4壁式』

WRC造を含む2x4工法の構造計算ができるプログラムは、東京デンコーの『2x4壁式』しかないが、混構造の下部構造の計算との連携処理にひと手間かかる。WRCの計算は『壁麻呂』そのものなので、『壁麻呂』を理解した上で『2x4壁式』を使う。
上下に壁が連続しない場合の計算で、上階の壁端部の軸力を、下階のRC梁が受ける計算で、地震時の正負加力を考慮した特殊梁荷重を入力できないことが欠点である。
混構造の計算が一発でできる計算プログラムとして使いたいので、この点を改良してもらいたい。木造の構造計算プログラム全般に言えることだが、アンカーボルトのコーン破壊の計算も含めてもらいたい。それほど難しい計算ではないので、機能の追加は容易だろう。

『2x4壁式』が使えるユーザーは、どのくらいいるだろう。使える人を2人（A）知っている。どちらも、全ての構造形式を設計している構造設計者である。あと2人（B）、ある程度は使える人がいる。その他には、プログラムを持っているが、使っていないと思われる人が2人（c）いる。それらの段階をA,B,Cとすると、圧倒的にB とC の人が多く、A は僅かと思われる。B の中には、構造設計一級建築士の資格を持ち、木造以外の構造を設計できる人がいる。

2x4工法９階建て

2x4工法9階建ての計算を行ってみた。
1階はWRCで、その上に8階の2x4工法を載せた9階建てである。
軒高27m、最高高さ29.5mとした。
プログラムの適用範囲を超えているが、計算できることを確認した。

■枠組壁工法構造計算指針2018年版■【4月1日】

枠組壁工法構造計算指針2018年版が出版される。【4月1日】
基本的な内容は変わり映えしないが、ミッドプライ・シア・ウォールやＣＬＴも使えるようになる。
今までは床根太と垂木に限られていたが、スタッドにも薄板軽量形鋼を使うことができるようになり、事実上スチールハウスを包含するものとなった。したがって、２階建て500�u以内の規模であれば、スチールハウスも４号建築として、壁量計算だけで設計することができる。
それに加え、平面的な併用構造も告示化され、ルート２あるいはルート３で設計する場合は、鉄筋コンクリート造や鉄骨造を平面的に組合わせることも可能になる。

枠組壁工法建築物 構造計算指針 改定版はまだ出ない

枠組壁工法建築物 構造計算指針 改定版はまだ出ない
軸組工法は2017年版が出たが、2x4工法は、まだ出ない。ミッドプライウォールやＣＬＴを含めるのだろうか。
６階建てを視野に入れると、杭基礎の計算も出来なくてはならないが、木造の設計者は経験不足な人が多い。小口径鋼管杭ではなく、支持杭あるいは摩擦杭で、杭頭モーメントを基礎梁で処理する計算を行うものである。
しかし、６階建てになったら、鉄骨造でしょう。
６階建ての１〜２階の耐震壁は２時間耐火にしなければならないが、雑壁は１時間耐火で良い。
鉄骨のラーメンなら、柱梁の耐火被覆は２時間耐火になるが、雑壁は１時間耐火にできる。
2x4工法の６階建ては、相当強度の高い壁をコアの部分に使い、耐力壁を少なくする計画にする。
そのようにしないと、２時間耐火の壁が増えて、コストが上昇する。
https://www.bcj.or.jp/publication/images/book_c0/2-1059.pdf

緑本の改定とミッドプライウォール

緑本が改定されるという話しが前々から出ているが、検索しても出てこない。何が改定されるか分からない。
しかし、ミッドプライウォールは、構造計算方プログラムで計算できるようになった。
ミッドプライウォールの利点は、スタッドの両面に、そのまま石膏ボードを貼ることができることだ。
合板を貼った耐力壁と、合板を貼らない耐力壁が混在すると、壁厚が変わり、建具枠の奥行寸法が変わってしまう。それをミッドプライウォールが解決してくれる。

雑壁の評価

RC造では Σ25Aw + Σ7Aw’ という式で、フレーム内の壁と雑壁を評価する。
木造でも同様の考え方はないだろうか。
壁線上の壁と、その他の壁では、水平力に対する抵抗メカニズムが異なる。
http://www4.kcn.ne.jp/~taharakn/study/09_zatukabe/04.html

耐力評価

壁式鉄筋コンクリート造の耐力壁の長さには、隣接する開口高さの0.3倍以上という決まりがあるが、ツーバイフォー工法の耐力壁は、単純に60cm以上とされている。
また、壁の耐力は平均せん断力法で求めているが、壁のプロポーションによっては、曲げ耐力で耐力が決まることもある。そのような場合は、「曲げ」と「せん断」の両者のうちの小さいほうで壁の耐力を決めるほうが良い。
引抜金物の位置に関しても、鉄筋コンクリートの鉄筋位置のように dt に相当する数値を用いなくても良いのだろうか。切れ切れの短い耐力壁で耐力が決まるような設計の場合は、dtを考慮した計算を行うべきではないだろうか。

風の便りで聞いた難しい設計

風の便りで、難しい構造設計の話しを聞いた。
鉄骨造２層の上に、2x4工法の４層を載せた建物の構造設計である。
面白そうだが、やりたくない設計だ。地震時の外力は時刻歴応答解析で求め、許容応力度計算にしたほうが良いのだろうか。いずれにしても難しい。
木造では、ＲＣやＳＲＣのように、コンクリートを打って一体化することもできなければ、溶接することもできない。接合部の設計が難しいのは、スチールハウスも同様だ。

水平荷重時の計算

2x4工法の水平荷重時の計算を行う場合、反曲点高比を 1.0 にすべきだろう。
壁式鉄筋コンクリート造と同じ計算方法だが、水平荷重時の「まぐさ」端部の支持条件が支持端である。
耐力壁の長さのとりかたは、面材の貼られた壁の長さにしてもよいが、グリッドで計算する人が多い。
kizukuri-2x4 と 2x4壁式 の違いを理解し、使いこなすと、中規模や大規模の2x4工法の計算が楽になる。

スチールハウスは枠組壁工法だ

スチールハウスは枠組壁工法だ。
木造には軸組工法と枠組壁工法があるが、スチールハウスも枠組壁工法に含めても良いのではないか。
鉄骨造には軽量鉄骨造があり、木造軸組工法と同じような荷重や応力状態である。
軽量鉄骨に鉄板を貼り、耐力壁にする設計も行われている。
スチールハウスはペラペラの軽天の部材のようなスタッドを使っても鉄骨造に分類される。
木造枠組壁工法と鉄骨造枠組壁工法と並べて書いてみると、鉄骨造枠組壁工法と書くと、立派な鉄骨が使われているように見える。
木造・鉄骨造・鉄筋コンクリート造と言った材料による分類と、ラーメン構造・ブレース構造・壁式構造と言った応力による分類を組合せた名称が良いと思う。
鉄骨は、薄くても厚くても鉄骨造と言う名称しかないことに違和感があるが、スチールハウスは『鉄骨造枠組壁工法』が良いのではないだろうか。

構造計算プログラムの変遷

2x4工法の主要な構造計算プログラムが変わってきた。
今までは圧倒的に kizukuri-2x4 の利用者が多かったが、東京デンコーの「2x4壁式」の利用者が増えている。
このプログラムは、壁式鉄筋コンクリート造の計算を行う「壁麻呂」の延長線上で開発されたものであり、「壁麻呂」のユーザーには理解されやすい。
kizukuri-2x4は、軸組工法の計算と同様に、グリッドを決めてから壁や開口部を入力するという方法であるため、開口寸法や開口位置の変更や修正に手間がかかることが欠点である。
スチールハウスも2x4工法と同様だが、荷重や壁の耐力を直接入力することで、「2x4壁式」でスチールハウスの構造計算を行うことができる。需要があれば、「2x4壁式」にオプションとして機能を追加することは容易ではないかと考える。壁式構造に強い東京デンコーが、スチールハウスに乗り出したら面白い。

枠組壁工法の基礎梁の計算

地震あるいは風圧時の応力図から基礎梁の応力を求める際、壁脚部のモーメントを基礎梁芯まで延長して計算することが一般的だが、木造住宅の構造設計者は、そのことを意識していないように思える。
基礎梁の計算を行う際に、１階の反曲点高比を0.6として計算し、近似的に基礎梁芯のモーメントを求めることはある。
スチールハウスの計算も2x4工法と同じ要領なので、kizukuri-steel も kizukuri-2x4 も同じ計算方法だ。
steel なのに kizukuri とは不釣り合いだが、2x4工法にはスチールハウスの部材を使うことができる。
壁式構造で合板の耐力壁が水平力を負担する建物は、ひとまとめにして枠組壁工法で良いではないか。

スチールハウスは鉄骨造か

スチールハウスはツーバイフォー工法と瓜二つだが鉄骨造に分類されていることを利用し、適用範囲を拡大することを考えている。合板をビス止めして床や壁を作っているが、それが鉄骨造に分類されることに違和感がある。
現在の設計基準は、材料や工法別に分類されているが、ハイブリッド構造に関する基準が整備されていない。電気自動車は、モーターを使うので、電車の設計基準を適用しているようなものだ。

グリッドの弊害

2x4工法の主要な構造計算プログラムは、
・2x4壁式
・kizukuri-2x4
の２本だが、その使い勝手は大きく異なる。
前者は無開口の壁に任意の開口部（窓）を設けることができるが、後者は通り芯を決めてから開口部を配置する。
計算結果を作図してしまえば同じことだが、データを入力する手間を考えると2x4壁式に軍配が上がる。
RC造やWRC造の計算を行っている人は、2x4壁式のデータ入力を好む。木造専業の人には馴染みのない入力方法だが、開口端の寄り寸法を示し、開口のＷとＨ、腰高ｈを示すと、一目瞭然で分かりやすい。

木造の設計者は KIZUKURI という爆発的に売れたプログラムに慣れているので、そこから抜け出すことが難しいようだ。

靭性による低減係数Kd

枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）P.83 に記載されている靭性低減係数kd が、Kd は塑性率から決まる数値であるため、建物の階や方向により異なる場合がある。構造計算プログラムでは、階別、方向別に考慮することが必要である。
また、Kd は、一次設計では考慮するが、保有水平耐力時は降伏せん断耐力をそのまま用いることができる。
よって、一次設計、保有水平耐力時を別々に設定する必要がある。
また、考慮しない場合には、ワーニングメッセージを出すことが必要である。

構造特性係数 Ds=0.7 で設計

2x4工法で、構造特性係数 Ds=0.7 で設計している建物があることを知った。
スチールハウスは、薄板に合板をビスで止めるので、そのくらいの値になる。
1Gと大して変わらない。鉄骨造の平屋では、1Gで許容応力度計算を行った経験はある。
固定荷重が軽いので、不経済な設計にはならなかった。
2x4工法の Ds=0.7 に話しを戻すが、塑性率が1.5なら、そんな値になる。
ほとんど変形能力がないと思わなければならないのだろうか。
木造軸組工法で、合板の耐力壁を用いる場合は Ds=0.25 も有り得るらしいが、良く分からない。

2x4工法の保有水平耐力計算

2x4工法やスチールハウスの保有水平耐力計算の方法は、許容応力度計算と大きな違いはない。
部材種別や保有耐力時の崩壊系を判断することなく、耐力壁の反曲点高比を1.0として計算し、終局時の壁の耐力は、短期の耐力の1.5倍である。
判断材料は、壁の塑性率から求める構造特性係数のみである。
この計算要領なら、kizukuri-2x4で計算できる。
１Ｇの水平力で、全ての部材が、許容応力度以内なら良い。この方法は、平屋の鉄骨造で経験した。
構造方法による構造特性係数Dsの最大値を、一次設計の標準せん断力係数として計算しても良い。
ＲＣ造の場合、 Co=0.55 で各部材が許容応力度以内なら保有水平耐力を満たすことに等しい。
ＲＣ造の純ラーメンの場合は Ds=0.3 なので、Co=0.3 として各部材が許容応力度以内なら良いと思うが、それはダメだそうだ。安全側の判断には違いないが、納得のできる説明が見当たらない。
鉄骨造の場合、βu=0 の場合、Dsの最大値は 0.4 であり、ブレース構造の場合の Dsの最大値は 0.5 になるので、Co=0.5 として許容応力度計算を行えばよいのだろうか。

ミッドプライシアウォールの計算

ミッドプライシアウォールの計算は、許容応力度計算�Uで行うことが出来るようになったらしい。
合板と釘のデータを用いて計算するが、釘が２面せん断になる他は、通常の許容応力度計算�Uと同じだ。
「2x4壁式」で計算することができるが、残念ながら「kizukuri-2x4」では計算することができない。

基礎梁の計算用のモーメント

基礎梁の計算用のモーメントは、耐力壁の脚部のモーメントを基礎梁芯まで延長して計算するが、略算的に反曲点高比を0.6として計算することがある。これは正確さに欠けるが、この計算方法は悪くはない。
この0.6という数値は、基礎梁のせいにより、適宜設定する。
しかし、今後のことを考えると、基礎梁芯までモーメントを延長して計算できるようにするほうが良い。
基礎梁で杭頭モーメントを処理する場合は、原則通りに計算する。
壁式構造で杭基礎を採用する場合は、杭と基礎梁はエクセルで計算するほうが分かりやすい。
建物の規模が大きいと、基礎梁の数が多いので時間がかかる。一貫計算で対応可能になることを期待している。

日本ツーバイフォー建築協会に入会するメリット

日本ツーバイフォー建築協会に入会するメリットを感じない。
構造計算プログラムの開発元も、退会した会社がある。