木造住宅の壁量計算を深く理解する その３「存在壁量の算出と壁量の判定」

今回は木造２階建て住宅（四号建築物）の仕様規定における、令４６条壁量計算の解説第３弾、「存在壁量の算出と壁量の判定」です。

存在壁量の算出
前回までは、地震力に対する必要壁量と風圧力に対する「必要壁量」の算出について解説しました。壁量計算は、「必要壁量」に対して、「存在壁量」が多いことを確認して終了となります。

では、存在壁量とはなんでしょう？
存在壁量とは壁量計算をしている四号建築物に設計上配置する（存在する）耐力壁の量です。

 　　壁量＝壁倍率×耐力壁長さ（単位：ｍ、ｃｍなど）

必要壁量を算出した各階、各方向ごとの壁量の合計が「存在壁量」となります。

例えば、１階X方向に、
壁倍率２．０倍、長さ０．９１ｍの耐力壁が５枚、
壁倍率４．０倍、長さ１．８２ｍの耐力壁が３枚あるとすると存在壁量は、

壁倍率２．０倍×０．９１ｍ×５枚＝９．１０ｍ
壁倍率４．０倍×１．８２ｍ×２枚＝１４．５６ｍ
１階X方向の存在壁量＝９．１０ｍ＋１４．５６ｍ＝２３．６６ｍ　となります。

壁量の判定
壁量計算の最後は、壁量の判定です。
壁量の判定は、

「必要壁量≦存在壁量」　の確認です。

例えば、１階X方向の必要壁量が２２．００ｍだとすると、
壁量の判定　必要壁量２２．００ｍ＜存在壁量２３．６６ｍ　OK
一般的な壁量計算はこれで終了です。

精度の高い壁量計算①
ここからは、壁量計算の精度を上げるための判定方法を紹介します。
例えば、
１階X方向　必要壁量２２．００ｍ＜存在壁量２３．６６ｍ　OK
１階Y方向　必要壁量１５．００ｍ＜存在壁量２５．００ｍ　OK
２階X方向　必要壁量１３．００ｍ＜存在壁量２１．００ｍ　OK
２階Y方向　必要壁量１０．００ｍ＜存在壁量２０．００ｍ　OK

上記の壁量判定はすべてOKです。
ここで重要なことは、各階各方向の壁量がどの程度余裕があるのかを確認することです。
そこで、充足率（どの程度余裕があるのか）を確認します。

壁量充足率＝存在壁量／必要壁量　で計算します。

１階X方向　充足率＝存在壁量２３．６６ｍ／必要壁量２２．００ｍ＝１．０７５
１階Y方向　充足率＝存在壁量２５．００ｍ／必要壁量１５．００ｍ＝１．６６６
２階X方向　充足率＝存在壁量２１．００ｍ／必要壁量１３．００ｍ＝１．６１５
２階Y方向　充足率＝存在壁量２０．００ｍ／必要壁量１０．００ｍ＝２．０００

この充足率で、１階X方向の充足率はギリギリ壁量が足りていることがわかります。
それに比べ、１階Y方向は必要壁量に対して存在壁量が約１．６倍以上の余裕があることがわかります。

地震力や風圧力などの水平力は壁量計算のようにX方向、Y方向に都合よく作用しません。
様々な方向から作用します。
ということは、各階で方向ごとの壁量充足率に差がありすぎると、建築物に斜め方向から作用した水平力に対して抵抗力に差が生じます。
簡単に言い換えると、建築物の揺れ方や変形の具合に差が出てしまうのです。

そこで、各階の壁量充足率はなるべく近い数値にしておくことがお勧めです。

どの程度近い数値かという指標はありませんが、
壁の配置バランスの簡易計算である四分割法の壁率比の考え方を用いれば、

壁量充足率の小さい方／壁量充足率の大きい方≧０．５

が良いのではないでしょうか。
この式の意味は、充足率の小さい方と大きい方の比率を１：２以内に収めましょう、それ以上の差があるとバランスが悪いということです。

そこで、１階X,Y方向のバランスをチェックします。
壁量充足率の小さい方／壁量充足率の大きい方
１．０７５／１．６６６＝０．６４５＞０．５　OK

こんな感じです。

精度の高い壁量計算②
もう一つ、精度の高い壁量計算を紹介します。
次は、上下階のバランスです。

これは構造計算で行う「剛性率」と同じような考え方です。
剛性率は簡単に説明すると、各階の水平力に対する変形の差を確認する計算で、各階の変形の差が大きいと、変形の大きな階が水平力により倒壊してしまう可能性があるため、これを防ぐために剛性率は重要な計算なのです。

そこで、壁量計算にものこ剛性率の考えを取り入れます。
今度は、各階の同一方向の壁量充足率のバランスを取ります。

具体的には、
同一方向充足率の小さい階／同一方向充足率の大きい階≧０．６　
を計算します。

計算してみましょう。
１階X方向　充足率＝存在壁量２３．６６ｍ／必要壁量２２．００ｍ＝１．０７５
２階X方向　充足率＝存在壁量２１．００ｍ／必要壁量１３．００ｍ＝１．６１５

X方向下階バランスチェック
１階X方向充足率１．０７５／２階X方向　充足率１．６１５＝０．６６５　OK

１階Y方向　充足率＝存在壁量２５．００ｍ／必要壁量１５．００ｍ＝１．６６６
２階Y方向　充足率＝存在壁量２０．００ｍ／必要壁量１０．００ｍ＝２．０００

Y方向上下階バランスチェック
１階Y方向充足率１．６６６／２階Y方向充足率２．０００＝０．８３３　OK

どちらの方向も上下階のバランスは良いことがわかります。


今回紹介した精度の高い壁量計算①、②は僕が著書である「最高に楽しい木構造入門」で勝手に提案している方法です。
建築基準法などで決まっている方法ではありません。
しかし、簡素な壁量計算の精度が高くなると思います。
設計者判断で利用してください。

次回は、壁量計算の最後、「壁量計算による耐震等級」について解説します。

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