投稿者: navecozy

少し間が空きましたので、まずは 前回 のお浚いから。

上の動画、「極めて稀な地震」の1.5倍の力に対して倒壊した、建物モデルに、

「窓の面積を小さくする」修正、つまり窓下の小壁を増やすことによって倒壊を防いだのが、上の動画の建物モデルです。

今回は、この建物モデルをベースにして、屋根などの「水平構面」と呼ばれる部位が、建物の耐震性にどのような影響を及ぼすのか、「見える化」をおこないます。

上の画像は先程のモデルから、「屋根面と火打梁 の構造強度に関するデータ（ひとつ前の動画で「薄いグレー」になっている、建物上部の水平面が「それ」です）」を、全て取っ払ったもの※です。

※但し、荷重はそのまま残してあり、1階床は存在しています。

屋根のない建築物、というのは現実ではあり得ませんが、この屋根（と火打）なしのモデルを先程の「極めて稀な地震の1.5倍」で揺らすと、どのような挙動、応答を示すでしょうか？

それでは早速、揺らしてみましょう。

建物モデルを真上から見下ろした時の「梁・桁などの横架材で囲まれた長方形」が水平構面と呼ばれる部位です（これに対して、耐力壁は「鉛直構面」と呼ばれます）。

この長方形に、地震（や台風）などの水平力が加わった際、通常は、「長方形から平行四辺形へ」変形しないよう、屋根面や火打梁などが抵抗するのですが、これらの要素を取っ払った、「ほぼノーガード、無抵抗」のこのモデルでは、水平構面の変形が増した分だけ更に、柱や壁などの鉛直構面の変形量が増して、やがて建物上部の重さを支えきれない程の変形量（傾斜角）になり、倒壊してしまいました。

追記：
建物倒壊のメカニズムについて、もう少し詳しい解説をお求めの方には、併せて こちら をご覧ください。

前回 の後半部分で取り上げた、「①耐力壁の配置バランスが崩れることで、②（鉛直構面の）変形が増して、③建物上部の重さを支えきれなくなり、④倒壊」したモデルに、「壁の量（窓下の小壁）を増やす」修正をおこなって、「倒壊しない構造強度」を得ることができましたが、

今回もその手法に倣ってみます。

具体的に言うと、上の画像のように、外壁両側面と正面窓下の小壁を増やし、加えて正面窓下の小壁を補強（幅1.82m高0.4mの構造用合板を1枚、増し貼り）してから再度、「極稀1.5倍」で揺らしてみました。すると、

（倒壊したケースと比較すると）ちょうど真逆のメカニズムですが、壁（鉛直構面）の変形量が減少したことによって、水平構面の変形も抑えられて、今度は倒壊には至りませんでした。

繰り返しになりますが、「屋根のない建築物」というものは、現実の世界では（建築基準法上も）存在しません。

ですが、今回の一連の実験を通して「見えた」こと、

つまり、「水平構面の強さが構造強度に及ぼす影響や、水平構面と鉛直構面（耐力壁）の、構造強度上の関係性と相互作用が把握できていること」は、中低層建築物の、特に吹抜けのある計画案を検討する際には、非常に重要な（というか必須の）知見であると感じています。

次回、柱や梁などのそれぞれの接合部の「強さ」と耐震性の関係性について、例によって個別のモデルを具体的な地震波で揺らすことで「見える化」をおこないます。

Mマンションは、リノベーションから 9年が経過した１期工事（2015年）分において、現在仕上材の「化粧直し」が進んでいます。

所謂「突板」ではない、無垢材の床表面を削ってあらたな床面をあらわしたり、開口枠や巾木など、その他の木部についても、少しだけ色調を変えています。

前回、「極めて稀な地震」の1.5倍の力に対して、倒壊したこのモデルの

窓（奥側と両側面）の面積を減らし、窓下の小壁（こかべ）が増えた状態に修正して、再度同じ地震波でのシミュレーションをおこなったところ、倒壊を防ぐことができました。

このことから、木造軸組工法の耐震性能の向上には「（耐力）壁の量が大きく関与している」と言えそうです。では、壁量を一定以上確保すればそれで必要充分、なのでしょうか？

今回は、建物の耐震性と「壁」の関係について、もう一段階掘り下げた検証をおこなってみます（追記１：「個別で具体的な」耐震性の検証は、前編、中編、後編と3回に分けてお送りします）。

先程の、倒壊を防いだモデルを上の画像のように、壁の量は等しいまま、正面左側窓の位置を変更して、同じ「極稀地震の1.5倍」で揺らしてみます。すると、

倒壊してしまいました。そこで今度は、

窓面積をさらに小さくして窓下の壁量を増やしてから、再度「極稀1.5倍」で揺らしてみます。すると、

倒壊を防ぐことができました。

ここまで一連の「壁量増加→倒壊を防ぐ→壁バランスがズレる→倒壊→さらに壁量増加→倒壊を防ぐ・・」といった、対策と結果の繰り返しから見えたことについて以下、今回のまとめとして記します。

柱・梁・土台に囲まれた耐力壁と、窓上・窓下などの小壁を併せた「壁の総量」は、その建物の耐震性向上に大きく関与しています。

壁の量と、壁のバランス・釣り合いは、例えば、壁バランスの不均衡を、壁量を増やすことで補ったり、逆に、バランスの良い壁の配置のおかげで、必要とされる、相対的な壁量を減らすことができるなど、お互いが補完しあう関係にあります。

また、今回のモデル作成とシミュレーションを通して実感したことを一言添えると、壁量と壁バランスの「どちらかを優先しなければいけない」場合は、まずは壁量の確保を優先しておくことで、それ以降の作業をスムーズに運ぶことができるようです。

そして前回、前々回からの繰り返しになりますが、初期段階の平面・断面計画の「匙加減」は、建物の耐震性能を考えるうえで、とても重要です。

次回の「中編」では、屋根（天井）面、いわゆる「水平構面」の強さに応じて、建物の耐震性能がどのように変化してゆくのか、（具体的なモデルを具体的な地震波で揺らして）検証します。

追記２：
ここで「極めて稀な地震」「稀な地震」について、お浚いと補足説明をさせてください。

「極めて稀な地震」とは、建築基準法等で定められた、「数百年に一度程度発生する」地震の力で、「大地震」とも呼ばれます。具体的には、建物重量の100％の水平力（＝建物を、縦方向に90度回転させた状態を保ったときに、建物に加わる重力）です。震度６強、地動加速度300～400gal程度が、おおよその目安とされています。この地震の力によって「倒壊しない」性能が、建築基準法により定められた、2段階の基準のうちの「２段回目」の性能（建物重量の100%の水平力で倒壊しない）です。

「稀な地震」とは、「数十年に一度程度発生する」建物重量の20％の水平力で、震度5強、地動加速度80～100gal程度が、おおよその目安です。この地震の力によって「損傷しない」性能が、建築基準法により定められた、2段階の基準のうちの「１段回目」の性能（建物重量の20%の水平力で損傷しない）です。

住宅に求められる耐震性能の基準について、現在の法令・基準をお浚いします（追記：長くなったので、今回一緒に予定していた「個別で具体的な内容」は、次回にあらためます）。

「住宅の品質確保の促進等に関する法律」（第３条と、告示第1346号の「日本住宅性能表示制度基準」）において、住宅に求められる耐震性能は、

「極めて稀に、数百年に一度程度発生する地震による力に対して『倒壊、崩壊しない』」且つ「稀に、数十年に一度程度発生する地震による力に対して『損傷を生じない』」住宅は「耐震等級１」（建築基準法同等）で、

上記地震力の1.25倍に対して「倒壊、崩壊しない（損傷を生じない）」ものは「耐震等級２」、

同様に1.5倍、に対しては「耐震等級３」

といったように、３段階に分けて定められています。

具体例として以下、「建物（の構造モデル）を wallstat で実際に揺らしてみた動画」をご覧ください。

この建物の挙動（応答）が、「極めて稀に発生する地震」の力に対して「倒壊、崩壊しない」一例です。

次に、同じ建物を「極めて稀に発生する地震」の1.5倍の力で揺らしてみます。すると、

倒壊してしまいました。

では、この建物の窓の面積を小さくして（つまり、壁を増やして）から、もう一度「『極めて稀に発生する地震』の1.5倍」で揺らしてみると、

かなり揺れましたが、倒壊には至りませんでした。

最後に、前回ブログの建物を同様に、「『極めて稀』の1.5倍」で揺らします。

これらの「見える化」を通してわかった、耐震性能を考えるうえでの個別で具体的な内容については、次回のブログにてあらためます。

前回に引き続いて、今回は wallstat を用いた耐震シミュレーション、「パソコン上の振動台実験」の様子をご紹介します。

モデル建物は、一年ほど前に当ブログでご紹介した計画案「山陰の気象条件に沿った住宅」です。壁の位置など、平面計画そのものには変わりはないのですが、条件がより「厳しく」なるように、小屋裏の「2/3をロフト、残りの1/3は勾配天井（吹抜）」とした、断面の変更を加えています。上の写真の建物正面が南側、の想定です。

模型を手に取って、いつもの手順で構造図を起こし、その構造図を wallstat でトレースして、実際に揺らしてみたのが下の動画です。入力地震波は1995年の阪神淡路大震災、神戸海洋気象台（神戸市中央区）で計測されたものを用いました。

次は、東側から見た、

建物の挙動（応答）です。

実験結果を数値から振り返ります。

今回の建物の最大変形量は、X（東西）方向が16.1mm、Y（南北）方向が24.8mmでした。

上の動画で、色が「グレーから、黄色」に変わった、開口を通して奥のほうに見える壁は、その壁が「建築基準法等により2段階に定められている、変形量の規定値（今回のケースでは1段階目が22.5mm、2段階目が90mm）の1段階目を上回った」つまり、最も動いた（24.8mm）部分であることを示しています。

実験結果の「全体から見た位置づけ」と併せた、個別で具体的な内容については、次のブログであらためて述べますが、「必要な量を満たし、かつバランスの良い耐力壁の配置」、言い換えれば「初期段階の平面計画」がいかに重要であるか、といった基本事項について、今回強く再認識することとなりました。