コンテナハウスの屋根って、どれくらいの積雪荷重が耐えられるの?

単体用コンテナハウスの屋根は、工場生産上の都合で殆どの場合ISO貨物コンテナの屋根をそのまま流用することになります。

そうです、そのデコボコしているコルゲート屋根です。見たことのない方は以下の写真をご参考ください。

コンテナやコンテナハウスの屋根上部コルゲート鉄板
コンテナやコンテナハウスの屋根上部コルゲート鉄板

このコルゲート鉄板屋根は通常の場合、1.8~2.0㎜の炭素鋼板(JIS鋼材コンテナハウスの場合SS400鋼板)を専用金型によってプレス成型して作られます。凸部による断面増強効果と平板を緩やかなアーチ形状を付与することによっての排水機能が本来の目的です。

さて、雪国で建てられる建築として、設計上の留意点と言えば、何と言っても積雪荷重への対応が挙げられます。一見してふわふわな雪が屋根に積もった結果、柱や梁、屋根にとってとんでもない大負担になりかねないからです。

日本の建築構造計算では、積雪荷重の基準として「1cmにつき20N/㎡以上」と建築基準法により決められています。これを20ftコンテナの屋根投影面積(≒14.8㎡)で計算すると、1cm厚さの積雪ごとに30キロ(宅配水3ガロン容量ボルト3本弱)の荷重をコンテナの上に載せることに相当します。「昨夜、30cmの降雪積雪があった」とすれば、今朝コンテナの上にすでに1トン弱(はい、軽自動車1台くらい)の荷重を乗せたことに相当します。なので、雪国の建築にとって、雪下しを疎かにされたら、とても冗談ではありません。

「雪下しを行う場合は多雪区域でも垂直積雪量を1mまで減じた値を採用してよい(但し表示義務規定有)」との構造計算規定もありますが、以上の計算によって、それは軽自動車3台余りの重量ですねよ!それを20Ftコンテナの上に載せることなんて、不思議でなりません。(というか、コンテナがかわいそう)

そもそも、コンテナハウスに良く採用されているあの1.8~2.0㎜薄っぺらの鉄板屋根が、別途支持なしで1mの積雪荷重が耐えられるのか?!好奇心旺盛な筆者は大型変位解析によく使われているノンリニア有限要素解析法(Non-linear Dynamics FEA)にて解析を行いました。

はい!解析結果は以下の通りです!応力の集中はやはり両端支持の箇所にあり、最大応力度=249.8MPaはSS400薄板の場合の降伏強度(235MPa)をちょっと上回っていましたが、最大応力は曲り角付近に極少数に点在していることと、角部の微小変形によって集中力の解消とプレス成型の冷間加工から得られた強化作用などの理由をもって、この箇所に生じる200~230MPaの応力度レベルをぎりぎり克服できると考えられます。

コンテナハウスの屋根1m積雪荷重に対して応力解析 Uni-Kon 
コンテナハウスの屋根1m積雪荷重に対して応力解析 Uni-Kon 
コンテナハウスの屋根1m積雪荷重に対して応力解析結果 Uni-Kon
コンテナハウスの屋根1m積雪荷重に対して応力解析結果 Uni-Kon

また、変形のほうも、9.83㎜の撓みとなったが、材料はほぼ降伏していないから、依然と弾性変形範囲にあり、雪下しをしたら、また元のアーチ形状に戻る見込みです。

コンテナハウスの屋根1m積雪荷重に対して応力解析撓み Uni-Kon
コンテナハウスの屋根1m積雪荷重に対して応力解析撓み Uni-Kon

難敵に対して、引けを取らなかったコンテナの屋根でした。いや、コンテナの屋根って、さすがに物流業界で何十年も使われてきた経験と知恵の結晶ですね。紙20枚ほど厚さの鋼板で、3トン余りの荷重を負担できるなんて、感動する気分さえも湧いてきます。

コンテナハウスを建てた方にとって心強い結果でしょう。が、くれぐれもご注意していただきたいのは、本解析の対象は屋根鉄板に限らているため、構造体自身の強度安否を問わなかったところです。建築確認申請対応のコンテナハウスの構造も、業者や工法によって色々あるから、特定の構造と計算条件ごとに、一個一個解析を行う必要があるため、ここでは省略させていただきます。(Uni-Konなら自社コンテナハウスの全体構造解析を綿密に行っております。コンテナハウスをカスタマイズ設計したい方、ぜひ一度ご相談ください。)

なので、屋根は大丈夫だとしても、梁や柱は曲がってしまったら元も子もないので、建築用コンテナハウス構造体の構造計算と設計は疎かにしてはいけません。雪国の皆さんも、必ず雪下しを積極的にやりましょう!

以上を持って、題の質問–コンテナハウスの屋根って、どれくらいの積雪荷重が耐えられるの?の結果が出ました。答えは、約1mです!

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