地盤が沈む仕組みは、大きく二つに分けられます。一つめは、濡れた雑巾を絞るように土質中の水が重みで押し出されて、土の体積が減る現象(一次圧密)。 もう一つは、一定の応力が長時間かかることで、土粒子の骨格のひずみが徐々に大きくなる圧縮クリープ現象による沈下(二次圧密)。一次圧密に比べて二次圧密の予測は難しく、例えば予想以上の沈下で話題になった関西国際空港の沈下は、二次圧密が原因とされています。
水分の多い砂質土に地震などによる一定の振動が加わると、地盤が耐力を失い泥沼のような状態になります。これを液状化現象と言います。 振動により土の粒子がバラバラになり、粒子間に水分が入り込むことで摩擦力が失われ、地盤はせん断強さを失います。1964年の新潟地震をはじめ、国内でも被害例は数多くあります。液状化は重い建物の方が影響が大きく、建物の高層化が進んだ現代においては、その被害が深刻になっています。
標準貫入試験により得られる地盤のデータ。「質量63.5±0.5kgのドライブハンマーを76±1cm自由落下させて、ボーリングロッド頭部に取り付けたノッキングブロックを打撃し、ボーリングロッド先端に取り付けた標準貫入試験用サンプラーを地盤に30cm打ち込むのに要する打撃回数｣
(JIS A1219)。地盤の性質とN値との関係は色々と研究されていて、N値を知ることは地盤の特性を理解するために役立ちます。
スウェーデン式サウンディング試験により得られたデータを基に算出されたN値。稲田式という、広く普及している方法では、砂質土用と粘性土用とに分けて次式で計算します。
砂質土 N＝2Wsw＋0.067Nsw
粘性土 N＝3Wsw＋0.050Nsw
Wsw:荷重(単位はkN) Nsw:1mあたりの半回転数
地盤が、荷重(家の重さ)にどこまで破壊せずに絶えられるかを支持力といいます。破壊の種類には、圧縮、引っ張りなどもありますが、土質において問題となるのはせん断破壊が主で、地盤の支持力と言えば、せん断強さのことをいいます。単位面積辺りの荷重で表します。
地耐力とは、建築において通常問題となる破壊(支持力)と変形(沈下)の両方を検討した、総合的な地盤の強さのことです。木造住宅は軽いため、実際には破壊が問題になることは少なく、沈下対策が重要な問題となります。
地盤の性質を知るために行う調査。地盤調査の方法には色々なものがありますが、木造住宅を建てる際には、スウェーデン式サウンディング試験が一般的です。 各地盤調査の詳細
柔らかい物の上に乗ると、そこの部分がへこむのが分かると思います。建物における沈下もこれと同じで、建物を建てるとその重みで地面が沈みます。どんな地盤においても多少は沈みますが、通常沈下が問題となるのは、不同沈下とよばれる現象が起きた時です(*1)。不同沈下とは建物の沈下量が建物の部位によって違う現象で、よくテレビなどでやっている、斜めに傾いてしまった状態です。
この現象は、地盤の柔らかさが不均一な時や、建物の重さが場所によって極端に違う時などに起こります。
関連→圧密沈下
*1.仮に1cm沈下したとして、均一に沈下していれば特に影響はないけれど、斜めに傾けば困ります。
生コンの流動性を表した数値。水が多いとスランプの値は大きくなり、少ないと小さくなる。住宅用には15cm〜18cmが一般的。
建物の下、地面の上の平らな部分をベース、その上の高さ400mmくらい立ち上がっている部分を布基礎といいます。ベース部分にも鉄筋を配置し、コンクリートを打つ方式がベタ基礎です。ベース部分に、湿気対策のためにコンクリートを打つ場合もありますが、鉄筋が入っていなければ構造上の効果は少ないため、ベタ基礎とは区別されます。ベタ基礎の目的は、基礎の変形し難さ（剛性）を高める事で、地震や不等沈下などに対して強くなります。ただし、ベタ基礎にすることで基礎自体は重くなるため、地盤の検討をするさいには注意も必要です。
グラウンドレベル。基準となる地面の高さのことです。GL0の基準高さを決めて、そこより低いところはマイナス数値で表わし、高い場所はプラス数値で表します。住宅を建てる際には、基準高さを道路より高くするのが一般的です。
比重とは物質の重さを比べたもので、比重が大きければ大きいほど重く、小さければ軽い物質ということになります。比重は単位体積あたりの質量を、基準となる物質(普通は水)との比で表しますが、木材の場合は乾燥の度合いによって質量が変化するため、比重も一定ではありません。そこで木材では、一定の含水率のもとでの比重を気乾比重として定義しています。日本では含水率15パーセントが基準とされていますので、気乾比重＝含水率15％の木の質量/(木と同体積の)水の質量となります。
例えば、木の質量をM、その体積をV、同体積での水の質量をWとすると、単位体積あたりの比、気乾比重は、「気乾比重＝M/V*V/W」。V/Wは水の密度の逆数ですが、自然状態の水の密度はほぼ1に等しいので、V/W≒1となり、「気乾比重＝M/V*1」で表すことができます。つまり、含水率15％での木材の質量を体積で除する(M/V)ことで、おおよその気乾比重を計算することができます。
住宅の内部と外部の温度差1度の時に、1時間で逃げる熱量(熱損失)を、単位床面積あたりで表わした数値。熱損失係数に、床面積、時間、温度差をかければ、建物の熱損失を求めることができます。以下に熱損失係数の計算方法を紹介します。
熱損失計数の計算は、屋根、外壁、窓ガラス、サッシ、基礎、床、換気扇、等から逃げる熱量の総和を求め、その数値を延べ床面積で除します。 Q = (Sigma(Ai Ki Hi)+Sigma(Lfi Kli Hi + Afi Kfi) + 0.35nB) / S
初めに、屋根、外壁、サッシ、床からの熱損失を求めます。建材の熱伝導率から熱還流率を求め、その数値に部位の面積を乗じることで、熱損失が計算できます。 ただ、この数値は、内外温度差が1度の時の値となります。実際の建物では、外と内部の温度差と、当該断熱部の外部と内部の温度差が一致していない場合があります。例えば床下の温度と、外の温度とは異なります。その補正に用いるのが温度差係数で、床断熱の場合には次の計算式を使います。
床の熱還流率*当該床面積*0.7(温度差係数)
外壁、屋根、天井、サッシなどは温度差係数は1で計算するので、気にしなくて構いません。以上のように、屋根、外壁、床、サッシ部分等からの熱損失を計算します。
換気による熱損失は次式で計算します。 0.35×換気回数×住宅の気積 この式で、0.35とは空気の容積比熱のことです。住宅の気積とは、換気の必要な空気の容積のことです。小屋裏や階間部など、換気計算に含めない部分は関係ありません。換気回数は、普通はシックハウス対策法で定められた0.5を用いますが、熱交換換気扇の場合は、0.5×(1-回収効率)を使用します。例えば、気積300立米、換気効率0.6、の建物の場合、換気による熱損失は、0.35×0.5(1-0.6)×300＝21(W/k)となります。
上記の方法が正式な計算方法なのですが、換気扇の換気量を基に計算した方が、より現実に即した熱損失になると思います。換気量は換気扇のカタログ等を参照すれば分かります。
最後に、基礎断熱の時の計算方法です。これは断熱の仕方によって計算式も異なります。 基礎の外側で断熱するときは、 土の熱伝導率は土質や含水率によって変化するため、実際に求めることは難しく一般的には0.7で計算します。
熱伝導率は、単位体積あたりの熱の通しやすさを表しています。それをもとに、実際に使用する厚みの時の、熱の通しやすさを表したものが熱還流率です。しかし、実際の建物の外皮(壁や屋根など)は、複数の材料から出来ています。材料が違えば熱伝導率も異なるので、それぞれの部材の熱還流率を求めた上で、その逆数を総和して、実際の外皮の熱の通しやすさを求めます。この数値を、簡易熱還流率と呼びます。 つまり、壁の単位面積当たりの熱の通しやすさを表すことになります。計算は、個々の部材の熱伝導率と厚みから、個々の部材の熱還流率を求め、それらを総和して、全体の
ガルとは加速度を表す単位で、建築の世界では地震の揺れの大きさを表すのに用います。1ガル＝1cm/s²＝0.098N(ニュートン)。
ヒートアイランド現象とは、都市部の温度が周辺地域に比べて高くなる現象で、アスファルト舗装、空調設備、自動車、樹木の現象などが原因と考えられます