形状係数（Fes）とは？1分でわかる意味と計算方法
この記事の要点
形状係数とは、建物の平面的・立面的なバランス（耐震要素のバランス）を表す値です。
記号はFesです。
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形状係数は、建物のバランスを表す用語です。似ている用語で応力集中係数（形状係数ということもあるが、建築では使わない）があります。後者の意味で調べた方は、下記が参考になります。
今回は、形状係数の意味と計算方法について説明します。
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形状係数とは？
形状係数とは、建物の平面的・立面的なバランス（耐震要素のバランス）を表す値です。記号はFesです。Fesに関するポイントは次の２つです。
- Fesは、大きいほど「バランスの悪い建物」である
- Fesが大きいほど、必要保有水平耐力も大きくなる。
後述しますが、形状係数は必要保有水平耐力と大きく関係します。ざっくり言うと、建物に必要な耐力（必要保有水平耐力）は、バランスが悪いほど（形状係数が大きいほど）、「大きくなる」のです。
詳しくは下記が参考になります。
必要保有水平耐力の算定方法と意味がわかる、たった３つのポイント
さて、建物の形状を表す数値には、「偏心率」と「剛性率」がありました。偏心率と剛性率については下記が参考になります。
実は、形状係数はこれらの値を元に算出します。それでは実際に、形状係数の計算をしてみましょう。
形状係数の計算方法
形状係数は下式で計算します。
- Fes＝Fs×Fe
Fesは形状係数、Fsは剛性率に応じた値、Feは偏心率に応じた値です。FsとFeは下記のように計算します。
Fsの計算
- ・Rs≧0.6の場合 Fs ＝1.0
- ・Rs＜0.6の場合 Fs ＝2.0－Rs/0.6
Rsは剛性率です。Rs＝0.6（高さ方向のバランスが良い）場合、割増はありません。上記の値は1.0≦Fs<2.0の範囲となります。。
- Feの計算
- ・Re≦0.15の場合 Fe ＝1.0
- ・0.15＜Re＜0.3の場合 1.0と1.5の数値を、偏心率に応じて直線補完
- ・Re≧0.3の場合 Fe ＝1.5
Reは偏心率です。Re＝0.15以下のとき、割増係数はかかりません。上記の値は1.0≦Fe<1.5の範囲です。
例えば、Fs＝1.5で、Fe＝1.5とします。このとき形状係数Fesは、
Fes＝Fs×Fe＝1.5×1.5＝2.25
です。またFesの値は上限があり、1.0≦Fes＜3.0と規定されています。つまり、いくら偏心や剛性率が小さくても、形状係数は3.0がマックスです。よって建築基準法的には、Fesを乗じた必要保有水平耐力を満足していればOKなのですが、やはりバランスの良く耐震要素を設けるが基本です。
形状係数と必要保有水平耐力の関係
前述したように、形状係数は必要保有水平耐力と関係します。建物に必要な耐力（必要保有水平耐力）は、バランスが悪いほど（形状係数が大きいほど）、「大きくなる」と説明しました。これを数式で示すと下記となります。
- Qun＝Ds×Fes×Qud
Qunは、必要保有水平耐力、Dsは構造特性係数、Fesは形状係数、Qudは各階の地震時水平力です。※構造特性係数については下記の記事が参考になります。
つまり、Fesが大きいほど大きな耐力が必要になりますね。Fesが小さくなるよう耐震要素はバランスよく配置したいものです。
混同しやすい用語
形状係数（Fes）
建物の平面・立面的なバランスを表す係数で、Fes＝Fs×Feで算定する。値が大きいほどバランスが悪く、必要保有水平耐力が増大する。
偏心率（Re）
建物の重心と剛心のずれの比率で、平面バランスを表す値。Re≦0.15で形状係数の割増なし、Re≧0.3でFe＝1.5（最大割増）となる。
剛性率（Rs）
各階の剛性のばらつきを表す値で立面バランスを示す。Rs≧0.6で形状係数の割増なし、Rs＜0.6でFsが大きくなり必要耐力が増す。
形状係数（Fes）の計算に関する値を整理した表を示します。
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| Fs（剛性率係数） | Rs≧0.6のとき1.0、Rs＜0.6のとき2.0－Rs/0.6 | 1.0≦Fs＜2.0 |
| Fe（偏心率係数） | Re≦0.15のとき1.0、Re≧0.3のとき1.5 | 1.0≦Fe≦1.5 |
| Fes（形状係数） | Fes＝Fs×Fe | 上限3.0 |
まとめ
今回は形状係数について説明しました。形状係数の意味を理解しましょう。前述した２つのポイントは、一級建築士の問題でも問われることがあります。下記も併せて学習しましょう。
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意味を読んで終わりにせず、実際に理解できているかチェックしてみましょう。
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形状係数（Fes）に関する問題は建築士試験の構造分野で出題されます。定義と計算の両面から理解しておきましょう。
形状係数（Fes）の定義・適用条件・計算式は建築士試験の構造分野で出題される基本事項です。
用語の定義を正確に理解したうえで、関連する規準・法令との関係を整理することが大切です。