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風圧力の計算ってややこしい？告示1454号をかんたんに読み解いてみた
建築に作用する「荷重と外力」
建築基準法施行令では、建築物に作用する荷重および外力として以下の5つが定められています。
- 固定荷重
- 積載荷重
- 積雪荷重
- 風圧力
- 地震力
今回はこの中でも、特に計算がややこしい「風圧力」について、実務の観点から整理してみます。
風圧力の定義と基本式（施行令第87条）
風圧力は、「速度圧に風力係数を乗じて計算する」こととされており、速度圧は次の式で計算されます。
q = 0.6・E・V02
- q：速度圧（N/m²）
- E：補正係数（建物高さや周辺の地形に基づく）
- V0：基準風速（地域ごとに30～46m/s）
※宮城県の基準風速V0は 30m/s です。
風荷重の計算式(H12告示第1454号)
告示第1454号では上記Eの数値、基準風速Vo、風力係数Cfについて定めており、最終的な風荷重Pは以下の式で計算します。
P = C・q・A
- P：風荷重（N）
- C：風力係数
- q：速度圧（N/m²）
- A：見付面積（m²）
補正係数 E の算出方法
Eは以下の式で求められます。
E = Er2・Gf
- Er：平均風速の高さ方向分布係数
- Gf：ガスト影響係数
Er は以下の条件で変わります。
-
- H ≦ Zb の場合：Er = 1.7・(Zb/ZG)α
- H ＞ Zb の場合：Er = 1.7・(H/ZG)α
*H 建築物の高さと軒の高さとの平均
粗度区分ごとの定数
| 区分 | Zb | ZG | α | Gf（H=10以下〜40m以上:～は直線的に補間) |
|---|---|---|---|---|
| I（障害物なし） | 5 | 250 | 0.1 | 2.0〜1.8 |
| II（海岸近傍など） | 5 | 350 | 0.15 | 2.2〜2.0 |
| III（一般地域） | 5 | 450 | 0.2 | 2.5〜2.1 |
| IV（都市部） | 10 | 550 | 0.27 | 3.1〜2.3 |
風力係数 C（Cf）の求め方
風力係数Cfは、外圧係数Cpeと内圧係数Cpiの差で求められます。
Cf = Cpe – Cpi
- Cpe：外圧係数（建物外から押す圧力・垂直に押す方向を正）
- Cpi：内圧係数（建物内から押す圧力・垂直に押す方向を正）
以下の図と表は、建物形状別に用いるべき係数を示しています。
図1：閉鎖型建物（張り間方向）表1～表5を用いる
図2：閉鎖型建物（けた行方向）表1、2、表5を用いる
図3：開放型建物 表1、3、表5を用いる
表1：壁面の外圧係数（Cpe）図1～3で使用
表2：陸屋根面の外圧係数（Cpe）図1、2で使用
表3：切妻・片流れ・のこぎり屋根面の外圧係数（Cpe）図1、3で使用
表5：内圧係数（Cpi）すべての図で使用
補足：構造形状と記号の意味
図表中に出てくる記号の意味や、風向（→）を表す記号などについても以下の図にまとめられています。
まとめ
ここまで見てきたように、風圧力は建築物の形状や立地、周囲の状況によって細かく条件が分かれています。
告示第1454号を確認しながら、パラメータを順番に拾っていけば、実務上の計算もぐっとわかりやすくなります。
荷重・外力の中でもとりわけ複雑な「風圧力」の基本について、今回は整理してみました。