2020 年度日本建築学会
関東支部研究報告集
2021 年 3 月

喜多方市の土蔵造建造物の構造調査と大壁の性能確認実験
2.構造－7.木質構造

準会員 ○ 千野詠子 *1〃

藤井文雲 *1

正会員

扇野智弘 *2〃

舩津寛子 *2〃

多幾山法子 *3

土蔵造建造物 大壁 常時微動計測
対角圧縮試験 曲げ試験 復元力特性
1.

背景と目的し、各々の材料特性を把握する。
2.

我国には、伝統的な建物や街並みを文化財として一体N 邸における構造調査

2.1 調査概要的に保存し整備するための「重要伝統的建造物保存地区」（以下、重伝建地区と呼ぶ。）という制度が存在する。重

喜多方市の土蔵造建造物 N 邸において、2020 年 9 月 28

伝建地区には、市町村により定められる「伝統的建造物群日に構造調査を行った。図 1 に N 邸の外観写真を示す。

保存地区」（以下、伝建地区と呼ぶ。）から、国に特に価値主な調査項目は以下の通りである。

が高いと判断された地区が選ばれる。福島県喜多方市小(a) 耐震性検討のための建物の実測と構造的特徴の把握

田付地区については、在郷・醸造町として発展した蔵の街(b) 腐朽と蟻害の確認と柱傾斜などの状態把握並みを対象として 2018 年 3 年に喜多方市により伝建地区(c) 表層地盤と建物の常時微動計測に、同年 8 月に重伝建地区に選定された。

2.2 建物概要

地区全体を保護するにあたり、対象建物の多さと密集N 邸は築約 150 年の 2 階建の土蔵造の木造建物で、用性から耐震対策の必要性は高く、地震時の建物の損害を途は 1・2 階共に倉庫であった。解体は 2020 年 10 月に行抑えるために、耐震補強などの対策を講じ、建物の安全性われた。腐朽による土壁が剥がれ、柱部材の蟻害が確認で確保に繋げることが重要である。特にこの種の建物は地きた。主な材種は福島県産のスギで、土台・小舞部材はク域特有の材料や構法を用いて建てられており、既存の耐リである。土壁には福島県産の土や再利用した壁土が用震性評価手法を用いる場合、その詳細まで反映できていいられている。

ないことが懸念されている。

2.3 実測・状態把握

地域的多様性を持つ土壁の地震時挙動に関する実験

N 邸の平・断面図を図 2,3 に示す。床面積は 1・2 階共的・解析的研究に関しては多く行われているが、それらはに 26.331m2、柱本数は 1 階が 32 本、2 階が 26 本であっ全壁を対象としたものが多い。小田付の土蔵の概ねは極た。柱径は大黒柱が 160mm、標準柱が 120mm であった。

めて厚い大壁を有するが、大壁の力学特性に関する研究

主な耐震要素は土壁や貫、差鴨居である。柱傾斜の最大はは、実験での取り扱いが難しいため事例は多くない。一方、梁間方向が東に 0.007rad、桁行方向が南に 0.129rad、平均過去の地震における倒壊事例より、大壁は、平時にはそのは梁間方向が東に 0.006rad、桁行方向が南に 0.016rad で重量により地震に不利な構造物であるが、大変形領域であった。柱含水率の最大は 24.8%、平均が 18.5%であった。

は土壁が剥落し、重量が大幅に軽減されることで、倒壊にまた、地元大工からの聞き取りから、南面の壁の損傷の程は至らないと推察されている。

度が大きいことがわかった。
2.4 常時微動計測

以上を踏まえ、本プロジェクトでは、大壁仕様の土壁の地震時挙動を剥落も含めて適切に評価する手法の構築を

常時微動計測におけるセンサー配置を図 4 に示す。計目指し、喜多方市小田付の土蔵を対象として一連の研究

測時間は 500 秒間とし、自由地盤上と建物内にセンサー活動を遂行している。本報では、小田付付近に現存する土を配置した。自由地盤の計測では、1 階床下を選択し、水蔵 N 邸を対象として、解体しながら具体的にデータを収

平 2 成分、鉛直 1 成分のセンサーを用いた。建物の計測集する試みの一部を詳述する。まず、解体前に、構造的特では、2 階床梁上と小屋梁上、および、自由地盤上の計測徴を把握するための実測や常時微動計測を実施し、耐震点において、水平 2 成分の多点同時計測を実施した。建診断を行う。次に、解体しながら大壁から要素壁試験体を物内計測点のフーリエスペクトルを地盤の値で除したも切り出し、せん断性能を確認するための対角圧縮試験、おのをフーリエスペクトル比とし、図 5 に示す。梁間方向

よび、躯体から切り出した木材試験片の曲げ試験を実施の固有振動数は 3.2Hz、5.2Hz、桁行方向の固有振動数はTitle

Eiko CHINO, Bun FUJII, Tomohiro OGINO, Hiroko FUNATSU
and Noriko TAKIYAMA

1

2020 年度日本建築学会
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3.3Hz、4.7Hz であった。これらの値を小さい順に 1 次、2次固有振動数とし、振動モード形状を図 6,7 に示す。梁間方向の 1 次を見ると、開口の多い入口側（北側）の振幅が大きくなっていることがわかる。桁行方向の 1 次を見る
(ⅰ)1 次振動モード(3.2Hz)と、2.3 節で述べた通り、損傷の大きい南面側の振幅が大きいことがわかる。
2.5 耐震性評価
耐震性を検討する指標として、実測情報に基づき、限界耐力計算に基づいて算出したベースシア係数の推移を図(ⅱ)2 次振動(5.2Hz)

8 に、縮約 1 質点応答値を図 9 に示す。喜多方市は多雪地(a)2 階床梁域であることを考慮し、重量計算において 1m の積雪を想(b)小屋梁

図 6 梁間方向振動モード図

図1

N 邸（左：外観、右：内観）
×100)

Ws(200)Ws(200)N(30×100)

N(30×100)HWs(370)
SG'(Ws(200)×100,35×100

N(30×100)Ws(200)HWs(300)
SG'(Ws(200)SG(170×250)

S2'

N(30×100)

S2

2N(30×110)
Ws(200)2N(30×110)
Ws(200)Ws(200)6700

Ws(200)Ws(200)N(30×100)Ww(25)3V

Ws(200)N(30×100)

2N(30×110)
Ws(200)Ws(200)SG( ×135)

Ws(180)Ws(180)13H
Ww(25)

Ws(200)2N(30×110)

2N(30×110)
Ws(200)2N(30×110)

9H
LWw(25,1400)
4V
Ww(25)
2N(30×110)

12H
Ww(25)

N(30×100)Ws(200)S2'3930

SG(120×135,30×40)

Ws(200)N(30×100)Ws(200)N(30×100)Ws(200)Ws(200)Ws(200)N(30×100)Ws(200)Ws(240)Ww(25)4V

Ws(200)4VWw(25)
2N(30×110)

Ws(200)2N(30×110)
Ws(200)2N(30×110)

3930

11H
Ww(25)S2

Ws(200)2N(30×110)

SG(120×130,40×90)
N(30×100)Ws(200)Ws(200)Ws(200)2N(30×110)

SG'( ×100)

2N(30×110)
Ws(180)Ws(180)

LWs(200,1020)

11H
Ww(25)

Ws(200)2N(30×110)

Ws(200)2N(30×110)(ⅰ)1 次振動モード(3.3Hz)

S1'

S1'

Ws(200)2N(30×110)

Ws(240)Ws(200)Ws(200)N(30×100)Ws(200)Ws(200)

S16700Ws(200)Ws(200)Ws(200)

:元の位置

S1

凡例
全壁（厚さ）：W-(t)
垂壁（厚さ、高さ）：HW-(t,h)
腰壁（厚さ、高さ）：LW-(t,h)
板壁：-w

板壁割付(ⅱ)2 次振動モード(4.7Hz)

縦張：nV
横張：nH

土壁：-s
差鴨居：SG（幅×せい、ほぞ幅×ほぞせい）
貫 ：N（幅×せい）(a)1 階(a)2 階床梁(b)2 階

図7N 邸平面図

桁行方向振動モード図

200200

2300

2300

5000

1370

1430

図2(b)小屋梁GL3815

GL2885

3930(a)S1-S1’(b)S2-S2’

図3N 邸断面図(a)夏季

図 8 降伏ベースシア係数の推移

CH6CH1(b)冬季

CH8CH6CH4CH2CH3CH8CH9(地盤)CH2CH4(地盤）CH1(地盤)
CH5CH5

1回目計測：EW方向

1回目計測：EW方向

2回目計測：NS方向

2回目計測：NS方向(a)床下・2 階床梁(b)小屋梁図 4 微動計測点
桁⾏⽅4045353035253020CH2/4

振 幅

振 幅

CH1/9CH2/9CH3/9CH4/9CH5/9
CH6/9
CH8/915

CH5/45.2Hz

CH6/4
CH8/410(a) 夏季・桁行方向(b) 夏季・梁間方向(c) 冬季・桁行方向(d) 冬季・梁間方向

3.4Hz

25201510550

00.1

4.7Hz

403.2Hz1

周 波 数 （ H z）

(a)梁間方向100.1

1

周 波 数 （ H z)

10(b)桁行方向

図 9 縮約 1 質点系応答値

図 5 フーリエスペクトル比22020 年度日本建築学会
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表 1 計測値および評価値のまとめ
1次2次
1次2次梁間
桁行
梁間
桁行

梁間
固有振動数(Hz)桁行
夏季
降伏ベースシア係数
冬季

3.2
5.2
3.3
4.7
0.24
0.59
0.20
0.47
梁間0.006
桁行0.003
梁間倒壊
桁行0.0208
梁間0.0083
桁行0.003
梁間倒壊
桁行0.0333

稀地震時
夏季
極稀地震時
応答変形角(rad)
稀地震時
冬季
極稀地震時
建物内側（真壁）**mm(a)断面の剥離図 13(c)内壁面の剥離

壁試験体 N3 の破壊の様子

3． 壁試験体の対角圧縮試験
前章の調査後に N 邸の解体が行われたが、その際に壁の一部の切り出し、対角圧縮試験を行う。

柱（〇〇材）

3.1 試験体

貫（〇〇材）

N 邸の平均的な壁断面模式図を図 10 に示す。建物内側は真壁、外側は大壁となっている。壁全体の厚さは 200mm

木舞（〇〇材）**mm程度であった。貫や木舞の材種や寸法は図中に示す。

土試験体を図 11 に示す。壁側面 4 面から躯体（貫・柱）建物外側（大壁）図 10(b)外壁面の剥離を避けて 500mm 角で土壁を切り出す。外壁面は砂壁仕上

N 邸の平均的な壁断面模式図

げで傷はほとんど見られず、内壁面は土の仕上げでひび割れが多く脆かった。断面は外側壁、木舞、内側壁、外壁の 3 層に分かれて見えた。建物北面から 6 体、東面から6 体、西面から 6 体、南面から 5 体を切り出すことができたが、本報では北面 5 体（N1～N4,N6）の結果を述べる。
3.2 試験方法(a) 内壁面（真壁）

(b)断面
図 11

加力システムと変位計測位置を図 12 に示す。試験体を(c) 外壁面（大壁）45 度傾斜させてアムスラー型万能試験機に設置し、対角試験体

荷重 P を加える。切断面 4 辺には石膏を塗り、外枠とし対⾓荷重Pてベニヤ板を当てて崩れを防止する。上下に加力治具をクロスヘッド⾯
ロードセル

ゴム設置し、紙面下向きに圧縮力を加える。圧縮荷重は、治具治具とクロスヘッドの間に挟んだロードセルで計測する。変位は、試験体の上下水平対角の変位を、外枠および土壁にδ1直接設置したワイヤー変位計で測定した。加力は、試験体1の初期上下対角長さに対する上下対角変位を変形率とし2δて制御する。
3.3 試験結果
1)

治具
⼟台

内壁面

図 12

破壊性状
破壊後の試験体を図 13 に示す。全試験体で小舞が捩れ外壁面たことに起因して、外壁側の層の剥離、内壁側の層の剥離加力システムと変位計測位置が順に進行した。内壁面は変形率 4%あたりから、外壁面は変形率約 6%から小舞から剥がれ始めた。内壁面は 13定した積雪荷重を考慮した冬季と、積雪荷重非考慮の夏～15%で、外壁面は 16%を超えて完全に剥離した。外壁

季の 2 通りの比較検討を行った（表 1）。夏季の降伏ベー面・内壁面に水平方向のひび割れが生じた。

スシア係数は桁行方向が 0.59、梁間方向が 0.24、冬季は2)桁行方向が 0.47、梁間方向が 0.20 であった。縮約 1 質点

復元力特性
荷重－変形率、層間変形角の関係を図 14 に示す。なお、系応答値より稀地震時は夏季・冬季ともに安全側にあるが、極稀地震時には夏季・冬季ともに梁間方向が倒壊する。

3

層間変形角とは、試験体の変形を架構に換算した場合の値とする。外壁側、内壁側の順に剥離したことから、せん2020 年度日本建築学会
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る。部材は建築当時のもので桁 2 には蟻害が見られた。
含水率は 20～25%程度が平均的であったが、30%に近い部材も見られた。
これらの古材から試験片を計 32 本切り出した。
4.2 試験・計測方法
JIS***に準じて 4 点曲げ試験を行う。横臥した試験片の(a)N1(b)N2

上下面中央にひずみゲージを貼り付け、荷重とひずみの計測値より、曲げ強度及び曲げヤング係数を推定する。試験前に寸法と質量の計測を行い、密度を求める。
4.3 試験結果
試験結果を表 2 に示す。スギについては、曲げ強度が 6～9N/mm2 程度で、ヤング係数が 11～15kN/mm2 であった。
蟻害が確認された桁 2 はヤング係数が低く、含水率も高(c)N3い。クリについては、曲げ強度が 9N/mm2 程度で、ヤング(d)N4係数に差があった。土台 1 は土台 2 より含水率が高く、ヤング係数が低い。
5． まとめ本報では、喜多方市の伝統的な土蔵造建造物 N 邸を対象として、建物の構造調査を実施し、切り出した壁要素に対する対角圧縮試験、および、古材の曲げ試験を行い、土(e)N6
図 14蔵の耐震性の把握、大壁の破壊モードやせん断強度、およ荷重－変形率・層間変形角関係

び、木材の材料特性を把握した。
今後は、北面以外の壁要素試験体の対角圧縮試験を実断抵抗をする壁厚が破壊の進展に応じて変化したと考え施し、損傷とせん断強度の関係を調べる。

られる。最大せん断応力は 3.5～4.5N/mm2 程度で変形率 6

謝辞
本研究では、喜多方市役所の皆様、福島県建築士会喜多方支部・加藤俊哉氏、ならびに、株式会社庚塚公務所・庚塚俊恵氏より、多大なご協力を頂いた。また調査と実験の遂行にあたり東京都立大学の大学院生・学部生にご助力を頂いた。ここに記して謝意を表す。
参考文献
1) 文化庁：伝統建造物群保存地区
https://www.bunka.go.jp/seisaku/bunkazai/shokai/hozonchiku/, (2020 年 12 月 1 日参照)
2) 木造軸組構法建物の耐震設計マニュアル編集委員会：伝統構法を生かす木造耐震設計マニュアル-限界耐力計算による耐震設計・耐震補強設計法、学芸出版社、2004.3
3) 宇山史恩、陳昕岩、川島康生、多幾山法子：喜多方市小田付の伝統的な土蔵造建造物における構造調査と耐震性評価、日本建築学会関東支部研究報告集、2020.3
4) 小池奨、：静的加力実験に基づく硬質ウレタンフォームを充填した木造平面壁の力学特性の解明
5) 諏訪愛、大楠海加、角崎康太、田才晃、高島健史、中村亮太：ALC
ブロックを用いた組積体の材料特性と組積壁の面内せん断性状に関する実験的研究 その 2:プリズム圧縮試験及びプリズムせん断試験～10%（層間変形角換算で考えると、〇～〇rad 程度）で生じる外壁面の剥離に起因すると考えられる。最大荷重到達後に荷重が低下するが、再度耐力が回復する場合は、内壁面と小舞の層による抵抗力、もしくは、小舞の層のみによる抵抗力によると考えられる。
4． 躯体から採取した木材の材料特性値
解体時の壁切り出しと同時に、躯体の木部材を採取し、その古材から切り出した試験片の曲げ試験を行う。
4.1 古材の採取と試験片の切り出し採取した古材は、小屋裏の梁（梁 1,2）と桁（桁 1,2）、1 階柱（柱 1）、2 階柱（柱 2）、および、土台（土台 1,2）の 8 部材である（表 2）。材種は梁・桁・柱はスギ、土台はクリで、大工へのヒアリングから、福島県産と推定され
表2
部材名
密度 (×10³kg/m³)
曲げ強度 (×10³N/mm²)
ヤング係数 (×10³N/mm²)
搬入時の含水率 (%)
材種

梁10.437603
0.08689
11.76593
20.4

古材より切り出した木材試験片の曲げ試験結果
梁20.521823
0.090288
15.10545
25.2

桁10.431664
0.069769
14.79111
20.9

桁20.485793
0.078163
9.112187
28.5

柱10.509721
0.082927
11.2917421.2

柱20.421531
0.064208
12.51566
24.2

土台 1
0.656815
0.089813
11.45716
34スギ

土台 20.525924
0.087827
15.1996614
クリ*1

東京都立大学 都市環境学部 建築都市コース・学部生*1 Undergraduate, Dep. of Architecture, Tokyo Metropolitan Univ.

*2

東京都立大学 大学院都市環境科学研究科 建築学域・博士前期課程*2 Graduate Student, Dep. of Architecture and Building Eng., Tokyo Metropolitan Univ.

*3

東京都立大学 大学院都市環境科学研究科 建築学域・准教授・博士（工学）*3 Assoc. Prof, Dep. of Architecture and Building Eng., Tokyo Metropolitan Univ., Dr.Eng.

4