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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2009年 8 月

伝統的木造住宅の垂れ壁付き構面振動台実験
その５ 荷重変形関係の実験と計算の比較
垂れ壁付き独立柱柱の曲げ破壊

荷重変形関係
土塗壁○河合直人*1
五十田博*3
中川貴文*5
御子柴正*7

正会員
同同
同破壊モード1. はじめに本報では、実験に用いた垂れ壁付き構面の荷重変形関

lea係の計算法について述べ、前報までに記した振動台実験

hh結果 1), 2)及び静的加力実験結果 3)との比較検討を行う。

＋bh1

bh1

2. 荷重変形関係の計算方法
垂れ壁付き構面の荷重変形関係については、重要文化W

le財（建造物）耐震診断指針 4)、及び現行の木造住宅の耐震図 1 垂れ壁付き独立柱のモデル化

診断法 5)において、図 1、図 2 に示すような垂れ壁付き独a) 柱の曲げ破壊が生じる場合立柱としてのモデル化による計算法が採用されている。

δCCb) 柱の曲げ破壊が生じない場合
水平力

水平力

δCδC

これは、柱 1 本当たりの垂れ壁負担長さをとり、垂れ壁

δC＋δW

δW

部分のせん断力－せん断変形角関係が全面壁のそれに等しいと仮定し、そのせん断変形による柱剛体仮定での頂桂川 晋*2
岡部 実*4
和田幸子*6

同同同

破壊荷重

δW

δC＋δW部の変位と、差鴨居から下の部分の柱の曲げ変形を加算して水平変位として、柱 1 本当たりの荷重変形関係を求める方法である。

水平変位

水平変位

図 2 垂れ壁付き独立柱の荷重変形関係

これに対して、図 3 のように垂れ壁のせん断抵抗が垂れ壁の上下で柱に横架材の軸力として伝達されるものとPして柱の応力状態を考えると、垂れ壁の取りつく高さでQW

Pbaの柱のせん断力 QC は、
QC  MPb
aaPbh(1)bとなり、垂れ壁高さでのせん断力が外力 P と等しいことから、垂れ壁のせん断力 QW は次式のように水平力 P に垂れ壁高さ a と横架材高さ h の比を乗じた値となる。
QW  P  QC  P PbaPhaaQCPb Ph
aa(2)

P

P

柱に作用する力Q図M図

図 3 柱の曲げモーメントとせん断力
A

従って、この柱の逆せん断を考慮する場合には、図 2
Hに δw として描かれている垂れ壁部分のせん断変形による荷重変形関係について、全面壁の荷重変形関係ではなく、式(2)から逆算して、荷重側に（a/h）を乗じて低減したものを用いる必要がある。

L

せん断力（N/cm/m）
せ ん 断 力 （ N / c m / m ）図 4 振動実験試験体の構面のモデル

以下、本報では現行の耐震診断の方法を［方法 1］、柱の逆せん断を考慮して垂れ壁部分の荷重変形関係に（a/h）を乗じて求める方法を［方法 2］とする。
3. 試験体に対する荷重変形関係の計算試験体の構面に適用するため、図 4 に示すような柱 3本分の構面として同様の考え方を用い、表 1 に示す数値を入力してモデル化を行った。
土塗壁の荷重変形関係は、重要文化財（建造物）耐震10008006004002000020406080-3変形角（10変 位 （-31rad.）0 rad.）

図 5 土塗壁の荷重変形関係

Shaking Table Test on Frames with Hanging Walls of Traditional Wood House
Part 5 Comparison of Load Displacement Relationship between Test andCalculation Results―565―

KAWAI Naohito, KATSURAGAWA Shin,ISODA Hiroshi, WADA Sachiko,
OKABE Minoru, NAKAGAWA Takafumi
MIKOSHIBA Tadashi

診断指針 4)の土塗壁の単位長さ（m）、単位厚さ（cm）当たりの荷重変形関係に基づいて、次式により 60 分の１までの折れ線を「曲線」化したものを考える（図 5 参照）。

振動実験
150mm 角静的加力(3)150mm 角振動実験

モードにおいて実験結果と良い適合性を示した。
*1 建築研究所 構造研究グループ 上席研究員 工博*2 信州大学大学院 修士課程
*3 信州大学工学部 准教授 博士（工学）*4 ベターリビングつくば建築試験研究センター 主席試験研究役 農修*5 建築研究所 材料研究グループ 研究員 博士（農学）*6 トヨタホーム株式会社 修士（工学）*7 防災科学技術研究所 主任研究員

H(m)(N/mm2)(N/mm2)

(cm3)

0.94

3.21

9,13046.0

1,1260.94

3.21

7,970

42.8

1,1260.99

3.21

7,090

39.5

894Fb50［方法 1］［方法 2］

4030

荷重（kN）2010-300-2000-100 -10 0100200300400500-20-30-40-50変位（mm）

図 6 振動実験 150mm 角の実験結果と計算結果の比較
25［方法 1］

［方法 2］

2015105-300-2000-100 -5 0100200300

400500-10-15-20-25変位（mm）

図 7 静的加力 150mm 角の実験結果と計算結果の比較
50［方法 1］［方法 2］

40302010-300-2000-100 -10 0100200300

400500-20-30-40-50変位（mm）

図 8 振動実験 135mm 角の実験結果と計算結果の比較
参考文献
1)
2)
3)

4)
5)
結果及び静的加力実験結果との比較を行った。その結果、 6)柱の逆せん断を考慮した場合に、荷重変形関係及び破壊EΣZA(m)135mm 角A, H: 図 4 に示す寸法、E: 柱のヤング係数、Fb: 柱の曲げ強さ、
ΣZ: 柱 3 本の仕口断面欠損を考慮した断面係数の和荷重（kN）

ただし、
P0＝509.2（N/cm/m）
C2＝17.82（N/cm/m/10-3rad.）C1＝148.7（N/cm/m/10-3rad.）x は変形角（10-3 rad.）を表す
ただし、ほぼ同一仕様の土塗壁の実験結果 6)は、この約1.70 倍の耐力を示すことから、計算では式(3)の右辺を1.70 倍して用いている。これに試験体の壁厚 7cm、壁長5.46m を乗じ、さらに［方法 2］では(A/H)を乗じている。
また、柱の曲げヤング係数は柱材の仕口加工前の縦振動法によるヤング係数の平均値を、曲げ強さは 150mm 角柱を用いた振動台実験（以下、振動実験 150mm 角と記す。
他も同様）、振動実験 135mm 角に対してそれぞれ機械による等級区分 E90、E70 に対する曲げ強さの平均値 7)を、静的加力 150mm 角に対しては両者の中間の値を用いた。
4. 荷重変形関係の実験結果と計算結果の比較［方法 1］及び［方法 2］による荷重変形関係の計算結果を、振動実験 150mm 角については試験体 A（柱脚固定）の錘 3ton で JMA 神戸 NS100%入力時、静的加力150mm 角については柱脚固定で振動台実験の応答変位履歴で変位制御した 2 体中の 1 体、振動実験 135mm 角については試験体 A（柱脚固定）JMA 神戸 NS100%入力時の荷重変形関係と比較して図 6 から図 8 に示す。ただし、振動台実験の荷重は桁上の 4 つの加速度記録の平均に質量（3,557kg）を乗じており、2 構面に対する荷重変形関係であり、計算結果も 2 倍して比較している。
これによると、振動実験 150mm 角及び静的加力 150mm角の［方法 1］の計算結果は変位 40mm 前後から実験結果より耐力が高くなる側にはずれ、破壊モードも柱の曲げ破壊となり実際とは異なっていた。これに対し、［方法2］の計算結果は、荷重変形関係の全体及び垂れ壁のせん断破壊となる破壊モードについて実験結果との適合性が良い。振動実験 135mm 角については、［方法 1］、［方法2］とも、荷重変形関係の実験結果との適合性は優劣付け難く、破壊モードも柱の曲げ破壊で実験結果と一致した。
5. まとめ
垂れ壁付き構面の荷重変形関係について、振動台実験

荷重（kN）C x
 1 P  P0  C 2 x 1  e P0 

表 1 計算に用いた諸量7)

和田幸子他「伝統的木造住宅の垂れ壁付き構面振動台実験その１」日本建築学会大会学術講演梗概集 C-1, 2008 年
桂川晋他「伝統的木造住宅の垂れ壁付き構面振動台実験その４」日本建築学会大会学術講演梗概集 C-1, 2009 年
和田幸子他「伝統的木造住宅の垂れ壁付き構面の静的加力実験と振動台実験の比較」第 6 回日本地震工学会大会－2008 梗概集｢重要文化財 (建造物) 耐震診断指針｣ 文化庁, 2001 年｢木造住宅の耐震診断と補強方法｣ (財)日本建築防災協会, 2004 年
道場信義他「伝統的構法で新築された木造住宅の実大水平加力実験その３」日本建築学会大会学術講演梗概集 C-1, 2008 年｢製材品の強度性能に関するデータベース データ集(6)｣強度性能研究会, 2002 年*1 Chief Research Engineer, Dept. of Structural Engineering, BRI, Dr. Eng.
*2 Graduate Student, Graduate School of Engineering, Shinshu Univ.
*3 Associate Professor, Shinshu Univ., Dr. Eng.
*4 Center of Better Living Tsukuba Building Research and Testing Lab., Mr Agr.
*5 Research Engineer, Dept. of Building Materials and Components, BRI, Dr. Agr.
*6 TOYOTA HOME Company, Mr. Eng.
*7 Senior Researcher, NIED―566―