壁付き柱と建物の崩壊について - imotodaikon’s blog〜構造設計者のブログ〜

どうも。今回は壁付き柱と建物および柱の崩壊について。

壁付き柱とは

まず、壁付き柱というのは、壁がついた柱の事である。例えば下図のようなもの。

柱梁に囲まれた外壁

基本、外壁は柱と梁に囲まれている。壁は剛性が高いので、柱への悪影響を抑制するために、構造スリット(鉛直スリット)を入れる。構造スリットというのは、壁との縁を切るために入れる隙間の事を言う。スリットには

①鉛直スリット

②水平スリット

の2種類があり、柱際に入れるスリットは①の鉛直スリット。②の水平スリットは、梁際に入れるスリットの事。

構造スリットを入れなかったらどうなるのか

上述の通り、構造スリットを入れるのは、主に柱への悪影響を抑制するためである。では具体的に柱への影響を考える。

1995年の阪神・淡路大震災においてRCラーメン構造の建物で、壁付き柱や腰壁付き柱、開口部際の柱などが多く崩壊した。地震時に壁付きの柱に地震力が集中したために、壁付きの柱が耐え切れずにひび割れし崩壊に至った。もし腰壁がなかったら他の柱と同程度の地震力を負担していた。腰壁と一体になった柱は短柱になり、大きな剛性によって地震力が集中し耐え切れずに崩壊した。

「図解：建築と構造の接点P.186より引用」

図解建築と構造の接点: トラブル予防のツボ100

作者:仲本尚志,馬渡勝昭,長瀬正
学芸出版社

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腰壁、垂れ壁による短柱化

柱に壁が取り付くと、壁の拘束効果によって柱の変形が抑え込まれる。例えば、腰壁と垂れ壁で挟まれた柱は、壁のフェイス～フェイス間を柱とみなした短柱と化す。短柱になると剛性が極端に高くなるため、(部材の剛性は断面二次モーメントと部材長に依存する)より多くの力を負担しようと頑張る。結果、頑張りすぎて破壊する。という流れである。

壁も柱幅に比べて板厚が薄いとはいえ、ｺﾝｸﾘｰﾄだし内部には鉄筋も入っているし、柱への拘束効果があると言われれば納得できる。(実際に阪神・淡路大震災のような大地震時に大規模な事故が起きているので)

短柱になるメカニズムは、壁によって剛域が伸びることに起因している。

腰壁と剛域の関係

上図に示すように、腰壁と柱際に鉛直スリットを切らなかった場合、腰壁の高さ分剛域が伸びる。剛域というのはRC造(もしくはSRC造)に存在する概念で、柱梁接合部などを線形に見立てた時に生じる、どれだけ力を加えても全く変形しない、超硬い領域の事を指す。剛域で挟まれた部分が設計すべき柱に該当するので、剛域が長くなると設計上不利になることがある。短柱化がその一例である。

腰壁際にスリットを入れれば剛域への影響はない

ただし、鉛直スリットを切る壁は雑壁(地震時に耐力を期待しない壁の事)の場合のみで、耐震壁は切らない。

壁が設計の邪魔になる場合は、構造スリットでフレームとの縁を切る。もし構造スリットを入れなくても設計できるのであれば、スリットは入れなくてもよい。という認識で構わない。

住宅等のバルコニーの手摺壁にスリット入れる？

バルコニー手摺と柱

こっからは個人的な疑問。住宅系(マンションやアパートなど)の建物を設計するとき、バルコニーの手摺壁と柱との縁は切るのかどうかという話。これって基本縁切るんですかね。自分の行動範囲内のRC建物を見る限り、手摺壁と柱際にスリットを入れていない建物の方が若干多い、気がする。仮にそうだとしたら、手摺壁影響を考慮して柱の設計をしてるってことでOK…？(実際半々くらいだと思う)