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UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明
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東京大学大学院

歴史的建築工学

第６回 歴史的木造建築技術と現代木造建築
2021.1.6

山田憲明(山田憲明構造設計事務所)
ＹＳＤ

Yamada Noriaki
Yamada Noriaki Structural Design Office

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略 歴
1973年

東京都生まれ

1997年

京都大学工学部建築学科卒業（辻・西澤研）

1997年～2012年

増田建築構造事務所

2012年

山田憲明構造設計事務所設立

2013年～

早稲田大学大学院非常勤講師（軽量構造特論）

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はじめに
─木材は古今東西で最も多く使われる構造材料
─同じ「木」という素材を使っていても時代背景（社会的要求、技術、森林状況、生産システム、法令等）
により、多様な建築が生み出されてきた
─一方、木材は制約が多く、構造材料として課題も多い
─これらを踏まえ、歴史的木造建築と現代木造建築について考えていきたいUTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

木材の特徴は？
「細く短い」

木材の太さ・長さ「燃えやすい」区画、もえしろ、被覆「品質管理が難しい」

乾燥、バラツキ、割れ、節、年輪幅、ヤング率、材面「もろい」

割裂、せん断、曲げ破壊「軽い」

運搬、ハンドリング、自重「加工しやすい」

手加工・プレカット等の切削、接合具「再生可能」

環境、地域活性⇔めり込み圧縮⇒多様な素材と接合
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構造物の構成イメージ
素材

Material

性能
コスト
つくりやすさ
使いやすさ
美しさ
地域性
環境

接合
Joint

かたち
Form

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木構造にはさまざまな素材、接合がある

たとえば、
●鉄骨造
素材 ：スティール
接合 ：ボルト、溶接●鉄筋コンクリート造
素材 ：コンクリートと鉄筋接合 ：コンクリート一体打ち
プレストレス圧着

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素材

Material

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丸太(Log)

集成材(Glue Laminated Timber)

製材(Sawn Wood)

素材

Material

CLT(Cross Laminated Timber)

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LVL(Laminated Veneer Lumber)

幅矧ぎパネル

素材

Material

構造用合板(Structural
Plywood )OSB(Oriented Strand
Board) 歴史的建築工学 2020 山田
UTokyo Online
Education
憲明 CC BY-NC-ND

接合
Joint

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Glued in Rod

しばる

接合
Joint

PS圧着
ドリフトピン
鋼板挿入ボルト
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嵌合

接合
Joint

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かたち
Form

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洋小屋（トラス）

和小屋（単純梁）

かたち
Form

持ち送り

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アーチ

構造物の構成イメージ
素材

Material

性能
コスト
つくりやすさ
使いやすさ
美しさ
地域性
環境

接合
Joint

かたち
Form

「素材」「接合」「かたち」の多様性を木構造の本質的な発展にどうつなげていくか？
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「伝統木造」を評価する

─「伝統木造建築」の考え方・技術
─特性の把握→ 日本における木構造の礎→ 歴史的木造建築の保存や復元

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大洲城天守2004年 愛媛県大洲市

四層の天守閣を木造で復元する
設計監理：三宿工房、竹林舎、前川建築研究室
構造設計：増田建築構造事務所
施工：間組（大工工事：井波社寺）

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UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

提供：株式会社安藤・間UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND・四層の城天守閣（高さ19.15ｍ）を木造で復元。

南十通り軸組図
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２階床伏図
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太い柱と梁による軸組、土壁の構成

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実験と力学モデル化にもとづき、めりこみの剛性と降伏耐力の算定式を誘導『地震に強い［木造住宅］パーフェクトマニュアル』
エクスナレッジムック、2003年、p.262-p.263より引用

・「嵌合」接合の構造特性を把握するには、木材のめり込み特性（木材繊維直交方向の圧縮特性）を調べる必要がある。
・現東京大学農学部の稲山正弘教授が、木材のめり込み特性を研究していた。
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・このめり込み特性を用いて、様々な嵌合接合部の剛性や強度のモデル化を行い解析した。
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柱＋繋ぎ梁 → ト型試験体
柱＋貫→ 十字型試験体
スケール：１／２縮小模型

柱：１３５mm×１３５mm
梁：２４０φ貫：３０mm×９０mm
樹種：檜十字型試験体ト型試験体

提供：株式会社安藤・間松浦恒久、外舘寛、山田憲明、増田一眞『伝統的木造による建物の設計および仕口部の構造性能 :その2.仕口部の回転剛性(伝統木造の各部耐力評価,構造
III)』日本建築学会、2005年

・接合部の加力実験を行い、解析の整合性を確認。
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・柱梁接合部の回転剛性
・土壁のせん断剛性

→
→

回転バネ
線材ブレース置換

フレームと土壁のモデル化

接合部のモデル化
全体モデル

・この接合部特性を用いて、建物全体をフレーム解析した。
・次に、建物全体の特性を用いて、質点系モデルによる時刻歴応答解析を行った。
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提供：株式会社安藤・間

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提供：株式会社安藤・間UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

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写真提供：大洲城管理事務所

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本山寺五重塔 保存修理工事
2019年

香川県三豊市

五重塔の補強本山寺五重塔整備委員会
顧問 岡田恒男、坂本功、清水真一
委員 多田善昭、太田勤、秋元孝之、後藤治
楠浩一、藤田香織、宮本慎宏、山田憲明
設計監理：多田善昭建築設計事務所
構造設計：山田憲明構造設計事務所
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撮影：淺川敏UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

A/002：

本山寺所蔵

明治29年-1896年【工事着手】
明治36年-1903年【三重まで完成】
明治43年-1910年【五重上棟：竣工年】

本山寺所蔵

側柱

隅柱

四天柱

心柱

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五重塔の構造要素
１．16本の柱

.70

２．柱盤
３．はね木
４．通し貫
５．心柱？
.55

.225

.35
.625

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南北

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【通し貫】
●概要
・柱に設けた貫孔に貫を通して楔で締め付けることでできる、一種の半ラーメンフレーム。
・剛性は低いが、容易に破壊に至らず靱性が高い。
・貫の役割は、柱同士のつなぎ、柱の曲げ拘束、土塗壁の下地等である。
・樹種、柱径、貫寸法などにより性能が変わる。

著作権等の都合により省略しました
通し貫の図『木質構造接合部設計マニュアル』
日本建築学会、2009年、p.252

●抵抗メカニズム・貫に対して柱が傾斜する際に柱の木口が貫の上下面にめり込むことでめり込み
圧縮とくい込み摩擦力が発生し、これによる偶力によってモーメント抵抗を発現する。

著作権等の都合により省略しました
柱と貫のくい込み摩擦の図『木質構造接合部設計マニュアル』
日本建築学会、2009年、p.253

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【柱傾斜復元力】●概要
・水平荷重に対して太く短い柱が、自信の負担する鉛直荷重によって生じさせる復元力。
・柱の径と高さ、鉛直荷重などにより性能が変わる。
・基準法では壁倍率は与えられていない。
・学会伝木指針または重文診断要領にもとづいて算定する。
著作権等の都合により省略しました
図 3.24 柱傾斜復元力の考え方
図 3.25 柱傾斜復元力の基本モデル『限界耐力計算による伝統的木造建築物構造計算指針・同解説』
日本建築学会、2013年、p.69

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１．調査
２．鉛直荷重に対する検討（１）組物の圧縮力に対する検討（２）柱盤の強制変位に対する検討（３）軒先支持に対する検討

３．地震に対する検討
４．風に対する検討
５．心柱の鉛直支持に対する検討
６．心柱の地震に対する検討
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１．調査
・解体前の目視調査
・床沈下量の計測
・解体後の目視調査

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初重の床レベル
側柱
-30㎜

隅柱
-35㎜

基準 四天柱±0㎜①床レベル計測で四天柱に対して側柱＜隅柱の順で大きな沈下。
上層にいくほど顕著

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五重の床レベル
側柱
-77㎜

隅柱
-107㎜

基準 四天柱±0㎜①床レベル計測で四天柱に対して側柱＜隅柱の順で大きな沈下。
上層にいくほど顕著

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②沈下に起因する柱盤・台輪等の大きな湾曲変形と割裂
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善通寺五重塔②沈下に起因する柱盤・台輪等の大きな湾曲変形と割裂
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②沈下に起因する柱盤・台輪等の大きな湾曲変形と割裂
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③側柱及び隅柱直上の組物で斗の欠落と隙間→柱鉛直荷重の伝達困難に

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③側柱及び隅柱直上の組物で斗の欠落と隙間 →柱鉛直荷重の伝達困難に
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善通寺五重塔④尾垂木は内部まで挿し込まれておらず、単なる化粧材
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２．鉛直荷重に対する検討（１）組物の圧縮力に対する検討

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三段
二段
一段

側柱

隅柱

ゐ

屋根
荷重

う

む

ら

な

ね つそ

上部
荷重
柱
柱盤

斗

枕木
肘木
肘木
肘木

柱

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れ

た

よ

か

わ

斗による
肘木のめり込み斗の圧縮変形

肘木斗

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三
段

二
段

一
段

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撮影：淺川敏UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

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２．鉛直荷重に対する検討（２）柱盤の強制変位に対する検討

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組物の縮み→柱盤の強制変位

側柱

四天柱

・斗が少ない →弾性変形、クリープ変形が大きい
・含水率変動（-10％を仮定） →収縮が大きい
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補強前

累積沈下量

max68.2㎜

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４重柱盤の曲げモーメント図（現況）

柱盤の曲げモーメント最大27.1kNm →許容値を超える

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善通寺五重塔②沈下に起因する柱盤・台輪等の大きな湾曲変形と割裂
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組物の縮み→柱盤の強制変位

・斗を増やす→弾性変形、クリープ変形が小さく
・今後含水率変動はほとんどない→乾燥収縮ない

側柱

四天柱

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補強後

累積沈下量

max14.4㎜

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４重柱盤の曲げモーメント図（補強後）

柱盤の曲げモーメント
最大5.0kNm →許容値以下におさまる

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２．鉛直荷重に対する検討（３）軒先支持に対する検討

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はね木

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丸桁から
の荷重

せん断力
柱盤

丸桁
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丸桁の
荷重

吊り材
（引）

吊り元の 丸桁の
接合部
荷重

柱（圧）
柱盤（圧）
吊り先の
接合部
柱

丸桁

柱盤の圧縮軸力

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鋼棒取付位置調整用のパイプ
丸桁を吊る鋼棒

丸桁(がぎょう)桔木(はねぎ)柱盤(はしらばん)

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撮影：淺川敏UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

撮影：淺川敏３．地震に対する検討
・限界耐力計算・時刻歴応答解析

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五重塔• 地震や風による挙動– 浮き上がり
– 横ずれ

風

地
震

浮き上がり

横ずれ

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層間変形角1/120radを超えたあたりから５重の変形だけが進み、他層の変形が小さくなる
モードがみられた

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応答値のまとめUTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

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５重
４重
３重
２重
１重

【固い補強壁】【柔らかい補強壁】

３～５重の壁補強イメージ
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60

40
30

15*30 2個20

15*30 3個
15*30 4個

10
015*30 5個
0

100

200

300

隅柱（既存材）

側柱（既存材）400

変位[mm]
96 150 150 150 150 96

せん断力[kN]50

板倉補強壁の復元力特性

落し込み板壁t36（新設材）

側柱（既存材）

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四天柱（既存材）

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撮影：淺川敏UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

４．風に対する検討

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・ワイヤーがない場合は
最大風速37m/s
最大瞬間風速56m/s
まで耐える・ワイヤー補強後は
最大風速43m/s
最大瞬間風速65m/sまで耐えられる・ワイヤーを設置の目安
最大風速30～35 m/s
最大瞬間風速45～50 m/s以上の台風が直撃する場合

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「伝統木造」を評価する

─「伝統木造建築」の考え方・技術
─特性の把握→ 日本における木構造の礎→ 歴史的木造建築の保存や復元

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「伝統木造」を活かす

─「伝統木造建築」の考え方・技術
─特性の把握─要素技術の活用と発展→ 日本における木構造の礎→ 歴史的木造建築の保存や復元→ 歴史的木造建築を生きた技術に

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福井城御廊下橋
福井県福井市 2008年

屋根付木橋の復元
設計監理：国京克巳／建築設計工房
構造設計：増田建築構造事務所

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UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-NDあわくら会館・あわくら図書館
岡山県西粟倉村

工事中

村産材と構造技術を駆使して庁舎と図書館をつくる
設計監理：アルセッド建築研究所
構造設計：山田憲明構造設計事務所

UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

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「丸太材」を活かす

─曲がりや断面・形状のばらつきがあり、加工・組立には高度な大工技能が必要
─長い材が得やすく、断面性能のロスが少ないという力学的な長所
─現代に丸太材をどう活かすか
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UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

カトリック新発田教会（設計：A．レーモンド、1966年竣工）
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上勝町ゼロ・ウェイストセンター
徳島県上勝町 2020年

空間に合わせて形態変化させる
丸太材の構造設計監理：中村拓志＋NAP建築設計事務所
構造設計：山田憲明構造設計事務所

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「ゼロ・ウェイスト宣言」
未来の子供たちにきれいな空気やおいしい水、豊かな大地を継承するため、2020年までに上勝町のゴミをゼロにすることを決意し、上勝町ゴミゼロ（ゼロ・ウェイスト）を宣言します

１ 地球を汚さない人づくりに努めます。
２ ゴミの再利用・再資源化を進め、2020年までに焼却・埋め立て処分をなくす最善の努力をします。
３ 地球環境をよくするため世界中に多くの仲間をつくります！
平成15年9月19日
徳島県勝浦郡上勝町

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UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

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作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

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作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

作者に無断で転載することを禁じる

撮影：藤井浩司（TOREAL）

「大空間」をつくる

─中大規模木造建築の需要の高まり─細く短い木材で実現するための架構や接合部の工夫
─地域の木材や技術をどう活かすか

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昭和電工（大分県立）武道スポーツセンター
大分県大分市2019年

一般スギ製材で70mスパンに挑む
設計監理：石本建築事務所
屋根架構設計：山田憲明構造設計事務所

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撮影：永石写真事務所

武道場

メイン競技場

配置図

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武道場

メイン競技場

2F平面図

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メイン競技場

３つの円筒面を組み合わせた屋根形状

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東西方向断面図

メイン競技場の南北方向断面図

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県産木材供給に係る検討委員会＜検討協議事項＞①設計用材料基準強度（案）②材料発注における特記仕様書（案）③材料発注者の品質管理マニュアル（案）飯島泰男（前秋田県立大学木材高度加工研究所所長）

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幅120㎜ x せい240㎜ x 長さ4000㎜ 大分県産スギ製材
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30
全数

25

試験体数
平均値
標準偏差
変動係数（％）
最小値
最大値

１番玉.

(%)
相対度数

２番玉以上.

20
15

全数
1267
6.31
1.60
25.4
2.90
14.16

１番玉
529
5.33
1.14
21.4
2.90
9.64

２番玉以上
738
7.02
1.52
21.6
3.52
14.16

E20 (From 2.0～less than 2.9 kN/mm2)
E30 (2.9～3.9)， E90 (8.8～9.8)
E40 (3.9～4.9)，
E100(9.8～10.8)
E50 (4.9～5.9)，
E110(10.8～11.8)
E60 (5.9～6.9)，
E120(11.8～12.7)
E70 (6.9～7.8)，
E130(12.7～13.7)
E80 (7.8～8.8)，
E140(13.7～14.7)

10
5
0
E20

E30

E40

E50

E60

E70

E80

E90

E100

E110

E120

動的ヤング係数による等級区分

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E130

E140

70m
100m

ガラスカーテンウォール

メイン競技場2F 平面図

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70m

屋根荷重の伝達方向

100m
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木材サイズと仕様の使い分け

母屋材：区分Ⅳ

上弦材：区分Ⅰ

束材(長材部)：区分Ⅲ
下弦材：区分Ⅱ

束材(一般部)：区分Ⅰ

区分Ⅰ：E4.9～6.4kN/㎟、D20
区分Ⅱ：E6.4～ kN/㎟、D15
区分Ⅲ：E6.4～ kN/㎟、D20
区分Ⅳ：E3.9～5.9kN/㎟、D20

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部材構成と接合部ディテールの課題①大きな圧縮軸力を負担するアーチ形状下弦材の座屈②下弦材同士の圧縮軸力伝達③角度がすべて異なるブレース端部のディテール

ブレース角度は全て異なる
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③丸鋼ブレースの引張軸力→１本の高力ボルト →FB →２本ずつのボルト →下弦材
⇒ディテールの統一①木材をＨ型に束ねる⇒２方向に座屈させにくくする②下弦材同士の圧縮軸力→木口面の支圧⇒ボルト本数を減らす
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下弦材120×240×3材

束材120×240

軸ブレースM20

連結プレートPL-9×100×2列

高力ボルト1-M20

中ボルト2-M20

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架構全体の解析モデル
Analytical model of the entire building

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撮影：永石写真事務所

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UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND

UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND山田憲明(著)『ヤマダの木構造（建築知識の本 03）』
エクスナレッジ、2017年

UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND山田憲明(著), 多田脩二(著)『納まりのしくみを徹底解剖 構造ディテール図集』
株式会社オーム社、2016年

UTokyo Online Education 歴史的建築工学 2020 山田 憲明 CC BY-NC-ND