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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構造特性係数をご存知でしょうか。構造特性係数は、建物の保有水平耐力に関係し、鉄筋コンクリートと鉄骨造では値が違います。今回は、そんな構造特性係数について説明します。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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構造特性係数とは？

構造特性係数は、

各階の構造特性を表すもの

と定義されます。では「構造特性」とは何か？という疑問に行き着きます。構造特性とは、「建物の壊れ方」といえます。

建物の壊れ方は、大きく分けて２つあります。

１．建物全体にヒンジが発生し、地震力を効率よく吸収する壊れ方

２．それ以上地震力を吸収できないような急激な壊れ方

１は、変形性能が良い建物のことです。建物の強度はそこまで高くありませんが、地震力を効率的に吸収します。ところで、変形性能は靭性ともいいます。※靭性については下記の記事が参考になります。

靭性とは？靭性のある材料とは？建物の耐震性との関係

２の壊れ方は、耐震壁付きのラーメン構造などで見られる、せん断破壊が該当します。せん断破壊は危険な破壊なので、避けるべきです。１とは反対に、変形性能が低い建物です。

上記の構造特性を数値化したものが、構造特性係数です。ちなみに構造特性係数は「Ds値」ともいいます。実務ではこちらの言い方の方が一般的です。

構造特性係数の数値は0.25～0.55まであります。前述した１と２の壊れ方では、なんとなく１の方が「良さそうな壊れ方」、２は「悪そうな壊れ方」ですよね。

その感覚は正しいです。つまり１の壊れ方に対しては、建物に変形能力があるので建物の耐力は、２の壊れ方に比べて必要としません。つまり構造特性係数は小さな値です。一方、２の壊れ方は、悪そうな壊れ方なので、建物の耐力を余計に必要とし、構造特性係数は大きな値です。

以上が構造特性係数の考え方です。構造特性係数は必要保有水平耐力の算定に関係します。下記の記事も併せてを参考にしてください。

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

構造特性係数の値

具体的に構造特性係数の値を紹介します。実は、構造特性係数は構造形式や構造部材ごとに違います。今回は、RC造とS造について示します。

鉄筋コンクリート造

鉄筋コンクリート造の構造特性係数は下記です。A～Dランクまであります。Dランクとは、「悪い壊れ方」です。よってDランクの構造特性係数は大きな値です。

柱および梁の部材群としての種別

Aランク　0.30
Bランク　0.35
Cランク　0.40
Dランク　0.45

耐力壁の部材群としての種別

Aランク　0.45
Bランク　0.50
Cランク　0.55
Dランク　0.55

鉄骨造

鉄骨造の構造特性係数は下記となります。

柱および梁の部材群としての種別

Aランク　0.25
Bランク　0.30
Cランク　0.35
Dランク　0.40

ブレースの部材群としての種別

Aランク　0.25～0.40
Bランク　0.30～0.40
Cランク　0.35～0.45
Dランク　0.40～0.50

まとめ

今回は構造特性係数について説明しました。イメージを掴まないと理解が難しいと思います。ポイントは、構造特性係数が大きいほど必要保有水平耐力が大きくなる（より多くの耐力を必要とする）。逆に小さいと必要保有水平耐力は小さい（変形性能が高いので、必要な耐力は少なくても構わない）。覚えておきましょう。また今回は、併せて下記の記事も参考にしてください

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

保有水平耐力とは何か？