誰も具体的な数字を示せない:屋根の軽量化で30%の耐震性能向上

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耐震性能の向上で誰も具体的な数字を示せていません

瓦を撤去、ガルバリウム鋼板にする

質問、女の子どれくらいよくなるのか?

 

回答、30%向上する

 

結論から言うと下のモデル※を使った例では、「一応倒壊しない」から「倒壊しない」に評価が変わり、数字的には 30%もの改善になります。耐震の目的で瓦屋根を軽量なガルバリウム鋼板に葺き替える意味はありそうです。※普通の木造家屋のあるモデルを使った計算例です。

屋根を葺き替えるときに巨大地震に対する効果はどのくらいあるのか?のお話です。

木造住宅の耐震診断/一般診断法/精密診断法

屋根が替わることでその家の耐震性がどうなるか?のお話です。日本では建設省の外郭団体、民間、大学関係の研究者が作った耐震診断法があります。ビル、大型建設物は勿論のこと、一般木造住宅にも耐震診断があって、これがこのページのテーマです。木造家屋の耐震診断とは来るべき巨大地震、阪神淡路大震災、東日本大震災級の地震への備えです。

※2012年改定版「木造住宅の耐震診断と補強方法」:日本建築防災協会、国土交通大臣指定耐震改修支援センター著

この耐震診断には:

1:誰にでもできるわが家の耐震診断
2:一般診断法
3:精密診断法

があります。「誰にでもできるわが家の耐震診断」は「誰にでもできるわが家の耐震診断」で検索すれば簡単にその診断のサイトにリンクしますので、やってみてください。ここでの話はもっと突っ込んだことで、瓦の屋根から重さ1/8のガルバリウム鋼板に葺き替えたら、もしくは葺き替えるとどのくらい巨大地震に強くなるのか?を考察します。一般診断法使って実際の評価の値がどう変わるかを調査しました。

 

瓦をガルバリウム鋼板にすると、どのくらい地震に強くなるのか?

女の子、30%の意味は?

 

回答、評点の説明

評点の計算:

建物の耐震評点 = 建物の保有耐力 / 必要耐力

 

でその評点の意味は;その家が倒壊するかどうかの評価の点数です。

・1.5以上:倒壊しない
・1.0~1.5:一応倒壊しない
・0.7~1.0未満:倒壊の可能性あり
・0.7未満:倒壊の可能性が高い

「必要耐力」とは、巨大地震がその建物を倒そうとする力;必要耐力と言っているのは、その地震の力に対抗して倒れない等しい力という意味で「必要耐力」なのだと考えます。

「保有耐力」はその住宅が保有している倒れない力です。保有耐力と必要耐力、つまり巨大地震が家を倒そうとする力と家が倒れまいとする力が等しいとき、値は 1.0で、1.0以上は家の力の方が大きく倒れない、必要耐力が大きい場合は1.0未満でこの評価値が小さい程、倒壊する危険が増すということになります。

瓦をガルバリウム鋼板に替えたときに、この評価値がどうなるのかが関心ごとです。一般論だけでは良く分からないとおもいますが、モデルを考え、数字をいれていきます。どこにでもある一般的な木造住宅を考え条件を設定します。

倒壊しないのね

その通り

 

サンプルの家屋:2階建て瓦屋根:

耐震診断、瓦からガルバリウム鋼板

仕様:

工法:在来軸組構法、1階床面積:31.1㎡、2階床面積:22.7㎡、屋根:釉薬瓦(45Kg/㎡)、屋根全面積:70㎡、在来工、外壁は窯業系サイディング、内壁は石膏ボード張り、床:畳部屋一部、その他は板(フローリング仕上げ)、天井:化粧合板仕上げ、一般木造住宅:瓦葺き、2階建て、瓦は引っ掛け桟工法、土はなし、関東のある都市部にある家、豪雪地帯ではない、地盤はしっかりしていて軟弱地盤ではない、家の形状も欠け出っ張りのない単純長方形の形状です。

耐震の評点を計算するのに、具体的な数字で考えた方がわかり易いので、上のサンプルで考えます。耐震診断の2の「一般診断法」で必要耐力、保有耐力を計算します。そしてこの家の耐震評点を、瓦の場合とガルバリウム鋼板での値を求めて、比較してみます。どのくらい変化があるのか?

 

瓦からガルバリウムになると耐震診断の評点はどのくらい向上するか?

耐震診断の評点を求めるのに、「必要耐力」と「保有耐力」の値を計算します。

●必要耐力:

サンプルの家のように、在来軸組構法の家屋は、一般診断法の方法1のやり方で「必要耐力」を導きだすことができます。この方法1によると;

必要耐力は当該住宅の固定荷重(その家の重量)積載荷重(家具、調度品などの重量)を想定して建築基準法施行令第88条の地震力の算出方法に準じています。この診断法では、屋根、壁の仕様に注目して、「軽い建物」「重い建物」「非常に重い建物」に分類して必要耐力を計算している。と書かれています。当サイトもこれを参考に必要耐力を計算します。

瓦葺きの場合の「必要耐力」:

サンプルの家は二階建て、桟瓦葺きなので、重い屋根の家に分類され、一階の床面積に対する二階の面積の比率を出し、一階、二階部分の床面積単位の必要耐力を求め、各階の床面積を掛けて全体の必要耐力を求めます。

■瓦屋根の場合の必要耐力: 39.09 kN

 

ガルバリウム鋼板の場合の「必要耐力」:

求める計算は瓦の場合と同様ですが、ガルバリウム鋼板の屋根のカテゴリは、「軽い屋根」になります。各計算パラメータから計算されます。

■ガルバリウム鋼板屋根の場合の必要耐力: 29.53 kN

更に詳しい必要耐力の求める式、パラメータ

 

●保有耐力の計算

保有耐力は主に家の壁(外壁、内壁の量)から求められるもので、今回のサンプルでは瓦からガルバリウム鋼板へ屋根を葺き替えただけなので、「保有耐力」は瓦の場合、ガルバリウム鋼板の場合とも同じ値です。その求め方は、壁の仕様から単位長あたりの耐力を選び各長さを図面から割り出し、それを一階と二階の全壁の総和で算出します。

サンプルでは、外壁は窯業系サイディング、内壁は石膏ボード(9mm厚)と設定していますので、これに図面から各長さを割り出し、その総和を計算したものです。

■このサンプル家の保有耐力: 52.96 kN

詳しい計算方法、パラメータ

「必要耐力」「保有耐力」が求まりました。

 

地震の力:必要耐力、家の耐える力:保有耐力とは?

巨大地震によって、家にかかる力を必要耐力、家が巨大地震に耐える自身の耐力を保有耐力と言いますが、地震の力が大きいと倒壊し、保有耐力が大きいと倒壊しないという理屈です。簡単に言うと必要耐力と保有耐力との間には、次の関係があります。

  • 必要耐力 = 保有耐力:両方の力が同じ場合
  • 必要耐力 < 保有耐力:計算上は倒壊しない
  • 必要耐力 > 保有耐力:計算上は倒壊します

倒壊するかしないかは数字で表され;

評価点(耐震診断の評価)= 保有耐力   / 必要耐力

で結果の数字によってこの診断法では次の評点を与えています。

評点が;

  • 1.5以上のとき:倒壊しない
  • 1.0~1.5のとき:一応倒壊しない
  • 0.7~1.0未満のとき:倒壊の可能性あり
  • 0.7未満のとき:倒壊の可能性が高い

となります。

瓦をガルバリウム鋼板へ葺き替えたときの評点の変化

瓦葺きの場合の評点と瓦を撤去してガルバリウム鋼板に葺き替えをした場合の耐震診断の評点を比較することで、この葺き替えの耐震に対する意味、どれくらい耐震に強くなるのかを考えます。

保有耐力の値は;49.69 kNですので、これに対する各場合の評点を計算してみます。計算は「木造住宅の耐震診断と補強方法」一般診断法、方法1を用います。

 

瓦の屋根の場合の家の必要耐力:39.09 kN

ガルバリウム鋼板の場合の必要耐力: 29.53 kN

ですから、保有耐力:52.96を使って、上部構造評点をだします。

 

瓦屋根の評点 

= 52.96 kN / 39.09 kN = 1.35 (一応倒壊しない)

ガルバリウムの評点

=52.96 kN / 29.53 kN = 1.79(倒壊しない)

このサンプルの場合は「一応倒壊しない」から「倒壊しない」に評価が変わりました。

 

評価の向上と共に、数字的にも評点は 30% もの改善になっています。

耐震の目的で瓦屋根を軽量なガルバリウム鋼板に葺き替える意味はありそうです。

 

@hitsuyou

「必要耐力」の求め方、計算式とパラメータ

単位面積の必要耐力の計算は、一般診断を用い、対象建物の各階の床面積の比率を出し必要耐力 Qr は解表3.3に示す値から算出し、これに床面積を乗じて求める。

解表3.3 抜粋
二階建て建物の

1階部分での単位面積の必要耐力
・軽い建物:0.72 X qKf11 X Z
・重い建物:0.92 X qKf11 X Z

2階部での単位面積の必要耐力
・軽い建物:0.28 X qKf12 X Z
・重い建物:0.40 X qKf12 X Z

軽い建物とは;石綿スレート葺きの建物
重い建物とは;瓦桟葺き瓦屋根の建物

となっていて、金属材の区分が無いので、ガルバリウム鋼板は軽い建物として計算

qKf11, qKf12の係数の求め方:

軽い建物、重い建物ともに
qKf11 = 0.40 + 0.6 X Rf1、 qKf12 = 1.3 + 0.07 / Rf1

Rf1:一階の床面積に対する二階の床面積の割合:この例では、Rf1 = 0.61
Z: 地域係数でここの例では、Z=1

一階、二階とも単位面積当たりの必要耐力に各階の面積を乗じて

・瓦の場合の必要耐力:      39.09kN
・ガルバリウムの場合の必要耐力: 29.53kN

 

@hoyuu

「保有耐力」の求め方、積算方法、算出方法

保有耐力の計算方法:一般診断法では、建物の外壁、内壁の耐力の積算で求めます。外壁、内壁とも、材料の仕様によって単位長あたりの耐力が決められていて、その一階、二階の壁の耐力の総合計を保有耐力とします。

・外壁の仕様: 窯業系のサイディング+石膏ボード仕様で、2.4 kN/m
・内壁の仕様: 石膏ボード2枚張り での計算で、2.2 kN/m
またこの積算は、窓、ドアなどがない、開口部がない壁で計算する、詳細では開口部分は軽減率を
もっての値になります。各階の外壁、内壁の長さは下の図面から求める。窓、ドア、壁の欠けなどの無い、無開口壁で計算。

サンプル家の平面図

壁に窓やドア、出入り口などがある壁は開口壁で、無開口壁より耐力が落ちます。どれくらい落ちるかも細かく計算できて、その開口壁も保有耐力に含められます。そうやって積算された保有耐力の値は;

52.96 kN

になります。このサンプルの家は面積が狭く、張り出し、欠けなどがない綺麗な長方形の平面で、柱の数、壁の長さも充分なので、かなり頑丈な住宅になっています。耐震評点も相当高い値になっています通常は屋根をガルバリウム鋼板に葺き替える必要はないと思います。このサンプルは単純な例で瓦からガルバリウム鋼板へ葺き替えたとき、どれくらい耐震評点が変化するのか?を考える上の分かり易い例題にしています。

 

 

参考:この家屋の全体の重量/地震の力の変化

耐震診断においては巨大地震の力は、必要耐力の大きさでこれは家全体の重量に比例しますので、家全体の重量、重さを知っておいても良いことと思います。家全体の重さの計算は壁、屋根、床の面積さえ分かれば簡単です。計算の方式、方法は、建築基準法施工令、第84条(固定荷重)にその求め方が記載されています。是非ご自分で計算してみてください。サンプルでの瓦屋根の場合、重さは下の表です。

瓦屋根の家の重量

瓦屋根の家の全体の重量は、家具、キッチンまわりの調度品、ユニットバス、トイレ、ベッド、衣類、家電製品、その他生活に必要なものは除いています。実際の重量はこの値を加算します。

瓦屋根の場合:家の重量 =14,500Kg (14.5トン) N:ニュートンの解説

瓦、釉薬瓦の1㎡あたりの重さは、約42Kg、ニュートンで言うと 412N。垂木、下地材がこれに加わって、建築基準法令、84条では640Nになっています。70㎡の屋根全体では、垂木、下地材を含めての重量で44,800N(4,571Kg)になっています。家全体では、142,363N(重量約14,500Kg)です。なんと家全体で14トンもの重さがあります。かなり重いという印象です。

瓦を撤去してガルバリウム鋼板に葺き替えた場合:家の重量は?

ガルバリウム鋼板屋根の重量

この屋根を瓦を撤去してガルバリウム鋼板にしたときに、重量はこの家屋の場合、どれくらいになるのか?簡単に瓦の重量がガルバリウム鋼板、5Kg/㎡の70㎡分ですので;ガルバリウム鋼板へ葺き替えをした家屋の重量は;

計算上の家の重量 = 11,400 kg ( 瓦:14.500 kg ) トンで言うと;11.4トンです。

ガルバリウム鋼板にした場合の家全体での重量の減少の割合は、ー22%。瓦の重さ約4500Kgが、ガルバリウム鋼板への葺き替えで350Kgになったのですから、家全体で22%ぐらい減るでしょうねということです。印象的にはどうでしょうか?屋根、最終的には家の重量がかなり減りました。ここでは瓦屋根の重さやガルバリウム鋼板屋根の重さでは無く、家全体がどのくらい重量が減少するのか?が重要です。

 

「木造住宅の耐震診断と補強方法」には何が書かれているのか?

「木造住宅の耐震診断と補強方法」には、日本の木造住宅における巨大地震に対する耐震強度の測定、計算の方法と、地震に耐えられる、評価点を上げる為の対策が、産学連携の粋として記載されている。評価点をあげる、地震に強くする家のリフォーム、改修には実は2通りのやり方があって、式をみれば明らかなように、地震に対する耐力、保有耐力を強化する方法と、もう一方は地震の力を軽減する方法つまり「必要耐力」を減少させる方法があります。

この本には、地震対策として、保有耐力に主眼が置かれ必要耐力の低減、具体的には屋根の重量を減らすことが書いてありません。壁の補強、梁の強化も重要と思いますが、上で書いたように非常に重量のある瓦を降ろして、軽いガルバリウム鋼板などの金属屋根にすれば、必要耐力がかなり減らせて耐震に貢献できると考えています。

屋根の耐震、家の耐震診断まとめ

瓦を撤去して、軽量なガルバリウム鋼板などに葺き替えば、耐震の向上にかなり寄与することが計算により明らかです。また、どれくらいの割合で耐震診断の評点が向上するのかも計算で求められて、考えたモデルでは30%程度の点数向上になりました。瓦をガルバリウム鋼板へ葺き替えると、耐震にかなり有利となります。

 

補足:

上のモデルでの検証は一つの例であって、正確にはきちんと耐震診断をしないと評価できないのです。見た目の判断は危険で「倒壊する危険が大きい」「する可能性がある」「倒壊しない」の判断は、単なる瓦屋根だから倒壊しやすい、ガルバリウム鋼板だから倒壊しないのではなく、保有耐力と必要耐力の値でその見当がつくもので、この耐震診断も絶対的なものではないことは理解して頂けると考えます。見た目だけ、都市伝説だけで業者の根拠もない次の誘導等に負けないでください。くれぐれも耐震については専門家の耐震診断を受けた上で考察してほしいです。口だけの決めつけは危険です。

  • 重い瓦の住宅は倒壊し易い
  • ガルバリウム鋼板などの軽い屋根は倒壊しない
  • 古い家なので土壁しかないので、倒壊する
  • 家の形が複雑で欠け、出っ張りがあって倒壊する
  • スレートの屋根をガルバリウム鋼板でカバーした、重くなったので倒壊の危険あり

屋根修理業者、特に訪問会社は、良くこれらのことを言って営業をしています。人の良さそうな、いかにも親切そうな営業に言われたら「そうかな?」と思ってしまうこともあるかもしれませんが、わざわざ人の家を本気で心配して言ってくれることはないです。言われて心配になったら「耐震診断」をお金はかかりますが受けてください。その上で葺き替えた方が良いのか?しなくてもかわらないのか?を判断してください。

重い瓦の家でも耐震のしっかりした家は沢山あります。古い家でも倒壊しない家も沢山あります。見た目危ないと思われる「おうち」に悪徳業者は心配を「装い」訪ねてきます。こと耐震については正式な業者にきちんと耐震診断をしてもらってください。話はそれからです。

Link002:NとKgの違い

N(ニュートン)とKg、重量と質量の違い

KgとN(ニュートン)の換算式は、1Kg = 9.8N

ではKgとニュートンの違いは、Kgで表されたものは、質量でこれは地球でも、月でも、火星でも変わらぬ重さですが、Nは測定した場所で変わります。つまり重力の大きさによって変わる重さになります。また地球でも赤道付近と北極、南極とではわずかですが、違います。

このページは以上になります。

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