【わかりやすい構造設計】RC造設計の本質を知る
RC造の設計の中では耐震壁を有効に使用することはとても重要なことになってきます。耐震壁が多い建物の耐震性が高いことが知られていることですが、そんな耐震壁も扱い方によっては構造安全上に不利に働くこともあります。
今回はそんな耐震壁を万能視せずに、計算上はどのように扱われているのかを知って有効に利用していくための留意点を書いていきます。
※基準法上で使用されている言葉は耐力壁ですが、日常的には耐震壁を使っていることが多いように思うので耐震壁という言葉で書いています。
①耐震壁とはなにか
耐震壁は耐力も剛性も高いRC造の壁のことになります。地震力のような水平力を主に負担します。柱や梁のラーメン架構に比べて面材であることから断面2次モーメントで比較すると圧倒的に大きくなるため、地震力を多く負担してくれます。
耐震壁が地震力を負担してくれることで、柱や梁においては長期荷重において満足するように設計すればよくなり、柱梁部材が小さくできます。
柱梁のラーメン構造の変形は主に曲げ変形になりますが、耐震壁の変形は主にせん断変形になります。プロポーションの違いから変形の形式が異なります。
言葉のままになりますが、曲げ変形は建物全体が曲線上に曲がっていくイメージに対して、せん断変形は横にそのままズレるような変形（平行四辺形）になるので、このイメージからもせん断変形の方が剛性が高く変形が小さいイメージができると思います。
厳密にはどちらも曲げ変形とせん断変形の複合で変形が決まりますが、支配的になる変形の形式について述べています。この変形の違いをイメージすることが計算の中で耐震壁を扱うためには重要なポイントの１つになります。
また、耐震壁として定義されている構造規定については建築基準法の施行令やRC規準を参照して下さい。
②耐震壁と開口
耐震壁に開口を設けることが実務上はよく発生します。（申請直前に知らない開口が空いていることも・・・ちょっと余談でした）
規準の数値だけに注目していると、開口周比が0.4以下であればどんな開口でもよいと考えてしまいますが、本質論としてはこの数値を守ることだけではありません。
この開口周比の0.4以下という数値はどのような意味を持つのかというと、0.4を超えてくると剛性耐力の略算的な低減では、実験や詳細な解析と比べて差が出てくることから0.4を上限としているようです。
耐力と剛性のそれぞれについて考えてみたいと思いますが、せん断耐力については基本的には低めに評価しておけば大きな問題にはならないですが、剛性についてはそうとも言えません。
※耐力については開口に位置によっては正負の加力方向に対しての耐力は大きく異なることは一般に一貫計算には反映されないので設計者で配慮しましょう。
剛性については高くても低くても全体への影響が発生します。なのでできるだけ正確に評価してあげる必要がありますが、以下の記事でも書いていますが、剛性については正確に評価することは難しいです。
参考：剛性の変化とその影響を知る
そこで大きな判断として耐震壁として扱うのか、柱梁のラーメン架構に袖壁や垂れ壁、腰壁が取りつくフレームとしての扱うのかを判断することが大事になってきます。
開口位置が柱や梁に近接している場合や、複数開口があって方立壁ができている場合など、曲げ変形する部材が耐震壁フレーム内に存在しているといないとでは大きく特性が異なってきます。
なので単純に開口周比だけでなく、耐震壁架構とラーメン架構の特性の違いを理解した上でどのような扱いにするのかを判断しましょう。
※ちょっと補足事項：開口を複数設ける場合には包絡開口として評価する場合とそれぞれの開口として評価する方法（規定以上に離れている場合）があります。それについても技術基準解説書にも数値的な目安は示されていますが、数値だけを見るのではなく、その前文にある圧縮ストラット（対角線上の圧縮応力）が形成されていることが重要になってくるので意図を踏まえて利用しましょう。
③一貫計算での留意事項
最後に一貫計算（電算）の中での実務上での留意点についていくつか書いていきます。
一貫計算の中では耐震壁の柱梁の枠部材は曲げとせん断に対しては検討外になりますが、だからといって何も配慮しなくてもよいというわけではありません。
開口を柱際や梁際に設けた場合には部分的に短柱・梁になるので適切な補強が必要になります。例えば、部分的に計算外の配慮でせん断補強筋の追加を行いましょう。主筋も減らしすぎているとそこで曲げヒンジする可能性もあるので主筋もせん断補強筋も検定外だからといって減らしすぎないようにしましょう。
耐震壁の枠部材を小さくして耐震壁に内蔵させる場合の規定もありますが、これも数値を満足するだけでなく規定寸法の柱梁がない場合にはどのような問題があるのかを把握して適切な対応をしましょう。例えば、枠がないと壁のひび割れが壁端まで達するので変形して軸力保持ができなくなるので壁の負担するせん断応力度に余裕を持たせることがあります。
また大きな軸力が生じる壁端部の断面が小さいことに対しては圧縮時に座屈しないように閉鎖HOOP筋を設ける、引張りに対しては端部縦主筋を多めに入れるなどの配慮があります。
壁部材ついては、特に開口の影響については未知な部分が多く実験や研究が引き続き行われており、RC規準の中でも改定が続いている部分なので新しい知見も積極的に取り入れていくようにしましょう。
少し古いですが以下のサイトは開口の影響がイメージできます。
開口の数や位置を考慮した鉄筋コンクリート造の耐震壁の強度・剛性評価方法に関する実験・解析
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