データ
No.12第1版

2軸組 - 柱脚・基礎●姿図・寸法No.12第1版【使用材料】
木材：柱 150 × 150、樹種スギ
礎石：花崗岩（サンドブラスト処理仕上げ

平面 400 × 1000mm

厚さ 50mm）●適用条件
スギ柱－サンドブラスト処理仕上げ礎石の組み合わせの柱脚部の動摩擦係数として参照可能である。錘重量が6kN ～ 18kN であることから、柱底面の垂直応力度は 0.15 ～ 0.40N/mm2 程度である。また、滑り速度は、載荷2速度と同等と考えると 10 ～ 80cm/s である。

軸組 - 柱脚・基礎●概要
長さ 200mm の柱脚部のみを抽出し、桁および錘を設置した上で、動的アクチュエータを用いて加振を行った。
加振波、載荷速度、錘重量を実験パラメータとしている。

●文献・参照先
1）和田幸子，中川貴文，五十田博，岡部実，河合直人，桂川晋：伝統的木造住宅の垂れ壁付き壁構面振動台実
験 その 6，日本建築学会大会学術講演梗概集，2009.82）和田幸子，中川貴文，五十田博，岡部実，河合直人，箕輪親宏：伝統的木造住宅の垂れ壁付き構面振動台実験，
日本建築学会北陸支部研究報告集（51），pp. 113-116，2008. 7●理論式の例
摩擦力 F は以下の式によって表される。

F= μ Nμ : 静止摩擦係数または動摩擦係数
N : 柱底面が受ける垂直抗力、柱軸力
静止状態において、柱脚部の水平せん断力が摩擦力 F を超えると滑り始める。また、滑り挙動中は、柱脚部の移動方向と逆向きに摩擦力 F が作用し続ける。

●モデル化
要素モデルの例：

No.12
第1版

剛性∞の完全弾塑性またはクーロン摩擦バネとしてモデル化が可能である。ただし、摩擦係数の設定にあたっては、現象のばらつきを考慮し、安全側の評価となるよう配慮すること。

●特性値
各加振で得られた水平力／鉛直荷重より、滑動中（下図の矢印部分）の平均値を動摩擦係数として評価した。
動摩擦係数は、0.3 から 0.5 程度までばらついている。定性的には、速度が速いほど、また錘が重いほど、動摩2

擦係数は小さくなる傾向が見られた。

軸組 - 柱脚・基礎使用データ No.
No.1~12
第1版

2

軸組 - 柱脚・基礎

概要
建築物の柱脚部と基礎の境界条件としては、以下の 3 通りが考えられる 1）。
① 水平移動および浮き上がりともに拘束する（拘束していると仮定できる場合）。
② 水平移動を拘束し、浮き上がりのみ許容する。
③ 水平移動および浮き上がりともに許容する。
境界条件①は、例えば、基礎と緊結した土台を用い、柱は土台にほぞ差しとする場合が相当する。意匠的に柱勝ちに見せたい場合は輪薙ほぞ等を用いる。境界条件②は、例えば、柱は土台にほぞ差しとするが込み栓等で留め付けない場合や、いわゆる「石場立て」仕様とし、ダボ等で水平移動を拘束する場合が相当する。境界条件③は、例えば、ダボ等を設けない「石場立て」仕様が相当する。境界条件②または③となるような建築物においては、壁量計算や現行の構造計算法（許容応力度計算、限界耐力計算）で想定されている前提から外れることになるので、モデル化や性能評価にあたっては慎重な取り扱いが求められる。
ここでは、境界条件②または③に相当する建築物の性能評価において、参考になると思われる既往の実験データを整理し、モデル化方法、モデルパラメータ、実験における破壊性状についてまとめる。

○力の伝達方法（1）境界条件②となる場合
水平移動に対してはダボおよび柱のせん断によって抵抗し、許容耐力等はダボおよび柱の有効断面積にせん断強度を乗じることで得られる。引抜力、すなわち浮き上がりに対しては抵抗要素を持たない。浮き上がりによって柱がダボから抜け出さないよう、ダボの高さを十分に取る必要がある。
（2）境界条件③となる場合
水平移動に対しては柱底面と礎石間の摩擦によって抵抗する。摩擦力は、柱軸力に摩擦係数を乗じることで算出する。浮き上がりに対しては、抵抗要素を持たない。

a）石場立てb）金属製ダボ
図

柱脚部と基礎の仕様による境界条件の差違

共通c）石ダボ表X 軸周りの回転
Y 軸周りの回転

柱脚バネの考え方の例
境界条件①

境界条件②

境界条件③仕口の仕様に応じた弾

剛性＝０

剛性＝０

剛性＝０注 1）

剛性＝０注 1）

塑性バネ

Z 軸周りの回転
X 軸方向変位

剛性＝∞剛性∞の完全弾塑性ま 剛性∞の完全弾塑性まY 軸方向変位

剛性＝∞

たはクーロン摩擦バネ たはクーロン摩擦バネ

圧縮：剛性∞
Z 軸方向変位

引張：仕口の仕様に応じた弾塑性バネ

圧縮：剛性∞

圧縮：剛性∞

引張：剛性＝０

引張：剛性＝０

注 1）地震時には柱が傾斜し、一方の柱底面が浮いた状態になるため剛性ゼロと考えられるが、実験で確かめられた例は見当たらない。

a）浮き上がりのモデル化のための柱脚のバネの特性
図b）柱脚のバネ

柱脚の浮き上がりのモデル化（日本建築学会 : 限界耐力計算による伝統的木造建築物構造計算指針・同解説 , 丸善 , 2013、p. 113 の図を参考に作図）○設計における考え方と適用範囲（1）境界条件②となる場合
上部構造の設計にあたっては、浮き上がりが生じる構面のせん断耐力の低減を考慮する必要がある。柱軸力を超える引き抜き力が作用することによって柱脚の浮き上がりが生じた場合、当該箇所のせん断抵抗要素（耐力壁、仕口接合部など）の耐力が頭打ちになり、それ以上の耐力を発揮し得ない。したがって、N 値計算法等を用いて引抜力を算定した結果、浮き上がりが生じると判定される箇所については適切にせん断耐力を低減するなどの対応が必要となる。また、浮き上がりによって柱がダボから抜け出すと、水平移動に対する拘束が無くなるだけでなく、ダボに乗り上げて予期できない挙動を示す場合があるため、ダボの高さを十分に取っておく必要がある。
部材の検定においては、作用する水平せん断力に対してダボおよび柱が破断しないよう断面設計する必要がある。施工上、ダボ孔とダボ間には若干のクリアランスが生じることから水平せん断力は衝撃的に作用する場合がある点に留意する必要がある。
（2）境界条件③となる場合
上部構造の設計にあたって、浮き上がりが生じる構面のせん断耐力の低減を考慮する必要がある点は前項と同様である。
水平移動を許容するが、水平移動量の評価にあたっては、変動軸力や偏心などの上部構造の構造特性、柱底面－礎石間の摩擦係数の評価とばらつき、入力地震動の特性（特に上下動の影響）等、影響を及ぼす因子が多いため、設計にあたっては慎重な取り扱いが必要となる。入力地震共通

動以外の不確定要素による影響を極力除くためには、1）水平構面の剛性を十分に確保する、2）上部構造の剛性偏心および重量偏心を避ける、3）出来るだけ密に柱を配置する、4）礎石の傾きや凹凸等、施工誤差を最小化する、5）礎石のサイズを大きく取り礎石の踏み外しを避ける、等の処置が必要となる。
表
使用データ
No.

データシートに示した実験の実験パラメータ一覧

実験方法
静的

No.1

柱樹種

柱寸法

基礎

柱底面の垂直応

動的2

力度 [N/mm ]○スギ

びしゃん仕上げ120mm 角花崗岩

すべり速度[mm/s]

0.5 ～ 0.85

-びしゃん仕上げ
No.2~6○○スギ

花崗岩、コンク

120mm 角リート、テフロ0.7

動的：静的：3 ～ 6ン
No.7~10○ヒノキびしゃん仕上げ

100mm 角、
φ 100mm 丸柱

花崗岩、コンク 0.4 ～ 0.7

0.3 ～ 0.5

リート
サンドブラスト

No.11

○

スギ

150mm 角処理仕上げ花崗 0.2 ～ 0.4-岩サンドブラスト
No.12

○

スギ

150mm 角処理仕上げ花崗 0.15 ～ 0.4

100 ～ 800

岩
文献1）日本建築学会 : 限界耐力計算による伝統的木造建築物構造計算指針・同解説 , 丸善 , 2013

○データ収集の対象とした文献
使用データ

文献

No.

・向坊恭介 , 川上沢馬 , 鈴木祥之 : 礎石建て構法木造建物の地震時挙動に関する研究（その１）振動No.1

台実験 , 日本建築学会大会学術講演会梗概集（中国）, 22088, Sep. 2008.
・川上沢馬 , 向坊恭介 , 鈴木祥之 : 礎石建て構法木造建物の地震時挙動に関する研究（その２）地震応答解析 , 日本建築学会大会学術講演会梗概集（中国）, 22089, Sep. 2008
・特定非営利活動法人

No.2~6

緑の列島ネットワーク：平成 22 年度国土交通省補助事業報告書

伝統的構法の設計法作成及び性能検証実験検討委員会報告書、平成 23 年（伝統的構法の設計法作成および性能検証委員会 : 平成 22 年度事業報告書 4.2.1 脚部モデルの加振実験）

No.7~10

・荒木慶一 , 李東潤 , 遠藤俊貴 , 吉田亘利 , 上谷宏二 : 伝統木造柱脚－礎石間の静摩擦係数 , 日本建築学会技術報告集 , Vol. 15, No. 30, pp. 405-409, Jun. 2009
・和田幸子，中川貴文，五十田博，岡部実，河合直人，箕輪親宏：伝統的木造住宅の垂れ壁付き壁

No.11

構面振動台実験 その 1 ～ 3，日本建築学会大会学術講演梗概集，2008.9
・和田幸子，中川貴文，五十田博，岡部実，河合直人，箕輪親宏：伝統的木造住宅の垂れ壁付き構
面振動台実験，日本建築学会北陸支部研究報告集（51），pp.113-116，2008. 7

No.12

・和田幸子，中川貴文，五十田博，岡部実，河合直人，桂川晋：伝統的木造住宅の垂れ壁付き壁構
面振動台実験 その 6，日本建築学会大会学術講演梗概集，2009.8

共通使用データ No.
No.1~12
第1版

2軸組 - 柱脚・基礎解説
建築物を基礎に緊結しない場合、特に境界条件③となる場合、建築物の移動量を推定する必要があり、推定にあたっては、上部構造の特性、建築物と基礎の境界条件を適切に評価する必要がある。以下、設計に際して留意すべき点について示す（文献 1）に加筆・修正した部分を含む）。

○上部構造のモデル化（1）建築物の立体的挙動
建築物の立体的挙動が、柱脚の移動量に大きな影響を及ぼすため、下記のような点が検証可
能な適切なモデル化が必要である。
・上部構造耐力および剛性（荷重－変形関係）
・軸力変動
・建築物全体のロッキング挙動（塔状比）
・各構面の挙動（構面ごとの挙動）
・偏心（剛性偏心、重量偏心）・水平構面（柔床、レベル）
柱脚の水平移動を推定するためには、上部構造の性能と境界条件の適切な設定が重要となる。
特に、摩擦による滑り量を推定するためには、動的効果、立体的挙動も考慮しなければならない。
摩擦力は、摩擦力 = 摩擦係数×軸力で算出されるため、1 階下半分質量 M0（1 階壁下半分重量＋ 1 階床の重量＋ 1 階床下重量）による軸力の増加（M0 効果）も考慮しながら、1 階床の応答に影響を及ぼす 1 階床下の性能も考慮する必要があり、足固めや束を適切にモデル化する必要がある。また、建築物内の軸力の変動に応じて摩擦力は変動すると考えられる。一般的な重量配置による軸力分布や壁のせん断抵抗による軸力変動だけでなく、塔状比が大きい場合には建築物全体のロッキング挙動、偏心による各構面の応答差も検証可能なモデル化が必要となる。
建築物全体の立体的挙動を評価するためには、水平構面のモデル化も重要である。伝統木造建築物では、梁、桁、床のレベルが同一ではないために水平構面が明確ではなく、剛床仮定も成立しない場合が多いため、上屋、下屋の関係も考慮しながら、拘束条件を適切に評価する必要がある。同様に 1 階の屋根と 2 階の屋根が連続する葺き下ろしの屋根では、層（階）の概念も適用しにくいので注意が必要である。
（2）摩擦力
摩擦力の設定にあたっては、摩擦係数（静止摩擦係数、動摩擦係数）、軸力を適切に評価する。
摩擦力は、（摩擦力）=（摩擦係数）×（軸力）で現される。各柱の軸力は、上部構造のモデル化が適切であれば解析モデルから算定することができるが、1 階床重量については、柱だけでなく束などによって支持される場合もあるので注意が必要である。
柱と基礎の摩擦係数については、静止摩擦係数と動摩擦係数を適切に設定する必要がある。
まだ、繰り返し入力による摩擦係数の変化も考えられるが、その傾向は明らかにされていないため注意が必要である。

○入力地震動の影響
境界条件③として、水平移動の拘束を摩擦力にのみ期待する場合には、柱脚の移動は、柱に生じるせん断力（水平 2 方向の合成成分）と軸力に大きな影響を受けるため、方向ごとの 1 次
元入力による検討だけでなく、平面 2 次元入力や上下動との組み合わせについても適切に検討する必要がある。また、1 回の滑りによる移動量と累積移動量、残留移動量をそれぞれ適切に共通評価する必要があるが、これらは入力地震動の位相特性に大きく影響されることが判っており、原則として時刻歴応答解析によることが望ましい。

○ばらつきの考慮
上部構造と摩擦力を適切に評価することにより、建築物の移動量を算定することが出来るが、木、土、石といった自然材料を多く用いた伝統構法では、材料特性のばらつきが大きいため、次のようなばらつきを考慮した性能検証も必要となる。
1）上部構造の性能のばらつき
2）摩擦係数のばらつき
柱脚の移動量の算定にあたっては、建築物全体での滑り量を算定するとともに局部的に大きな移動が生じることにより上部構造に大きな損傷を生じることがないように、各要素の性能のばらつきとを考慮した検討も併せて行う。
1）上部構造性能のばらつき
一般に、上部構造の耐力が大きくなると柱脚の水平移動量は大きくなる傾向にある。このため、上部構造の性能評価においては、耐力の下限値だけでなく上限値についても検討を行う必要がある。
一般に構造計算にあたって、建築物の重量は安全のためやや大きめに算定されることが多いが、柱脚の滑りを時刻歴応答解析で推定する場合には、大きめの重量算定が必ずしも安全側にならないことに注意する。1F 床レベルの応答加速度が柱脚の水平移動に直接関係することから、1 階下半分質量 M0 を適切に評価することが必要である。また、積載重量については不確定な要素と考えて、必要に応じて複数のパターンで検討を行うことが望ましい。
2）摩擦係数のばらつき
柱脚と礎石の動摩擦係数は一般に、μ = 0.3 ～ 0.4 程度といわれているが、自然材料であるため材料自体のばらつき、移動方向、施工誤差（傾斜など）によるばらつきがある。摩擦係数のばらつきについては、建築物全体での摩擦係数のばらつきによる挙動の違いと、建築物内での摩擦係数のばらつきについて検討する必要がある。特に、建築物内での摩擦係数のばらつきは、上部構造の耐力要素が偏心していなくても、構面ごとの移動量が異なることによるねじれ挙動などが生じるため注意が必要である。一般に、建築物内で摩擦係数のばらつきがあると、摩擦係数の小さい柱脚が動きやすい傾向にある。

○摩擦係数の実験値
本データシートで示した実験から得られた摩擦係数の一覧を実験パラメータとともに下表に示す。実験結果からも摩擦係数あるいは滑り摩擦現象はばらつきの大きいことが示唆される。
さらに、各実験パラメータが摩擦係数に及ぼす影響も明らかになっておらず、現時点での摩擦係数の値としては一定の幅を持つことを許容せざるを得ない。

共通

データシートに示した実験の実験パラメータ一覧
使用データ
No.

実験方法
静的

No.1

動的
○柱樹種

柱寸法

スギ

120mm 角基礎
びしゃん仕上げ花崗岩

柱底面の垂直応 すべり速度

摩擦係数

力度 [N/mm2][mm/s]

0.5 ～ 0.85

-0.3 ～ 0.5

動的：-0.35 ～ 0.6、

びしゃん仕上No.2~6○○スギ

120mm 角げ花崗岩、コンクリート、

0.7

静的：3 ～ 6 テフロン：0.1

テフロン
1 0 0 m m 角 、びしゃん仕上
No.7~10○

ヒノキ φ 100mm 丸 げ花崗岩、柱

0.4 ～ 0.7

0.3 ～ 0.5

コンクリート○スギ

150mm 角ト処理仕上げ～ 0.9
静止摩擦係数約サンドブラス
No.11

静 止 摩 擦 係 数 0.6

0.2 ～ 0.4-花崗岩

0.53、
動 摩 擦 係 数：0.3～ 0.4

サンドブラスNo.12○スギ150mm 角ト処理仕上げ0.15 ～ 0.4

100 ～ 800

花崗岩
文献1）日本建築学会 : 限界耐力計算による伝統的木造建築物構造計算指針・同解説 , 丸善 , 2013

共通

0.3 ～ 0.5