強震動を受けた面材耐力壁の地震後の補修方法とその耐力評価

時里 耕平
１．序

２．提案する補修方法

熊本地震により，多くの木造住宅が被害を受けた．現

建築基準法で面材張り大壁は，壁倍率 2.5 倍と定め行法に適合したものでさえ，4 割程度に損傷が見られられている．面材耐力壁は，面材―軸材間の接合部のた．地震により損傷が生じた建物は，剛性や耐力が低強度が面材や軸材の材料強度と比べて相対的に弱い．

下し構造性能や居住性の悪化が予想され，継続使用す本研究では面材耐力壁の補修方法として釘の増し打ちるには補強や補修を行わなければならない．文献 1）にを採用することで，各接合部の負担を減らし，初期剛よれば，新潟県中越地震で被災した木造住宅のうち復性の向上を図った．

旧した建物の割合は，一部損傷と判断された損傷度合

３．実験概要いの建物で約 8 割，半壊と判断された建物でさえ 4 割

3.1 試験体概要近くであることから，被災した建物の補修は社会的ニ

試験体は W1，W2 の 2 体であり，補修方法の効果をーズであることがわかる．木造建築物の耐震性は，現調べることを目的としたので，試験体の形状は同様で在法規的にも，実用面においても耐力壁などによってある．試験体の種類を表 1 に示す．試験体 W1，W2 は確保されている．被災した木造建築物の耐震性を確保

柱・土台・梁・間柱及び横桟の軸組に合板を釘で緊結しするには耐力壁の補修方法の確立が急務である．

た構成とし，試験体の軸組寸法は幅 1820mm，高さ

本研究では，木造住宅に使用される壁として一般的2730mm である（図 1）.各部材の断面寸法，材種を表 2な面材釘打ち耐力壁に着目した．地震等により被災しに示す．合板は JAS 構造用合板 特類 2 級 12mm

た面材釘打ち耐力壁には釘の浮き等の損傷が生じる．

（1820×910：2 枚，910×910：2 枚）を使用し，釘 N50

文献 2）では，釘の増し打ちが復旧工法として示されてを 150mm ピッチの日型で軸組と緊結し，試験体を製作いるが，実際にどの程度の量を増し打ちすれば被災前した．各接合部に用いた金物を表 3 に示す．土台の加の構造性能を確保できるかは明らかでない．そこで，力装置への固定は M16 のボルトで各柱脚部を固定した．

本研究では地震に被災したことを想定し面材耐力壁に各試験体ともに初期損傷として，変傾角 1/50rad.まで初期損傷を与え，釘を増し打ちし，補修後の耐震性能加力をした後，それぞれ補修を行った．W1 は，間柱をを把握することを目的とした実験を行った．

除く既存の釘すべての中央に釘の増し打ちを行った．
W2 は，両側の柱の釘の中央だけに増し打ちを行った．

表 1 試験体の種類
試験体

W1W2

初期損傷で与える変形角(rad.)

1/50

1/50

既存の釘(本)152152

増し打ち釘(本)12036

補修前の試験体を W1，W2 とし，補修後の試験体をW1R，W2R とする．

表 2 各部材の断面寸法，材種
部材

断面寸法

材種

柱105x105

スギ（機械式等級区分E50）

間柱30ｘ105

スギ（機械式等級区分E50）

梁105x180 ベイマツ（目視等級区分3級）

土台

105x105

スギ（機械式等級区分E50）

横桟

45ｘ105スギ（目視等級区分3級）

表 3 各接合部の詳細
接合部

詳細

土台ー柱、梁ー柱短ほぞ差し+釘 N90 2本打ち、HD金物、金物による補強

土台ー間柱、梁ー間柱

釘 N75 2本打ち

間柱ー横桟

釘 N75 2本打ち

（単位：mm）

HD 金物：ビスどめホールダウン金物 25kN 用（タナカ製）
金物：フラットプレート（タナカ製）

図１62-1

試験体の形状，変位・ひずみ測定位置

3.2 試験方法

3.3 壁倍率の算定

実験は文献 3）に基づいて行った．載荷プログラムを

木造建築物は，地震や風などの水平荷重に耐力壁で

図 2 に，加力装置を図 3 に，試験体の載荷中の様子を抵抗する．耐力壁の性能を表す指標として，壁倍率が

写真 1 に示す．加力方法は，鉛直荷重無載荷で柱脚固ある．壁倍率が高いほど，大きな水平荷重に対して耐定式の静的水平載荷とした．正負交番繰り返し加力で，えることができ，壁倍率 1.0 は幅 1m 当たり 1.96kN

履歴の同一変形段階で 3 回繰り返し加力を行った．試（200kgf）の力を加えた際に変形角が 1/120rad 以内に験体を押す方向を正，引く方向を負とした．

収まる剛性を指す．

まず，面材耐力壁が被災したと想定し，試験体既に規定されている壁倍率の他に，耐力壁の性能試

W1,W2 に初期損傷として図 2 のように，見かけのせん

験を行うことで壁倍率や耐力壁の力学特性値を算出す

断変形角が±1/450，±1/300，±1/200，±1/150，±1/100，ることができる．本研究においては，文献 3)に従い壁±1/75，±1/50rad.まで加力を行った．その後，釘の浮き倍率や耐力壁の力学特性値を算出した．

が生じた箇所を打ち直し，更に釘の増し打ちを行って４．実験結果及び考察

W1R，W2R を製作し，ホールダウン金物を締め直して4.1 水平荷重―変形角関係と変形性状条件を W1，W2 と同様にした．再度，見かけのせん断

図 5 は，各試験体の水平荷重と変形角の関係を示し変形角が±1/450，±1/300…±1/75，±1/50 まで加力をたものである．変形角 1/50rad.までの各試験体の最大荷行い，その後+1/15rad.まで押しきった．各箇所の変位に重は，W1：13.1kN，W1R：19.4kN，W2：12.8kN，W2R：加え，柱脚部の 2 本の引き寄せボルトと軸組に緊結し14.3kN となり，変形角 1/50rad.以内では耐力の低下はている合板 4 枚のひずみも計測した（図 1）．

みられなかった．間柱以外の既存の釘すべての中央に1/15増し打ちした試験体 W1R では変形角 1/50rad.時で W1変傾角（rad.）

1/450

1/300

1/200

1/150

1/1001/75よりも耐力が大きくなり補修の効果が見られた．両側

1/50

1/50
1/400の柱の既存の釘の中央にのみ増し打ちした試験体 W2R

1/300

は，変形角 1/450～1/75rad.では W2 を下回ったが，変形step

角 1/50rad.では W2 を上回った．試験体 W1R は，軸組W1,W2(初期損傷)

W1R,W2Rが平行四辺形に変形しようとするのに対して，図 4 の

図 2 載荷プログラム

ように面材は長方形を保ち補修効果が現れた．それに対し試験体 W2R では，両側の柱のみ増し打ちを行った
ため，面材が軸組に追随し補修効果が現れなかった．
変形角 1/50rad.時には合板同士が接触し，合板が軸組に追随せず拘束したため W2R のほうが W2 よりも耐力が大きくなったと考えられる．変形角 1/15rad.までの各試験体の最大荷重は，W1R：27.6kN，W2R：19.4kN となり，各試験体とも高い靭性が確認された．

写真 1 載荷状況

文献 4）を参考にし，試験体の変形性状を調べた．試験体に働くせん断力とモーメントによる変形を求め，試験体頂部の水平変位に及ぼす影響について調べた．

W1R
図 3 加力装置

W2R
図 4 合板の抵抗メカニズム62-2

水平荷重(kN)

水平荷重(kN)

W120水平荷重(kN)

水平荷重(kN)

30303030

W1R2020W120101010100000-10-10-10-10-20-20-20-20-30-30

W2R-30-30-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

変形角(×10⁻²rad.)

変形角(×10⁻²rad.)

変形角(×10⁻²rad.)

変形角(×10⁻²rad.)

図 5 水平荷重と変形角の関係
ひずみ(×10-6)

水平荷重(kN)25

その他
柱下部せん断変形
柱上部せん断変形

W1R

W1R

15700
600

頂部水平変位-15

曲げ変形+せん断変形

800

700

W2600

加力側

100%
変形角(×10⁻²rad.)

500

0.25
0.5
11.5
2400

400

300

300

200

200

100

100

5-5

ひずみ(×10-6)

800

-25

80%
60%

0%

-70 -50 -30 -10 10 30 50 70

40%
20%

40%

60%

図 6 変形性状
0%0.25 0.5

11.5

2加力側

自由側

080% 100% 020%

水平変位（mm）

500

自由側

W2R-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

変形角(×10⁻²rad.)

変形角(×10⁻²rad.)

図 7 引き寄せボルトのひずみと変形角の関係

ひずみ(×10-6 )ひずみ(×10 -6)
変形角(×10⁻²rad.)ひずみ(×10-6 )ひずみ(×10 -6 )

2000

2000

1500

1500

1500

1500

1000

1000

500

500

00-500-500-1000-1000

W1R 加力下 斜め-1500-2000

1000

W1R

最大主ひずみ500

W2R 加力下 斜め-1500

500

00-500-500-1000

W2R
最大主ひずみ最小主ひずみ-1000
最小主ひずみ-1500-20001000-1500-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7変形角(×10⁻²rad.)

変形角(×10⁻²rad.)

変形角(×10⁻²rad.)-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7変形角(×10⁻²rad.)

図 8 合板のひずみと変形角の関係

図 6 に変形性状とその割合を示す．各試験体ともにせが生じたためである．軸材―面材の接合部以外には損ん断変形と曲げ変形による水平変位の割合が大部分を傷がなかったため，釘の補強本数を増やすことにより占めている．変形角が増大するにつれてせん断変形の試験体の耐力を向上させることができると予想される．

割合が増加するのに対し，曲げ変形の割合は小さくな

また，最大主ひずみの方向は，おおよそ 45°，135°とった．

なり，軸組が変形しようとするのに対し，面材が図 44.2 各部のひずみと変形角の関係（左図）のように抵抗したのがわかる．

図 7 は各試験体の柱脚部の引き寄せボルトのひずみ

4.3 壁倍率と変形角の関係を示したものである．各試験体で，加文献 3）に従い，荷重―変形角曲線より正方向の包絡力側と自由端側ボルトに大きな差はなく，ボルトに降線を求め，試験体 W1R，W2R の完全弾塑性モデルを作伏は生じなかった．W1R は加力側で 22.9kN，W2R は成した（図 9）．このモデルより，規定の評価方法に従加力側で 23.9kN の最大の引き抜け力が生じた．

い，耐力壁の正方向の力学特性値を算出した．得られ

図 8 は合板のひずみと変形角の関係を示したものでた各力学特性値を表 4 に示す．得られた力学特性値かある．軸組に緊結している合板 4 枚にひずみの差はあら壁倍率を算出した．得られた壁倍率を表 5 に示す．

まり見られず，変形角 3％に達した後，ひずみの増減は試験体 W1R は，壁倍率 3.2 倍となった．補修前の試験小さくなった．これは，軸材と面材の接合部にゆるみ

体は壁倍率 2.5 倍の仕様である．試験体 W1R は壁倍率

62-3

水平荷重(kN)

水平荷重(kN)

303025Pmax
Pu

201515PyPy

5K σy0Pmax
力
学

12345

変形角(×10⁻²rad.)

図967

性W2
W2R5σuσv

W１R

W2R

最大荷重Pmax(kN)

27.56

19.39

降伏耐力Py(kN)

11.53-

降伏変形角δｙ(×10-2rad.)

0.78

-

終局耐力Pu(kN)

24.49--2

6.43

6.46

1.65-

初期剛性K（kN/×10 rad.）14.85-

塑性率μ3.90-

構造特性係数Ds0.38-

終局変形角δu(×10 rad.)

特10W1
W1R0

試験体

252010

表 4 力学特性値-2値-2σu00123456

完全弾塑性モデルの降伏点変形角δv(×10 rad.)7変形角(×10⁻²rad.)
包絡線と完全弾塑性モデル

表 5 壁倍率算出に用いた評価項目と壁倍率

W1R

W1R

W1R

釘のせん断破壊パンチングアウト

合板端部の切れW1R
釘の引き抜け写真 2 接合部の破壊性状

試験体

W1

W1R

W2

W2R
-

Py(kN)-

11.5-(0.2/Ds)Pu(kN)

-

12.8

-

-

2/3Pmax(kN)

-

18.4

-

12.9

1/120rad耐力(kN)

9.6

12.1

9.6

6.7

壁倍率（倍）（2.7）

3.2（2.7） （1.9）※評価項目が不足し壁倍率が算出できなかったものは（ ）で表記した．

3.2 倍であり，基準となる壁倍率を確保できた．一方で，かかる負担が大きいことも一因とみられる．接合部で試験体 W2R は両側の柱のみ増し打ちを行ったため，軸は，写真 2 のように，釘の引き抜け，釘のせん断破壊，組に追随して変形し初期剛性が得られず壁倍率を算定

パンチングアウト，合板端部の切れが生じた．

できなかった．特定変形時の耐力から壁倍率は 1.9 倍５．まとめとなり，試験体 W2R の壁倍率は 1.9 倍以下になる．こ

本研究では，初期損傷を与えた面材釘打ち耐力壁をれは，釘の補強本数の影響ではなく，釘の増し打ち箇釘の増し打ちで補修し，再度，水平載荷実験を行って所が柱のみであったためと考えられる．軸材が変形す補修後の耐力を調べた．得られた知見を以下に示す．

るのに抵抗するよう釘を増し打ちすることで初期剛性(1) 変形角 1/50rad.まで載荷した試験体 W1，W2 にはは確保できると考えられる．

釘のわずかな浮きなどが発生したが急激な耐力劣

4.4 試験体の損傷化や剛性の低下は生じなかった．

補修前，補修後ともに各試験体の損傷個所は，軸組と(2) 間柱以外の既存の釘すべての中央に増し打ちした合板の接合部に集中しており，それ以外のホールダウ

W1R は 3.2 倍の壁倍率が得られた．

ン金物等には損傷がみられなかった．変形角 1/50rad.ま(3) 両側の柱の釘の中央にのみ増し打ちした W2R はで載荷した試験体 W1，W2 では，釘の軽い浮きが見受初期剛性が得られず，壁倍率が算定できなかった．

けられた．補修した試験体 W1R では，両側の柱と合板

W1R は壁倍率 2.5 倍を大きく上回ったことから，間の接合部に損傷が集中しており，釘の引き抜けが顕著

柱以外の既存の釘すべての中央に釘を増し打ちするこであった．この結果から，試験体 W2R は，両側の柱にとは有効な補修方法であることが確認された．より効のみ釘を増し打ちする補修を行った．試験体 W2R の損率的な本数や箇所の釘打ち補修を行って，壁体の耐力傷は両側の柱と合板の接合部は釘の浮き程度であり軸を確保することが今後の課題である．

材から釘の引き抜け等はみられなかった．試験体 W1R

参考文献
1)
佐藤基志，五十田博，佐藤友彦，三宅辰哉：木造住宅用耐震技術の費 用 対 効 果 に 関 す る 試 算 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 No.637
pp.519-526,2009.3
2)
日本建築防災協会：震災建築物の被災度区分判定基準および復旧技
術指針，2001.9
3)
財団法人日本住宅・木材技術センター：木造軸組工法住宅の許容応力度設計，2017.3
4)
田中明洋：型枠コンクリートブロック造建物の耐力壁および壁梁の耐震性能に関する実験的研究，大分大学博士論文，2001 年

ではみられなかった継手間柱と合板の接合部に損傷が集中しており，釘の引き抜けが顕著であった．下側の合板の接合部が上側の合板に比べて釘の引き抜け等の損傷が大きかった．これは，下側の合板のほうが面積が大きいためと考えられる．また，下側の合板のほうが単位面積あたりの釘本数が少なく，釘一本あたりに62-4