木造でも震度７に耐える家を　耐震設計のための構造計算とは？

耐震設計とは

耐震性とは、地震力を受けた時に構造躯体が倒壊・崩壊しないことを言います。構造躯体とは、木造の場合では基礎・木材・壁（耐力壁）・床（剛床）を指しています。躯体について詳しくは以下の記事をご覧ください。

・躯体とは何？　木造・鉄骨造・RC造それぞれの躯体と特徴

つまり、耐震構造とは、地震力に対して躯体が損傷しないように配慮された構造のことを指します。地震力に対して、躯体が持つ抵抗力の限界を超えないかどうか（地震力に対して躯体が損傷しないかどうか）をコンピューターで計算するのが「構造計算」です。
構造計算それ自体の内容はとても長大なので、以下では構造計算のアイデアをご紹介しますが、柱や梁で組み上げられた躯体が、力に対して耐えている様子を思い浮かべながら読んでいくと、計算のイメージが湧くでしょう。

一般向けの構造計算の説明 – 許容応力度と応力

「許容応力度」は、躯体の各部分にかかる力の限界値を表すきわめて重要な言葉です。

建築基準法に定められる構造計算方法である「保有水平耐力計算」「限界耐力計算」「許容応力度計算」の全てに使われる数値であることからも、重要性がわかるでしょう。

この言葉の意味を掴むと、構造計算というのが何をしている計算なのかが捉えやすくなるため、ご紹介します。

この用語について、なるべく平易かつ誤りのない解説を探してみましたところ、Weblio辞書の記述がよいだろうと思われました。

部材が破壊しない安全な強度のことである。代表的なものに、圧縮、引張り、曲げ、せん断、めり込み、付着等がある。

（参考：許容応力度とは – 建築用語 Weblio辞書）

つまり許容応力度とは、個々の部材（柱など）がもつ「これくらいの力なら耐えられる」というキャパシティのことです。

構造計算の中には「許容応力度計算」というものがあり、建築基準法で定められる構造計算の中ではもっとも簡易的なものですが、それについては以下のような解説がありました。

小規模な建築物に用いられる構造計算の方法のこと。建築物にかかる固定荷重や積載荷重に地震力などの長期荷重、及び短期荷重を想定して応力(部材等の内部に生じる抵抗力のこと)を算出し、それぞれの部材がそこにかかる応力に耐えられるかどうかを許容応力度(限界点)と比較する。

（参考：許容応力度計算とは – 建築用語 Weblio辞書）

さて、文章が長いですね。
これは３つに分解すると、読みやすくなります。

1. 建築物にかかる固定荷重や積載荷重などの長期荷重を想定する

建物には自重があるので、個々の部材にはその重みに耐えるための力がかかります。
これは当然、想定の必要があります。

2. 建築物にかかる地震力などの短期荷重を想定して応力(部材等の内部に生じる抵抗力のこと)を算出する

さらに、建物にかかるイレギュラーな力である地震力を想定します。
コンピュータを使えば、建物全体に力が加わったとき、個々の部材にどれくらいの力がかかるかを算出できます。

3. それぞれの部材がそこにかかる応力に耐えられるかどうかを許容応力度(限界点)と比較する

部材にはそれぞれキャパシティである許容応力度がありましたので、
2.で計算した「地震の際に各部材にかかる力」が「許容応力度」を超えないか確かめる必要があります。
構造がまずいと、部材にかかる力が許容応力度を超えてしまって、「この建物は（想定）地震力に耐えられない」という結論になるわけですね。
逆に、地震の際に各部材にかかる力 < 許容応力度 であれば、個々の部材は大丈夫ということになります。
もちろんこれは極めて単純化した説明であり、実際の構造計算においてはもっと緻密な計算をしていますが、施主様がひとまずイメージを掴むための説明としては有効でしょう。

「木造住宅の耐震性」を確保するための構造計算を！

2階建て以下の木造建築の多くは、4号建築の規定を満たしています。4号建築は特例として構造計算が免除されています。4号建築について詳しくは以下の記事をご覧ください。

・住宅の構造計算って何をするの？　4号建築という特例って？

また、品確法でも２階建て以下の木造建築は構造計算が免除されています。ですから、今日の新築住宅でも、構造計算されていない木造住宅が量産されています。これが今の日本の現状と言えるのです。

リガードでは、２階建て以下の木造住宅の場合でも必ず構造計算を行なっています。構造計算をすれば、柱や梁といった部材レベルでの、大地震の際にかかる応力を目で見ることができるため、万が一の場合に備えることが出来ます。

構造計算は、施主様に「目に見える耐震性」をお届けする唯一の方法です。

法律上は、２階建て以下の木造建築では構造計算が不要な場合が多いです。しかし、法律が大地震の際に大切なマイホームや家族を守ってくれるわけではありません。記憶に新しい、2016年4月の熊本地震では、阪神淡路大震災以降の新基準（1981年新基準、2000年基準）で建てられた若い建物にも被害が及んでいます。ぜひ、構造計算をしている施工者を選ぶようにしましょう。

参考記事

構造設計 楓工房様のFacebook記事です。地震の恐ろしさ、これから住宅を建てる方が何に気をつけて施工者を選ぶべきか書かれている一連の記事ですので、ぜひ併せてお読みください。