NSJ住宅性能研究所

許容応力度計算（木造住宅）シリーズ9

力の流れ

■力の流れを考える（なぜ大事？）

建物の安全性を考えるときに一番大切なのは、建物に加わった荷重や外力が、最終的に地盤（地面）までどう伝わるかを理解することです。

建物は、力を受けて終わりではなく、受けた力を部材から部材へ渡しながら、地面へ逃がすことで成り立っています。


■鉛直荷重（重さ）の流れ：上から下へ、だんだん大きくなる

例えば、2階建て住宅での鉛直荷重（屋根・床・人・家具などの重さ）がどこを通って地盤へ行くかを考えてみます。

ここで押さえるポイントは2つです。

・力は基本的に、下へ流れる
・下へ行くほど、力は足し算されて大きくなる（累積する）

たとえば、2階の床の重さは2階の梁や壁だけでなく、1階の柱や壁にも伝わり、最後は基礎・地盤へ行きます。

そのため、1階の柱や基礎の方が、2階より大きな力を受けやすいわけです。

さらに、もし梁の直下に柱がないと、梁が中空で支えられない状態になり、梁には大きな曲げ（たわみやすさ）が発生します。

つまり、力の通り道を考えると、構造の弱点が見えてきます。

■風の力の流れ：建物を横から押す力も、下へ伝わる

風圧力（風で押される力）が建物の中をどう伝わるかを考えます。

風は建物を横から押しますが、その力は、

屋根・2階・1階 → 基礎 → 地盤

というように、結局は下へ下へ伝わっていきます。

このときも同じで、下の階ほど大きな力を受けるので、1階の耐力壁や柱脚・基礎が重要になります。


■地震の力の流れ：各階で生まれた力を、壁や床で集めて下へ

地震力の流れを考えてみます。

地震では、建物の重さ（質量）がある場所ほど、揺れによって力が生まれます。

ざっくり言うと、2階にも1階にも横方向の力が発生し、それを、

床（水平面）で集める（面でまとめる）
→耐力壁へ渡す
→基礎へ落とす

という順に伝えて、最後は地盤へ逃がします。

そのため、地震に強い建物を作るには、壁だけでなく床（水平構面）や接合部、基礎まで含めて一続きで考える必要があります。


■木造軸組（在来）の特徴：鉛直は柱梁、水平は耐力壁（役割分担）

木造軸組み構法（在来工法）の大きな特徴は、役割が分かれていることです。

・鉛直荷重（重さ）：柱・梁で支える
・水平力（地震・風）：筋かい、構造用面材などの耐力壁で抵抗する

この、役割分担を理解しておくと、なぜ耐力壁の配置が大事なのか、なぜ接合部（金物）が重要なのかが、自然に分かります。


■ツーバイフォー（枠組壁工法）との違い：壁が両方を負担する

一方、枠組壁工法（ツーバイフォー）では、耐力壁が水平力だけでなく鉛直荷重も支えるという性質があります。

ツーバイフォーにも壁倍率があるので、軸組みの耐力壁と同じ役割だと思われがちですが、力学的には、

・軸組：柱梁で鉛直、壁で水平（分担型）
・2×4：壁が鉛直も水平も（壁主体型）

という違いがあります。ここを押さえると、構法ごとの設計の考え方が混ざらずに理解できます。


■どこを検討するの？

最後に、構造を考えるときに主に見るポイントを大づかみに言うと、

・材料と許容応力（使ってよい強さ）
・荷重・外力の算定（どれだけ力が来るか）
・鉛直構面（柱・壁など）
・水平構面（床・屋根が力を集める働き）
・接合部・柱脚・座屈など（つなぎ目の弱点）
・基礎・地盤（最後に受け止める部分）

を、「力の流れが切れていないか？」という視点で確認していきます。

次回は、鉛直荷重への特徴・方針について、お話します。