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形状係数(Fes)とは?1分でわかる意味と計算方法

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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。

応力集中と応力集中係数の基礎知識


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。


形状係数の違い


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。

偏心率とは何か?

剛性率ってなに?剛性率の意味と、建物の耐震性


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。。


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。

構造特性係数とは?3分でわかる意味と算出方法


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。

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。

応力集中と応力集中係数の基礎知識

構造特性係数とは?3分でわかる意味と算出方法

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