建築構造の基本知識まとめ|定義・種類・計算法をわかりやすく解説

建築構造構造規定
  • 建築構造の基本を身につけたい。
  • 主な構造の種類は?
  • 構造計算の必要な建築物って、どんな規模?

こんな悩みに答えます。

本記事では、建築構造の概要について図をまじえながら解説。

記事の内容

  • 建築構造の定義
  • 建築物にかかる圧力とは
  • 代表的な構造種別
  • 建築基準法における技術的な基準
  • 構造計算の流れ

構造設計の全体像を押さえたい方に役立つ情報です。

このサイトは、確認検査機関で意匠審査を担当していた一級建築士が運営。

住宅から特殊建築物まで1000件以上の設計相談を受けた経験をもとに、建築基準法の知識をわかりやすくまとめていきます。ご参考までにどうぞ。

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建築構造とは

建築構造とは、建築物にかかる圧力へ抵抗する骨組み(構造耐力上主要な部分)・材料などの総称です。

✔️ 建築物にかかる圧力

  • 固定荷重(自重):建築物自体の重さ
  • 積載荷重:建築物内の人、家具など移動可能なものの重さ
  • 積雪荷重:建築物に積もる雪の重み
  • 風圧力:風が建築物を押す力
  • 地震力:地震の揺れによる力
  • 土圧:地盤内で基礎にかかる土の圧力
  • 水圧:地下水によってかかる圧力

構造_建物に作用する力

これらの力に耐える安全な建物をつくるための基準が、建築基準法の「構造関係規定」として定められています。

構造耐力上主要な部分とは

構造耐力上主要な部分(読み:こうぞうたいりょくじょうしゅようなぶぶん)とは、建築基準法の施行令1条に定められた以下の部分です。

  • 基礎
  • 基礎ぐい
  • 小屋組み
  • 土台
  • 筋かいや火打材などの斜材
  • 床版
  • 屋根版
  • 梁や桁などの横架材

建築物の「荷重」や「外力(外からの圧力)」を支える重要な部材ばかり。

「主要構造部」と「構造耐力上主要な部分」は異なる

似たような言葉に「主要構造部」もありますが、「構造耐力上主要な部分」とは意味が違います。

主要構造部は、建築物の防火および避難において主要な構造部を指しています。

✔️ 主要構造部

  • 屋根
  • 階段

詳しくは「主要構造部」の定義とは|「構造耐力上主要な部分」との違いも解説の記事をご確認ください。

 

建築構造の主な種類

建築物の代表的な構造は4種類です。

  1. 木造
  2. 鉄骨造(S造)
  3. 鉄筋コンクリート造(RC造)
  4. 鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)

それぞれの構造には長所と短所があります。

仕事柄、「どの構造が安全ですか?」という質問を受けることもあるのですが、一言で答えるのはむずかしいですね。

構造の種別によって決まるものではなく、下記の条件にうまく対応した建築物が安全といえます。

  • 建物の仕様
  • 構造計算
  • バランス
  • 施工の精度
  • 周辺の環境
  • 地盤の状況
  • 地震の種類

 

構造強度の基本

建築基準法において、構造強度の基準(建築物を安全な構造にするための技術的な基準)は、大きく2つに分けられます。

  1. 仕様規定
  2. 構造計算

構造_仕様規定と構造計算

仕様規定とは

仕様規定とは、構造耐力上主要な部分に使う材料、その扱い方(技術的な基準)を定めたものです。

とくに、建築基準法施行令36条による耐久性関係規定は、用途・規模に関わらず、すべての建築物が満たすべき基準。

  • 総則、構造部材の耐久性(令36条~令37条)
  • 基礎、屋根ふき材等(令38条1項・5項・6項、令39条1項・4項)
  • 木材、防腐措置等 (令41条、49条)
  • 鉄骨柱の防火被覆(70条)
  • コンクリート の材料、強度、養生、型枠、鉄筋のかぶり厚さ等(72条、74条~76条、79条)
  • 鉄骨のかぶり厚さ (79条の3)
  • 国交省の指定(令80条の2)

木造2階建て住宅など、小規模な建築物は仕様規定を満たすことで、構造計算が不要となります。

構造計算とは

建物の安全性を確認するために、建築基準法で定められた構造計算の方法は4つ。

  1. 許容応力度計算
  2. 保有水平耐力計算
  3. 限界耐力計算
  4. 時刻歴応答解析

構造設計者は、建築物の特徴に応じて、どの計算方法を採用するか決めます。

✔️ 建築基準法20条による建築物の分類

建築基準法の条項建築物の規模分類
法20条1項一号60mを超える建築物超高層建築物
法20条1項二号31mを超え、60m以下の建築物高層建築物
31m以下の建築物(下記を除く)高層建築物、中層建築物
法20条1項三号中規模な建築物中層建築物、低層建築物
法20条1項四号小規模な建築物低層建築物

60mを超える建築物

高さ60mを超える建築物は、時刻歴応答解析という高度な計算が必要です。

31m超60m以下の建築物

31m超60m以下の建築物には、大きな地震でも倒壊しないような構造計算による安全確認が必要。

具体的には、下記のいずれかの計算をおこないます。

  • 限界耐力計算
  • 許容応力度計算+保有水平耐力計算

31m以下の建築物

31m以下の建築物は、以下のいずれかの計算によって、大地震が起きたときの安全性を確かめます。

  • 許容応力度計算+保有水平耐力計算
  • 許容応力度計算+偏心率や剛性率の計算

中規模な建築物

構造_中規模な建築物

下記にあてはまる中規模な建築物は「許容応力度計算+屋根ふき材等の計算」が必要です。

✔️ 木造

  • 高さ≦13m
  • 軒高≦9m

✔️ RC造

  • 高さ≦20m
  • 階数≦3

✔️ 鉄骨造

  • 階数≦3
  • 延べ面積≦500㎡
  • 高さ≦13m
  • 軒高≦9m

小規模な建築物

構造_小規模な建築物

下記にあてはまる小規模な建築物は、構造計算が不要となります。ただし、簡略化した計算によって安全性を確かめなければなりません。

✔️ 木造

  • 階数≦2
  • 延べ面積≦500㎡
  • 高さ≦13m
  • 軒高≦9m

✔️ RC造

  • 階数≦1
  • 延べ面積≦200㎡

✔️ 鉄骨造

  • 階数≦1
  • 延べ面積≦200㎡

 

構造計算の流れ

構造計算の道筋(ルート)は、大きく3種類に分かれます。

構造_構造計算の流れ

✔️ 構造計算のおもな流れ

  • 一次設計
    • 許容応力度計算(ルート1)
  • 二次設計
    • 層間変形角や剛性率、偏心率の計算(ルート2)
    • 保有水平耐力計算(ルート3)

構造_計算法の分類

  • 図の外側にいくほど高度な計算が必要。
  • 図の内側の計算法は、外側の計算法にかえることも可能。

高度な構造計算(時刻歴応答解析または限界耐力計算)以外は、一次設計・二次設計という段階的なチェックをおこないます。

一次設計は、中規模な地震でも建物の性能が損なわれないことを確認。二次設計で、ごくまれに起こる大地震で建物が変形しないかをチェックします。

 

建築基準法を読む

構造耐力は、建築基準法20条に規定されています。

(構造耐力)

第二十条

建築物は、自重、積載荷重、積雪荷重、風圧、土圧及び水圧並びに地震その他の震動及び衝撃に対して安全な構造のものとして、次の各号に掲げる建築物の区分に応じ、それぞれ当該各号に定める基準に適合するものでなければならない。

一 高さが六十メートルを超える建築物 当該建築物の安全上必要な構造方法に関して政令で定める技術的基準に適合するものであること。この場合において、その構造方法は、荷重及び外力によつて建築物の各部分に連続的に生ずる力及び変形を把握することその他の政令で定める基準に従つた構造計算によつて安全性が確かめられたものとして国土交通大臣の認定を受けたものであること。

二 高さが六十メートル以下の建築物のうち、第六条第一項第二号に掲げる建築物(高さが十三メートル又は軒の高さが九メートルを超えるものに限る。)又は同項第三号に掲げる建築物(地階を除く階数が四以上である鉄骨造の建築物、高さが二十メートルを超える鉄筋コンクリート造又は鉄骨鉄筋コンクリート造の建築物その他これらの建築物に準ずるものとして政令で定める建築物に限る。) 次に掲げる基準のいずれかに適合するものであること。

イ 当該建築物の安全上必要な構造方法に関して政令で定める技術的基準に適合すること。この場合において、その構造方法は、地震力によつて建築物の地上部分の各階に生ずる水平方向の変形を把握することその他の政令で定める基準に従つた構造計算で、国土交通大臣が定めた方法によるもの又は国土交通大臣の認定を受けたプログラムによるものによつて確かめられる安全性を有すること。

ロ 前号に定める基準に適合すること。

三 高さが六十メートル以下の建築物のうち、第六条第一項第二号又は第三号に掲げる建築物その他その主要構造部(床、屋根及び階段を除く。)を石造、れんが造、コンクリートブロック造、無筋コンクリート造その他これらに類する構造とした建築物で高さが十三メートル又は軒の高さが九メートルを超えるもの(前号に掲げる建築物を除く。) 次に掲げる基準のいずれかに適合するものであること。

イ 当該建築物の安全上必要な構造方法に関して政令で定める技術的基準に適合すること。この場合において、その構造方法は、構造耐力上主要な部分ごとに応力度が許容応力度を超えないことを確かめることその他の政令で定める基準に従つた構造計算で、国土交通大臣が定めた方法によるもの又は国土交通大臣の認定を受けたプログラムによるものによつて確かめられる安全性を有すること。

ロ 前二号に定める基準のいずれかに適合すること。

四 前三号に掲げる建築物以外の建築物 次に掲げる基準のいずれかに適合するものであること。

イ 当該建築物の安全上必要な構造方法に関して政令で定める技術的基準に適合すること。

ロ 前三号に定める基準のいずれかに適合すること。

以下省略

 

まとめ

  • 建築構造とは、建築物にかかる圧力へ抵抗する骨組み・材料などの総称。
  • 建築物にかかる圧力
    • 固定荷重(自重)
    • 積載荷重
    • 積雪荷重
    • 風圧力
    • 地震力
    • 土圧
    • 水圧
  • 構造耐力上主要な部分
    • 基礎
    • 基礎ぐい
    • 小屋組み
    • 土台
    • 筋かいや火打材などの斜材
    • 床版
    • 屋根版
    • 梁や桁などの横架材
  • 代表的な構造は4種類
    1. 木造
    2. 鉄骨造(S造)
    3. 鉄筋コンクリート造(RC造)
    4. 鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)
  • 安全な構造にするための技術的な基準
    1. 仕様規定:構造耐力上主要な部分の技術的な基準を定めたもの
    2. 構造計算
      • 許容応力度計算
      • 保有水平耐力計算
      • 限界耐力計算
      • 時刻歴応答解析
  • 構造計算のおもな流れ
    • 一次設計
      • 許容応力度計算(ルート1)
    • 二次設計
      • 層間変形角や剛性率、偏心率の計算(ルート2)
      • 保有水平耐力計算(ルート3)

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