日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

3 層木造住宅の外構面下層切り出し試験体に対する性能検証第1報
正会員〇西 崚汰*1，同

実験概要と損傷過程

上段 聖也 *1，同
同

長江 拓也 *1，同

山田 祥平 *3，同

柏 尚稔 *4，同

高橋 武宏 *2，同

梶原 浩一 *2

林 和宏 *5，同

井上 貴仁 *22.構造－7r 木質構造〔実大建物挙動〕
柱，筋交い，接合金物，サイディングボード，石膏ボード，シャッター
1. はじめにした。実験において，正載荷では可動床 1 は正面木造住宅の耐震性評価において，骨組変形に伴左，可動床 2 は正面右へ同一変位量を与える。不い進行する損傷過程と補修性，機能損失と継続使動床位置には，試験体面外への触れ止めを施した。

用性等の観点から，資料の蓄積が必要である。首図 4 に製作状況を示す。通常の手順に従い，骨都圏レジリエンス PJ（2017 年度～2021 年度）の組，内外装，サッシュ・シャッターの順で施工し中で実施されるＥ－ディフェンスを用いた 3 層木た。図 5 に骨組詳細を示す。基礎は鉄筋コンクリ造住宅実験（図 1）の予備調査の役割を意図し，ート製で通常配筋に加えて，直下の 400H 鋼梁に外構面の切り出し試験体に対する，正負交番繰り溶接したアンカー筋を配した。400H 鋼梁を可動床返し載荷実験を 2018 年 1 月に実施した。本稿で1 に固定した。骨組は，土台，柱，梁，まぐさからは，実験概要および損傷過程について報告する。

構成される。骨組接合部の固定には現在一般的に流通する金物を用いた。立面中央位置の耐力壁に

可動床 3
可動床 2

不動床

図 1 震動台上の試験体（2019 年 2 月予定）
2. 実験概要

可動床 1

対象の木造住宅は軸組構法である。外構面についての面内載荷実験は，不二サッシ株式会社にお図 2 実験装置

いて運用される F 型層間変位試験装置を使用した（図 2）。建物の地震時層間変形に対するカーテン可動床 2ウォールの追従性，各種性能を検証する装置で，不動床と可動床 1-3 の各床にファスナーを固定してカーテンウォールを施工し，可動床 1-3 を制御することで所定の層間変形角を与える。静的載荷

不動床および動的載荷が可能である。本実験では，対象とする 3 層住宅の地震応答時の 1 次モード等価高さを 3 階床位置と仮定し，下層 2 層を取り出した。

可動床 1設置状況を図 3 に示す。基礎を可動床 1 に固定し，

図 3 木造骨組試験体設置状況

3 階床位置の梁中央を可動床 2 にピン接合で固定

Performance Assessment for a Test Specimen Extracted from the Lower Part of a Three-Story Dwelling
Part.1 Damage Process and Hysteretic Behaviors in the Force-Deformation Relation
Ryota NISHI, Seiya UWADAN, Takuya NAGAE, Takehiro TAKAHASHI, Koichi KAJIWARA,Syohei YAMADA, Hisatoshi KASHIWA, Kazuhiro HAYASHI, Takahito INOUE
1

日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)(a) 1 階柱脚・接合金物(b) 構造用合板・釘固定 (c) 1 階上部まぐさ(d) 石膏ボード・養生(e) シャッター取り付け

図 4 製作状況
表 1 載荷スケジュール
Step
12345678910111213

図 5 骨組詳細

変位制御

静的
動的
静的
動的
静的
動的
静的
動的
静的
動的
静的
動的
静的

総変位量
=可動床1+可動床2(mm)2層木造骨組
公称全体変形角 (rad)160.003

1/356

240.004

1/237

400.0071/142

800.0141/71

1200.0211/481600.028

1/36266

0.047

1/21

11, 13 の静的載荷と，同水平振幅を最大値としては，たすき掛け筋交いが組み込まれている。柱とめざす動的漸増載荷（周期約 2.5 秒）の Step2, 4, 6,

土台は 105×105，窓枠は 105×40，筋交いは 30×8, 10, 12 を交互に実施した。表には，可動床 1 と90 とした。土台はアンカーボルト(M12×400)と角

可動床 2 の総変位量を全体高さ 5.69 m で除した値座金(40×40×t4.5)で基礎に固定した。全ての 1 階を全体変形角として示している。

柱脚は，ホールダウン金物(M16-L800，50kN 用)において固定した。基礎は外柱位置において直交方

3．実験結果と損傷観察（層間変形角と損傷状況）

向（図 5 の奥側）に 400 mm の幅を有しており，計測値に基づく，骨組水平変位と層間変形角の外柱は柱裏側にホールダウン金物を設置した。全分布状況を図 6 に示す。層間変形角について，1て筋交いの両端を 1.5 倍用筋交いプレートで柱に層目の値 R1 が 2 層目の値 R2 の 2 倍をやや超えて固定した。1 階柱頭と 2 階柱脚はホールダウン金おり，1 層目に変形が集中した様子が分かる。上物（35kN 用）において接合した。耐力壁には厚さ部の治具の接合に若干ガタ生じ，予定の全体変形9 mm の構造用合板を， N50 釘（100 mm ピッチ）で固定した。その上に胴縁を介して窯業系サイディングを固定した。内壁は石こうボード（t=15，ボードビスは 200mm ピッチ），仕上げはクロス貼りとした。
載荷スケジュール（表 1）は Step 1-13 からなり，可動床 1 および可動床 2 の水平変位の和を 16mm(8mm×2)から徐々に上げて行き，最終の Step 13
では 266mm (133mm×2)を与えた。Step1, 3, 5, 7, 9,

図 6 骨組水平変位・層間変形角分布2日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

角を少々下回ったが，最終の Step 13 まで問題な‣動的加力く載荷を実施できた。以降では，Step 数と対応す側：目立った損傷は見られなかった。

る層間変形角ごとに，損傷観察結果を詳述する。

(4) Step7（R1=0.0161rad, R 2=0.0065rad） , Step8

図 7 に参照する損傷観察位置を示す。

‣静的加力

内壁側：亀裂の伸展がみられた。外壁

内壁側：1 階においても(H)の右側のような窓枠中腹部を起点とする亀裂が生じ始めた。
全体としては，亀裂が伸展・拡大していたことに加え，(G)のような窓枠ではない箇所を発端とした亀裂も生じ始めた。外壁側：(C)と接する内側の外装材が 1 枚ずつ加力方向へずれることで，シャッターフレームと外装材を繋ぐ目地材が引っ張られ，伸びが生じていた(図 8 Step7a)。外装材の境界(M)(1) 内壁側に幅 6mm の隙間が生じていた。(A)のシャッター(2) 外壁側

フレーム上側の目地の剥離が見られた。

図 7 損傷観察位置‣動的加力内壁側：亀裂の伸展・拡大した。土台(1) Step1（R1=0.0026rad, R2=0.0012rad） , Step2と柱脚の隙間が顕著となった。外壁側：加振終了‣静的加力 内壁側：(D)の右下，(C)の左下から壁紙後も，(M)左側の隙間が残ったままとなった。上側に幅 0.75mm の亀裂が生じた。2 階部分に目立っの外装材が 2 mm ほど浮き上がり，隙間の幅は 1.1た損傷は見られなかった。外壁側：目立った損傷mm となった(図 8 Step8a)。(C)右下に 0.08 mm の見られなかった。

亀裂が生じた。

‣動的加力 内壁側：変化なし。外壁側：目立った(5) Step9 （R1=0.0235rad, R 2=0.0118rad） , Step10

損傷は見られなかった。

‣静的加力(2) Step3（R1=0.0043rad, R 2=0.0018rad） , Step4られた。通し柱が顕著にたわんでいることが確認‣静的加力

内壁側：亀裂の伸展，拡大，連結が見された(図 8 Step9a)。外柱のホールダウン金物の内壁側：1 階においては，(C)の左下，(D)の右下の亀裂が伸展し幅が最大 1mm となった。

柱固定部のビス等に緩みは見られなかった。RC 基石膏ボードまで貫通していた(図 8 Step3a)。垂直礎におけるアンカーボルト固定位置に少々ひび割方向への伸展も見られた。(C)の左上，(D)の右上かれが見られた。外壁側：(C)の右下，(D)の右下，左らも亀裂が生じ始めた。(C)の窓枠と壁の間に隙間下の外装材に亀裂が生じた。(C)右側の目地材は前が生じた。2 階では(A)の右上，左下，(B)の右下，左上において，壁紙に亀裂が生じた。(B)の右下では圧縮力により，ボードが潰れて，盛り上がる状況が見られた(図 8 Step3b)。外壁側：目立った損傷は見られなかった。
‣動的加力

Step3aStep3b

内壁側：亀裂の伸展・拡幅が見られた。

手による確認で外柱のホールダウン金物のボルトにゆるみはなかった。外壁側：目立った損傷は見られなかった。
(3) Step5 （R1=0.0076rad, R 2=0.0034rad） , Step6‣静的加力

内壁側：1 階では(C)の左下，(D)の右Step5a下の亀裂が繋がり，多くの部分で垂直方向にも亀Step7a

Step8a裂が伸展した。2 階では(A)，(B)の隅からだけではなく，(E)，(F)のような中腹部を起点とする亀裂が生じ始め，垂直方向や端部への伸展が見られた。
(C)の窓枠と壁の間に生じた隙間が拡大した(図 8Step5a)。外柱において，変動軸力が圧縮側のとき，ホールダウン金物のボルトにゆるみが生じた。外Step9aStep10a

図 8 損傷状況

壁側：目立った損傷は見られなかった。

3

日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

ステップよりさらに伸びていた。上部の目地も伸びていた。外装材の境界(M)の左下側の外装材に圧壊が生じていた。シャッターのフレームは柱と同様に傾斜し，シャッター幕の下端部が傾いたが，動作には問題なかった。
‣動的加力

内壁側：亀裂の伸展・拡大・連結が見られた。外壁側：加振終了後，(M)左側の隙間と剥Step11a

Step11b

Step12a

Step12b

Step13a

Step13b

がれが残留した(図 8 Step10a)。上側の外装材が約 2 mm 出っ張り，隙間の幅は 1.1 mm となった。
(N)付近の外装材を固定していたビス数本が浮き上がっていた。
(6) Step11（R1=0.0303rad, R2=0.0189rad） , Step12‣静的加力

内壁側：亀裂の伸展・拡大・連結が見られた。1 階では(H)，(L)右側の窓枠から切り離された石膏ボードが前にはらみ出してきていた(図8 Step11a)。外壁側：(C)の左上，左下，(D)の右上，右下に新たな亀裂が生じた。(M)左の圧壊していた箇所が剥落した(図 8 Step11b) 。(C)右の目地が引張側では切れ始め，圧縮側でははみ出ていた。
(O)において外装材が前にはらみ出ることで相対的にビスが埋没した。シャッターのフレーム傾斜，シャッター幕の下端部の傾きはより顕著になった

図 8 損傷状況（つづき）

が，動作には問題なかった。
内壁側：静的加力時にはらみ出してた。シャッター幕については，開ける際は動作しいた(C)，(D)間のボードが完全に剥離した。剥落した。閉める際（降ろす際）には傾斜したフレームた石膏ボードを留めていたビスが破断した。内部に接触し，途中から下がらない状態となった。

‣動的加力監察のために全て取り除いたところ，中柱のアン5．まとめカーボルトの緩み(図 8 Step12a)が生じていた。
また，柱と筋交いを固定する筋交いプレートの塑

3 階建て木造軸組構法住宅の外構面下層 2 層を性変形，局所湾曲(図 8 Step12b)が確認できた。

対象に，骨組，内外装，サッシュ・シャッター類

ビスの緩み，ビス周りにおけるプレートの亀裂等を忠実に実施工した。変位振幅を漸増させる正負は見られなかった。外壁側：切れた目地部に顕著交番繰り返し載荷を実施し，層間変形角に伴う損な隙間ができていた。(N)付近のビス数本は加振終傷状況を記録した。

了後に約 20mm 浮き上がった状態となった。

謝辞
本稿含む一連の報告は，平成 29 年度「首都圏を中心としたレジリエンス総合力向上プロジェクト／サブプロジェクト(c) 非構造部材を含む構造物の崩壊余裕度に関するデータ収集・整備」の一部である。
本実験にあたり，不二サッシ株式会社に多大なご協力をいただきました。文化シャッター株式会社，BX カネシン株式会社に技術支援をいただきました。ここに記して感謝の意を表します。

(7) Step13（R1=0.078rad, R 2=0.0091rad）‣静的加力

内壁側：1F 中央の壁の断熱材を取り除くと，筋交いの座屈(図 8 Step13a)，折損（矢印）が確認された。外柱（通し柱）が 2 階床付近で折損した。外壁側：(C)右側の目地が完全に断裂した(図 8 Step13b) 。除荷後もビスは浮き上がっ
たままで，目地部は隙間が空いている状態であっ*1 名古屋大学

Nagoya University*2 防災科学技術研究所

NIED*3 日建設計

NIKKEN*4 国土交通省国土技術政策総合研究所

NILIM*5 豊橋技術科学大学

Toyohashi UT
4日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

3 層木造住宅の外構面下層切り出し試験体に対する性能検証
第2報
正会員

架構の力-変形応答と部材角に対するジャイロ出力〇上段 聖也 *1，同

西 崚汰*1，同
同

長江 拓也 *1，同

山田 祥平 *3，同

柏 尚稔 *4，同

高橋 武宏 *2，同

梶原 浩一 *2

林 和宏 *5，同

井上 貴仁 *22.構造－7r 木質構造〔実大建物挙動〕
水平力-変形関係，履歴性状，柱部材角，ジャイロ，積分，シャッター
1. はじめに当該高さの 5.61m で除した全体変形角をとってい第 1 報では，実験概要と実験での損傷過程を報る。Step1～Step9 の図 2 上図では，各振幅レベル告した。実験では，徐々に全体変位振幅を上げるにおいて，先行の静的載荷が履歴の骨格をつくり，漸増載荷を実施しており，1 層目に 2 層目の 2 倍

後続の動的載荷はその骨格の内側においてスリッ程度の変形が生じた（図 1）。第 2 報では，前半にプ性状を示しながら履歴を描いている。次の変位おいて，試験体に加わった力と変形の関係に基づ振幅レベルに向かう静的載荷の履歴を見ると，経き，剛性の低下状況，および履歴形状（等価粘性験済みの変位振幅領域における強度劣化は顕著で減衰定数）の推移について，分析結果を報告する。

ない。図 2 下図に Step13 までの履歴を示す。実験

本実験は首都直下レジリエンス PJ の一環としてでは，Step13 において全体変形角で 0.045rad（1 層実施される実大住宅実験の準備をかねている。後半では，損傷モニタリング技術の検討として，柱およびシャッターのガイドフレームに設置したジャイロによる部材角評価について述べる。
0.04

層間変形角(rad)1層目の層間変形角
2層目の層間変形角0.030.020.010Step1 Step3 Step5 Step7 Step9 Step11

図 1 各 Step 時の層間変形角

2. 力-変位関係
図 2 に実験で得られた力-変形角関係を示す。試験体の頂部中央を固体したピン治具内のロードセルで測定した水平力を縦軸にとっている。横軸には，試験体頂部の梁の基礎からの相対水平変位を

図 2 水平力と全体変位角の関係

Performance Assessment for a Test Specimen Extracted from the Lower Part of a Three-Story Dwelling
Part.2 Force-Deformation Responses of the Frame and Gyro Outputs for Rotation Angle
Seiya UWADAN, Ryota NISHI, Takuya NAGAE, Takehiro TAKAHASHI, Koichi KAJIWARA,
Syohei YAMADA, Hisatoshi KASHIWA, Kazuhiro HAYASHI, Takahito INOUE
5日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

目層間変形角にして 0.078 rad）という大変形を加ステップの最大振幅時（動的載荷の場合は最初のえて，1 層目における筋交いの座屈・折損，通し点）における等価剛性をプロットしたのが，図 4

柱折損等の破壊を確認した。最大強度は Step9 のである。静的載荷と動的載荷の差は小さく，最大正側で記録しており，Step11 の 1 層の最大層間変振幅が新たな領域に入ることで，剛性が低下して形角約 0.03 rad（図 1）では，変形の繰り返しによいる。全体変形角が約 0.01 rad のとき，初期の 0.5る強度劣化が顕著となっている。Step9 までの変形倍程度の等価剛性を有している。

領域では，その傾向はなく，強度上昇も見られな

図 4 に対応するループに対する等価粘性減衰定くなった Step11 のサイクルで上記の破壊が顕著数を図 5 にプロットしている。この値の算出には，に進行したと理解できる。

荷重値が 0 を通過する点から 1 サイクルの履歴エネルギー Δ W と，そのサイクルの正負のピーク荷3. 等価剛性と履歴形状の検討

重，変位の平均から求めた弾性歪エネルギーWe を用いて，下式より求めた。

動的載荷では所定の最大変位振幅をめざし繰り返し変位振幅を増加させた（図 3 左図）。各振幅ピWe=((δmax+δmin)·(Pmax+Pmin))/4ーク時における等価剛性（割線剛性）をプロット

heq=1/4π·∆W/We

すると（図 3 右図），振幅が上昇していく前半で図からわかるように，静的載荷（最初の履歴）とは，徐々に値が大きくなり，振幅が減少する後半動的載荷（後続の履歴）において，大小の傾向がでは，それに応じて徐々に値が下がる傾向にある。

はっきりしている。静的載荷は 0.12-0.13 付近に，これはスリップ形状の特徴である。同じ振幅レベ

動的載荷は 0.08-0.07 付近に集中している。変位振ルで比較すると，後半において値が若干小さくな幅に対する傾向ははっきりしない。0.002 rad レベる。つまり，繰り返し変形を受けたことで，スリルの Step1 から 0.1 を超える値となり，10 倍を超ップの度合いが強まったことを意味している。各

える振幅まで，ほぼ同等の値，という結果は，RC

図 3 動的載荷方法と各サイクルにおける等価剛性推移 (Step8)

図 4 等価剛性と全体変形角の関係

図 5 等価粘性減衰定数と全体変形角の関係

6

日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

造や S 造の骨組と傾向を異にする。現行設計法でシャッターのガイドフレーム内やカーテンウォーは限界耐力計算法が整備されている。木造建物のルのサッシュ内に機器を具備したパッケージ商品

変形を陽に求める評価法としても，この等価線形として市販されるビジネスモデル，それに基づく化法の類が実用的であり，必要な 2 つのパラメー実践展開について関係者と議論を重ねている。

タに対して以上の結果が参考になる。一方で，こ5. 実験におけるジャイロ出力と分析

れら等価剛性，等価粘性減衰定数の傾向から，損図 7 にジャイロの設置条件を示す。シャッター

傷評価に有用なパラメータは等価剛性といえる。

ガイドフレームおよび柱に強力両面粘着テープで4. ジャイロによる住宅損傷・機能モニタリング固定した。ガイドフレーム側についてはフレーム

関連の首都圏レジリエンスプロジェクトでは，の中央高さ位置に設置し(Ch3)，柱側については同大地震後の速やかな回復，適切な対応に向け，建高さ位置に合わせて設置した(Ch2)。

物被害評価，機能損失把握を実現するモニタリン

ここで対象とするのは，動的実験(Step2, Step8,グ技術の向上を課題の柱に据えている。特に密集

Step12)である。ジャイロは角速度を計測している

地域の住宅群を対象に，簡易で安価なセンサー類ので，出力データを時間軸に対して積分し，傾斜の適用展開により，街区レベル，地域レベルでの角度の時刻歴波形を求める。一方，シャッターガ包括的被害評価を射程としている。

イドフレームの上下で水平変位を計測しており，既存手法では基礎，床等に設置する加速度計にここからガイドフレーム部材角(Frame R)を評価

よって，基礎入力，床応答を評価し，住宅に加わし，比較検証する。図 8 に，ジャイロからの出力った力を予測する，もしくは，地域の観測震度をを示す。図 9(1)に Step2 の積分結果を示す。適切参照して過去の被害率曲線から間接的に被害推定なフィルターなしでは，評価できない。0.003 radすることが行われる。一方で，第 1 報で示したとおり，内外装材やシャッター等付属機器類の損傷は，架構の変形レベルに応じて進行する。損傷評
価，機能損失把握というような課題に対しては，架構の変形レベル評価によって精度が担保されるといって過言でない。
本研究では，ジャイロを架構内，特に柱もしくは柱に設置される機器関連治具内への設置することを考えた。ここでは，共和電業製の GSAT-A-900（図 6）を用いた。MEMS 等への展開については，技術開発が進み，安価でコンパクトな機種が今後

図 6 ジャイロ GSAT-A-900 の詳細登場することを想定している。特に，本研究では，（共和電業資料から転載）

図 7 ジャイロの設置状況（左：シャッターガイドフレーム正面，右：柱裏面）

7

日本建築学会第91回北海道支部研究発表会 (2018)

図 8 ジャイロ出力 (左から Step2, Step8, Step12)(1) Step2(2) Step8(3) Step12
図 9 ジャイロ分析

程度の小振幅が対象となる場合，0.2-2Hz という狭フレームが柱によく追従したことを示している。

いバンドを設定しなければ Ch3 結果と Frame R の値が近接しなかった。図 9(2)の Step8 では 0.02 rad

6．まとめ

程度の振 幅 レベルを 対 象として お り，この 場合

題目実験について，力-変形関係を分析した。動

0.1-100Hz のバンドで遜色なかった。また，Ch3 結的実験では，シャッターガイドフレームを対象に果と Frame R が一致するのに対して，Ch2 結果がジャイロによる部材角評価の適用性を検証した。

わずかに大きな値を示す。これは柱にビス止めされたガイドフレームのわずかなガタにより，その謝辞傾斜が柱の傾斜を下回ったことを示している。図

本実験にあたり，不二サッシ株式会社および文9(3)の Step12 はさらに倍以上の振幅を示している。

化シャッター株式会社に多大なご協力をいただきStep8 と同じ傾向であり，大振幅領域まで，ガイドました。ここに記して感謝の意を表します。

*1 名古屋大学

Nagoya University*2 防災科学技術研究所

NIED*3 日建設計

NIKKEN*4 国土交通省国土技術政策総合研究所

NILIM*5 豊橋技術科学大学

Toyohashi UT8