斜め軸の作成テクニック

斜め軸を設定する際、Y方向の軸を傾斜させた軸とX方向の軸を傾斜させた軸が同一線上にある場合、斜め軸に配置する梁の断面算定結果表に示される梁の配筋が、区切られて表示されることがある。
45度方向に傾斜する場合の計算が、BUS-6やNBUS7のような立体解析プログラムの斜め軸の計算と異なる。壁麻呂や壁式診断などと同様に、最初に配置した直交座標系の方向のみ耐力壁となる。そのことを理解して耐力壁を設定する。
耐力壁が面外に傾斜する場合は、壁の高さが高くなることで剛性が変化し、引抜力の方向が鉛直方向の他に、床面にも作用することである。耐力壁の長さが上部と脚部で異なる場合は、階高の中央の高さにおける壁長とするが、壁の立面形状が三角形になる場合は、耐力壁から除外する。
斜め軸や傾斜壁のある建物は、敷地形状と斜線制限で様々である。どのようにモデル化するか、設計方針として記述する。

三角形の床荷重の伝達

RCの床なら亀甲で荷重を配分するが、木造は根太方向があるので、三角形の床の荷重はうまく配分できないことがある。なるべく矩形にして床根太の方向を決めて荷重を伝達するが、最後に残った小さな三角形は両方向版としてデータを入力する。面積が小さいので、荷重は周囲の梁や根太に配分されていればよく、これなら荷重の欠落はない。
それでもうまくいかなければ、節点に荷重を加える。床根太と三角形の床で対処できるので、やってみればよい。これが出来ると、斜め軸のある建物の計算ができる。
三角形の床があると言うことは斜め軸があるのだが、データの入力に苦労することがあるが、あらかじめCADで節点座標を決めておくと分かりやすい。データ入力で座標を示し、節点が所定の位置に移動したか確認できる。中間部は座標の直線化で直線にする。
2x4工法では唯一の構造計算プログアムなのだから、使いにくいなんて言わないで、使い倒すことである。

2x4壁式の入力項目

2x4壁式が使えるようになると、4階建てや混構造の設計ができるようになる。
3階建ての計算でも、壁の剛性に基づく計算を行うと、倍率で計算するよりも自由な設計ができる。
2x4壁式を使うことができる人は、RC/SRC/S/WRCなどのプログラムの利用者が多い。構造計算を理解しているからである。基礎知識の段階のハードルを越える必要があるが、計算しながら身につけることができる。
構造計算の技術サポートが必要な人は、一度誰かに補佐してもらうと、次から独り歩きできるだろう。習得するコツは、時間をかけることである。

床荷重をうまく分割できない

床荷重をうまく分割できない時は、荷重伝達用にダミー部材を入れて荷重を伝達する。
上手く分割できないところが微小なら無視する。無視することができない場合は、うまく分割できない部分の荷重を均して他の部分に加えて帳尻を合せる。

データを開発元と共有する

多くの斜め軸を含む複雑な建物の計算を行ったので、計算事例として参考になればと思い開発元にデータを送った。ユーザーは、こんな計算を行っているということを知ってもらうためである。
平面的な斜め軸のある建物は、グリッドの設定が難しい。斜め軸の節点の座標を決めるための通り芯図を作成する。最初に座標の移動を行わない通り芯を決め、そこから節点を移動して斜め軸を直線化する。
その際、軸を追い越してしまうことがあるので、追い越された節点は適当に追い越されないよう移動し、後で数値を調整する。
その際、軸は直線になっていなくても、最後に斜め軸を直線化すれば済むので、X座標あるいはY座標にのみ着目して節点を移動してもよい。
節点を追い越されてしまうと、床や梁のデータが適切に読めないので、床が配置できない。
欲を言えば、任意の斜め軸が設定できたら有難い。XY軸の他に、AとかBと命名した斜め軸を設定するのである。2x4壁式は床の強制配置ができるようだが、任意形状の床配置もあったらよい。
2x4工法の構造計算プログラムで、こんな計算ができるのは、東京デンコーのプログラムくらいである。
�@平面異形
�A壁倍率によらない計算
�B保有水平耐力計算
の計算に慣れると、2x4工法の適用範囲が広がる。
作業環境としては、左のPCで通り芯を決めるためのCADデータを開き、右のPCで2x4壁式3と構造図のデータを開く。データリンクケーブルを使い、2台のPCを1組のマウスとキーボードで操作する。
計算結果はA4の横書きなので、モニター上で見やすい。縦書きの計算書が多いので、デュアルモニターとして片方を縦にすることができるようにしている。

床位置リセットと節点状態

床の配置を変更した際に床の範囲がズレることがある。
そんな時は「ファイル」→「床位置リセット」で床位置をリセットすると、ズレて配置された床が消えるので、改めて床を入力する。

梁が交差し、梁の勝ち負けが付いていない場合は「部材」→「節点状態」で、「X方向優先」あるいは「Y方向優先」で優先順位を決める。

2x4壁式は難しいと言われる

2x4壁式は難しいと言われるが、順を追って理解すれば理解できる。
独特の癖があり、斜め軸を設定した後に通り芯を挿入すると、斜め軸がはじけてしまうことがある。
構造計算書を印刷し、数値を追いかけると計算内容を理解することができる。全て電卓をたたいて計算できる内容である。
何をどのように計算しているかを理解することであり、たまには部分的にエクセルで計算して検証してみると理解が深まる。
べた基礎まで一貫計算で行うことができるが、杭基礎は使いにくい。杭と基礎梁は昔ながらの手計算で行うことになるが、建物の規模的に地盤改良で済む地耐力のため、支持杭を採用することは滅多にない。
スクリューパイル限定でよいので、杭基礎に対応してもらえないだろうか。土をこねくり回して地盤改良を行うより、スクリューパイルのほうが残土が出ないので、現場がきれいで工期も短い。

No.3 階別耐力壁から

【一般入力】
【階別耐力壁】頭つなぎ・上枠　Ｘ方向、Ｙ方向共　206　SPF-2
【階別梁床】デフォルト　1F Fc=21
【応力割増】全て 1.00
【床面積入力】自動計算　する
【さがり距離】RC梁のみ入力する。合板上端から梁芯までのきょりを入力する。
土台の断面を 140x89とすると　24+89+20+700/2=483
【反曲点比】0.5という数値は納得できないので1.0とする。
【風荷重】自動計算
【仕様規定】階数>3、高さ >13、軒の高さ >9、延べ面積>500、その他　共同住宅にチェックする。

【部材】
【壁】
【開口】
【梁】
【小梁】省略
【床】
【節点状態】梁が交差する場合は、優先方向を個別に設定する。
【特殊0】特殊荷重を入力する。
【頭つなぎ】計算範囲を指定する。
【床下張り】計算範囲を指定する。

【部材2】
【壁端部金物】
【外壁設定】
【土台】
【二次部材】
【隅部タイプ】
【屋根】

No.2 一般入力、地震係数他

【一般入力】【地域係数】
ルート判別用地上高さは最高高さとなるので　13046
ルート判別用軒高　：1階はコンクリートスラブとする場合、基礎の立上りを300とし、土台の上端をGL+410とすると軒高は　410+3009x4=12446
１次固有周期用地上高さは、パラペット天端とし　12446+600=13046
GLから1階SLまでの高さは、GLから土台上端までの高さとして 410
ＲＣ部分の高さは　0
ＰＨ震度 1.00
地域係数 1.00
地盤の固有周期　第２種地盤として 0.6
標準せん断力係数　Ｘ、Ｙ共に 0.20
用途係数 1.00
一次固有周期は自動計算とするので、Ｘ，Ｙ共に 0
耐力壁の算出形式指定は、タイロッドを使うので、上下階で開口位置を揃えることを前提として【下の階に同じ】とする。
大梁のＣＭＱ長期応力関係は　α=1.00 β=1.00 で良いが、小梁の設計用曲げモーメントに倣い
α=0.60 β=0.35 とする。β=0 とすると、大梁中央のモーメントをＭoで計算することになる。
α=1.00 にすると梁端部を固定端モーメントで計算することになる。安全側なので、これも良いと思う。
梁戻り距離は梁せいの 1/4
地表面祖度区分 3
基準風速 Vo 34
陸屋根とするので、軒出 0 勾配 0.00/10 重い屋根とする
重い屋根、軽い屋根は許容応力度計算には影響ないが、重い屋根にしておく。
1階の風下側の考慮は、【考慮する】を選択する。

【積雪考慮】
積雪量　30
雪単位重量　20
積雪荷重の考慮　短期で考慮
雪の係数はデフォルトのままとする。
多雪区域では、α=1.00 とする場合があるので、県条例などを調べる。

【剛性係数】
デフォルトのままとする。

【枠判定】
壁のモデル化　壁倍率では計算しないので　部材選択
壁の規準強度　1960
壁の基準変形角 1/150
材寸法　206 枠部材強度 SPF-2
品確法で計算しないので全て等級1
以下デフォルトのままとするが、壁の許容せん断耐力は
降伏せん断耐力に靭性による低減係数を乗じた値とし、釘ピッチ100の時の塑性率μ=6.00とする。この時のDs=0.30である。
耐力壁の塑性率は釘ピッチで決まるので、釘ピット50の壁はμ=4.58 になる。この時のDs=0.35である。

【応力解析】
ねじれ補正　する
補正値 1.000 ねじれ補正の最低値を 1.000 とする。
標準剛度　0.0 このデータは計算に使われていない。

No.1 プログラムの立上げ、通り芯の入力

プログラムを立ち上げ、【Select Data】で　＜＜空き＞＞　のところを選択し、
【標準マスター処理】で　２　耐火構造仕様　を選択して OK をクリックする。

【初期データ】の各項目を入力し、【決定】を押して完了する。
データ名称　：　4階建て耐火構造試設計
地上階数（1〜5）：4
地下階数（0〜1）：0
ペント（0〜1）　：0
Ｘスパン数（1〜100）：6
Ｙスパン数（1〜100）：3

【STORY LENGTH】で階高、壁弾を入力する。
階高は合板上端から合板上端までの高さ、壁高は床組の高さを減じた高さとする。
床合板を24mm、床根太を210とすると、床組の高さは24+235=259とすると、
4F 3009 2750
3F 3009 2750
2F 3009 2750
1F 3009 2750
構造種別は [2x4]なので 0 とする。

【SPAN LENGTH】
Ｘ通
X1
X2 5460
X3 5460
X4 4550
X5 4550
X6 5460
X7 5460
Ｙ通
Y1
Y2 6370
Y3 3640
Y4 6370
と入力し、【Ｘ】で終了する。
これらは【一般入力】【建物規模】【階高】【スパン長】で確認することができる。

【データ表示】の下の【伏せ図】をクリックすると、画面に伏図全体が表示される。
【軸図Ｘ方向】を押すとＸ方向の軸組図、【軸図Ｙ方向】を押すとＹ方向の軸組図が表示される。
以上で通り芯の設定が終わった。
データ入力が進み、通り芯を分割したり、スパンの変更が必要な時は適宜追加・挿入・削除する。
開口端部に通り芯を設定する必要はない。
無開口の壁を入力し、別のレコードで開口を入力して配置するので、開口寸法や寄り寸法の変更は自由にでき、通り芯を修正する必要はない。
この機能は、一般的なRC造の構造計算プログラムと同様で、壁と開口のデータが独立している。