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。

枠組壁工法の応力図

枠組壁工法の応力図をご覧になって、不自然なことに気づくだろうか。
水平力荷重時の応力で、マグサの端部にモーメントが生じているが、マグサの断面検定では、マグサを単純梁として計算し、端部のモーメントに関しては何も考慮していない。
どのような構造でも、モデル化して計算しているので、完全な剛接合や完全なピン接合というものは存在しない。鉄骨の小梁の端部は、ウェブのみをボルト接合して、ピン接合として計算する。RC造の小梁は、外端の固定度を落として計算している。

枠組壁工法に話しを戻す。水平荷重時のマグサの端部のモーメントは、許容曲げ耐力に達したところで頭打ちになり、それ以上の曲げは負担できず、反曲点が上がってバランスするのではないだろうか。
いっそうのこと、反曲点高比を 1.0 にして計算するほうが納得できる。
保有水平耐力計算では、マグサの端部にヒンジができ、壁の反曲点高比を 1.0 として計算する。
構造特性係数を 0.3 とすれば、外力は層重量に Ai と 0.3 を乗じたものになり、標準せん断力係数 0.2 の 1.5 倍の水平力になる。壁の終局耐力は、短期の 1.5 倍なので、外力が 1.5 倍になり、耐力も 1.5 倍になったことになる。
一次設計では、反曲点高比を 0.5 にするが、反曲点高比を 1.0 として計算すると、単純に考えると引抜力は 2 倍になる。それだけのことである。

細かいことを言うと、枠組みの壁の部分と床の部分では、変形が異なる。床組高さの範囲はスラブのようなものなので剛体とみなし、壁の部分のみを変形の対象とすることも考えられる。あるいは、床組高さの範囲の変形をリアルに求めてみることも考えられるが、壁よりも変形は少ないのではないだろうか。ただし、床根太の方向があるので、変形は床根太の方向で異なるに違いない。
木造は部材数が多いので、考えるべき要素が非常に多い。それでも、各層を１つのバネとして、串団子の要領で計算するのである。

合理性を追求するなら2x4工法

設計や施工の合理性を追求するなら2x4工法が適している。
考え方が分かりやすい。
新グレー本と緑本【枠組壁工法建築物構造計算指針(2007年)】を比較すると、執筆者の考え方の違いが分かる。建築学会の小規模建築物に関する書籍を見ると、必要なところの判断から逃げていることが読み取れる。
人通孔により分断された基礎梁に対する言及を避けていることも、そのひとつである。
結局、壁量計算が成り立つ程度なら良いのではないだろうか。
小難しいことを言えばきりがない。枝葉末節にとらわれることなく、大雑把な設計でも十分な気がする。
大きな地震が来れば判明する。
最近、南関東の地表面の変位が今までになく大きくなっているという情報も入っている。大きな地震が来る前兆かもしれない。

構造図の見積り

　2x4工法の構造図の作成を外部の事務所に依頼することを考えたが、値段が合わないので、うちの事務所で作成することにした。依頼主が納得する妥当な費用になる。
工事費や設計料は、不確定要素が多いと高い見積りになりがちだが、不確定要素の中身を詰めることで、妥当な費用に決着する。はっきり言って知恵の勝負である。
将棋の世界で言うと『下手の考え休むにいたり』である。

●　結果は、コンポーネント会社が構造図を作成し、当方はコンサルタント業務のみとなった。設計料の総額から構造図作成費用を除外できるので、その方法を選択したのだろう。
コンポーネント会社が作成する約4,400�uの建物の構造図は、どんなものか楽しみである。

３階建ては2x4工法

　３階建ては2x4工法のほうが躯体コストが低い。大規模木造建築も、2x4工法がコスト的に有利である。
このあたりを考慮し、告示1540号を理解した上で、計画の初期段階から工法を決めると良いだろう。
軸組工法で計画されたが、2x4工法に変更することになった建物が複数ある。これからも増える傾向にある。
2x4工法は構造規定が面倒だと言う人がいるが、告示1540号を理解すると、それほど不自由ではないことが分かるはずである。

高倍率の耐力壁

　建築計画によっては、高倍率の耐力壁を使いたい場合がある。
壁の剛性と耐力で計算する方法、枠組壁工法構造計算指針によると、許容応力度計算�Uという方法である。
ところが、この計算方法は難しいらしく、採用する人が少ない。

　軸組工法の計算に目を向けると、壁倍率計算で7倍を上限として計算することができる。
小難しい計算は行わず、単純に倍率で計算しているのである。
したがって、2x4工法でも、軸組工法と同様に壁倍率7倍を上限として、単純に壁倍率に換算して計算することが一般化している。私は、この計算方法でも良いと思っているが、枠組壁工法構造計算指針には書かれていない計算方法である。

　壁の剛性で計算する際のメリットのひとつとして、層間変形角の計算がある。
合板や石膏ボードのせん断弾性係数を用いて壁の変形を求めると、壁倍率で計算する場合と比較して、層間変形角が小さくなるのである。ところが、ここに落とし穴がある。壁の耐力が、せん断変形で決まる場合は、それでも良いが、壁の耐力が、曲げ変形で決まる場合は、異なる答えとなる。
このあたりの計算を考慮して変形を求めなければならない。

日本でも北米並みに大規模2x4工法

　日本でも北米並みに大規模2x4工法が増えるだろう。
RCのマンションが、築40年くらいで既存不適格扱いで、耐震補強が求められるのである。
もったいない話しだが、建て替えの需要が増加していることも事実である。

　老朽化した建物を建て替えるひとつの方法として2x4工法がある。
2x4工法の耐火構造は、今までは半信半疑で設計していたが、それなりに設計すれば、耐久力のある建物であることが分かってきた。
耐久力を高めるため、1階はRC造にすることを勧める。強く勧めたい。
理由は２つある。
2〜5階を2x4工法とすることで、1時間耐火の木造で設計することが可能である。建設コストは大幅に下がる。
1階をRC造にすることで、シロアリの心配が少なくなることである。

　木造でも5階建てになると、杭基礎になる場合が多いが、地震時の杭頭モーメントの処理を考えると、RCのラーメンは有利である。RCで2階の床を構成するので、2階の壁の脚部の納まりは、アンカーボルトの定着も容易である。1階は鉄骨造にしないほうが良い。

高倍率の壁を倍率換算

　2x4工法の耐力壁の計算方法には、壁倍率で計算する方法の他に、壁の剛性と耐力で計算する方法がある。
枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）には、許容応力度計算�Tと許容応力度計算�Uとして紹介されている。
それらの中間的な計算方法を採用する人もいるが、次第にその方法が認知されてきた。

躯体コストを抑えたいなら2x4工法

　躯体コストを抑えたいなら2x4工法を採用すると良い。
構造体の特徴に頓着せずにデザインし、躯体の設計を施工会社に押し付けているを行っている事務所がある。
木造はラーメン構造、軸組工法、枠組壁工法（2x4工法）の3種類の工法があり、計画に適した工法を採用する。
躯体の設計を施工会社に依頼する場合でも、基本的な構造計画は意匠設計者が納得して行うものではないだろうか。

構造用合板をノボパンに変更

　構造用合板をノボパン（パーティクルボード）に変更したいという相談を受けることがある。
https://www.novopan.co.jp/about/novopan.html
壁倍率で計算している場合は、変更することが可能な場合があるが、壁の剛性と耐力で計算している場合は、不可能と思っていただくほうが良い。

2x4工法もどき建物

　2x4工法もどき建物の構造計算を依頼された。
告示1540号に照らし、計算ルートを決めると、少なくとも保有水平耐力計算を行うことになる。
日本国内には基準や規準のない建物である。

　法規は別にして、プレファブの物置や海上輸送用のコンテナも建物として成り立つのだから、何でも良いと思う。しかし、建築確認を取るからには、建築基準法に適合しなければならない。

　基礎について言えば、ベタ基礎でも、布基礎でもない、マットスラブの上に建物を載せるという北欧の住宅もある。コンクリートのボリュームは多くなるが、配筋が簡単である。

　建物が風で飛ばず、地震で倒壊や崩壊しなければ良いので、自由に設計して良いのではないだろうか。
インドのローコスト住宅については、インドに行った時に本を買ってきた。レンガと木製トラスを使った建物である。このような建物はタイやミャンマーなどの東南アジアに多く見られる。
各国の庶民の住宅を研究し、良いアイディアを取り入れたい。

議論が不足している2x4工法

　2x4工法の6階建てを普及させようとしている割りには、技術面の議論が不足している。当然、耐火構造になるが、認定条件にメーカー色が強く、ひも付きの認定になっている。内外装共に制約を少なくしてもらいたいものである。
薬品で言えば、ジェネリック薬品で良いのである。

2x4工法５階建て

　2x4工法５階建ての設計を始める。１階はＲＣ造で、その上に2x4工法の4層を載せる。
杭基礎なので、１階をＲＣ造にすると納まりが良い。杭の偏心が大きくても、ＲＣ造の躯体で容易に処理が可能である。杭頭モーメントの曲げ戻しを、基礎梁だけで処理せず、その上の躯体全体でバランスを取るのである。
　このような設計を行う場合、ＲＣ造の杭基礎の設計の経験がないと難しいだろう。もちろんＲＣ造の部分は保有水平耐力計算を行うので、kizukuri-2x4で計算する程度の2x4工法の構造設計の延長線上では設計できない。今後、中層の2x4工法の計画を広めるためには、杭基礎の設計を学ぶことが不可欠である。
杭だけの設計ではなく、杭頭モーメントの曲げ戻し、基礎梁や上部躯体の計算にも慣れる必要がある。

　１〜２階をＲＣ造とし、その上に2x4工法の4層を載せることも可能である。
地下室を設け、１〜２階をＲＣ造にする計画もあり得る。
2x4工法の2時間耐火が可能になれば、2x4工法だけの６階建ても夢ではない。
これらの設計を普及させるには、枠組壁工法建築物構造計算指針（2007年）の他に、多くの設計例が必要だろう。単純な４階建ての設計ができる人はいるが、あと一歩進む時期になった。

協会版 計算ソフト「らくわく」

日本ツーバイフォー建築協会のホームページに、【協会版 計算ソフト「らくわく」】の案内が載った。
http://www.2x4assoc.or.jp/builder/

『「らくわく」の頒布対象は協会会員限定とし、構造計算講習会の受講を前提とします』と書かれている。
一部の人が使うと思うが、なぜ許容応力度計算を行わないのだろう。

”楽”　”枠”　とのことである。kizukuri-2x4 も ”楽”　なんだけどね。

『壁麻呂』と『2x4壁式』

　『2x4壁式』を使うには、『壁麻呂』も使ってみると理解が深まる。
ただ、古い構造計算プログラムというだけでは片づけられない特徴がある。

　それらの延長線上にある『壁式診断』を使うことで、壁式構造の第二次診断を行うことができる。
搭屋の第二次診断なら、手計算でも計算できるが、規模が大きくなると、何らかの構造計算プログラムを使いたくなる。
過去に計算したエクセルの書式もあるが、つぎはぎだらけの計算のため、計算の検証に使う程度である。

　2x4工法の6階建てが計画されるようになったが、構造計算方法と構造計算プログラムの整備が不可欠である。計画する場合は、シンプルな建物形状になると思われるので、エクセルでも計算できるが、計画段階のシミュレーションを行うことを考えると、一貫計算が便利である。
ところが、『2x4壁式』を使い込む人が少なく、『2x4壁式』について議論する機会が少ないのが現状である。
そんな時、別の会社に 2x4工法 の構造計算プログラムの開発を要請することを考えている人がいる。
ユーザーの数が少ないのに、新たなプログラムの開発を行う会社などありはしない。

　一方、構造の構造計算では、立体解析を行うことだけが計算ではない。手計算の時代の固定法やＤ値法と言う古典的な計算も捨てがたいものである。

2x4工法の4階建て

　時々、2x4工法の4階建ての相談が入る。
規模が小さすぎると設計が難しいが、ある程度の大きさなら、設計は可能である。
その目安は、大雑把に言って建築面積 50�u である。延べ床面積 150〜200�u 程度の大きさである。
3階の屋上を利用する場合、4階の面積を小さくすることがあるが、偏心率や3階の耐力壁の配置を睨みながら計画する。

　4階建ての場合は、保有水平耐力計算を行うが、シンプルなプランなら、手計算でも対応が可能である。荷重拾いや一次設計をkizukuri-2x4で行い、その結果を用いてエクセルで続きの計算を行うという方法もある。
3階建て＋搭屋1階として kizukuri-2x4で荷重を拾い出すこともできるだろう。

　東京デンコーの 『2x4壁式』 を使うと便利だが、利用者は少ないようである。
木造専業の構造設計事務所の中には、2x4工法の構造設計を専門に行っている事務所も多いが、保有水平耐力計算を行うことのできる事務所は、20社に1社もないようである。

　当社は RC/SRC/S を中心に構造設計を行っているが、木造軸組工法や2x4工法の構造設計も行っている。
当社のＨＰでは2x4工法の構造設計についてのみ宣伝しているが、2x4工法専業の設計者は守備範囲が狭く、木造軸組工法と2x4工法を別物として扱っているので、あえて2x4工法を前面に出し、2x4工法の構造設計を行っていることをアピールしている。
一般の構造設計では、保有水平耐力計算を行うことは当たり前、混構造やスキップフロアの設計は応用の範囲である。

　2x4工法専業の構造設計者でも、許容応力度計算�Uの計算ができない人もいる。いわゆる高倍率の壁を倍率に換算して計算しているようだが、本来の計算方法で計算したほうが良いのではないだろうか。
この計算ができれば、保有水平耐力計算も行うことができるようになる。

■　構造的に無理のない計画なら、2x4工法の耐火構造はコスト的なメリットがある。

長屋と共同住宅の違い

　準耐火構造で設計可能な場合、建築基準法上、長屋は一戸建ての住宅と同じ４５分準耐火構造、共同住宅は６０分準耐火構造となる。ところが、条例により長屋の場合も６０分準耐火を要求する行政庁があるので、注意が必要である。
共同住宅は６０分準耐火、長屋と一戸建ての住宅は４５分準耐火と思い込まないほうが良い。