台風のたびに報じられる、外壁材や屋根材のはく離・飛散。
金属外装では、
板そのものの破損だけでなく、
留め付け部から「めくれる」形の被害も起こる。
そこに大きく関係するのが、外装材を外へ引っ張る「負圧」だ。
本稿では、外装材の風圧力の考え方と、
金属パネル・金属外装を選ぶ・納めるときの勘所を整理する。
外装材の風圧力は「構造骨組」とは別に計算する
建物全体を支える骨組の風荷重と、
1枚ごとの外装材にかかる風圧力は、考え方が違う。
外装材では、部位ごとの局部的なピーク風圧力を考慮する必要があるからだ。
屋根ふき材や屋外に面する帳壁（適用条件あり）の風圧力は、平成12年建設省告示第1458号で算定方法が定められている。
基本の形はシンプルだ。
- ・W ＝ q̄ × Ĉf（W：単位面積当たりの風圧力［N/m²］）
- ・q̄ ＝ 0.6 × Er² × V0²（q̄：平均速度圧）
- ・Er：高さと地表面粗度区分で決まる係数（告示第1454号の数値を用いる）
- ・V0：地域ごとの基準風速（同じく告示第1454号による）
- ・Ĉf：ピーク風力係数（ピーク外圧係数からピーク内圧係数を差し引いて求める）
(glass wonderland)
👉 つまり外装材の風圧力は、
「どこに建つか（V0・地表面粗度）」
「どの高さか（Er）」
「建物のどの部位か（Ĉf）」
の掛け算で決まる。
基準風速は「2乗」で効く
基準風速V0は地域ごとに定められ、30〜46m/sの範囲にある。
(国土交通省)
注意したいのは、速度圧がV0の2乗に比例する点だ。
同じ高さ・同じ地表面粗度で比べると、次のようになる。
| 基準風速V0 | 30m/sを基準とした速度圧の比 |
|---|---|
| 30m/s | 1.00倍 |
| 34m/s | 約1.28倍 |
| 38m/s | 約1.60倍 |
| 42m/s | 約1.96倍 |
| 46m/s | 約2.35倍 |
※本誌試算。q̄がV0²に比例する関係から算出（Er・Ĉfは同一と仮定）。
👉 風速の差は1.5倍でも、風圧の差は2倍を超える。
「別の現場で問題なかった仕様」を、
基準風速の高い地域へそのまま持ち込むのは危うい。
地表面粗度区分（Ⅰ〜Ⅳ）も効く。
周囲に建物などの障害物が少ない場所ほど、地表面粗度区分の番号が小さくなり、同じ高さでも速度圧が大きくなる。
地表面粗度区分の考え方は、告示第1454号の改正で
都市計画区域の内外で異なっていた扱いが統一されている。
(日本建築総合試験所)
外装材をはがすのは「負圧」──端部ほど厳しい
風上の壁は押される（正圧）。
一方、建物の角を回り込んだ風が側面や屋根を流れると、
外装材を外へ吸い出す力（負圧）が生じる。
この負圧は、建物の周辺部・端部で大きくなる。
国土交通省の資料に示された複合金属サイディングの例（特定条件での例）では、
ピーク風力係数が一般部−1.8に対し、周辺部は−2.2とされている。
(国土交通省)
👉 絶対値で比べると、周辺部は一般部の約1.2倍（本誌試算）。
一般に、建物の周辺部・端部では、一般部より大きな負圧を見込む必要がある。
さらに、ピーク風力係数は外圧と内圧の差で決まる。
大きな開口部がある建物では、開口の位置や状態に応じて内圧の扱いが変わり、
外装材にかかる力の想定も変わってくる。
(glass wonderland)
金属外装は「板」だけでなく「留め付け」で決まる
金属板の耐力は、板厚・材質・断面形状・支持間隔で変わる。
そのうえで、弱点になりやすいのが力の通り道の途中だ。
- ・ビス・ファスナーの引抜き：下地の厚み・材質で耐力が大きく変わる
- ・板の引きちぎれ（パンチングシア）：ビス頭まわりから板が抜ける
- ・下地の変形：胴縁・下地鋼材のピッチが粗いと、板がたわんで外れやすい
- ・はぜ・嵌合部の外れ：大きくたわむと、かみ合わせが抜ける
✔ 端部・隅角部は、設計風圧力と製品の施工仕様に応じて、ビスピッチや下地ピッチを検討する
✔ 板厚を上げるだけでなく、留め付け点の配置や数を見直すことが有効な場合もある
✔ 軒先・けらば・パラペットの笠木など、風が巻き込む納まりは要注意
👉 「板厚何ミリなら大丈夫か」ではなく、
板・留め付け・下地をひと続きの部材として確認することが大切だ。
熱伸縮・水仕舞いとの「両立」が設計の腕の見せどころ
金属外装には、温度で伸び縮みする性質がある。
伸縮を逃がすためにルーズ穴やスライド金具を使うが、
可動部でも風圧に対する抜け止め性能を確保する必要がある。
- ・固定点と可動点を分け、可動側でも抜けない金具を選ぶ
- ・シーリングやガスケットは、負圧による板のたわみに伴う変位も考慮し、水密性を保てる仕様とする
- ・アルミと鋼の下地を組み合わせるときは、異種金属接触にも配慮する
耐風圧性能は単独で決まるものではなく、
熱伸縮への対応、防水性、耐食性と整合する納まりの中で確保するものだ。
この点は、本誌の熱伸縮や異種金属接触腐食の解説記事とあわせて確認したい。
選定・発注時のチェックポイント
金属パネルや金属外装材を採用するとき、
設計者・施工者が押さえておきたい確認事項をまとめる。
- ・計画地の基準風速V0と地表面粗度区分
- ・建物高さと、外装材を使う部位（一般部か、周辺部・隅角部か）
- ・メーカーの耐風圧性能が、試験または構造計算において、どのような留め付け条件で確認されたものか
- ・試験時の下地ピッチ・ビス種類・下地材の厚みが現場と同じか
- ・軒先・けらば・笠木など、端部の専用納まりが用意されているか
👉 カタログの「耐風圧〇〇Pa」は、
特定の施工条件とセットで初めて意味を持つ数字だ。
施工条件が変われば、現場で確保できる耐風性能も変わる。
なお瓦屋根では、緊結方法の基準が強化され、
2022年1月から施行されている。
(徳島県)
素材は異なるが、屋根材の脱落防止で「留め付け」が重視されている事例といえる。
まとめ
- ・外装材の風圧力は、骨組の風荷重とは区別し、告示第1458号に基づいて算定する
- ・速度圧は基準風速の2乗に比例し、46m/sでは30m/sの約2.35倍（本誌試算）
- ・外装材の設計では負圧への対応が重要で、特に周辺部・端部では大きな負圧を見込む
- ・金属外装は、板・留め付け・下地を一体として耐力を確認する
- ・耐風圧は、熱伸縮・防水・耐食と同じ納まりの中で両立させる
✔ 「どこに・どの高さで・どの部位に」使うかを最初に確認する
✔ 性能値は、試験時の留め付け条件まで含めて読む
台風による外装被害が繰り返し報じられるなかで、
板・留め付け・下地を一体で考える「めくれない設計」が、
いっそう重要になる。
出典
- 7-2 耐風圧・耐震設計関係法規（glass wonderland）
- 風圧力，耐風設計等の基準の合理化に資する検討（国土交通省、平成24年度建築基準整備促進事業 調査番号11）
- 建築確認審査・検査 GBRC最新情報 Vol.21（日本建築総合試験所、2021年1月29日）
- 瓦の緊結方法に関する基準の強化（徳島県掲載資料、2020年12月7日公布）
