丸太組構法による 3 階建て建築物の開発
その 3・偏心率に関する一考察
3 階建てログハウス
ねじり剛性

偏心率
摩擦力

○髙岡繭子*1
松下勝久*2

正会員
正会員

限界耐力計算組積造

1 はじめに前報では、丸太組構法による 3 階建て建築物について、実皆川隆之*2
大橋好光*5QDi = n×PDi + QF

棟 1 棟目の設計に関して報告した。その後、実棟 2 棟目を設

QDi ：だぼの第 i 降伏時の壁のせん断耐力[kN]n ：だぼの本数
PDi ：だぼの第 i 降伏時のだぼの荷重[kN]
QF ：摩擦力[kN]計し(図 1)、その設計を通して、駐車場や南面など短いログ壁にはだぼを多く配置できないため、偏心率が 0.15 を超えやすいことが分かった。その場合、ねじれを考慮した安全限界時のログ材間の滑り変位発生検討を行っても、偏心率による形状係数 Fe によって外力を割

水平荷重 [kN]

800増することが前提となっているため、耐力の釣り合いを成立させることが難しくなった。よって、偏心率を満足するために、短700①ログ材間の摩擦抵抗力

600

P

いログ壁にだぼを集中させることになり、結果、特に 3 連層する

3F2F

1F

500

ログ壁の引抜力が増加し、浮上り防止のための通しボルトや基400礎の設計が厳しくなるという問題が生じた。

300

丸太組構法による建築物では、耐力壁はログ材を横積みし、200ログ-ログ間をだぼで接合して構成する、いわゆる組積造である。

QF = μ×N

ログ壁の水平抵抗機構は、まずログ-ログ間での摩擦力(各方100QF ：摩擦力[kN]μ ：設計摩擦係数
N ：鉛直軸力[kN]向のせん断係数として 0.15 程度)を発揮し、ログ-ログ間が変00.000

形後、だぼのせん断抵抗が作用するため、初期では剛性が無限大となる(図 2)。しかし、偏心率の計算では、直交方向の等価剛性を無限大には計算の都合上できないため、どの状態で勉*3②だぼのせん断抵抗力

δP

花井

層間変形角 [rad.]0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035▲損傷限界 1/226rad.
安全限界 1/30rad.▲

図 2 ログ壁のモデル化
2 検討モデルの値を用いるのかによってねじり剛性に大きく影響を与える。ま

既往物件から南面や駐車場など偏心が大きい場合を想定した、昭和 55 年建設省告示 1792 号では、「ただし、当該階の剛た簡易な検討モデルを作成する。検討モデルのログ壁配置図性率及び偏心率と形状特性との関係を適切に評価できる場合を図 3 に示す。平面プランは、6m×6m(壁長さはノッチの出においては、当該算出によることができる。」とある。

(350mm)を考慮して 6.7m×6.7m)とし、重量偏心はないが、剛そこで、本報では、偏心率検討のための簡単なモデルとして、性は X 方向(検討方向)の 1 軸偏心とする。高さは各階高さ 3m、検討方向が 1 軸偏心で、直交方向が偏心なしとして設定し、屋根は 4 寸勾配とし、各層と小屋裏には床面を配置する。固直交方向のログ壁の等価剛性を数種類の変形角で算出して定荷重は実状に即した荷重値とし、床の積載荷重は地震力算偏心率の推移を確認する。そして、固有値解析を行うことで、出時及びログ壁負担軸力算出時ともに 600N/m2 として、各階と直交方向のねじり剛性について無限大と見なせる範囲を検討も W=100kN とする。

6700

6700

Y方向
(直交方向)③X0

X方向(検討方向)

②X0

2階

③X1

4000

①X060002350③20002350

Oy

X方向：⑫Y方向：⑫③2350

③2350

⑤2000
③1350 1350

2350

4000

⑤X方向：⑳
Y方向：⑳

Gy

2000

Oy2350

2000

③X11階

⑤1350 1350

6000

Gy23504000

2000

X方向：24Y方向：24⑥Oy2350⑥⑥1350
Y023502000

Gy2350⑨6700

Y0⑤

心率について考察することを目的とする。

⑮2350

6000

⑱⑥60002350

し、構造安全性を確認するとともに、丸太組構法(組積造)の偏1350②
3階X1 [mm]○囲み数字：ログ壁のだぼの本数
中央部の丸囲み数字：だぼの本数の合計

図 3 ログ壁配置図
3 限界耐力計算
限界耐力計算では、損傷限界変形角 1/226rad.(だぼの許

図 1 丸太組構法による 3 階建て住宅
Development of three-storey building of log sets
Construction～Part3 One consideration about the eccentricity～

容耐力以下)、安全限界変形角 1/30rad.、地盤種別は第 2 種Mayuko TAKAOKA,
Katsuhira MATSUSHITA,

Takayuki MINAGAWA,
Yoshimitsu OHASHI

Tsutomu HANAI

を求め、直交方向ログ壁のは、安全限界時には 1 層1/250rad.の等価剛性に対する比崩壊で、かつ、安全率が 1と並進に対する並進＋捩れの比割以上としてだぼの配置をの関係を図 8 に示す。曲線は並決定する。X 方向につい進に対する並進＋捩れ(θ×ℓmax)て、各層の骨 格曲線と 限の比が 1.0 の漸近線に近づき、界状態を図 4 に示す。安

直交方向ログ壁の等価剛性がY01/250rad.時の等価剛性の約 10Y方向(直交方向)6000の設計条件で行う。目標全率は、1.17 となった(検図 4 層の骨格曲線と限界状態倍になると捩れの影響はほとんど定値 0.86)。

なくなった。

Y17.37

上段：等価剛性[kN/mm]
下段：1/250rad.の等価剛性との比)
階1/250 １/500 1/10001/15001/20001/25001/30001/40001/50001/60001/7000
3212.46

3.06

4.27

5.48

6.69

7.89

9.10 11.52 13.94 16.35 18.77

1.00

1.25

1.74

2.23

2.72

3.21

3.70

4.69

5.67

6.66

7.64

4.30

5.50

7.92 10.34 12.75 15.17 17.59 22.42 27.25 32.09 36.92

1.00

1.28

1.84

5.52

7.33 10.96 14.58 18.21 21.83 25.46 32.71 39.96 47.21 54.46

1.00

1.33

1.99

2.41
2.64

2.97
3.30

3.53
3.96

直 交 方 向 の 1/250rad. 時 の等価剛性に対する比と偏心率の関係を図 5 に示す。直交方向の等価剛性が約 5 倍になると偏心率は 0.15 を下回り、10倍になると収束した。
4.2 固有値解析
検討方向の 1/3000rad.時の偏心率

4.1 偏心率

4.094.615.225.93

6.347.24

7.47
8.55

0.30
0.25
0.20
0.15
0.100.05
0.00

8.599.87

1階
2階
3階

0 2 4 6 8 10 12
直交方向の等価剛性の図 51/250rad.時に対する剛性比
直交方向ログ壁の等価剛性の 1/250rad.時に対する剛性比と偏心率の関係

1 次から 3 次までのモード図を図 7 に示す。1 次固有振動数は 1/250rad.時の 1.99Hz から 1/7000rad.時の 2.07 Hz とほとんど変化はなかった。また、有効質量比は 1 次で 0.83～0.85、2 次で 0.13～0.15、3 次で 0.04～0.05 程度であった。
1 次の固有ベクトルより、1 階の重心位置と縁端部の増幅率*1 フリーランス，修士(工学)*2 (株)えびす建築研究所*3 (株)えびす建築研究所 代表取締役・博士(工学)*4 (株)フェニックスホーム*5 東京都市大学 教授・工博

⑥2350

2350
③X0

1階

⑥2000

Oy

X方向：24
Y方向：2440002350⑥⑥23502000

Gy1350③X1X方向(検討方向)

向Y 方 方 向)(直交向X 方 方 向)(検討1 次：2.06Hz

表 2 直交方向の等価剛性

13506700

図 6 検討モデル(1 階)

2 次：4.96Hz

3 次：5.84Hz

図 7 検討方向(X 方向)の 1 次から 3 次モード
5 おわりに解析シミュレー
ションにより、直交方向の等価剛性が約 5 倍になると偏心率は 0.15 を下回り、10 倍になると収束した。
固有値解析により直交方向の剛性が検討方向の並進に対する並進+捩れの比

4 解析シミュレーション
表 1 検
直交方向のログ壁の等価剛性を数種類の変討方向の形角で算出し、偏心率の推移を確認する。そし等価剛性て、固有値解析により、振動特性と捩れ挙動の等価剛性変化を確認する。
階 [kN/mm]
通り 1/250
検討モデルの 1 階を図 6 に示す。検討方向
Y0 1.533(X 方向)の 1/250rad.時の等価剛性を表 1 に示Y1 3.38す。また、直交方向(Y方向)の 1/250rad.時から
Y0 2.752Y1 5.841/7000rad.時の 11 種類に変えた等価剛性を表Y0 3.672 に示す。
1⑱Y01.30
1.25
1.20
1.15
1.10
1.05
1.000.95

1階
2階
3階

02468 10 12
直交方向の等価剛性の1/250rad.時に対する剛性比

図 8 直交方向ログ壁の等価剛性の1/250rad.時に対する剛性比と検討方
向の並進に対する並進+捩れの関係

損傷限界時の約 10倍程度と設定すると、ねじれ挙動が小さくなった。これが実挙動を示していると考えられ、この直交方向の等価剛性をこの程度に設定するのが妥当だと思われる。ただし、剛床モデルのため、仮定が成立する床の仕様としなければならない。
また、2 方向(45 度)の入力については、ログ壁の摩擦係数は約 0.3 あり、損傷限界地震動(C0=0.2 相当)では摩擦力のみで釣り合うため、問題ないと考える。
今後は、偏心率と形状係数 Fe の適切な設定の可能性について、平面形状のパラメータを変え、また、重量及び剛性偏心ではなく、耐力偏心についての検討が必要である。
Freelance,Mr.Eng
Ebisu Building Laboratory Co.
President, Ebisu Building Laboratory Co., Dr.Eng.
Phoenix home Co.
Prof., Tokyo City Univ.,Dr.Eng.