資格ナビ一級建築士の演習へ

学科Ⅳ（構造）

一級建築士 令和5年度 学科Ⅳ（構造） 問8

問題・正答・学習用解説

問題

建築基準法における風荷重に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。

選択肢

  1. （1）
    屋根葺き材に作用する風圧力の算出に用いる基準風速V0\displaystyle V_0は、構造骨組に用いる風圧力を算出する場合と同じ値である。
  2. （2）
    屋根葺き材に作用する風圧力の算出に用いる平均速度圧q̅は、一般に、気流の乱れを表すガスト影響係数Gf\displaystyle G_fを考慮する。
  3. （3）
    基準風速V0\displaystyle V_0は、稀に発生する暴風時を想定した、地上10mにおける10分間平均風速に相当する値である。
  4. （4）
    ガスト影響係数Gf\displaystyle G_fは、一般に、建築物の高さと軒の高さとの平均Hの値が大きくなるほど、小さくなる。

正答と解説

正答：（2）

正答の考え方

屋根ふき材の平均速度圧に、ガスト影響係数Gf\displaystyle G_fを掛けるという記述が誤りです。平均速度圧は、平均的な風速を圧力へ換算したもので、qˉ=0.6Er2V02\displaystyle \bar q=0.6E_r^2V_0^2とします。Er\displaystyle E_rは高さや周囲の地表面の状態による平均風速の違いを表す係数、V0\displaystyle V_0は地域ごとに定める基準風速です。
屋根ふき材などの局部的な風圧力は、平均速度圧にピーク風力係数を掛けて評価します。このピーク風力係数に、局所的・瞬間的な強い押し引きの効果が含まれています。平均速度圧にもGf\displaystyle G_fを掛けると、骨組用の式と外装材用の式を混ぜることになります。
一方、柱や梁など骨組の速度圧はq=0.6Er2GfV02\displaystyle q=0.6E_r^2G_fV_0^2です。骨組全体が受ける風と、小さな屋根材が局所的に受ける最大の風では、変動の扱いが異なります。「平均」という名前を手掛かりに、どの段階で変動の効果を入れているかを確認すると、係数の掛け忘れや二重の扱いを防げます。

各選択肢の解説

選択肢1

（1）基準風速V0\displaystyle V_0は建設地の風の強さを表す共通の出発点なので、同じ建物の屋根ふき材と構造骨組では同じ値を使います。ただし、そこから風圧力へ変換する係数は同じではありません。骨組には骨組全体へのガストの影響を、外装材には局部のピーク風力係数を用います。出発点の風速が同じであることと、最終的な圧力や力が同じであることを混同しないようにします。

選択肢2

（2）平均速度圧はqˉ=0.6Er2V02\displaystyle \bar q=0.6E_r^2V_0^2であり、ここにGf\displaystyle G_fを入れません。屋根ふき材の瞬間的な風の効果を無視するのではなく、次に掛けるピーク風力係数で評価します。骨組用のq\displaystyle qと外装材用のqˉ\displaystyle \bar qは、記号が似ていても定義が異なります。式を部分的に覚えて係数を足すのでなく、「平均風速から平均速度圧へ」「平均速度圧から局部の最大風圧へ」という順番で考えます。

選択肢3

（3）V0\displaystyle V_0は、稀な暴風を対象にした地上10 m\displaystyle 10\,\mathrm{m}での10分間平均風速に相当します。10分間の中の最大瞬間風速そのものではありません。ニュースで聞く最大瞬間風速をそのまま設計式へ代入すると、平均と瞬間という異なる量を混ぜてしまいます。また、実際の高さの平均風速へ直す際にはEr\displaystyle E_rなどを用います。基準とする時間・高さをそろえているため、地域差を一貫した方法で計算に取り込めます。

選択肢4

（4）同じ地表面粗度区分では、高さH\displaystyle Hが大きくなるにつれて、規定のGf\displaystyle G_fは一般に小さくなります。地面付近の障害物による乱れの相対的な影響が、高い位置では小さくなることに対応します。ただし、平均風速を表すEr\displaystyle E_rは高さとともに大きくなるので、Gf\displaystyle G_fが減ることだけから、高い建物ほど風圧力が小さいとはいえません。掛け合わせる係数のそれぞれの傾向を分けて評価します。

周辺知識

風は、一定の速さでまっすぐ吹き続けるわけではありません。平均的な流れに、短い時間で強まったり弱まったりする変動が重なっています。また、建物の風上面を押すだけでなく、屋根や風下面では空気の流れによって吸い上げる作用も生じます。そのため、屋根材を自重で載せておくだけでは、強風時の浮き上がりに抵抗できないことがあります。
速度圧が風速の2乗に比例するのは、流れる空気の運動エネルギーが速さの2乗に比例するためです。他条件が同じなら、風速が1.5倍になると圧力は1.52=2.25\displaystyle 1.5^2=2.25倍です。式の0.6は空気密度などを含む係数で、風速をm/s\displaystyle \mathrm{m/s}で入れると圧力はN/m2\displaystyle \mathrm{N/m^2}になります。その圧力に受風面積を掛ければ、力の単位N\displaystyle \mathrm{N}となります。
骨組全体では広い面に作用する風が構造へ集まり、外装材では小さな部分の局所的な最大値が重要です。隅角部などでは大きな負圧が生じやすく、同じ屋根でも場所によって必要な留付け強さが変わります。共通の基準風速から始めても、対象とする部材と作用面積に合う計算法を選ぶ必要があります。
この年度・科目を演習する問題一覧に戻る