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 木造軸組・２ｘ４工法施工耐震考察 |
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 枠組工法（２ｘ４）基本規定図【1】
耐力壁間区画面積が40㎡・60㎡・72㎡（上階補強・構造上安全と確認）まで
壁面の長さ12ｍまで一辺の壁に設ける開口幅は一カ所につき4ｍ以下とする。
一辺の開口部の幅と一辺の耐力壁線の長さの3/4以下
上下階、開口一致・不一致により開口部幅は限度がある
耐力壁交差部は長さ900以上の耐力壁を設けること。
外壁双方に幅2ｍ以下の開口部を設けることができる。（隣接壁900以上の耐力壁）
大きな基本規定として取りあげました。（細部規定はあるがマニュアル化のため2層は構造計算をしなくて済む場合も多い）
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軸組との基本設計法規の違い
耐力壁線面積：軸組工法では耐力壁間の面積は40㎡は基準法上にない。
性能表示制度には耐力壁間8ｍ・12ｍ以下で床長さ6/10、4ｍ以上の有効壁長となり、耐力壁量による必要床倍率の算定による区画割りとなり軸組に面積区画の規定は本来はない。
日本建築センターの低層建築物の構造耐力性能評定に関する技術規定においては、8ｍ．40㎡を互換性もった数値として、軸組・木造パネル工法も同様の規定を提示をしています。壁間面積が大きくなる場合は構造計算となるが、軸組40㎡は目安となる。壁式木造には2x4工法に限らず必要とはなる。
耐力壁：壁面の長さ12ｍは同様だが、軸組は、必要壁量（壁長幅に壁倍率を乗ずる）対する有効壁長となり、2x4の開口幅壁長の3/4は階高が一定のため開口幅の規定になるが、軸組より壁一面の壁量を一般的には多く要する。
開口部：軸組工法に開口幅4ｍ以内の規定はない。軸組は規定では大開口ができる。（補強と構造計算が必要になる）
天井高：一般的に2x4工法はスタッド（柱ＳＰＦ材一般仮定）の高さが8フィート2440ｍｍ、天井高ＦＬ＋2400ｍｍが限界で窓高が窓マグサ等で床高2000ｍｍの高さになる。（柱8フィートの場合1Ｆ天井造作がない：2階床根太下天井となるため防音が必要）
軸組も天井高・窓高同様（窓上1/3準耐力壁：:柱105角2.7ｍ位限度・細長比等）だが、窓開口･配置規定がないため、有効壁長・許容応力度・偏心率（4分割法）の厳守で2x4より自由配置はできる。（詳細にするとわかりにくくなるため簡略いたします）
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構造材の部材寸法・材種一定の２ｘ４工法に対し、部材寸法・材種多数の軸組では、２ｘ４工法は規定が簡潔でわかりやすく、同材種同寸法により躯体精度を高くできる。反面、壁量・木材量は多くなる。
軸組の構造材(柱・梁）は、集成材が多いが構造付随材は間柱・筋交い等で多種になる。
多種材を使用し、プラン自由度が高い軸組は設計・施工者頼りの比重が高くなる。
軸組の設計者は最低許容応力度の計算をし安全度と確かめ、施工者は精度上げることが必要視される。
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2x4工法も2x6材・バルーン工法・強度材（甲種枠組材ダクラスファー等）・集成材の一定寸法部材だが強度材使用することでプランの幅は広げることは可能です。軸組と比べると2x4工法の基本規定は自由度は低いが、壁面線による上下階の区分が軸組より明確になり補強法が決まりやすい利点もある。（2x4のリフォームできないことはない。原則がわかれば、軸組より施工が簡素になる場合もある）
工法の完成度に2x4工法は、設計的には説得力はある
在来工法の仕口・継ぎ手の技術は、2x4工法の釘・金物だけの許容耐力にない、木の特性を生かした小さな応力の耐久性(粘り）がある
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耐力壁間面積40㎡規定はそもそも古い軸組でもありコンクリートブロック造の構造基準書等にもあり、木造梁の長さの限度が床の鉛直荷重に対する強度、剛性により5ｍ程度が限度と考えられた結果、木造パネル型構造基準から性能基準に受け継がれたものである。実質は昭和49年に設定された、2x4（枠組工法技術的基準：告知1019号）の構造試験による床組の剛性が高い結果から、壁間距離が12ｍまでになり現在まで至る。（詳細数値等は簡略）
同規定は現行も生きており、一般住宅の耐力壁間40㎡・8ｍの呪縛に軸組工法もプラン的に一般宅木造の設計者はとらわれやすい。性能表示制度外であれば、軸組の場合、中規模以上は保有水平耐力等の構造計画や特許工法の活用も必要となる。
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| 熊本地震等の被害状況による2000年以降の新耐震軸組の問題点 |
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軸組プランによる耐震的問題点
柱の直下比率（注1）と耐力壁直下率（注2）
熊本地震では、耐震等級2以上あるが柱直下比率47.5％と耐力壁直下率では17％の住宅が２度目の地震で崩壊した。
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通常軸組で柱直下比率60％・耐力壁直下率は50％以上が耐震的に必要値と考えられています（根拠：長文にて簡略）
すべてが直下率が原因ではないが、壁量不足が大きな要因で直下率も付随する。
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（注1）柱の直下比率－2階の柱の内、1階柱に一致する割合
（注2）耐力壁直下率－2階間仕切り線の内、１階間仕切り線に一致する割合
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【2】緑色が１階柱がない２階の柱の位置 |
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【3】緑色が１階耐力壁がない２階の耐力壁も位置 |
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耐力壁線と耐力壁直下率とは違いがあり、直下率は耐力壁(２階間仕切り筋交等もある場合）と見なされる部分の直下率をいいます。
検証は、筋交い間仕切耐力壁含めてになります。
軸組工法は、１階から屋根まで桁・梁間方向を乱組の架構(1階２階床同方向・小屋組は逆が一般） によりの鉛直荷重を受け流すことから、筋交いによる軸組架構法だと、２階梁上を桁方向の壁の設置が多く単純壁直下率が下がる傾向もある。
架構的に起こりえることで、耐力壁直下率の低下は耐震性が下がる結果となる。
木造軸組の悪し風習とも言うべきか、他構造による架構が木造軸組の様にはならない。
住宅プランに起こりやすい。間取りの問題。１階リビングにすると２階に洋室・バルコニー等を設けるため直下率が低下しやすい
２ｘ４工法は上下階の耐力壁線をそろえることが基本で、直下壁線に１階開口の大きさや壁線のずれ（１ｍ以下の場合上下階耐力壁が同一となる軸組も同様）による補強方法が明確であるが、軸組は耐力壁区分が軸概念のため壁線一致（耐力壁線）が２ｘ４工法より不足しがちになり、補強が梁の鉛直的構造思考のため(軸組によるの傾斜復元工法）、梁受け一階柱・開口限度・開口隣接壁量不足・床の補強等が不足になり、セットバック・オーバーハングの場合も荷重伝達がうまく一階に伝わらないこともあり、地震被害を助長する。水平面が弱くなりやすく床の強度が軸組には必須になる
| 内壁・間仕切耐力壁・1階大開口間仕切袖壁等も筋交耐力壁プラス耐震面材等により荷重分散するのが望ましい。 |
中古軸組耐震補強では、内部間仕切耐力壁として多種の市販面材があります。
納まり方を考慮、胴差し桁までの面材：詳細簡略
スケルトン構造、外壁耐力壁一致による間仕切り耐力壁を設けない構造もあるが、面積区分が大きくなると、自ずと床面・外壁面の負荷構造となり一般軸組構造は規模に限界はある。梁の許容応力度だけで柱・壁を支える構造になりがちで、軸組も壁面線としての思考を強化するべきで、特に外壁面での耐力壁線の一致は、軸組３階建に限らず２階建でも耐震構造を強化する上では必要である。
| ２ｘ４工法的な壁面配置や２階床組の強化は直下率に限らず現況の壁式軸組には必須項目と考えます |
１階リビングテラス等の大開口部を軸組で設ける場合は、開口部隣接の耐力壁・外壁側袖壁を設ける等の考慮も一般軸組では耐震的に必要となります。
１階がピロティ等も同様に直下率の下がる原因となるが、ボックスフレーム（２階床との一体化モノコック構造）・袖壁等の補強法により耐震強化の余地はあるが１階壁量が大きく偏る場合は、プラン的には一般的木造軸組でのあまりお薦めはできない。
2000年以降の軸組に対する耐震的問題点は、プランニングによる壁量不足・直下率の低さも要因です
巨大地震の事例では１階層崩壊に至たる場合が多く、１階の大開口部・壁量不足の補強は木造の限界値を超えるのであれば材料強度にあう混構造も設計的には必要になる。木造に限らす１階の大開口のＲＣ造等は地震十分な配慮は必要となるが、木造とは異なる補強法となります（詳細：簡略）
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| 熊本地震等による被害状況による２０００年以降の新耐震軸組の問題点 |
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軸組地震被害の検証より、柱頭脚部分の破壊・隅柱・耐力壁釘のめり込みによる合板破損・筋交頭脚部破損変形など施工的な問題点もあります。施工不良による被害助長にもつながる部分もあります。
軸組接合部による地震被害によるものは2000年（新耐震改正時：接合部強化）前の建物が多く、金物による補強が耐震基準1981年によるものによる被害拡散が65を占めることが検証されています。めり込み合板破損・釘不足等は施工不良に対しては木造標準書に不適合として取りあげませんが、軸組の弱点と思われる柱頭脚部について一部考察します
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【４】耐震試験の写真
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土台・隅柱・断面欠損
建物には必ず四隅・コーナーがあります。４隅通常の壁柱より軸組はおよそ1.4～1.5倍の平均重量比になります。引き抜き力はＮ値計算（引き抜き力計算）により、ホールダウン金物・筋交い・合板耐力により土台・基礎の引き抜き力を抵抗します。
土台は基礎の連結は必要だが、スペンサー（樹脂材）等で分離しなければならない。（異種材料による熱容量の違いにより土台の防腐を防ぐため）鉛直荷重のかかる土台の材質はめり込みを考慮し、強度ある材質に変更するのが一般的である。
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新潟地震など数棟土台の割れが1981年以降の耐震基準で確認されています。
実験データでは、柱間隔1820ｍｍの柱スギ、筋交耐力壁（金物筋交プレート）30ｘ105ヅカ土台ヒノキ105角、試験体による実験では、30ｍｍ前後の変位でほぞ穴破損に至り、静的加圧(地震時：動的加圧とは別）最大耐力13ｋＮで筋交破断。結果、柱間隔1820ｍｍの場合、圧縮筋交でも壁倍率・短期せん断力が不足になる。1820ｍｍ間隔の筋交は、現在隅角部には見受けられないが、1981年基準時の住宅は数多くある。
土台隅の柱仕口・ほぞ穴の断面欠損は、木材資質より強水平力で繊維方向の割れを起こす場合があります。（大地震時）
土台の材質を見極めや隅ほぞ穴は注意を払わなければならない。破損すると金物接合のビスのパンチング・引き抜きにつながる。圧縮筋交いも地震により柱を押し滑ることを助長していることも考察されています。通柱も同様に胴差し（横架材の接合）への断面欠損が高く軸組での通柱の必要性も問われています。
ドリフトピン（注１）（木材断面欠損が少ない金物工法）があるが、木造の材料資質（乾燥・圧縮）から、長期的には金物ゆるみやクリアランスにより適材適所の使用が本来は望ましい
私的には、仕口を好むが（木造軸組には必要：小さい応力対応と地震時の補強を分けて考える）欠損最少、継ぎ手補強と金物同時に使用します。2000年耐震基準のホールダウン金物(注２）（引き抜き金物：建物コーナー土台と隅柱）の被害は少なく（施工不良、強度不足は除く）有効性は高い。引き抜きだけでなく柱の滑り防止の効果もある。ホールダウン金物は、四隅に荷重がかかりやすい、軸組工法を補うが、上記未だに地震国の日本での木造の耐震構造で軸組は端部接合部の改良余地があると思われる。
ピン・ボルト接合等を行う場合、スプリングワッシャー付き（バネ座金・土台スクリュー座金等）を使い、建て方終了時に再度締め固めを行うことが施工上は望ましい。
一般住宅でも羽子板ボルト・土台アンカーボルト等の金物の２度締めは必須です。２ｘ４工法は金物の使用はあるが、梁受け金物・屋根（あおり金物等）釘による接合（補強）で、ボルトによる接合は土台と基礎しかない。大断面木造の場合は高ボルト接合とはなるが、(エポキシ樹脂グラウド工法等：接着、場合により必要）異種材の接合等は材種の特性が異なるため、特に木造による乾燥比・熱伝導の違い等の考慮が必要とされボルト接合は、本来木造には適さない
| 鉄骨造のボルト接合は同質材により成り立ち溶接を可能にしボルト検査基準は高いが、木造の場合大工頼りの甘さがある。 |
プラン計画で、外壁側袖壁を設けることにより土台の延長で壁柱となり欠損による破損は少ない。風圧力の壁面積が大きくなるが、数値より耐震性の向上になる。（300ｍｍ位が妥当：数値簡略）設計的耐震補強法としては木造に限らずＲＣ壁構造では当然の壁量補強となる
木造軸組で大開口がある南面やコーナーに大窓がある場合、耐力補助となり近年の施工には見受けられる。
建物内耐力壁計算には入らず構造計算時に数的に外壁補助耐力になる。数値だけでなく、施工配慮で耐震性が向上する事は多々ある。
軸組は四隅の柱強化（１２０角：傾斜復元力強化）も適所の場合必要だが、通柱による水平耐力抵抗は、壁を連動・床強化の方が耐震性は上がる。
通し柱の必要性（断面欠損による材強度低下）や筋交いの役割も薄くなり、水平耐力を壁・床一体構造にする合板によるの耐震構造が今後も主体となり、構造用合板の品質も耐震性の向上になる。軸組接合は今後も物議を醸し、他方法で接着や異種金物等の多種補強法がこれからも増えると思われるが、その都度、価格や長期的検証が必要で一概に流行気配の金属制震等の筋交が木造に有効であるとは私的には言い難い。
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熊本地震による被害検証では著しい被害にあった地域でも無被害の住宅もあることです
2000年耐震基準で直下率が柱76.9％壁量83.1％で壁量充足率2倍以上の建物で、特別補強が多い訳ではない。
地震の性質・地盤・基礎施工・隣家等にも関係するが、壁量不足と直下率の高低による被害の差は軸組にあります。
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2000年耐震基準の4分割法（建物を４等分に分け隅面積に対する壁量充足率・壁率比による偏心性）は直下率とは異なり2階に無駄な間仕切り等の準耐力壁（外壁は有効）を用いることは耐震等級２でも直下率の低下は考えられ、建築確認申請も通ることは有り得ます。
耐震施工的考察の一部ですが、細かい数値や専門用語等を多くすると解りづなくなるため機会をみて、わかりやすく掲載したいと考えます
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柔構造
地震により法改正で木造軸組は、剛構造強化と屋根等の軽量化となり、金物補強・壁量強化が一般化となるが、柔構造として取り上げられているのは土壁です。合板耐力壁に相反する構造だが、構造用合板の釘接合も破壊し始めると一気に破綻する傾向がある。土壁の強度は貫構造合わせて1.5倍の壁面倍率しかないが、崩壊に至る仮定が想定に近く、土が崩れるまでの運動エネルギーを吸収し柱・梁材の力の負担を小さく済む。層崩壊はおきにくくなる。
力学的な検証限度もあり、古時代の柔構造の活用は、崩壊まで至らぬ構造体として低層では、必要・改善されるべきことでもある。柔構造の土壁混合壁材の開発等も、今後剛構造の対比としてあるかもしれません。
新構造木造CLT工法（注３）
木造高層としてCLT工法（クロス・ラミネイティド・ティンバー）欧州で開発
板の層を角層で互いに直交し繊維方向を交差する事で強度を高くし、積層接着による厚型パネル集成材を構造材として柱壁に、欧州は鉄筋コンクリート造（RC造）に変わる工法として認可され高層を可能にしています。
90-210ｍｍの厚み。木造壁構造の究極化で、断熱・工期短縮・耐震強度もRC造と対抗できる水準とのことだが詳細はまだ不明な点が多い
平成25年直交集成材としてJAS規定となり、平成28年建築基準法告示。
告示に基づく構造計算等による大臣認定を個別に受けることなく建築確認により建築が可能
国基準で推進の動きもあると噂程度で聞くが工法自体が今後大きく普及するとは考え難い
住宅は工法併用として、一部集成構造材としての活用はありえるが、価格帯・結露・断熱性・強度・寒冷地等により、２ｘ４工法に迫る工法となるか、詳細的な内容により検証したいと考えます。
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弊社で木造は2x4工法を推進してる訳ではありません。軸組工法は歴史が語るようにその都度変化し近年併用工法へと多様な構造体になっていきました。日本独自の工法はなくなることはありませんが、CLT工法のように、他国の木造意識の変化と共に、軸組工法も変化します。日本では2x4工法の方が一般的に使用木材量は多く費用も高い、CLT工法も同様に現況はＲＣ造よりも単価が高く内容がまだ未知数であり、４層建築が主流となりそうである。
軸組は長く多く活用されてるため、経験値は高く費用も安くしやすい。
自由度が高く工法完成度は発展途上で、改良の余地があり変形工法が多種に至る
日本の耐震基準の他国に比べ水準は高い。地震国ゆえ同等では問題があります。
軸組には木質パネル工法・木造ラーメン構造、特許工法等もあるが、総戸数の多い一般的な軸組工法が、費用をかけず耐震を上げる一例として簡潔ですが考察しました。（数値による考察は、信憑性に欠ける場合があり簡略させていただきます。）
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参考文献
木質系耐力壁形式構造 日本建築学会
実務から見た木造構造設計 学芸出版社
なぜ新耐震住宅は倒れたか 日経ＢＰ社
木造軸組工法住宅の許容応力度設計 日本住宅・木材技術センター
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| ■ 2021年特集17 -1,2 新特集、温暖化・脱炭素について考察しています |
17-1 温暖化経緯／相関関係／放射強制力/電力/世界削減比較等
17-2 グリーン成長戦略／ゼロカーボン経済・金融／カーボンプライシング／温暖化原因等
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