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Nobilis Works 代表の小形 秀明です
私が、Nobilis代表の
小形です。 お客様にご満足して頂けるよう頑張りますので、どうぞ宜しくお願いします



屋根葺き替えで心配な屋根の重さと耐震について

 スレート屋根のガルバリウム鋼板によるカバー工法は地震で大丈夫か?

 最近では阪神淡路大震災(1995年)、熊本県熊本地方地震(2016年)、東日本大震災(2011)など、大きな地震が多く発生しています。家を新築するとき、大きなリフォームをするとき、屋根を葺き替えるときなど、家の工事を実施するときは、地震に対する心配はつきものです。ここでは特に屋根に特化して、考察してみたいと思います。
 特に「スレート屋根の葺き替えで、ガルバリウム鋼板でのカバー工法は大丈夫なのか?」
 この質問は、2017年秋から2018年、1月までで、5件ほど電話、メールで質問・疑問を頂きましたので、詳しく解説したいと思います。瓦については、別ページで「耐震・屋根葺き替えの基礎」で解説していますが、再度比較したいと思います。耐震の考え方と合わせて考えてください。
 結論から言うと、スレート屋根を非常に軽いガルバリウム鋼板で
重ね葺き(カバー工法)をしても致命的なことにはならないと考えています。
 一般的なサンプルの家の例で計算したところ、スレートだけの屋根とガルバリウム鋼板を
カバーした屋根では、必要耐力は;6.9%増えました。
 お助け隊には、何の権威も専門機関でもないので、ただこう主張したのでは信用してもらえないと思いますので、その具体的な計算結果を提示したいと思います。
 屋根葺き替え時にスレート屋根をガルバリウム鋼板でカバーをする工法が盛んですが、耐震的にはどうなのか?これで倒壊するようなことがあったら、大変です。しかし、ガルバリウム鋼板の重量は、uあたり僅か5Kgしかありません。下記のサンプルの家は、屋根面積が、全部で100u程度ですが、ガルバリウム鋼板を載せると、500kgの重量が加わることになります。500kgって相当重い重量ですが、1uで5kgです。家全体の重量は、約計算では、 17,600kg程度あります。17.6トン、これの重さが500kg増えると言っています。0.5トンです。
 この17,600kgの家が、500kg増えると耐震の数字や、耐震診断の値がどれほど悪化するのか?このどれほどという量が重要です。ただ500Kgの大きさに驚いていても、イメージだけでは正しい評価になりません。そのために耐震診断とは何をするのか?評価の数字にどれほど影響を与えるのか?その評価をどう理解すれば良いのか?はたまた、その耐震の評価を知ってどうすれば良いのか?少なからずお役に立てれば、幸いと思います。
 このページでは、屋根葺き替え時の懸念として、ガルバリウム鋼板のカバー工法は耐震の評価をどれだけ変えるのか?について耐震の精密診断法を用い解説します。

 耐震診断での必要耐力を計算する際の使用する具体的なサンプルの家:
   耐震診断の必要耐力を説明する家の例:
 建坪: 65.31u (約20坪)、2階建て、4LDK、和室2、洋室2
 屋根はスレート葺き、切り妻屋根、外壁:モルタル塗り
 天井:合板張り、床: 畳張りと板張りの混合。木造軸組み工法。概観は上の画像
 細かい計測データは、下に示しました。参照してください。
  大地震に対する耐震の評価点は;
    = 保有耐力(kN) / 必要耐力(kN)
  日本建築防災協会が発行している 「木造住宅の耐震診断と補強方法」によると
  この式で計算されています。 まずこの必要耐力とは大地震による力で、家の重量に比例する
  力です。 必要耐力を Qi とすると、次式で計算されます。計算式を読むのが面倒のかたは
  飛ばして、結果をご覧ください。 結果
  Qi (必要耐力)= 0.2 X Ci X ΣWi
  
Ci:層せん断力係数、Wi:各階、外壁、屋根、床、天井の荷重の総和
    Ci = Z X Ri X Ai X Co
   Z:地域係数:関東のほとんどで、1.0  
   Ri:1.6 X Tc/T
     Tc:第一種地盤:普通の問題ない地盤とする:Tc = 0.4
     T=0.03 X H (一般木造住宅の場合)
          T:建物の固有周期
          H:当該建物の高さ、棟までの高さと軒先の高さの平均
   Ai:層せん断力分布係数
     Ai = 1+ { 1/√αi - αi} X 2T/(1 +3T)
   Co:大地震用の「標準せん断力係数」 1.0以上 この場合は1.0
      ここで具体的な計算要素、H、T、Aiの値を調べます。
    Hは、サンプルの家の棟と二階軒先の高さの平均ですので、H = 5.42 (m)
    なので、T = 0.03 X 5.42 = 0.1626
    Ai を計算する為の αi は、この二階建てのサンプルの家で、二階より上の重量を
    一階より上の全重量で割った値が αi。 これを計算すると; 
    二階より上の重量 / 一階より上の全重量 = 76.715 / 177.7[kN] = 0.4317
    αi = 0.4317、T = 0.1626
    よって、
    Ai = 1.238
      Z = 1.0
    Ri = 1.6 X Tc / T = 1.6 X 0.4 / 0.1626 = 3.9360
    Ai = 1.238
    Co = 1.0
からCiを求めると;
    Ci = Z X Ri X Ai X Co
   = 1.0 X 3.9363 X 1.238 X 1.0
   = 4.8731
    最後に必要耐力:Qiを求めると
    Qi = 0.2 X 4.8731 X ΣWi
       = 
0.97462 X ΣWi

 耐震診断での評価で、その評価の計算式があります。それは;
 基礎より上の建物(上部構造物と言います)の耐震の評価点として示されます。
  上部構造物(耐震)の評価点は;
    = その家の固有の保有耐力(kN) / その家の必要耐力
  です。
 保有耐力は、その家が持っている地震に対抗する力とも言える力で、柱、梁、耐力壁、外壁、床、天井、屋根組、家の骨組みなど、家が倒壊しないように持っている力です。kNという単位で表されます。必要耐力は、大地震がその家を倒壊させる、させようとする力で、これは家の重量で決まる数字です。保有耐力が変化ないなら、家が重いほどその家は倒壊し易いと言えます。しかし、この式は保有耐力と必要耐力との関係でその家が倒壊し易いのか?倒壊しないのか?を示しています。この度合いが重要です。
 この内の上部構造(家屋・建物について)の耐震に関する評価だけは、点数が付けられていて、その点数によって下のようになっています。(阪神淡路、東日本大地震級の大地震に対して)
     ・1.5以上: 倒壊しない
     ・1.0〜1.5未満: 一応倒壊しない
     ・0.7〜1,0未満: 倒壊の可能性がある
     ・0.7未満: 倒壊の可能性が高い
@@@@@
 屋根葺き替えのとき、スレート屋根をガルバリウム鋼板でカバー工法にて工事をするときに、何も耐震の工事をしない場合は、保有耐力は変化しません。ガルバリウム鋼板の全重量が加わるだけです。ですから、分母の必要耐力が大きくなり、耐震の評価点を減少させます。
 その必要耐力が(重量)がどれほど増加するのか?と言うと;
 (例の家で耐震診断の精密診断で行うと)
 スレートの例の家の必要耐力: 
    173,000 [N] = 173 [kN]
 ガルバリウム鋼板での屋根葺き替え後の必要耐力(カバー工法)
    185,000 [N] = 185 {kN] 
 になります。 約500Kg増量した家の、必要耐力の増加は、6.9%になります。
 一方、保有耐力は変化しないのですが、評価点を計算する為に、保有耐力を仮定します。
 この場合、保有耐力の実数は問題ではなく、変化しない保有耐力値を使って、増加・悪化した必要耐力に対してどのくらい評価点が変わるのかが重要です。
 ・保有耐力:200 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 200 [kN] / 173 [kN] = 1.156 (一応倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 200 [kN] / 185 [kN] = 1.081 (一応倒壊しない)
   この場合は数字は約6.4%悪化しましたが、倒壊しないの評価は変化しませんでした。
 ・保有耐力:250 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 250 [kN] / 173 [kN] = 1.445 (一応倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 250 [kN] / 185 [kN] = 1.3513 (一応倒壊しない)
   この場合も約6.4%悪化しましたが、倒壊しないの評価は変化しませんでした。
 ・保有耐力:184 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 184 [kN] / 173 [kN] = 1.0635 (一応倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 184 [kN] / 185 [kN] = 0.9945. (倒壊の可能性がある)
   この場合も約6.4%悪化しましたが、倒壊の可能性があるに評価が変わりました。
 ・保有耐力:260 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 260 [kN] / 173 [kN] = 1.5028 (倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 260 [kN] / 185 [kN] = 1.4054. (一応倒壊しない)
   変化点での数字では、評価は変わりますが、0.1の数字の差は、お客様はどう考えるでしょうか?
 ここまで読んで、スレート屋根にガルバリウム鋼板を被せたら、家が重くなって倒壊する。だからガルバリウム鋼板のカバー工法はだめだ、というのが正しいのか?お客様の判断です。「絶対」大丈夫というのも信用できないし、「絶対」倒壊するというのも嘘であることが理解できると思います。
 また、屋根葺き替え時に業者が、そのどちらかのことを言ったら、その根拠を聞くべきです。
 ましてや、この診断自身が絶対のものではありません。でもこれを作った方たちは、日本の科学の叡智を駆使して開発したと思いますし、役に立たないものでもないと信じます。お客様の大切な家が今、耐震についてどのくらい悪いのか?おおよそ大丈夫なのか?の大いに参考にするべきことと思います。
 元々、耐震診断は、倒壊するのか?しないのか?が主眼ではなく、もし危ないのなら、どこを工事するべきなのか?を教えてくれる道具、ツールです。こちらの方が重要と考えています。

 では耐震の評価を上げるには?スレート材料を撤去すると・・・

 スレート屋根から屋根葺き替えをして、耐震の評価を上げる、より地震に強い家にするには、どうすれば良いか?ガルバリウム鋼板より重いスレート材を撤去して、重さが1/4しかないガルバリウム鋼板へ変更すれば良いです。
 スレート屋根をガルバリウム鋼板で葺き替えると、大地震に対してどのくらい強くなるのか?
の質問と同じですから、これも計算してみます。スレート材料は、平米(u)あたり約20Kg、ガルバリウム鋼板は、約5Kgですから、この値を使って計算します。その他の壁、外壁、床、天井、内壁等、家躯体、材料には変更を加えません。屋根材のみの変更です。・・・屋根葺き替えのみです。
 使っている住宅の例で解説します。
 現在のスレート屋根の家全体の必要耐力は、以前の計算で; 173 [kN] です。
 同じ計算方法で、軽いガルバリウム鋼板に葺き替えたときの必要耐力は; 156 [kN] になります。
 同じように、保有耐力を仮定して、スレート屋根からガルバリウム鋼板へ屋根の葺き替えを行った場合の耐震評価点、評価がどう変わるのか?見てみます。
 ・保有耐力:200 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 200 [kN] / 173 [kN] = 1.156 (一応倒壊しない)
   スレートを撤去してガルバリウム鋼板で屋根を葺き替えた評価点 
     = 200 [kN] / 156 [kN] = 1.282 (一応倒壊しない)
   この場合は数字は約10%良くなりました、しかし倒壊しないの評価は変化なしです。
 ・保有耐力:250 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 250 [kN] / 173 [kN] = 1.445 (一応倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 250 [kN] / 156 [kN] = 1.602 (倒壊しない)
   この場合は数字は約10%良くなり、一応倒壊しないから倒壊しないにランクが上がりました。
 ・保有耐力:184 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 184 [kN] / 173 [kN] = 1.0635 (一応倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 184 [kN] / 156 [kN] = 1.1794 (一応倒壊しない)
   この場合も数字は約10%良くなりましたが、「一応倒壊しない」の評価は変化なしです。
 ・保有耐力:260 [kN]の場合
   スレート屋根の場合の評価点
     = 260 [kN] / 173 [kN] = 1.5028 (倒壊しない)
   カバー工法で屋根を葺き替えた評価点 
     = 260 [kN] / 156 [kN] = 1.666 (倒壊しない)
   この場合は数字は約10%良くなり、「倒壊しない」の評価は変化なしです。
 耐震診断の式:
   その家の保有耐力 / その家の必要耐力
 この数字で、倒壊しない、一応倒壊しない、倒壊の可能性がある、倒壊の可能性が大きい
 の判断します。保有耐力を導き出すのは沢山の要素が大変ですが、必要耐力の式:
   必要耐力 = 0.2 X Ci X ΣWi ですが、この式が言っているのは、家の重量が増加すれば
   その必要耐力は家の重量に比例するということです。 0.2と、 Ciは定数ですので家の構造や
   場所を移動しなければ変化はありません。
 ですので、屋根の重さを変えれば必要耐力も比例して変わり、地震に対する耐震評価も変わるのです。
問題は、どれだけ変化するのか?もし、「倒壊の可能性が大きい」「倒壊の可能性がある」と診断されたら、どこが弱くて、どう改修したら良いのかの指針をこの耐震診断がアドバイスしてくれます。それは保有耐力を増やせすことで、より地震に強い家ができるか教えてくれるものです。このページでは屋根を葺き替える際にスレート材料をガルバリウム鋼板に交換する際の耐震診断に与える影響を考えてきました。
 スレート屋根の上にガルバリウム鋼板をカバー工法で屋根の葺き替えをする場合、耐震の評価は悪化することはあっても良くなることはありません。しかし、その程度は、ある例で示した通りです。このサンプルは普遍的なものではなく、事情は各家の構造、環境で変化するものです。インターネットのサイトには、あまり深く、実際の数字でその根拠を示したものがほとんどありませんでした。ただ印象でカバー工法は大丈夫とか、重くなるので止めた方が良いなどど根拠が軽薄です。このページがお客様の考える一役になれば良いと切に願うばかりです。

 屋根葺き替え時で必要な耐震診断; 必要耐力の計算(精密診断法)
 ●スレート(コロニアル、カラーベスト)の必要耐力計算(サンプルの家)

 ●スレート+ガルバリウム鋼板(カバー工法)の必要耐力計算(サンプルの家)

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