さて、「地震係数」がわかると、「上下階比率」を計算します。
もっとも、上下階比率という言葉。
耐震等級の解説書では「Ｋ１｣と単に記号だけ振られているのですが、それではわかりにくいので、こちらで「上下階比率」なんて言葉を作りました。
ですから、設計者に「上下階比率」なんて言ってもわかりませんよ。
「Ｋ１」（上下階比率）の出し方は簡単です。
これも四則計算で、家庭にある電卓だけで計算できます。
下の数式で、 ０．４＋０．６ｘ（２階の床面積／１階の床面積） という式ですから、１階と２階の床面積がわかれば計算できますね。
では、耐震等級1（建築基準法とおなじ）と耐震等級2あるいは3の耐力壁の量は、どう違うのでしょうか。
下に「カラーベストなどを使った軽い屋根の住宅」を想定した計算式と計算結果、そして、耐震等級1を1としたときに等級2または3の時の倍率を書いていますが、２階の面積が大きくなるほど、耐力壁の必要量も多く必要になっています。
２階の床面積が１階の床面積の５割程度だと、1.08倍と本当に少なくて良いのですが、総２階では、1.55倍。 都市部で多い２階の床面積が１階の８割程度の住宅だと、約1.38倍の強さが必要になっています。
注：上の１階に必要な耐力壁の量の計算は、１階の床面積を100m2として計算しています。
前ページで、「耐震等級2って、1.25倍の地震に抵抗するためには、基準法の1.5倍程度の耐力壁が目安だよ」と書きましたが、地方や郊外など土地の広い住宅に多い、１階に対する２階の床面積がちいさい住宅では、大きな強さを必要としませんが、都市部のようにほとんど総２階に近いような、２階の面積の割合が大きい住宅では、Ｋ１（上下階比率）を加味しても、ほとんど基準法（等級１）の1.4～1.5倍程度の耐力壁が必要だと考えておく必要があります。
１階に必要な耐力壁の量は、実は２階の広さに左右されるのです。
なぜなのか？
なぜ、１階に必要な耐力壁の量は、２階の広さに左右されるのでしょうか？
建物の耐震設計をするためには、最初に
- その建物に加わる「地震力」を計算しなければなりません。
- 次に建物に耐力壁を配置して、計算された「地震力」よりも「耐力壁の量」が多くなるように配置します。
- 同時に、耐力壁の配置が偏っていないかをチェックします。
- その上で、それぞれの耐力壁の柱や壁に、ホールダウンが必要かどうかを計算で求めます。
耐震設計って、大きくはこの手順で行われます。
では、どうして「上下階比率」のようなものが出てくるのでしょうか。それは、建物に加わる「地震力」を求めるのに一定のルールがあり、建物の重さは下の図のように計算しています。
１階に加わる地震力
１階の階高の上半分重さと、２階の全ての重さを加えたもので計算します。
２階に変わる地震力
図のように２階の階高の上半分の重さだけで計算します。
そしてなにより、地震力は重さに正比例します。
つまり、単純に１階の重さ、２階の重さと割り切って計算していないんですね。
２階の面積が少なければ、１階への負担は少なくなり、２階の面積が広ければ、１階への負担は大きくなります。
たとえば、電車で次のような子供を背負ったとしましょう。
幼児を背負ったとき（小さな２階）。
小学生の子供を背負ったとき。
中学生の生徒を背負ったとき（広い２階部分）。
それぞれに重さが重くなるほど、踏ん張る力を強くしなければ電車の揺れに負けてしまいますね。それと全く同じことで、いわば１階が背負うべき重さを正しく計算していたのが「上下階比率」という部分だったのです。
耐震等級2あるいは3の計算で「Ｋ１（上下階比率－仮称）」をわざわざ計算に含めたのは、このような理由－いわば、より正確さを増した－からなのです。
反対に、建築基準法だけの耐震等級1の計算では、こんなややこしい計算は求めていません。
言い換えれば、おおざっぱに計算式を作っている、とも言えますね。