広島工業大学紀要研究編
第 ₄₆ 巻（₂₀₁₂）31 – 37

論文

短い軸組材を使用した木造壁体の耐震改修性能評価
岩井哲*・佐藤立美*・坪山宗由**（平成₂₃年₁₀月₃₁日受付）

Evaluation of earthquake resistant improvement performance ofwooden walls using short members
Satoshi IWAI, Tatsumi SATO and Muneyoshi TSUBOYAMA(Received Oct. 31, 2011)

Abstract
This study aims to reuse timber building materials pulled down from an old existing house forearthquake-resistant improvement. Totally seven specimens, composed with four kinds of structuraltypes, were used to subjected to static repeated load horizontally. The load carrying capacity, deformability, hysteretic energy absorption, and failure mode of the specimens were investigated. It is foundthat the specimens installed three sets of crossed short-diagonal members show the highest load-carrying capacity, those were about 2.0 of wall unit multiplier, which is equivalent to the wall with crossing
braces of the same size cross-section. The hysteretic energy absorption quantities of these specimens
were also large, comparing the other specimens. However, the members failed in splitting and brittle
manner at the ultimate stage of loading, so there must be change in the failure mode.
Key Words: wooden frame, earthquake resistant improvement, static loading test, wall unit multiplier,hysteretic energy absorption, failure property

₁ ．研究目的

₂ ．実験計画

本研究は，木造の解体家屋から得た柱・はり材などの資

₂.₁

試験体

材を既存建物の耐震改修用に再使用することを目指したも

図 ₁ に示す形状の試験体を合計 ₇ 体用意した。柱芯間距のである。解体資材はほぞ孔の加工などがあり，傷がなく離は ₉₁₀ mm，土台－はり芯高さは ₂₇₃₀.₅ mm とした。材₂ ～ ₃ m 以上の長さをもった同一の材種が数多く揃うとは種はすべてスギを用いた。部材断面は，柱と土台には ₁₀₅限らない。耐震改修に資材を数多く提供できることが見込

mm×₁₀₅ mm，はりは ₁₀₅ mm×₁₈₀ mm を用いた。試験めるように，できるだけ短い軸組材を斜材に用いることに体名と形態の関係を表 ₁ に示す。斜材断面は ₄₀ mm×₁₀₅した。

mm［B₄₀ 試験体と称する］以下，同様の表記とする。₃₀

ここでは提案する木造壁体の耐震性能を調査することを

mm×₁₀₅ mm［B₃₀ 試験体］の ₂ 種，斜材を対角に設置し目的として，古材ではなく新しい建築資材を使って，斜材た［D 試験体］と中央に設置した［C 試験体］の ₂ 種とし，の断面寸法と段組数で形態を変え，架構への接合位置を違

斜材段組数を ₁ 段， ₂ 段， ₃ 段の ₃ 種を組み合わせた。斜えて，数種の耐力壁を用意し，破壊に至るまでの載荷実験

材と柱・横架材との接合は，図 ₂ ，図 ₃ に示す SS₄₀₀ 材相を行った。

当 ₂.₃ mm の鋼製金物を製作し，径 ₁₀ mm の普通ボルト₁ 本と釘 ₆ 本を用いた。

* 広島工業大学工学部建築工学科** 広島工業大学大学院工学系研究科建設工学専攻
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岩井哲・佐藤立美・坪山宗由

図₁

図₂

試験体

図₃

試験体の接合金物

表₁

鋼製金物詳細せん断試験機（₁₀₀ kN 加力用）を用いた。実験方法は「柱試験体名と形態

斜材（mm）

段組数（段）

設置形態

B₄₀-₃D₄₀×₁₀₅

₃対角止め

B₄₀-₃C₁₄₀×₁₀₅

₃

中央止め

B₄₀-₃C₂₄₀×₁₀₅

₃

中央止め

B₄₀-₁D₄₀×₁₀₅

₁対角止め

B₃₀-₃D₃₀×₁₀₅

₃対角止め

B₃₀-₃C₃₀×₁₀₅

₃

中央止め

B₃₀-₂D₃₀×₁₀₅

₂対角止め

脚固定式の鉛直構面の面内せん断試験」₁︶ によっており，短期基準せん断耐力 P 0 ならびに短期許容せん断耐力 Pa の評
価方法もこれによる。試験体上部のはりに，正負繰り返し加 力 を 見 か け の 層 間 変 形 角 で，₁/₄₅₀，₁/₃₀₀，₁/₂₀₀，₁/₁₅₀，₁/₁₀₀，₁/₇₅，₁/₅₀，₁/₁₅ rad に お い て，油 圧ジャッキにより水平方向変位を制御して与えた。同一変形域で繰り返しを各 ₃ 回行った。最大荷重に達した後の加力は，最大荷重の₈₀％に低下するか，層間変形角が ₁/₁₅ rad以上に達するまでとした。全実験を通じて鋼製金物接合部で破壊は生じていない。試験体 B₄₀-₃D と B₄₀-₃C₁ は，層₂.₂実験装置と加力方法

間変形角 ₁/₁₂ rad 前後で土台部が割裂破壊を生じた段階で実験装置は写真 ₁ ，図 ₄ に示す広島県立総合技術研究所実験終了した。これらの試験体は斜材に顕著な損傷は認め

林業技術センター（三次高平施設木材実験棟）の壁体面内られなかった。B₄₀-₃C₁ は後に，B₃₀-₃C の骨組架構と接─ 32 ─

短い軸組材を使用した木造壁体の耐震改修性能評価

写真 ₁

壁体面内せん断試験機

図₄載荷並びに計測の方法

合 金 物 を 再 使 用 し て，斜 材 だ け を 新 規 に 入 れ 替 え た

耐力 Py」，②「終局耐力 Pu・（₀.₂/Ds）」，③「最大荷重 Pmax

B₄₀-₃C₂ を用意し，層間変形角 ₁/₅₀ rad の繰り返し載荷段の₂/₃」，④「特定変形時の耐力」の ₄ つの値の中で最も小さ階から加力を開始した。断面寸法 ₄₀×₁₀₅ mm の B₄₀ 斜材い値，CV：変動係数，k：信頼水準₇₅％における₅₀％下側が破壊に到るまでの経緯を確認するためである。

許容限界値を求めるための係数とした。定数 k は， ₃ 体試

₂.₃（₁）式で求めた Pa を使って壁倍率を求めた。

験して平均値と仮定したときの値として₀.₄₇₁を用いた。
壁倍率の評価方法

試験体の壁倍率の計算式₁︶ を以下に示す。短期許容せん

壁倍率 = Pa・（₁/₁.₉₆）・（₁/L）

断耐力 Pa[kN] は
Pa = P0・（₁－CV・k）・・・（₁）

・・・
（₂）

ここで，₁.₉₆[kN/m]：壁倍率 = ₁を算定する数値，L[m]：壁の長さである。

である。但し，P0 [kN]：短期基準せん断耐力で，①「降伏─ 33 ─

岩井哲・佐藤立美・坪山宗由

図 ₅ （a）試験体形状，（b）荷重―層間変形角関係，（c）完全弾塑性表示，（d）荷重―層間変形角包絡曲線
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短い軸組材を使用した木造壁体の耐震改修性能評価

図₆

エネルギー吸収量

写真 ₂ （a）初期段階，（b）最終破壊，（c）斜材の詳細
─ 35 ─

岩井哲・佐藤立美・坪山宗由

倍率₁.₃₃の B₃₀-₃C より高く，B₄₀ 斜材と同じ傾向が認め

₃ ．実験結果
₃.₁

られる。また斜材段組数を ₂ 段と， ₃ 段で比較すると，

荷重―層間変形角関係

B₃₀-₃D が壁倍率₁.₉₆で壁倍率₁.₂₀の B₃₀-₂D より高い。

全試験体について図 ₅ に，（a）試験体形状，（b）荷重―層壁倍率の評価からは対角に設置した［D 試験体］で，斜材間変形角関係，（c）完全弾塑性モデルによる降伏耐力および段組数が ₃ 段の B₄₀-₃D と，B₃₀-₃D がいずれも優れてい

終局耐力の表示，（d）層間変形角 ₁/₁₅ rad までの荷重―層ると確認出来る。

間変形角関係の包絡曲線を示す。なお途中からの載荷を₃.₃行った B₄₀-₃C₂ の層間変形角 ₁/₁₅ rad までの荷重―層間履歴吸収エネルギー

図 ₆ に全試験体のエネルギー吸収量を示した。棒グラフ

変形角履歴は B₄₀-₃C₁ のデータを繋いで完成した。

は履歴ループの ₁ サイクル毎のエネルギー吸収量 Ei（左軸₃.₂

壁倍率評価で表示）の推移を，折れ線グラフは累積エネルギー吸収量

壁倍率の一覧を表 ₂ に示す。比較の対象としたたすき掛

ΣEi（右軸で表示）の推移を表したものである。表 ₃ に層け筋かい試験体 B₄₀-₁D は壁倍率₂.₁₉となった。たすき掛間変形角 ₁/₁₀₀ rad，₁/₅₀ rad，₁/₁₅ rad における ₁ サイク

け筋かいは他の試験体と較べて，剛性が ₂ 倍程度高いが，ル毎のエネルギー吸収量 Ei と累積エネルギー吸収量 ΣEi を構面外への座屈により粘りがなかったため，完全弾塑性モ示した。図 ₇ に B₄₀ 試験体と B₃₀ 試験体の比較を示す。

デルによる終局耐力で壁倍率が決定している。

B₄₀ 斜材の場合，斜材段組数が ₃ 段で，斜材を対角に設置

断面寸法 ₄₀×₁₀₅ mm の B₄₀ 斜材の場合，試験体 B₄₀-₃Dした［D 試験体］である B₄₀-₃D が履歴ループの ₁ サイクは₁.₉₆でたすき掛け筋かいとほぼ同等の壁倍率を得た。たル毎のエネルギー吸収量 Ei も，累積エネルギー吸収量 ΣEiすき掛け筋かい以外は初期剛性が低いが，粘りがあって降も，他の試験体に比較して大きい。たすき掛け筋かい試験伏耐力および終局耐力は高い。いずれも特定変形（₁/₁₂₀体 B₄₀-₁D は他の試験体と較べて，粘りがなく，エネルrad）時の耐力で壁倍率が決定する結果となっている。斜材

ギー吸収量において性能は低くなる。短い軸組材を斜材に段組数を ₃ 段で，斜材を対角に設置した［D 試験体］と中用いた今回提案した試験体は，この従来型筋かい耐力壁の央 に 設 置 し た［C 試 験 体］の ₂ 種 を 較 べ る と，試 験 体もつ弱点を克服している点が評価できる。B₃₀ 斜材の場合も同様に， ₃ 段で，斜材を対角に設置した［D 試験体］でB₄₀-₃C₁ は₁.₅₀で B₄₀-₃D の₁.₉₆に較べてやや低い。

ある B₃₀-₃D が両者のエネルギー吸収量も大きい。

断面寸法 ₃₀×₁₀₅ mm の B₃₀ 斜材を持つ試験体の場合も，斜材を対角に設置した［D 試験体］と中央に設置した［C試験体］の ₂ 種を較べると，B₃₀-₃D が壁倍率₁.₉₆で，壁表₂試験体

名

各種耐力と壁倍率

B₄₀-₃D

B₄₀-₃C₁

B₄₀-₃C₂

B₄₀-₁D

B₃₀-₃D

B₃₀-₃C

B₃₀-₂D

降伏耐力 Py （kN）

₈.₀₂

₈.₄₈

₉.₃₄

₆.₁₂

₁₂.₈₂

近似不可

₈.₆₀

終局耐力 Pu・（₀.₂/構造特性係数 Ds）（kN）

₄.₄₂

₃.₉₇

₃.₉₇

₄.₃₂

₄.₆₈

近似不可

₄.₅₁

最大荷重 Pmax・₂/₃ （kN）

₉.₉₀

₉.₇₅

₁₀.₀₅

₇.₀₅

₁₁.₂₂

₇.₈₀

₁₀.₁₇

特定変形（₁/₁₂₀ rad）時の耐力 （kN）

₃.₈₆

₂.₉₅

同左

₆.₆₂

₃.₈₆

₂.₆₂

₂.₃₆

短期基準せん断耐力 P0 （kN）

₃.₈₆

₂.₉₅

₂.₉₅

₄.₃₂

₃.₈₆

₂.₆₂

₂.₃₆

短期許容せん断耐力 Pa （kN）

₃.₅₀

₂.₆₇

₂.₆₇

₃.₉₁

₃.₄₉

₂.₃₇

₂.₁₃

壁倍率 （変動係数₂₀％）

₁.₉₆

₁.₅₀

₁.₅₀

₂.₁₉

₁.₉₆

₁.₃₃

₁.₂₀

表₃
試験体名

B₄₀-₃D

各サイクル毎のエネルギー吸収量 Ei と累積エネルギー吸収量 ΣEi

B₄₀-₃C₁

δ /H（rad）

Ei（kN・mm）

ΣEi（kN・mm）

Ei（kN・mm）

ΣEi（kN・mm）

₁/₁₀₀

₁₄₀.₈₀₇₀₂.₆₄₁₀₂.₉₁₅₁₄.₃₀₁/₅₀

₃₅₇.₈₇

₁₈₃₈.₂₅

₂₈₈.₇₉₁₄₀₀.₈₃

₁/₁₅

₁₄₅₂.₉₇

₃₈₂₇.₆₉

₁₃₄₄.₈₂₃₁₆₁.₈₂

B₄₀-₃C₂Ei（kN・mm）
同₂₁₇₅.₈₇

ΣEi（kN・mm）
左₄₀₇₉.₂₃

B₄₀-₁D

B₃₀-₃D

B₃₀-₃C

B₃₀-₂D

Ei（kN・mm）

ΣEi（kN・mm）

Ei（kN・mm）

ΣEi（kN・mm）

Ei（kN・mm）

ΣEi（kN・mm）

Ei（kN・mm）

ΣEi（kN・mm）

₉₆.₁₉

₂₉₆.₆₆₁₂₂.₈₆₆₁₅.₀₈

₉₄.₆₁

₅₂₃.₂

₉₀.₄₅

₄₃₀.₆₂₃₁₉.₃₄₁₁₂₃.₁₀₃₆₃.₂₁₁₅₈₇.₁₈₂₆₀.₅₆₁₂₅₄.₀₅

₃₁₆.₇₄₁₁₈₁.₉₇₄₉₄.₉₇₂₀₀₈.₃₂

₂₃₆₇.₃₃₄₃₅₂.₂₂₁₈₅₄.₇₁₃₃₉₅.₀₆

₂₇₀₇.₀₁₄₂₄₀.₅₇

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短い軸組材を使用した木造壁体の耐震改修性能評価

図₇

表₄
試験体名

B₄₀ 試験体（左）と B₃₀ 試験体（右）の累積エネルギー吸収量 ΣEi の比較

最終破壊状況

₄ ．結

破 壊 状 況B₄₀-₃D

土台が割裂破壊B₄₀-₃C₁

土台が割裂破壊B₄₀-₃C₂

斜材が割裂破壊B₄₀-₁D

筋かいが構面外座屈し，接合金物から筋かいが抜けて破壊

B₃₀-₃D

斜材が割裂破壊B₃₀-₃C

斜材が割裂破壊B₃₀-₂D

斜材が割裂破壊論₁ ） 壁倍率の評価では斜材を対角に接合した［D 試験体］
で，段組数が ₃ 段の B₄₀-₃D と，B₃₀-₃D がいずれも壁倍率₁.₉₆で優れている。これは同じ断面寸法の材を用いたたすき掛け筋かい壁とほぼ同等の壁倍率である。斜材をはり材中央に接合した［C 試験体］，ならびに斜材段組数を ₂ 段にした試験体は，壁倍率で₀.₅ほどこれらより劣左側柱が折れたる。
₂ ） 斜材を対角に設置した［D 試験体］が，履歴ループの₁ サイクル毎のエネルギー吸収量 Ei も，累積エネルギー吸収量 ΣEi も，他の試験体に比較して大きい。たすき掛

₃.₄

破壊状況

け筋かい壁は他の試験体と較べて，粘りがなく，エネルギー吸収量において性能が低い。この弱点を克服してい写真 ₂ と表 ₄ に各試験体の最終破壊に到る状況を示した。

る点が評価できる。

B₄₀-₃D と B₄₀-₃C₁の ₂ 体では，柱の浮き上がり防止を担う引き寄せ金物の固定先を土台にしたため，大変形時に土₃ ） 斜材の破壊は，引っ張りを受けた際に個々の材が接合台が先行して割裂破壊し，斜材の損傷にまで到らなかった。

金物のボルトにより徐々に損傷し，個材が一つずつ破壊

その後の実験では，載荷装置の下の鋼製の試験体受け台にしていく過程を経ている。短い軸組材のそれぞれが十分引き寄せ金物を取り付け，柱を引っ張ることにした。たすに機能を発揮しながら損傷していくため，破壊性状としき掛け筋かい試験体 B₄₀-₁D は筋かいが構面外に座屈するて好ましい。ただ最終状況で斜材が割裂破壊する点につとともに，接合金物から筋かいが抜けて破壊に到った。たいては，今後改善の余地がある。

すき掛け筋かい試験体 B₄₀-₁D を除くその他の試験体は，謝斜材が割裂破壊するまでの載荷が可能となり，短い軸組材

辞を斜材に使用した木造壁体の耐震改修性能の評価ができる

本研究は，平成₂₂年度中小企業組合等活路開拓事業としことになった。斜材は，引っ張り力を受けた際に個々の材て補助を受けました（広島耐震診断設計協同組合，代表が徐々に接合金物のボルトにより損傷し，個材が一つずつ者：金井三郎）。ここに記し，ご関係の各位に感謝いたしま割裂破壊していく過程を経ている。従って，短い軸組斜材す。また広島県立総合技術研究所林業技術センターの藤田のそれぞれが十分に機能を発揮しながら損傷していくた

和彦氏には実験の計画ならびに実施に関して大変お世話にめ，破壊性状として非常に好ましい。ただし問題点は，斜なりました。深甚の謝意を表します。

材が割裂破壊で縦に割れ，最終状況では脆性破壊的な側面があることである。今後改善の余地があると考える。

文献₁ ）（財）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（₂₀₀₈年版），pp. ₅₆₁ – ₅₇₄.

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