中⼤規模⽊造における構造計算のポイント | 地盤･基礎･木工事

中大規模木造 における 構造計算 とは

中大規模木造における構造計算は、技術的な精密さと法規制への適合性の両面で重要な役割を果たします。

設計者や施工者がこのプロセスを理解し、適切に活用することが、安全性の高い持続可能な木造建築物の実現につながります。

構造計算は、建築物が受ける荷重や自然災害時の外力に耐え、機能性と安全性を保つために不可欠な設計プロセスです。

構造計算は、建物の構造体がどのように力を受け、それを効率的に分散して基礎や地盤に伝るかを解析することで行われます。

構造計算 の考え方

構造計算では建物ごとにモデルを作成し、鉛直荷重（建物自重、積載荷重、積雪荷重等）や水平荷重（地震力、風圧力等）を考慮した精密な計算が求められます。

 

特に、中大規模木造ではスパンや階高が大きくなる傾向があり、仕様規定の基準サイズを超える場合は、構造計算による安全性の確認が不可欠です。

 

建築士は、建物の安全性を確保する責務があり、全ての設計において正しい構造計算に基づく安全性の検証を実施する必要があります。

 

1.建物モデルの作成と荷重の考慮
構造計算の第一歩は、建物ごとにモデルを作成し、各部の仕様を選定することです。これには、木材の強度やサイズ、接合金物の耐力を考慮し、屋根、床、壁の荷重や用途による荷重を想定して、木造部分および基礎の総重量を算出します。このプロセスを通じて、地震や風が発生した際に建物がどのように揺れ、どの程度の力がかかるかをシミュレーションしま す。

 

2.鉛直荷重と水平荷重の把握
建物にかかる荷重は、鉛直荷重と水平荷重に大別されます。鉛直荷重には、建物自体の重さである固定荷重と、床に載る人や家具などの積載荷重があります。積載荷重は建物の用途によって大きく変動するため、用途に応じた適切な設定が必要です。水平荷重には、地震力と風圧力があり、地震力は建物の重さに比例し、風圧力は建物が風を受ける面積に比例して大きくなります。

 

3.積雪荷重の把握
積雪荷重については、積雪量1cm ごとに1㎡あたり20Ｎ（約2kg重）以上の単位荷重に、屋根の水平投影面積及びその地方における垂直積雪量を乗じて計算します。ただし、多雪区域（垂直積雪量が１ｍ以上の区域等）については、特定行政庁がこれと異なる定めをすることが可能となっています。

構造計算 の基本 「 許容応力度計算」 とは

構造計算は建築物にかかる重さのすべてを想定して調べる「許容応力度計算」から始めます。

 

地球の重力に対して耐えられるかどうかはもちろん、地震の時に建築物にかかる力は建築物が重いほど大きくなるので、最初に建築物の重さを調べることが重要です。

 

1.建築物自体の重さを調べます。

2.建築物の床に載せる人や家財道具の重さ（積載荷重）を想定します。

3.雪が積もったときに屋根にかかる重さ（積雪荷重）や、ピアノや水槽などのように特に重量のあるものの重さ（特殊荷重）を考慮します。

4.上記1〜3を合計します。

さらに、「建築物にかかる重さが力としてどのように伝わるか、そしてその力に耐えられるか」を調べます。

地震や台風に持ちこたえられる建築物かどうかを検証します。

5.建築物にどのように重さ（下向きの力）が伝わるかを調べます。

6.伝わった重さに、建築物に使用されている材料が耐えられるかを調べ、地震や台風が来た場合を想定して強さを検証します。

7.地震が来たときにかかる力を、建築物の重さから計算します。

8.台風が来たときに、建築物にかかる力を調べます。

9.地震や台風のときに建築物にかかる力（横向きの力）に、材料が耐えられるかを調べます。

9までの一連の流れが「許容応力度計算」です。

 

さらに、地震と台風それぞれの場合に、建築物がどのくらい傾くのかを計算する「層間変形」、建築物の重さと硬さが偏っていないかを確認し、バランスよく重さを支えられるかを調べる「偏心率」を計算します。

 

軒高9m以上になると大規模建築物とみなされ、これまでの計算に加えて建築物の上下階の硬さのバランスを調べる「剛性率」も必要になります。

構造計算 の重要性

現行法（2024年12月現在）では、延床面積500㎡超、最高高さ13m超、軒高9m超、3階以上の木造建築に構造計算が求められます。

 

しかし、仕様規定で設計可能な規模であっても、構造計算を行わないと安全性が担保できない場合があります。

 

特に、スパンが6mから10m、階高が4mや5mといった非住宅建築では、仕様規定の基準サイズを超えることが多く、構造計算による安全性の確認が重要です。

 

建築士法上、建築物の安全性の確保は建築士の責務です。

 

設計において、建築士は様々な図面や書類を作成し、施主と意思疎通を図り、設計と施工の段階で性能が満足するよう見守る義務があります。

 

そのため、構造計算は申請のためだけでなく、建物の安全性を施主に証明するために必要です。

 

2025年の法改正により、延床面積が300㎡を超える建物には許容応力度計算が義務付けられます。

 

これに伴い、建築士は建物の安全性を第一に考え、適切な構造計算を行う必要があります。

 

法改正に備え、早めの準備と理解が求められます。

 

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中･大型木造倉庫における構造設計のポイント

中大規模木造 は 構造計画 が鍵！ 構造計算 の手法の特徴

中大規模木造を計画する際、大きなハードルとなるのが構造計画であり、中大規模木造の構造計画には２通りの考え方があります。

 

１つは木造住宅の技術の延長としての構造計画、もう一つは鉄骨造や鉄筋コンクリート造に代わるものとしての木を用いる構造計画です。

 

木造は材料に関する知見や接合部の設計などに課題が多く、設計内容を忠実に再現できる加工や施工の問題も同時に解決しなくてはなりません。

 

適切な構造計画、構造設計を行ない、科学的な検証に基づく精緻な構造計算を実践することで、中大規模木造の安全性やデザイン性を最大限に引き出すことが可能です。

木造 による ラーメン構造 の特徴

木造はピン接合なので、柱と梁だけでは水平力に抵抗することができませんので、地震や台風などの短期の外力に抵抗するには、筋かいや面材による耐力壁が必要になります。

 

在来軸組工法は、フレームだけで自立させることができないため、何かしらの設計的な対応策（耐震要素の追加）が必要になります。

 

木造の接合部は、鉄筋コンクリート造や鉄骨造のような剛接合にはなりませんが、特殊な金物等を使い接合部を強くすることで、原則として柱・梁で水平力に耐えられるフレームを作ることができます。

 

このような軸組だけで水平力に抵抗できる架構がラーメン構造で、柱と梁を強固に接合したラーメン構造にすることで、筋かいや面材をあまり使用せずにフレームを中心に構造を成立させることができます。

 

木造が水平力に耐えるフレームを作るためには、加わる力によって、接合部がどの程度回転するのか、回転変形に対する評価を事前に把握し、その評価を組み込んで設計することで可能になります。

 

回転変形に対する評価を取得した接合部が必要になるのと、柱と梁だけで水平力に耐えるフレームにしなければいけないので、ある程度の太さの断面の構造材が必要になります。

 

＜注意点＞
・木造の柱と梁のフレームによるラーメン構造には構造的な強度に限界があるため、設計の与条件に応じて耐力要素（耐力壁や鉄筋ブレース等）を部分的に追加する必要があります。

木造 による トラス構造 の メリット と注意点

トラス構造は、三角形を基本とした枠組みによって、軽量ながらも高い剛性と強度性能を発揮する設計手法です。

 

この構造は広いスパンを支えるのに適しており、特に工場や倉庫など、大空間を必要とする建築物で有効です。

 

1.優れた荷重分散能力
トラス構造は荷重を複数の部材に分散させるため、局所的な負担がかかりにくく、全体的な構造の安定性を高めます。

 

2.軽量化によるコスト削減
材料使用量を最小限に抑えられるため、工期短縮や施工コストの削減にも寄与します。特に木材を使用したトラス構造は、環境に優しい選択肢でもあります。

 

3.大スパン構造に対応
支柱が少ない設計が可能なため、柱のない広々とした空間が必要な場合に最適です。

 

＜注意点＞
・接合部の精度が重要であり、設計段階での詳細な構造計算が不可欠です。接合部の設計ミスは、建物全体の強度に大きく影響します。

 

・トラス構造は製造段階での加工精度や、施工時の品質管理が求められるため、経験豊富な施工会社が必要です。

基礎設計 のポイント

基礎設計は、建物全体の荷重を地盤に伝えるための重要なプロセスであり、建築物の安全性と耐久性を左右します。

 

中大規模木造では、木材の軽さを活かし、基礎への負担を最小限に抑えた設計が可能です。

 

＜主な特徴＞
1.地盤条件への適応

地盤の強度や特性に応じて、基礎の種類や設計を最適化します。地盤が弱い場合には地盤改良を行い、地盤の強度を補う設計を行います。

 

2.荷重分散による安定性向上

木材の軽さを活かし、建物全体の荷重を効率よく分散させる設計を行うことで、基礎への負担を軽減します。

 

3.構造計算との連動

基礎設計は構造計算と連動して行われます。例えば、地震時に基礎が受ける水平力や垂直力を正確に計算し、それに基づいて補強を設計します。

 

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大スパン構造ソリューション

ウッドリンク の 構造計算 ソリューション

ウッドリンクの構造計算ソリューションは、北陸地域特有の積雪に対応した設計が可能であり、多雪地域での課題解決に特化した独自の強みを持っています。

 

この一貫した支援体制により、クライアントのプロジェクトを安全かつ効率的に成功へと導きます。

ウッドリンク の強み： 構造計算 の精度

ウッドリンクは北陸エリアを拠点とする木材メーカーとして、地域特性を熟知し、多雪地域や耐震が求められるエリアでの構造計算に強みを持っています。

 

ウッドリンクが提供する構造計算ソリューションは、最新技術を駆使し、精密かつ効率的な設計を可能にしています。

 

1. 精密な計算とカスタマイズ性

最新の解析ソフトウェアを導入し、地震力や積雪荷重など、あらゆる外力に対する精密な構造計算を実現しています。特に多雪地域での対応では、積雪量に応じた屋根の構造設計や梁の強化が可能です。設計者が求める細かな要件にも柔軟に対応し、最適な構造設計を提供します。

 

2.迅速なサービス提供

経験豊富な技術者が、計算工程を迅速に進める体制を整えており、適切な時間軸で納品が可能です。これにより、設計や施工のスケジュールに遅れを出さない計画進行を支援します。

 

3. コスト削減の実現

木材の軽さを活かし、基礎工事の負担を軽減する設計が得意です。さらに、過剰設計を防ぐことでコストパフォーマンスの高い建築計画を実現します。

ウッドリンク の強み： 多雪地域 への対応

北陸エリアは日本国内でも積雪量が多い地域として知られており、建築物には特に積雪荷重 に耐えられる高い構造性能が求められます。

 

ウッドリンクはこのような多雪地域特有の課題に対応するため、以下のようなアプローチを 提供しています。

 

1.積雪荷重への対応

地域ごとの積雪量に基づき、屋根や梁にかかる荷重を正確に計算します。特に、屋根構造には積雪荷重を考慮したトラス設計や、積雪荷重を効率的に分散する技術を採用しています。これにより、屋根の垂れ下がりや破損を防ぎ、安全性を確保します。

 

2.積雪に伴うメンテナンス性の向上

雪下ろしの負担を軽減するための屋根勾配の考え方や、冬季の使用環境を快適に保つ設計を提案しています。

 

3. 北陸地域での実績とノウハウ

北陸を拠点とするウッドリンクは、地域特有の気候や地形に精通しており、多雪地域の建築基準や耐久性に応じた設計が可能です。これまでに、福祉施設、工場、倉庫など、多雪地域 特有の課題に対応した建築プロジェクトで高い成果を挙げています。

ウッドリンク の実務支援の流れとサービス内容

ウッドリンクは、建築プロジェクトの各段階で必要な支援を一貫して提供することで、設計者や施工者の負担を大幅に軽減します。

 

1.初期段階でのヒアリング

クライアントの要件や建築物の用途、建設地の特性（地震や積雪のリスクなど）を詳細にヒアリングします。これにより、最適な構造設計の方向性を早期に決定します。

 

2.構造計算の実施

最新ソフトウェアを駆使し、地震や積雪、風荷重など、様々な外力に対応した構造計算を実施します。計算結果は、設計者がすぐに活用できる形で提供されます。

 

3.施工支援とアフターフォロー

設計段階での構造計算結果を基に、施工段階での課題や疑問点に対するサポートを実施します。施工段階においてはメンテナンスに関するアドバイスを提供します。

 

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設計業務ソリューション

ウッドリンク の 中大規模木造 の 事例

ウッドリンクが関与した中大規模木造の事例は、耐震性、コスト効率、大空間の確保という課題に対して、木材の特性と精密な構造計算を活用することで、最適な解決策を提供してき ました。

 

ウッドリンクが関与した中大規模木造の中で、事務所・工場・福祉施設の事例についてポイントをお伝えします。

事務所 の 事例 ： CLT と 大断面集成材 の 大空間

富山県射水市に建設された２階建ての事務所の事例で、主なポイントは下記です。

 

・木造ラーメン工法と プレウォール工法 を採用することで、大空間と耐震性を両立した先進的な木造建築の事例です。

 

・構造設計の特徴は、スパン12mの２層ラーメンフレームを13フレーム使用し、柱や梁に大断面集成材を採用して、力学的な安定性を確保しつつ、建物全体に柱の圧迫感がない快適なオフィス環境を提供しています。

 

・ポーチ上や風除室上の屋根にはCLTを使用し、スッキリとしたデザインを実現しています。CLTは高い強度を持ちながら、木の質感を活かした仕上がりが特徴で、現代的で温かみ のある外観を作り上げています。

 

・事務所内部の木質化にも積極的に取り組んでおり、事務所のメイン通路では富山県産スギを用いた格子壁や書類棚を設置しています。地域材を積極的に活用することで、建物に地元の風土を反映しつつ、環境負荷を軽減するサステナブルな取り組みを実現しています。

 

・設計者と施工者が密接に連携し、ウッドリンクが精密な構造計算・構造材供給を実施することで、この木造の事務所を実現しています。

 

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CLTと大断面集成材の大空間

工場 の 事例 ：温かみを感じる 構造表し の 木造工場

富山県砺波市に位置する平屋建ての木造工場 の事例で、主なポイントは下記です。

 

・この工場は高さ4メートルの加工機を使用することを前提に設計された木工所で、木造軸組工法を採用し、温かみのある木造の構造表しのデザインを実現しています。

 

・多雪地帯での冬季の使い勝手を考慮し、作業場と事務所を分棟化せず、1棟にまとめることで効率的な動線を確保しています。

 

・工場内部に中間柱を配置することで、木造でありながら11.7メートルの大空間を実現し、広々とした作業環境を提供しています。

 

・木材の温もりを活かした快適な作業空間を創出しています。

 

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温かみを感じる構造表しの木造工場

福祉施設 の 事例 ： 地域に開かれた 多機能型福祉事業所

富山県中新川郡に位置する平屋建ての多機能型福祉事業所 の事例で、主なポイントは下記です。

 

・木造の特性を活かした設計で、地域に開かれた温かみのある空間を実現しています。

 

・この福祉施設は、積雪1.5メートルという厳しい気候条件を考慮しながら、最大スパン9メートルの大空間を中断面集成材で実現しています。

 

・構造材の梁を現しとするデザインにより、食堂などの共用スペースに開放感と癒しを提供しています。

 

・木造建築の採用により、温室効果ガスの排出抑制、価格の安定性、工期短縮、減価償却費の軽減など、多くのメリットが得られています。

 

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地域に開かれた多機能型福祉事務所

まとめ

中大規模木造建築は、持続可能性や環境性能の観点から注目を集めるとともに、デザイン性 やコスト効率においても多くの利点を提供します。

 

中大規模木造では、安全性と機能性を確保するために精密な構造計算が不可欠です。

 

地震や積雪、風荷重などの外力に対する耐久性を高めるだけでなく、無駄のない設計を実現することで、コストの最適化にもつながります。

 

ウッドリンクは最新技術を活用し、地域特性を考慮した構造計算を提供することで、多雪地域といった厳しい環境条件にも対応しています。

 

北陸エリアを拠点とするウッドリンクは、多雪地域での経験とノウハウを活かし、積雪荷重への対応力を強みとしています。

 

屋根のトラス構造や梁の耐震設計、断熱性を高めた設計提案など、多雪地域特有の課題を克服する技術力があります。

 

また、施工性やコストパフォーマンスを考慮した材料選定と工法の採用により、効率的かつ持続可能な建築を提案します。

 

ウッドリンクのような中大規模木造に関する専門性を持つ企業が提供するソリューションは、設計者や施工者にとって強力なパートナーとなり得ます。

中大規模木造にご興味のある方は、お気軽にお問い合わせください。

ウッドリンク は 中大規模木造 の頼れる パートナー

ウッドリンクを一言で言えば、「木造建築の構造体メーカー」です。

 

ウッドリンクでは阪神大震災を機に構造体の独自開発をスタートし、耐震性と断熱性に優れた高品質軸組パネル「プレウォール工法」を開発しました。

 

プレウォール工法 はこちら

 

現場加工ではなく、プレカットと呼ばれる工場加工を行うことで、品質の安定した高精度な構造体を提供することができます。

 

降雪地帯で湿度の高い、北陸の気候に適した「プレウォール工法」。

 

その高い信頼性が支持され、ウッドリンクは構造体メーカーとして北陸No.1シェアの実績があり、倉庫や店舗、高齢者施設などの非住宅の用途にも多くの実績があります。

 

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