木造軸組構法における制振構造の研究―振動台実験に基づく制振装置の性能評価―
木造住宅

制振構造正会員○佐藤利昭＊1

同

井口道雄＊3粘弾性ダンパー

1. はじめに同

真崎雄一＊2部衝撃力（木槌による打撃）による自由振動試験と振動台定既報 1),2) では、木造住宅用に開発した制振装置の性能検証

常加振実験を行った。記録地震波入力試験では、入力波形とを目的に実施した動的繰り返し実験結果について報告した。

して JMA―KOBE NS 成分（1995 年兵庫県南部地震・神戸

本報はその続報で、本制振装置を含む木造軸組架構に対し実海洋気象台記録, 最大加速度 818 gal）を最大速度 25kine 及

記録地震を入力とする振動台実験結果について報告する。

び 50kine に基準化して入力波とした。これらの試験後原波2. 粘弾性制振装置の概要

入力試験（最大速度 92.2 kine）を行った。実験概要を図 3

本装置はダイアモンド型形状の筋違上下部頂点にアクリルに、加速度の入力波形を図 4 に示す。

系粘弾性体を配し、そのエネルギー吸収によって制振効果を計測は、試験体頂部と下部に設置した加速度計の他、試験発揮させる機構である。今回の実験で用いた制振装置の粘弾体頂部と下部梁の水平変位をレーザー変位計で計測した。そ性体部は幅 90mm, 45mm の 2 種類で、鉄板の間にそれぞれの他、部材の軸ひずみ及び粘弾性体部の温度変化も計測した。

2 層および 4 層の粘弾性体を設けており、可動変位はともに本報では主に、加速度計と変位計の計測結果を中心に述べる。

左右 15mm である。
図 1 には制振部の制振金物が示してある。

これらの計測機器の配置を図 3 に示す。
重り ： 4t

以下、この装置を GVA と呼ぶ。
90mm

加速度計45mm

レーザー変位計

耐震要素設置構面

粘弾性体
加振方向

図 1 木造筋違制震装置の概要図

3. 試験体及び実験・計測の概要
3.1 試験体

振動台（円形）実験を行った試験体は、合板及び筋違付 1 層軸組架構に制振装置 GVA を設置したものとしないもの、合計

図 3 実験概要図で 5 体作成した。そのうち、筋違を含む試験体（2 体）と試500

験後に筋違を取り除いた試験体 3 体の架構図を図 2 に示す。

250

試験体の寸法及び部材・金具の基本諸量を同図の表中にまと00める。また各試験体には付加質量として、4t の重りを載せた。

-250

3.2 実験・計測-500

実験は試験体を振動台上に設置した後、頂試験体bace

試験体brace+gva

max : 432.6 [gal]acc. [gal]102030405060time [sec.]

図 4 JMA―KOBE―NS（50kine 基準化波形）

4. 試験結果と考察
図 5〜図 7 には 50kine 入力時の各試験体の層間変位応答と履歴曲線、図 8 には履歴曲線から求めた骨格曲線、表 1 には25kine, 50kine 入力時の最大層間変形角応答の結果を示す。
以下には、各試験体の実験結果について述べる。
(a) 試験体 brace

25kine 入力時には大きな損傷は見られなかったが、50kine 入力時には筋違 2 本が面外に座屈破壊した。
試験体gva

その後急激に剛性低下したが、その様子は図 5 の履歴曲線,部材・金物
柱, 梁 ： 120×120

図 8 の骨格曲線から伺える。さらに、50kine 入力後に破損し

軒桁 ： 120×240

た筋違を取り替えた後、原波入力試験を行ったがすべての筋筋違 ： 45×90違が座屈破壊する結果となった。

仕口補強金物 : HD30, PP230(b) 試験体 brace+gva 25kine, 50kine 入力時の最大層間変

筋違金物 : ニュー皿ビスプレート

形角は、試験体 brace の約 1/3 で、目視での損傷は認められ

試験体高さ

1スパン長

試験体全幅2960mm910mm

2730mm

制振金物設置位置

図 2 各試験体架構図

Performance Evaluation of a Passive Control Device
for Timber House based on Shaking-Table-Test

なかった。（図 6 の履歴曲線, 図 8 の骨格曲線参照）(c) 試験体 gva 試験体 gva の剛性は低いため、50kine 入力時の最大層間変形角は大きくなったが（表 1）、図 7 の履歴ループは安定したものになっている。
SATO Toshiaki MASAKI Yuichi
IGUCHI Michio

本報告では σ = 0.8（中心時刻±2.5sec.）とし、窓関数の移動

表 1 最大層間変形角応答（rad.）
試験体
25kine50kine100disp. [mm]

Brace
1/132
1/33

aBrace+GVA
1/323
1/104はこれの 1/4 とした。図 9〜図 11 に解析結果と解析結果より

GVA
1/84
1/39抽出した各時刻における卓越振動数の結果をあわせて示す。
9bfreq. [Hz]500-504.25 Hz

61012141618202224262830
time [sec.]

4.25 Hz

3.0 Hz3-10040a 区間

load [kN]

40b 区間20-50-20050100
disp. [mm]-100-50-20050100disp. [mm]

図 5 層間変位波形, 履歴曲線（試験体 brace―50kine）

18202224load [kN]

262830time [sec.]-25

load [kN]

3040505.125 Hz

660102030
disp. [mm]-30-20-10-50-250102030
disp. [mm]time [sec.]
00-50a4.63 Hz
3.0 Hz300

図 6 層間変位波形, 履歴曲線（試験体 brace+gva―50kine）

102030405060

図 11 時刻歴の振動数変化（試験体 Brace+GVA−50kine）

図 9 に示す試験体 brace の 25kine の結果より、初期に約b405.3Hz の振動数が最大応答時に 3.0Hz まで低下し、その後 4.30-4020

図 10 時刻歴の振動数変化（試験体 Brace−50kine）

250-10disp. [mm]time [sec.]
10freq. [Hz]50b 区間2580

3.0 Hz1.25 Hz

01660

950-2050

6.25 Hz

freq. [Hz]0a 区間-30403b1430

96-40a20

図 9 時刻歴の振動数変化（試験体 Brace−25kine）

00-4030disp. [mm]20100-10 1012-20-3010200-100time [sec.]

0load [kN]

1012141618202224262830time [sec.]

Hz 近くまで回復する様子が認められる。続く 50kine 入力では図 10 より、初期に約 6.3Hz であった振動数が最大応答時-8040a 区間

load [kN]

40b 区間20-40-20に 1.25Hz となり、試験終了時に 3.0Hz となっている。

200-80load [kN]

これに対し、図 11 に示す試験体 brace+gva では初期に約004080disp. [mm]-80-40-40-2004080disp. [mm]Hz まで回復している。これにより、制振装置 GVA を設置す-40ることで、損傷が抑制されるのと同時に地震終了後の剛性の

図 7 層間変位波形, 履歴曲線（試験体 gva―50kine）
60

brace
brace+gva
gva

load [kN]40

5.1Hz の振動数が最大応答時に 3Hz まで低下し、その後 4.6復帰も大きく、余震に対する安全性の向上が期待される。
6. まとめ本研究では、木造住宅用に開発した制振装置（GVA）の性20能について、実地震記録を入力とする振動台実験による評価

disp. [mm]0050100

150200定した性能を保持し、本制震装置を設置することにより地5. 地震時の建物性状の経時変化
地震時における建物応答性状の経時変化を捉えることは、本震後の余震に対する建物の安全性を検討する上で極めて重要となる。本節では架構の相対加速度応答に対し、ガウス窓を用いたランニングスペクトルを計算し、卓越振動数の経時変化に着目して考察する。窓フーリエ変換は次式で表される。

F (b ,ω ) = ∫∞−∞f ( t ) ⋅ w ( t − b ) ⋅ e− iωt dt(1)式(1)に示す b は、窓関数 w(t)の時間軸に沿った平行移動を表す変数である。またガウス窓は次式のものを採用した。

w (t ) =221⋅ e−t / σ2πσ*1 :（有）MASA 建築構造設計室（元東京理科大学大学院）, 工修*2 :（有）MASA 建築構造設計室*3 : 東京理科大学理工学部, 教授, 工博を行った。得られた成果は以下の通りである。
1) 本制震装置は、筋違が座屈破壊した大変形時においても安図 8 各試験体の骨格曲線(2)

震終了後の剛性復帰が期待できる。
2) 25kine 及び 50kine 入力に対し筋違架構に GVA を設置することで、最大層間変形角応答は約 1/3 に低減した。
−謝辞−
本研究は GVA 友の会関係各位の多大な協力のもとに実施された。
また振動台の使用にあたり電源開発（株）茅ヶ崎研究所より、多くの便宜を戴いた。記して謝意を表します。
−参考文献−
1) 佐藤利昭他：木造軸組構法における制振構造の研究―木造用筋違い制振装置の制振性能評価―, 日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿）, C1 (22044), PP87〜88, 2005.9
2) 佐藤利昭他：木造軸組構法における制振構造の研究―実大試験結果に基づく構造要素特性の抽出―, 日本建築学会大会学術講演
梗概集（関東）, C1 (22154), PP307〜308, 2006.9
Masa Architectural Design Bureau M.Eng.
Masa Architectural Design Bureau
Prof., Tokyo University of Science Dr.Eng.