設計法の比較

壁の耐力の計算方法は、RC計算規準とRC耐震診断基準の２つに大別される。
RC造の壁の耐力は、剪断で決まる場合と、曲げで決まる場合があるが、それらに構わず平均剪断力法で計算することもある。前々から気になっているが、2x4工法の耐力壁は、60cm以上の長さがあれば、平均剪断力法で計算することができる。ところが、壁の耐力が「曲げ」で決まる場合は、平均剪断力法で求めた耐力ほど耐力が上がらない。
平均剪断力法だけではなく、壁の破壊形式を考慮した耐力の計算方法を採用したほうが良いと考えている。RCの耐震診断における壁の評価方法が参考になる。
2x4工法の場合、反曲点高比を 0.5 として応力計算を行っているが、その妥当性について、十分な説明が必要である。応力は求めたものの、断面検定が省かれている部分がある。
結果として、現在の構造計算指針で良いとするならば、それなりに解説することが必要である。

混構造（WRC + 2x4工法）を一発で計算

2x4壁式は、混構造（WRC + 2x4工法）を一発で計算することができる。
プログラムの機能や使い勝手について注文したいところはあるが、許容応力度計算の範囲なら使える。
最初の構造計画が重要なので、意匠設計者が構造計画を理解してプランニングを行う必要がある。
600mm以上の長さの壁を耐力壁とするのではなく、主要な耐力壁は 1200mm あるいは 1350mm 以上とする。
金物が、どのように入るか考えながらプランを考えることである。

2x4工法 6階建て ルート１

2x4工法 6階建ては、ルート１で計算しても良いのではないだろうか。
RC造は、高さ20m まで、ルート１で計算が可能だ。
反曲点高比を 1.0 とし、標準せん断力係数を 0.2 にした場合の許容応力度計算を基本に考える。鉄骨造のルート１のように、標準せん断力係数を 0.3 にするという手もある。
（一次設計）標準せん断力係数 0.2 、反曲点高比 0.5 、短期許容応力度、引抜力が半分になる
（一次設計）標準せん断力係数 0.2 、反曲点高比 1.0 、短期許容応力度、これが標準的な引抜力
（二次設計）構造特性係数 0.3 、反曲点高比 1.0 、終局耐力 = 短期許容応力度の1.5倍、終局時の引抜金物の耐力は短期の1.5倍
耐力の高い耐力壁の場合は、構造特性係数が 0.35〜0.5 くらいになる。

2x4工法の保有水平耐力計算は、反曲点高比 1.0 として応力計算するだけで、DS=0.3 の場合は、許容応力度計算と変わりない計算になる。しいて言えば、終局時の鉄筋強度は短期の 1.1倍なので、基礎梁の検討が異なる程度だ。外力が 1.5倍、耐力が 1.1倍なので、検定比 1.1/1.5=0.7334 以内にすることと、基礎梁の端部にヒンジが生じないことを確認することが加わるだけだ。
保有水平耐力時の外力を、短期許容応力度以内で満足してしまえば、それも良い。
極論すれば、１Ｇ の水平力を加え、短期許容応力度以内なら、構造特性係数について論ずる必要もない。低層の鉄骨造や軽い建物なら、こんなことも可能だ。

2x4工法の計算は『2x4壁式』でしょう

2x4工法の構造計算は『2x4壁式』でしょう。
枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）の計算ができるのは『2x4壁式』しかない。
私は、多種多様な構造計算プログラムを使っているので、それらの機能を見比べ、
追加してもらいたい機能の追加を開発者にお願いしている。
ユーザーが少ないため、使い込みが不足している。
kizukuri-2x4 で、保有水平耐力計算を行っている人もいるが、かなり無理している。

枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）改定予測

枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）改定予測
軸組工法と比較すると、2x4工法も下記の計算を、しっかり行うことになるかもしれない。
・水平構面の検討
・梁の上に耐力壁が載る場合の、壁耐力の低減
・偏心率の計算
・引き抜き金物の検討
・反曲点高比0.5 に関する説明
・耐力壁の壁長を開口端部までとすることができる

緑本と新グレー本

通称緑本、枠組壁工法建築物構造計算指針と新グレー本（軸組工法許容応力度設計）を比較すると、検討内容にズレがある。一定の条件の下で、検討を省くことができるが、厳密に適用されていない場合もある。
注目すべきは、下記の各項目だ。
・水平構面の検討
・梁の上に耐力壁が載る場合の、壁耐力の低減
・偏心率の計算
・引き抜き金物の検討
コンピュータを用いることが前提となるが、2x4工法でも、これらの検討を省かなくても良いのではないだろうか。
木造建築、軸組工法や2x4工法の業界は、2x4工法以外の構造技術者が参加することが必要だ。
軸組工法と2x4工法を棲み分ける必要もないので、両方まとめて木造とし、
・木造軸組工法
・木造壁式工法
という２つのカテゴリーにすれば良いのではないか。
軸組工法でも、面材の耐力壁を用いるので、両者を区別する意味合いが薄くなる。
2x4工法の反曲点高比 0.5 という部分を見直し、応力計算と断面算定の整合性を図ることも必要だ。

kizukuri-2x4の計算方法が2x4工法の標準

実質的にkizukuri-2x4の計算方法が2x4工法の標準になっている。
現状では kizukuri-2x4 Ver 4.7 r05 が最新だが、Ver 4.3 でも不都合はない。
この計算が最適とは言えず、他にも計算方法が存在する。
特に基礎梁の計算に不満がある。
日本ツーバイフォー建築協会が発行している枠組壁工法建築物構造計算指針があるが、その指針に忠実にプログラミングされた構造計算プログラムは、東京デンコーの『2x4壁式』のみである。
ご存知の方も多いと思うが、『2x4壁式』は、WRC構造の『壁麻呂』がベースになっている。
2x4工法の応力計算は、壁式鉄筋コンクリート造の計算方法が基本になており、基礎梁の計算に関しても同様である。

壁の剛性で計算

耐力壁の計算で、剛性で計算する方法があるが、剛性と耐力を倍率に換算している人を見かける。
そのように計算すると、層間変形角が過大に計算されるようだ。
剛性の計算は、倍率に換算せず、素直に剛性を計算したほうが良いのではないだろうか。

このページは、2x4建築協会のHPから来る人が多い

このページは、2x4建築協会のHPから来る人が多いので、2x4工法について書くことにする。
現用の構造計算プログラムは、次の2本が主流だが、機能的には大きな違いがある。
・2x4壁式（東京デンコー）
・kizukuri-2x4
後者は適用範囲が限定されるので、強引に使おうとすると、補足することが多い。
前者 2x4壁式 でも、補足しなければならないことも多々ある。
さらに midas, BUS-5, SS-3, HOUSE-WL を加えると、最強のツールとなる。
2x4壁式の前身は、『壁麻呂』であり、壁式鉄筋コンクリート造の計算で、平均せん断力法で応力計算を行い、保有水平耐力計算も行うプログラムである。
『壁麻呂』のユーザーにとって『2x4壁式』は分かりやすいプログラムであるが、kizukuri-2x4 のユーザーにとっては難しいようだ。

大規模2x4工法

大規模2x4工法が注目されているが、基本設計の段階で、構造計画ができていないものが見受けられる。
ビルやマンションを設計している意匠設計者や壁式鉄筋コンクリート造に慣れている意匠設計者は、理にかなった計画を行っている。
上下関係を意識し、平面図を描きながら、常に頭の中は立体をイメージすることである。

耐力壁端部のスタッドの本数や　めり込み耐力に関しては、３階建て住宅とは比べ物にならない応力が生ずるので、ディテールを工夫することが必要となる。設計者の判断で設計すれば良いのだが、合理的な考え方を示し、標準的な手法を公表しても良い。
壁式鉄筋コンクリート造と比較して考えると分かりやすい。平均剪断力法で計算するので、WRC も 2x4工法 も、応力計算までは同じ考え方である。2x4工法の場合、壁の高さと床組みの高さの合計が階高になるが、これをWRC造に置き換えると、厚さ 25cm の床を高さ 245cm の壁が支えているというイメージになる。

壁倍率による計算の限界

壁倍率による計算の限界が見えてきた。
構造計算ツールとして Ｋ'ｚ や kizukuri-2x4 だけでは用が足りないのではないだろうか。
「2x4壁式」を使うことを考えたほうが良い。
スキップフロアに関しては、剛床の仮定が成り立つことを確認できれば、同一床面として計算して差し支えないが、壁の高さによる剛性の違いを考慮し、段差部の水平力伝達や水平構面の検討を行う。
長さ60cmの壁を使いたがる人がいるが、壁の耐力は曲げ耐力が支配的なので、壁の耐力は、曲げによる耐力で決定されないだろうか。ＲＣ造の耐震診断基準を参考にして計算してみると分かる。長さ60cmの壁は、思いの外、耐力が低いことに驚く。
ＷＲＣ造でもないのに、水平力に対する応力計算で、反曲点高比を 0.5 とすることにも疑問がある。

2x4工法の高層化に伴う耐力壁の曲げ耐力

2x4工法の高層化に伴い、耐力壁の曲げ耐力が注目される。
一般に、壁の終局耐力を求める際
既存鉄筋コンクリート造建築物の　耐震診断基準・同解説
が参考になる。
壁のプロポーションによっては、壁の耐力は曲げに支配されることがあり、単純に剪断耐力では決まらないこともある。

この記事に興味をもたれた方は、構造を定性的に理解されているかたであり、単なるハンドブックエンジニアやオペレーターではないだろう。

正20角形の建物を2x4壁式で計算

正20角形の建物を2x4壁式で計算している。
X方向5スパン、Y方向5スパンにすると、20の面ができ、節点の移動を行い、平面的な斜め軸をつくり、壁を配置する。
後でスパンを分割すると、節点を移動して斜め軸にしたところが、はじかれてしまうことがあり、やり直しが必要になる。
この点、BUS-5 のように、任意の斜め軸を設けることができたら嬉しい。
X方向に配置した壁はX方向の耐力壁となり、Y方向に配置した壁はY方向の耐力壁となるが、45°の壁は、両方向に配分したい。しかし、こんな計算を行うことは、きわめて希だろうから、無理な要求は出さないことにする。
しかし、地震力の加力方向を、直交座標のX方向とY方向だけではなく、任意の方向から加振することができたら良い。2x4工法は、任意形状の建物を設計するには有利な工法である。

耐力壁の小開口

耐力壁の小開口を、普通の開口として計算している人が多い。
開口周比が 0.4 以下なら、耐力の低減は必要だが、全体を耐力壁として計算して差し支えない。そのように計算することで、小開口の端部の引き抜き金物が不要になる。
鉄筋コンクリート造、壁式鉄筋コンクリート造では、当然行われている計算だが、木造の人たちには、なじみがないようだ。
この小開口が、もう少し大きくなったら、どうだろう。FEM で計算してみよう。

木造の構造設計者には知られていない開口周比

面材の耐力壁の小開口は、開口周比が 0.4 以下の場合、無開口の壁として扱い、耐力の低減を行うことができる。
枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）の P.84 に記載されており、RC規準（2010年）の P.276〜277 とは若干異なる計算だが、考え方は同じである。

壁の剛性の計算

耐力壁の計算は、剛性に基づく計算のほうが妥当な計算結果となる。
せっかく、そのような計算方法が用意されているのだから、使おうではないか。
床の水平構面の計算、架構の靱性の計算も行いたいものである。

それらの計算を行った上で、確認申請の審査に必要のない項目は削除しても良い。
検討しないのではなく、検討した上で、出力しないのである。

新しい2x4工法の構造計算プログラム

これからの2x4工法の構造計算プログラムは、データの入力方法や計算方法が変わる。
開口端部にグリッドを設定するのではなく、壁式鉄筋コンクリート造の構造計算プログラムのように、最初に通り芯を決めて無開口の壁を配置し、そこに開口の情報を加えるという方法になる。
この方法を採用しないと、開口の位置や寸法を変更する際に、その都度、グリッドを設定しなければならないからである。
当然のことだが、平面的な斜め軸にも対応する。その方法は、節点の移動だけではなく、任意の斜め軸を設けることもある。

計算方法に関しては、杭基礎に対応するものとなるが、壁式鉄筋コンクリート造の場合、ラーメン構造とは異なり、杭の配置が自由であることが計算を難しくしている。
ラーメン構造の一貫計算プログラムでは、杭もひとまとめにして計算することができるが、2x4工法を含む壁式構造では、そのような要領で簡単に計算する機能をもつプログラムが見当たらない。
それ以前の問題として、基礎梁の応力を、基礎梁せいの中心の高さで求めているプログラムすら存在しない。

これらの機能をもつプログラムの開発が望まれるが、ユーザーの多くは木造住宅専業の意匠設計者であるため、こんなプログラムを作ると、サポートが大変だろう。
普通の構造設計者が使うなら良いが、木造の構造設計に参入する構造設計者は少ない。
kizukuri-2x4 の操作のみ行っている人たちが多いようだ。スチールハウスも同様に違いない。
オペレーションで設計ができるか、考えてみれば分かりそうなものである。

2x4工法の耐火構造の固定荷重

2x4工法の耐火構造の固定荷重は、建物全体を均すと、鉄骨造の固定荷重に近い数値となる。
ただし、鉄骨造はデッキプレートにコンクリートを打設するので、床荷重の差が大きいので、その差を差し引くことをお忘れなく。
鉄骨造の場合、イソバンドやエスガードを用いると、かなり軽量化が可能になる。
近々、使われ始めると思うが、海外で製造された耐火の外装パネルが出てくる。デザイン性を見た上で採用することを考える。
厚さ75mmのALCも存在するが、一般には出まわっていないので、使うことができない。
鉄骨造の住宅は、構造計算ルートがルート３になるので、構造適合性判定にまわすことになるが、鉄骨造のルート３は容易に成り立つので、難しく考えなくても良い。
鉄骨造で計画された建物を、2x4工法の耐火構造に置き換える場合の参考にされたい。
その逆もあり、2x4工法では難しい場合は、鉄骨造に変更すると良いと思う。

2x4工法4階建てに限り意匠設計

2x4工法4階建てや混構造で、保有水平耐力計算を必要とする建物に限り意匠設計も行います。
意匠設計者のかたは構想の段階までとし、その後の設計は構造設計も含み当社が行います。
混構造の場合は、構造を理解しないと、詳細設計が手間取るようです。
普段は積極的に意匠設計や確認申請の仕事は受注していませんが、混構造や4階建てになると、私が手を出したほうが良い場合もあると考えた次第です。

６階建てを普及させるためには・・・・・・

2x4工法の６階建てを普及させるためには、保有水平耐力計算を普及させることが急務だが、kizukuri-2x4 だけで計算している人は、その２歩手前である。
なぜ、２歩手前かと言うと、壁の剛性と耐力で計算することができないこと、水平構面の計算ができないことである。kizukuri-2x4 のような使いやすさで、保有水平耐力計算ができる構造計算プログラムがあれば、2x4工法の６階建ても普及するに違いない。
そこで、施工上の懸念が1つある。スタッドの見付幅が 38mm であることが気になる。見付幅の中央に釘を打つなら良いが、合板の継ぎ目になり、２列に釘を打つ場合の端あき寸法が心細い。建築学会の木構造の規準と異なる。釘の間隔を 50mm にする場合、スタッドが割れてしまいそうである。

６階建てになると、軸力や引抜力が大きくなり、今までの部材では耐力が不足することがある。建物の用途上、１階の壁を設けることが難しい場合もあり、鉄骨を併用したくなることもある。
構造解析技術や使うことの可能なプログラムが普及し始めたので、今後は平面的な混構造を容認したハイブリッド構造を実用化する時期にきていると私は考えている。