大地震;屋根を軽くすると、耐震の対策になるのか?

●瓦屋根の住宅は倒壊し易いのか?


 一般木造住宅が大きな地震で何故倒壊するのか?そのメカニズムや対策につい
て屋根のことを含めて考察してみたいと思います。(このページで言うのは日本
の木造住宅で一番多い、在来構法;木造軸組構法についてで、コンクリート製や
ツバイフォー住宅は今回対象としていません)


ガルバリウム鋼板は屋根を軽くして耐震の一環とした地震の対策として、良く用
いられる方法です。屋根の葺き替えを転機として少しでも地震に備えたいと言う
お客様は多くいらっしゃいます。


しかし、それが正しいのか?いったいどれくらいの効果があるのでしょうか? 
屋根がかなり傷んできてそろそろ葺き替えを、と計画されている時、最近では大
きな地震が続けて発生していますので、この際重い瓦から軽い金属(ガルバリウ
ム鋼板等)の屋根材へ葺き替えるお客様が後を絶ちません。


同じ柱、梁、床、壁など他にリフォームの余地は多くありますが、屋根を葺き替
える時についでに、屋根を軽くして、少なくとも家の倒壊は防ごうということで
、瓦から軽い金属へ葺き替えるのは、耐震の考えから言うと間違えではないと思
います。既にご理解されているかもしれませんが、今一度おさらいをすると。 



振り子の原理


上のモデルを住宅に当てはめると、単純化しますが、球Aは重い瓦屋根、球Bはそ
の重さが10分の1である金属材料、例えばガルバリウム鋼板。これを球の大き
さで表しています各球を支えている棒は、住宅の柱、構造体です。


地震によって球は左右に動きます。球が重い方、軽い方のどちらが早く支柱が折
れてしまうでしょうか? 錘の重さだけを変えてあとの支柱は同じとした場合簡
単に折れてしまうのは左側の球Aです。 重い方は球を支えるだけでも大変なのに
大きく左右に揺れれば、簡単に折れてしまそうです。これは重いほうが支柱に大
きな力が加わるためで、おもりを軽くした 球Bほうが折れにくいのは自明です。
・・・特に数式を使わなくてもお分かりいただけると思います。


住宅、屋根の重さの揺れ


このことを上図の住宅のモデルにすると球は屋根、棒は家の構造体です。
(柱や梁などになります)地震で家を土台から左右に動かすと家全体は逆向きに
モーメントの力がかかります。そのモーメントの力は棒の長さ、球の重さに比例
します。つまり家の長さ(家では高さ)が長ければ揺れによる力は大、屋根の重
さが重ければやはりモーメントの力は大きくなります。


地震の揺れが大きくなると揺れ
と反対方向にモーメント力は発生し住宅が動き揺れます。 この住宅に加わる力
は屋根の重さが重い程、家の高さ(球の棒)が長ければ長いほど大きくなります
分り易く解説すると、住宅の揺れ、住宅にかかる力は、やはり屋根の重さと関係
があります。住宅が大地震で倒壊するか、助かるかは屋根の重さだけに関わるわ
けではありませんが、要因の一つです。瓦と軽量なガルバリウム鋼板とを比較す
ると、上図のようになって、瓦(JIS53Aの規格品)は、ガルバリウム鋼板の10
倍もの重さがありますので、その他の条件と同じなら、10倍ものモーメント力
がかかります。 屋根の軽量化は、効果的であることの証明になっています。


上記の解説は、屋根の重量だけ違い、その他の諸条件は同じと言いましたが、実
際の住宅は、瓦の住宅と初めからガルバリウム鋼板を葺いた住宅とは、そもそも
家の作りが違い、建築法に定められた耐震基準で建築されていますので、瓦の住
宅は、ガルバリウム鋼板屋根のものに比較して強固に作られているはずです。
通常は屋根の重さを鑑み、その重さに耐えられる設計をしています。
(建築法の構造の規定)

●同じ重さの屋根でも倒壊する家と倒壊しない家の違い


良く瓦の家は重心が高い位置にあるので、地震に対して倒壊し易いという風説が
ありますし、お客様からも良く質問を受けます。 しかし、これは一概に言えな
くて、正解は「耐震の診断」をして正しい認識を持って貰いたいと思います。 
また重い瓦の住宅は倒壊しやすいのではなくて、充分な耐震構造、耐震の工事
(建築法が気になります)をしているか?です。 これの例として、実験があり
ます。

耐震実験1


住宅が大きな地震で倒壊するというのには、いろいろな要因、条件があるとと思
います。 この実験では、同じ瓦屋根で、同じ工法で建てられた家で、でも耐震
をしてあるものと、していないものとの比較です。 屋根の条件は同じ、同じ重
さです。 地震の揺れは、阪神淡路クラス(震度7)の地震を実際の地震記録を
もとに再現し揺れを作っています。 左は耐震補強をしてない家屋、右は同じ設
計の建物、同じ瓦葺きで、耐震の補強を施してあります。 実験後耐震補強無し
の家は、1階部分が潰れて全壊です。 下:倒壊する直前の写真

出典: YoutunbeのURL:https://www.youtube.com/watch?v=o6cbd1CHhe0&feature=youtu.be

耐震実験2


耐震補強をしていない家屋崩壊の瞬間写真; ほぼ同じ建て方、材料、やねも同
じ・重量、工事の方法

耐震実験3


耐震補強を施していない家が倒壊してしまいました。 しかし、1階2階の部分
は壊れていますが、瓦は無傷です。 屋根の下の骨組み、下地材料が倒壊したこ
とによって多少歪んでしまいましたが、瓦は一枚もずれて落ちていません。 
実は瓦は、普通の引っ掛け工法ではなく、阪神淡路の大震災で考案された「耐震
工法」で施工されたものなのです。 それで、瓦は地震で落ちることなく、ほぼ
元の状態を維持しています。 倒壊しなかった右の家屋も同様、瓦は一枚も落ち
ていません。 どちらも同じ瓦、同じ重さ、同じ工法です。
ここで、分かることは、耐震の対策をすれば、古い工法で建てられた住宅でも耐
震補強をすれば、震度7の強震の揺れでも家屋は倒壊しないということ、もう一
つは、瓦が重いから家屋が倒壊するのではないということも証明しています。  
適切な耐震補強が大切なことなのかを教えてくれます。 瓦の耐震工法も。


◆:重い屋根は大きな地震に対して倒壊の危険の一つの要因と考えられますが、
倒壊の原因は、屋根ばかりではなく、その他にも、原因があります。 家の耐震
補強、瓦の「耐震工法」は、古い家でも震度7クラスの揺れから守ることができ
ます。 


◆:屋根の軽量化は、耐震にとって重要です。 
だから屋根の葺き替え時に屋根の軽量化は正しい考えです。
しかし、家の倒壊の原因は他にも大きなものがある
  ・・・家の耐震補強に必要なこと


◆:家の適切な耐震補強は、古い家でも震度7クラスの揺れから家を守ることが
できます。

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