東三河伝統構法民家の耐震性能評価実験
STATIC LOADING TEST FOR EVALUATION OF SEISMIC CAPACITY
OF TRADITIONAL HOUSE IN HIGASHI-MIKAWA
中治弘行∗1 鈴木祥之∗2 後藤正美∗3 岩本いづみ∗4

NAKAJI Hiroyuki

SUZUKI Yoshiyuki

GOTOU Masami and IWAMOTO Izumi

The objective of this study is to conﬁrm the seismic capacity of a wooden house constructed with Japanese traditional structural method which is recognized less earthquake proof in Building Standard Law today. In September 2004, horizontal
loading experiment of a wooden house built in 1898 in Higashi-Mikawa region in Japan was conducted to investigate theseismic performance of such a house built with traditional structural method. The maximum load Pmax was 106.6 kN andthe average deformation angle at Pmax was about 1/10 rad. The failure occurred at the joint of column and Sashi-Gamoi,
when the average deformation angle was about 1/25 rad. After bending failure of all columns occurred around Pmax , thehouse still kept the loading capacity more than 80% of Pmax . Total weight of the house was about 661kN which wasexamined by weighing members and parts of it after the loading test. The house concerned is much more anti-seismic than
expected in the Law because the base shear coeﬃcient at Pmax was C0 = 0.16.
Keywords: wooden house, seismic capacity, traditional structural method, horizontal cyclic loading
test, base shear coeﬃcient
木造住宅、耐震性能、伝統構法、繰り返し水平加力実験、ベースシア係数

1 はじめに地震応答解析、損傷検出同定シミュレーションを行った。本報では、調査実験対象建物の概要と構造詳細調査9) および水平力載

愛知県田原市で改築予定の築 100 年以上の伝統構法木造民家

荷実験8), 12) について述べる。

を詳細に調査し、構造的特徴を把握するとともに微動計測、振動実験、静的加力実験等を実施して、振動特性と耐震性能を明らかにするとともに、当時の建築技術についての理解を深める。
実在木造住宅の力学特性や振動特性などの構造性能を現地でとんどない、いわゆる田の字の平面形式となっている。建築さ実験よりはるかに多くの知見を得ることが期待できる。木造住れた当時は屋内で養蚕を行っていたので、西側の和室の床下に宅については、要素実験の組み合わせで建物全体の構造性能をは暖房のための炉の跡が残っている。加力実験に先だって行った

評価する手法を構築中であり、リファレンスとなる実在木造住宅

構造調査から、柱は礎石の上に立っており、南北方向にのみ足の実験結果は貴重である。同様の伝統構法木造住宅に関する実固め材が通っていることがわかった。しかし、この足固め材は、験には、後藤らによる徳島県の古民家を対象とした調査実験1)–4)特に下面の腐食が激しい。通し柱には差鴨居が取り付き、差鴨や中園、坂本らによる山口県の伝統的木造住宅の実験5)–7) などが居の継ぎ手には車知栓が用いられている。差鴨居の上には、欄ある。本調査実験では、東三河の築 100 年以上の伝統構法木造民家を詳細に調査し、構造的特徴を把握するとともに微動計測、振動実験、静的加力実験等を実施して、振動特性と耐震性能を間あるいは土塗りの小壁がついている。小屋組は 3 重の和小屋で、屋根は、土葺き瓦である。
主要な部材の樹種は、通し柱がヒノキ、差鴨居がマツ、足固明らかにすることを目的とする。

め材がツガである。屋根の野地には板ではなく竹が用いられ、そ本調査実験では、現地での実測として、建物の構造詳細調査、の上に葺き土が 10cm 以上乗っている。

木材の強度・耐久性等調査、静的加力実験、重量計測、微動計

X11 構面より東側の屋根裏部分は、床が張られ、物置として測を行った。実験終了後、計測データに基づいた限界耐力計算、∗4 大阪府立工業高等専門学校建設工学科 講師・工博

図 1 に示す愛知県田原市の O 邸は明治 31 年に建築された伝統構法による木造住宅である。大きな大黒柱はないが、壁のほの調査や実験を通して把握することで、実験室で行われる要素∗1 高松工業高等専門学校 建設環境工学科 講師・工博∗2 京都大学防災研究所 教授・工博∗3 金沢工業大学環境・建築学部建築学科 助教授・工博

2 調査実験対象建物の概要

Assistant Prof., Department of Civil Engineering, Takamatsu National College of Technology, Dr. Eng.
Prof., Disaster Prevension Research Institute, Kyoto University, Dr. Eng.
Assoc. Prof., Dept. of Civil and Environmental, College of Environmental Engineering and Architecture, Kanazawa
Institute of Technology, Dr. Eng.
Assistant Prof., Department of Civil Engineering, Osaka Prefectural College of Technology, Dr. Eng.

39

高松工業高等専門学校研究紀要

41(2006)

図2

X11 構面の構造詳細図

図 1 調査実験対象住宅+ to north− to southspecimen
track crane 1

track crane 2(a) 加力方法(b) 計測位置 (X11 構面)

図3加力と計測の方法利用されている。X11 構面には柱頭 (初重) まで土塗り小壁があ2.2

構造詳細調査るため、また、屋根裏への階段が X15 構面の東側にあるので、木造建物の構造を的確に捉えることは、実験結果の分析や今建物の東側は西側に比べて剛性が高いことが予想される。西側

後の解析において、大変に重要なことである。対象となる東三の妻面は外壁として荒壁があるが損傷が大きく、耐力壁として河伝統木造民家の構造詳細を下記の手順で把握するために、使の性能はあまり期待できない。

用されている木材、個々の構造要素の特性、構造総体の特性を2.1調査した。構造調査は 1 次と 2 次の 2 回行い、模型や詳細図の構造の特徴作成に当たった。

図 1 に示す愛知県田原市の O 邸は明治 31 年に建築された伝構造調査に先立ち、各部材 (柱、梁など) や壁について統一し統構法による木造住宅である。大きな大黒柱はないが、壁のほた番号でデータを作成するために番号付けを行いった。部材のとんどない、いわゆる田の字の平面形式となっている。建築さ断面寸法、含水率、ピロディン値などのデータを統一したデー

れた当時は屋内で養蚕を行っていたので、西側の和室の床下にタシートに格納した。ナンバリングでは、各構造要素に番号をは暖房のための炉の跡が残っている。加力実験に先だって行ったプレートに記入して釘で留めた。

構造調査から、柱は礎石の上に立っており、南北方向にのみ足

1 次の構造詳細調査では、主に梁間方向の軸組の採寸調査を固め材が通っている。

中心に行った。2 次の構造詳細調査では、主に桁行方向の軸組のしかし、この足固め材は、特に下面の腐食が激しい。通し柱三寸調査を行った。湾曲部材は基本的には軸線上で左右、中央には差鴨居が取り付き、差鴨居の継ぎ手には車知栓が用いられの 3 カ所のデータを測定した。ている。差鴨居の上には、欄間あるいは土塗りの小壁がついて1 次構造調査 (望月、中治、岩本を中心に実施された) に基づいる。小屋組は 3 重の和小屋で、屋根は、土葺き瓦である。

き、各梁伏図あるいは断面図を作成した。この構造図面に基づ

主要な部材の樹種は、通し柱がヒノキ、差鴨居がマツ、足固いて、1/50 の軸組模型を作成し、実験計画や 1 次構造の調査でめ材がツガである。屋根の野地には板ではなく竹が用いられ、その漏れがないかを確認し、1 次構造調査の各図面を修正した。2の上に葺き土が 10cm 以上乗っている。

次構造調査では、この 1/50 模型を使いながら、1 次構造調査でX11 構面より東側の屋根裏部分は、床が張られ、物置としては不明な部分や調査漏れをチェックしつつ構造図面の精度を向上利用されている。X11 構面には柱頭 (初重) まで土塗り小壁があさせた。

るため、また、屋根裏への階段が X15 構面の東側にあるので、建今後の解析や実験結果の整理に必要な構造要素を選定し、実物の東側は西側に比べて剛性が高いことが予想される。X6 構面

験終了後、解体時に必要な接合部や土壁部分をサンプリングあにも土塗り小壁があり、水平抵抗力が期待できる。ただし、X11るいは解体して、込み栓やほぞなどの断面寸法といった詳細な構面とは異なり、壁が天井裏で途切れて小屋組の初重との間にデータを記録した。

壁がないため、X11 構面より水平抵抗が弱いと予想された。西構造詳細調査の結果に基づいて、東西方向、南北方向の主要側の妻面は外壁として荒壁があるが損傷が大きく、耐力壁としな構面について詳細図を作成した。X1〜X15 構面の詳細図を図ての性能はあまり期待できない。

2 に示す。この図では右側が北である。図 2 に示すように、12本の通し柱を「柱 11」〜「柱 43」と名付け、変位やひずみ計測

40

中治弘行

120

東三河伝統構法民家の耐震性能評価実験

120

Top
MiddleBottom100
808060604040200200-20-20-40-40-60-60-80-200-1000100200300
displacement (mm)TopMiddle
Bottom100load (kN)load (kN)他:

400-80-200500-1000(a) X1 構面

808060604040200-40-40-60-60
100200300
displacement (mm)400-80-200500-1000100200300
displacement (mm)(d) X15 構面

図4荷重と変形の関係
積当たりの重量が 75mm 厚の土壁と同じであるとして算出した。の場所を決定した。

以上の実測および仮定に基づき、それぞれの要素の重量が表

建物重量算定1 のように算定され、建物全体の重量は 660.75kN であった。

静的加力実験終了後、解体作業のかたわら、容量 100kg の台

表1秤 2 台を用いて可能な限り実測した。構造部材のうち、ひずみ項目を計測した通し柱、差鴨居、足固め材についてはすべて、小屋軸組部分組の部材については、構造詳細調査でナンバリングしたものを実測した。その他の部材については、構造詳細調査で得られた
材積と実験後に行われた材料試験結果

5000-20(c) X11 構面

2.340020-200500

TopMiddle
Bottom100load (kN)load (kN)120

Top
MiddleBottom100-100

400(b) X6 構面

120-80-200

100
200
300
displacement (mm)10)から得られた比重から算定した。
屋根面

屋根重量については、屋根面 1m2 の瓦と葺き土、棟などでは建物重量算定結果
重量 (kN)

構造部材

132.16

壁240.66

平瓦

85.47

葺き土99.85

棟瓦5.98のし瓦

23.16

葺き土 (のし)53.65

長さ 1m の瓦と葺き土を実測して瓦 1 枚当たりの重量を算出し鬼瓦1.05た。瓦は、種類ごとに枚数を数えた結果、平瓦は 5485 枚、鬼瓦

野地板 (竹)14.38

は 9 枚であり、のし瓦・棟瓦の延べ長さは約 49m であった。こ垂木

4.39

小計 (kN)

全体重量 (kN)

372.81660.75287.93

れらの値と解体時に計測した瓦の単位重量によって重量を算出した。屋根面の総面積は約 293m2 であり、単位重量 0.34kN/m2

3 静的加力実験を乗じることによって重量を算出した。母屋部分の屋根下地は

3.1

静的加力実験の概要竹であった。一方、建物外周の庇部分の屋根下地は野地板であっ図 1 に示す調査実験対象住宅の南北方向に正負繰り返し加力た。、野地板、垂木ともに比重は、材料調査10) により得られた全を行った。正負繰り返し加力は、(1) 北へワイヤーで引っ張る、(2) それを荷重が 0 になるまで緩める、(3) 南へ引っ張る、(4) 荷部材に対する比重の平均値である 0.51 から重量を算出した。
土壁重量については、解体作業中に 1000mm × 800mm ×重が 0 になるまで緩める、を繰り返すことで実施した。したがっ75mm の小壁をサンプルとして健全な形で取り出し、重量を計て、荷重は北側と南側の 2ヶ所で計測した。前日に行った小変測した。これを基準として、単位体積当たりの重量を定め、部形加力実験結果から、建物の重心位置で加力するとねじれ変形位により壁厚さや見付け面積に応じて比例計算で合計した。建が大きくなることが予想されたので、剛心に近いと考えられる物東側のモルタル壁と浴室内部のタイル壁に関しては、単位面X11 構面側に近づけた位置で加力を行った。加力は表 3 に示す

41

高松工業高等専門学校研究紀要

ような変位制御の繰り返し載荷とした。目標とする柱頭変位は

41(2006)

も、小壁の耐力負担により、差鴨居高さでの変位と柱頭変位のX1〜X15 構面のうち最大のものとした。X1 構面の柱頭変位が差が X1 構面や X15 構面に比べると小さいが、X11 構面の方が400mm を超えるまで加力して、全ての通し柱が差し鴨居との接顕著である。したがって、小壁の耐力負担を期待する場合、見合部で損傷した時点で実験を終了した。

えるところだけではなく、軸組の内側を壁土で塗り込めること

図 1 の平面図で○で示された X1〜X15 の 4 つの構面についが重要であると言える。て、図 3(b) に示すように、柱頭変位 (12 点)、柱の差し鴨居高さ途中の顕著な破壊状況は、以下の構面である。1/300rad まででの水平変位 (12 点)、差し鴨居の抜け出し (28 点)、柱脚の変位は目立った損傷は見られない。見かけの変形が 1/100rad を超え(12 点) と柱と差し鴨居のひずみ (全 136 点) をそれぞれ計測しるころから、土塗り壁の隅角部での壁土の損傷が見られ、1/60た。当初、足固め材の上下でひずみを計測する予定であったが、〜1/50rad では、一部の土塗り壁にせん断変形による壁土のひび腐朽が進んでいるために、足固め材の下面でのひずみ計測は断割れが観察された。1/30rad で、床の間の鴨居が外れる、X6 構念した。

面の北側の差し鴨居と柱仕口で鼻栓の曲げ変形が見られる、と3.2いった損傷が目立ちはじめる。1/25rad を超える変形になると、各構面の剛性評価

X15 以外のすべての構面で、柱が差し鴨居との接合部で曲げ破2004 年 9 月 17 日に行った X1〜X15 構面の小加力実験結果壊を起こした。しかし、柱材の損傷は、折れたということではより得られた各構面の柱頭変位が約 10mm の時の割線剛性を表なく、表層にひびが入った程度である。

2 に示す。前報8) で述べた通り、X11 と X15 の剛性が X1、X6 に比べて高い。X6 と X11 構面は差鴨居より上が土塗り小壁となっ3.4

建物全体のねじれ変形ているが、X11 の方が初重まで壁となっているため X6 よりも実験対象建物は伝統的な軸組構法であるため、剛床仮定が成剛性が高い。X15 構面は一部 2 階となっているために、床面のり立たず、水平構面のせん断変形が起きるので、建物全体とし抵抗が影響して剛性が高くなっていると考えられる。て大きなねじれ変形を生じた。

表2剛性

最大荷重時の柱頭変位および鴨居下での柱変位による建物全各構面の初期剛性 (kN/cm)
X1
X6
X11 X15

体のねじれ変形状況を図 6 に示す。このときのせん断変形角は

9.7

X1–X6 間で 0.48×10−2 (rad)、X6–X11 間で 1.29×10−2 (rad)、X11–11.4

18.2

15.4

X15 間で 2.14 × 10−2 (rad) である。X1–X6、X6–X11、X11-X15
表33.3

加力スケジュールの各スパンでのせん断変形角は、東側ほど大きく、わずかに X11見かけの変形角 (rad)
柱頭変位 (mm)1/20020-1/200-201/15030-1/150-30

構面が出っ張る「く」の字の形に変形していると言える。加力

見かけの変形角 (rad)
柱頭変位 (mm)1/100
40-1/100-40

1/7560-1/75-60に変形する要因として考えられる。また、X15 構面の剛性が大見かけの変形角 (rad)
柱頭変位 (mm)1/5080-1/50-80

1/40100-1/40-100

見かけの変形角 (rad)
柱頭変位 (mm)1/30
130-1/30-130

1/25
150-1/25-150

見かけの変形角 (rad)
柱頭変位 (mm)1/20200-1/20-200が X11 構面の近くであったことがわずかではあるが「く」の字
きく、西側に比べて変形しにくいために、相対的に X11–X15 構面間のせん断変形が大きくなっている。

3.5> 1/10> 400

柱・差鴨居の負担モーメント、せん断力

柱と差鴨居で計測したひずみと材料試験10) から得られた柱および鴨居材のヤング係数を用いて、柱と差鴨居の負担するモーメント分布を算定した。ヤング係数の平均値を表 4 に、最大荷荷重変形関係と損傷状況

重時の X1〜X15 構面の曲げモーメント分布をそれぞれ図 5 に示

図 1 の X1〜X15 構面の荷重と変形の関係を図 4 に示す。横す。図の左側が正加力方向である。表 4 には、設計で用いられ軸は各構面における 3 本の柱について、柱頭、鴨居下、柱脚変るヤング係数を併せて示している。差鴨居と柱の接合部付近で位の平均値である。

柱のモーメントが最大となっている。特に建物中央部分で大き柱 脚 の 変 位 に つ い て 、X1 構 面 の 柱 頭 変 位 ピ ー ク がい。表 5 にこれらの値を示す。

220mm(1/20rad) までは計測ができているが、その後の除荷以

表4降、測定限度を超えている。実験終了後の観察で目立った柱脚のズレの跡を見いだせなかったことも考慮すると、本加力実験で柱と差鴨居の平均ヤング係数 (kN/mm2 )柱7.56 ヒノキ (8.82)16)差鴨居

は柱脚が礎石から大きくずれるほどの変形は生じなかったので表5はないかと考えられる。X15 構面の柱頭に取り付けた変位計が測定限度のため、1/20rad を超える大変形を追跡できていない。

9.28

マツ (7.84)16)

差鴨居仕口での柱の曲げモーメント (kN·cm)
X1
X6X11
X15

西側の X1、X6 構面に比べて東側の X11、X15 構面の剛性が北239.09385.46274.31445.23

高いため、全体的にねじれ変形を起こしていることがわかる。

中央551.86420.36537.32814.86

最大耐力は 106.6kN であった。その 3 にあるように、建物重量

南423.59125.36150.56310.50が 661kN であるから、ベースシアー換算で C0 = 0.16 の耐力で差鴨居の下および床上で計測した柱の曲げモーメントから、ある。

各柱の負担するせん断力を式 (1) で算定した。ただし、差鴨居下

X6 構面には天井高さまで、X11 構面には柱頭すなわち初重梁高さまで小壁がついている。木造住宅で用いられる土塗り小壁での曲げモーメントを MU 、床上の曲げモーメントを ML 、そのも構造性能に寄与していることはよく知られている。図 4 の荷間の高さを H とした。

重変位関係から、特に X11 構面では小壁がほとんど変形するこ

Q=となく耐力を発揮している様子が看取される。X6 構面において

42MU − M LH(1)中治弘行
X1 moment (kN*cm)

239.09551.86

他:

東三河伝統構法民家の耐震性能評価実験

X6 moment (kN*cm)

423.59385.46(a) X1 構面

420.36

X11 moment (kN*cm)

125.36274.31(b) X6 構面

図5X6X11X15445.23(c) X11 構面X1(a) 柱頭

X6X11(b) 鴨居下

図6150.56814.86

310.50(d) X15 構面

最大荷重時のモーメント分布 X1537.32

X15 moment (kN*cm)

最大荷重時のねじれ変形式 (1) で算定された柱の負担するせん断力の合計と載荷した



X152.83

2.60

2.72

3.47

2.29

2.91

3.29

6.69

1.06

3.03

1.222.63

図7

最大荷重時の柱の負担せん断力 (kN)一環として行ったものである。

荷重の負担割合は、最大荷重に達するまではほぼ 40%であるが、最大荷重以後、柱のひび割れなどの損傷が目立ってくると、この負担割合が 30%程度に低下する。
最大荷重時の各柱の負担せん断力を図 7 に示す。図 7 からもX1〜X15 で異なる剛性の影響が見られ、西側に比べて東側の柱の負担せん断力が大きいことがわかる。

4 まとめ
明治時代に伝統構法で建築された木造民家で行った水平加力実験について、構造詳細調査について述べ、荷重と変形の関係および破壊状況を示した。
この結果、以下の事柄が明らかになった。

1. 最大荷重は 106.6kN、ベースシアー係数に換算すると C0 =0.16 である。
2. 各構面の初期剛性は 9.7kN/cm〜18.2kN/cm である。小壁寸法や床組の影響が見られる。

3. 水平構面の抵抗が小さいので全体に大きくねじれ変形する。
各構面間のせん断変形は 0.48 × 10−2 〜2.14 × 10−2 (rad) であり、東側ほど大きい。

4. 差鴨居より下の柱が負担するせん断力は載荷荷重の約 40%である。柱の損傷により 30%に低下する。
実験結果で注目する点として、見かけの変形が 1/10rad を超えても倒壊に至るような大きな損傷がなかった。したがって、本実験で用いた築 100 年を過ぎた伝統構法木造住宅の力学性能はじゅうぶん大きいと考えられる。
謝辞
本調査実験を行うに際し、住宅を提供してくださった小野吉彦様とご家族に深く感謝いたします。実験の準備・実施にご協力いただいた望月昭様をはじめ、東三河伝統木造民家・小野家耐震調査実験 WG メンバーならびに各大学・高専の学生諸君に謝意を表します。
本研究の一部は「大都市大震災軽減化特別プロジェクト」II．
震動台活用による構造物の耐震性向上研究（木造建物実験）の43

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