戸田建設

技術研究報告第37号

渡壁
石岡守正 *1
拓 *1

天井耐震クリップ工法の開発

稲井慎介 *1

概要

近年、体育館などの大空間建物において地震などによる天井脱落被害が数多く発生しており、その耐震対策が検討されている。天井の落下原因については、これまで数多くの研究成果が発表されており、未だ解明されていない部分はあるものの、その被害状況から考察すると、特に天井部材の接合部の破壊に起因するものが多いとされている。
本報告では、低コストで、かつ簡易な施工で天井部材接合部の耐震性能を向上させることができる「天井耐震クリップ工法」の概要と耐震性能の検証実験結果について報告する

Development of Seismic Clip Method of Ceiling
Shinsuke INAI*1 Morimasa WATAKABE*1
Taku ISHIOKA*1

Recently, the building of large space has been dropped ceiling damage occurred, measures that have been studied. The cause ofthe ceiling fall, has announced a number of research results, which is especially due to joint damage. In this report, we introduce aneffective method to reinforce the joint of ceiling.

*1 技術研究所*1
Technical Research Institute8

天井耐震クリップ工法の開発

天井耐震クリップ工法の開発

稲井渡壁
石岡

１．はじめに

震クリップは、クリップのサイズにあわせて、ダブル用、シングル用の 2 種類のサイズがあり、既存のクリップ上からはめ込んで補強する。
写真－ 2 に取り付け方法を示す。既存のクリップの上からはめ込むのみで、溶接やボルトが不要で、取り付けが容易な工法である。

近年、体育館などの大空間建物において地震などによる天井脱落被害が数多く発生しており、その耐震対策が検討されている。天井の落下原因については、これまで数多くの研究成果が発表されており、未だ解明されていない部分はあるものの、その被害状況から考察すると、特に天井部材の接合部の破壊に起因するものが多いとされている。
筆者らも、これまでに天井の落下原因を検証するために種々の実験を実施し、接合部を効果的に補強することが天井の耐震対策において有効であることがわかった。
本報告では、コストや施工性を考慮して新しく開発した「天井耐震クリップ工法」の概要と、静的実験による力学的特性の検証結果、振動台実験による耐震性能の検証結果について報告する。

４．静的実験

4.1 実験概要「天井耐震クリップ工法」の補強効果を検証するため、静的加力実験を実施した。静的加力装置の概要を
写真－ 3 に示す。
加力は、接合部の剛性と耐力のみを評価することを目的に、できるだけ他の部材に変形が生じないようクリップ近傍にハンガーと吊りボルトを設置、野縁受けを引き上げることにより行った。
4.2 実験ケース
実験ケースを表－ 1 に示す。実験パラメータは、クリップの有無の他に、野縁、野縁受け材料が JIS 材と一般材（JIS 規格を満たさない材）、クリップのサイズ（ダブルとシングル）、および掛け方（背掛け、腹掛け、２．天井の被害事例

天井落下被害の一例を写真－ 1 に示す。天井は吊りボルトと野縁受けを残し、野縁と天井が一体で落下しており、この被害は天井接合クリップの破壊に起因することが推測できる。天井落下被害については、必ずしもこのようなケースばかりではないものの、クリップが破壊し、野縁と天井が一体で落下する被害がこの他にも数多くみられる。

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３．耐震クリップの概要

上記のような被害事例をもとに、天井接合部を効果的に補強することを目的に「天井耐震クリップ工法」を開発した。図－ 1 に耐震クリップの概要を示す。耐࠳ࡉ࡞↪

図－ 1㊁✼ߩ㑆߆ࠄᝌ౉

耐震クリップ工法概要

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写真－ 1慎介 *1
守正 *1
拓 *1

天井落下被害の一例

写真－ 2*1 技術研究所8-2

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耐震クリップ取付け手順

戸田建設

第37号

みられなかった。これは、後述するように最終的な破壊が耐震クリップの根元の野縁リップ部（後述写真－4 参照）の塑性化に起因するため、この部分にサイズの違いがないことが原因と考えられる。
一方、腹掛けの場合、耐震クリップなしでは背掛けに比較して剛性が大きく低下するのに対し、耐震クリップを取り付けた場合、背掛けとほぼ同じ剛性、耐力であった。ダブルの耐力が高いのは最終的な破壊が耐震クリップツメの曲げ降伏によるため、クリップ幅の違いが影響したものと考えられる。
次に一般材についてみると、耐震クリップを取り付けた場合、背掛けでは剛性は JIS 材に比較して小さい傾向はあるものの、最大耐力に大きな違いはなかった。
また、腹掛けの場合、耐震クリップを取り付けた場合、取り付けない場合に比較して耐力は 2 倍以上高くなるものの、JIS 材の場合と比較してかなり小さい耐力であった。これは、耐震クリップの最終的な破壊が野縁リップ部の破壊によるため、特に野縁材の厚さの影響を受けやすいことが原因と考えられる。
次に、図－ 4 に両掛けと耐震クリップ（耐震クリップは腹掛け）の荷重と変形の関係の比較を示す。両者はクリップ根元が破壊するまで（図中▼）はほぼ同じ関係であるが、両掛けの場合はその後耐力が上がらず、補強効果は耐震クリップに比して小さいことがわかる。

両掛け）とした。耐震クリップはそれぞれ既存クリップの反対側から取り付けるため、背掛け時は耐震クリップは野縁受け腹側から、腹掛け時は背側から取り付けた（図－ 2）。また、両掛けはクリップを背掛けした後、その上から腹掛けした。
計測は、試験装置により荷重と変形を、ひずみゲージによりクリップと耐震クリップのひずみを計測した。
試験は、それぞれ同条件で 3 回実施した。
4.3 静的実験結果
1）荷重と変形の関係
接合部の荷重と変形の関係を図－ 3 に示す。背掛けの場合、初期剛性は耐震クリップの有無にかかわらずほぼ同じであった（図中の点線）。これは、背掛けのクリップにより剛性が決まり、腹側から掛けた耐震クリップが剛性にあまり寄与していないためと考えられる。JIS 材でみると、耐震クリップなしでは約 700Nで接合部が破壊したのに対し、耐震クリップを取り付けた場合、最大耐力は約 1700N となり接合部耐力が 2倍以上となった（図中の▼）。また、シングル、ダブルとも同程度の耐力であり、サイズの違いはほとんどษࠅࡏ࡞࠻ടജ↪ᴦౕ

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写真－ 3㊁✼ࠢ࡝࠶ࡊ⢛ដߌ

静的実験状況

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1 JIS-WB-N○－－W
B
2 JIS-WF-N○－－W
F
3 JIS-WD○－－W
D
4 JIS-SB-N○－－S
B
5 JIS-SF-N○－－
SF
6 JIS-SD○－－S
D
7 JIS-WB-R○－○
W
B
8 JIS-WF-R○－○W
F
9 JIS-SB-R○－○S
B
10 JIS-SF-R○－○SF
11 GNR-WB-N－○－W
B
12 GNR-WF-N－○－W
F
13 GNR-WD－○－W
D
14 GNR-SB-N－○－S
B
15 GNR-SF-N－○－SF
16 GNR-SD－○－S
D
17 GNR-WB-R－○○
W
B
18 GNR-WF-R－○○
W
F
19 GNR-SB-R－○○
S
B
20 GNR-SF-R－○○SF※ W：ダブルサイズ、S：シングルサイズ、B：背掛け、

F：腹掛け、D：両掛け㪉㪇㪇㪇⠴㔡䉪䊥䉾䊒䈭䈚㪉㪌㪇㪇⠴㔡䉪䊥䉾䊒

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耐震クリップの掛け方㪈㪇㪇㪇㪌㪇㪇㪇

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8-3

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記号

図－ 2

耐震
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番号静的実験ケース

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表－ 1

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荷重と変形の関係

㪉㪇㪉㪌天井耐震クリップ工法の開発

５．振動台実験

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これは、上から被せたクリップはそれほど補強効果がないためと考えられる。
2）クリップのひずみ
図－ 5 にクリップ、耐震クリップの変形とひずみの関係の一例（実験番号 4 と実験番号 9）を荷重とともに示す。クリップは約 1000 μのひずみで降伏していることが確認でき、耐震クリップを取り付けた場合、クリップと逆方向のひずみ（クリップが引張りなので、耐震クリップは圧縮）が生じ、クリップ降伏後も高い靱性を保持していることが確認できた。耐震クリップは約 1500 μのひずみで降伏した。
3）クリップの破壊形状
前述したそれぞれの実験ケースのクリップ、耐震クリップの最終破壊形状を写真－ 4 に示す。写真は JIS
材のダブルクリップのみを示したが、一般材、シングルクリップの破壊形状はおおむね同じであった。
背掛けクリップの場合は、クリップ根元と野縁リップ部から破壊した（写真 1 段目）。前述したようにシングルとダブルで最大耐力に大きな違いがないのはこのためである（根元の仕様はシングルとダブルに差がない）。
腹掛けクリップの場合は、クリップツメが開いて最終的な破壊に至ることがわかった（写真 2 段目）。腹掛けの場合は、クリップツメ部のサイズが大きいダブルの方が耐力が高かった。
次に、耐震クリップあり背掛けの場合は、背掛けのクリップが根元から外れ、耐震クリップは外れないものの、野縁受け材の回転を拘束できずに破壊に至り、耐震クリップが十分な耐震性能を発揮できていなかった（写真 3 段目）。ただし、実際の天井材ではクリップは単独で用いられることはなく、両隣にもクリップがあるので、このような野縁受けが回転する破壊形状を示さないと考えられる。
耐震クリップあり腹掛けの場合、耐震クリップは背掛けとなり、最終的には耐震クリップ根元が破壊した（写真 4 段目）
。このケースが最も高い耐力となった。
最後に両掛けの場合、上から被せたクリップはあまり補強効果がなく、最終的には背掛けと同じ破壊形状となった（写真 5 段目）。

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5.1 実験概要
耐震クリップの耐震性能を検証するための振動台実験を実施した。振動台実験の概要を写真－ 5 に示す。
天井試験体サイズは 2.7m × 5m とし、天井耐震クリップ工法と在来工法の性能を比較するため、それぞれ 4体ずつ計 8 体の天井試験体を作製した。天井材はすべて JIS 材の 19 形とし、天井端部にクリアランスは設けなかった。天井ボードは、9.5mm のプラスタボード 2 枚張りとした。
5.2 試験体と試験ケース
実験ケースと試験体図をそれぞれ表－ 2、図－ 6 に示す。実験パラメータは、耐震クリップの有無の他に、天井の吊り長さと天井形状（フラット、曲面）とした。
吊り長さが 1500mm を超える試験体については、それぞれ振れ止めを設置した。試験体Ⅲの曲面部は一般

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図－ 4

静的実験結果（両掛けとの比較）

図－ 5

クリップの変位とひずみの関係

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写真－ 4

8-4

クリップ、耐震クリップの破壊状況

戸田建設

技術研究報告第37号

向とした。振動台実験で用いた入力波の時刻歴波形（屋根応答加速度の約 1/3）とそのスペクトルを図－ 10、図－ 11 に示す。
5.4 計測計画
計測箇所を図－ 12 に示す。加速度計を 9 ヵ所、変位計を 4 ヵ所にそれぞれ設置した。上下加速度は 9 ヵ所すべてで、水平加速度は天井中央部 3 ヵ所で測定した。また、天井に回転などが生じていないこと確認するため加振直交方向の変位も測定した。また、クリップ、および耐震クリップにひずみゲージを取り付けた。
5.5 試験結果
1）天井の固有振動数
各実験ケースのランダム波入力から求めた天井の固有振動数の一覧を表－ 3 に示す。各ケースとも端部にの施工方法に倣い、クリップを両掛けとした。なお、実験は、実験ケースごとに天井耐震クリップ工法と在来工法による 2 つの試験体を同時加振した。
5.3 入力波
振動台に入力した波は、実際に天井落下被害を受けた体育館を対象とした地震応答解析の結果を用いた。
体育館近傍で観測された地震動を用いて解析を行い、その屋根部の応答結果を振動台に入力した。
図－ 7 にシミュレーション解析モデルを、図－ 8、
図－ 9 にそれぞれ入力地震動、屋根部の応答加速度時刻歴を示す。入力波は建物構造軸にあわせ、NS 方向、EW 方向に座標変換して入力した。入力地震動の加速度は最大で 830gal であるが、屋根部で加速度は大きく増幅し、張間方向で 4800gal、上下方向で 5800galの応答加速度となっていることがわかる。特に水平方向入力による梁中央の上下応答加速度が大きくなっている。振動台実験は張間方向と上下方向を対象としたため、桁行方向の応答加速度は示していない。
振動台性能の上限から 2000gal を超える加速度は再現できないため、実験は水平方向で約 1200gal、上下方向で約 1800gal を最大入力として行った（解析結果の約 1/3 の入力、計測震度 6.3）
。この他、最大入力に対し倍率を 12％、25％、40％、50％、70％と変えて実施した。入力方向は、水平一成分＋上下成分の 2 方ᔕ╵ടㅦᐲ▚಴ὐ 

図－ 7λщьᡮࡇ ICN

解析モデル'9૾Ӽ/CZICNUGE

写真－ 5λщьᡮࡇ ICN

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入力地震動の加速度時刻歴

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試験体番号 吊り長さ（mm） 天井形状
振れ止め
Ⅰ
800
フラットなしⅡ
1500
フラット2対Ⅲ
800 ～ 2400
曲面
局面部 1 対＋水平
Ⅳ
2400
フラット
2 対 2 段＋水平⹜㛎૕Σ

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試験体図

図－ 98-5

屋根部の応答加速度時刻歴

UGE天井耐震クリップ工法の開発を多く含むことから、固有振動数がそれに近い試験体Ⅰの応答が他に比べて大きくなった。天井の最大加速度は、水平方向で 1600gal 程度なのに対し、上下方向では 5000 ～ 8000gal と非常に大きな加速度となった。
在来工法と天井耐震クリップ工法の応答を比較すると、水平方向では大きな違いはないものの、上下方向では後者の方が応答加速度は大きくなっている。これは、天井耐震工法の方が、耐震クリップにより天井接合部をより強固に固定しているため、高振動数成分が伝達されやすく、その影響がより顕著に出たためと考えられる。
図－ 14 に各ケースの上下方向の入力加速度と天井の最大応答加速度の関係を示す。入力加速度が小さい
場合は、在来工法と天井耐震クリップ工法で天井の加速度に大きな差はないものの、入力加速度が大きくなるにしたがい、後者の方が大きな応答加速度となる傾向がみられた。ただし、天井応答加速度と被害状況は直接関係なく、いずれのケースも最大入力時には在来工法の天井は大きな被害を受けたのに対し、天井耐震クリップ工法の天井はほぼ無被害であった（後述 4）
天井の破壊状況参照）。
図－ 15 に天井応答加速度時刻歴から算出したフークリアランスをとっていないため、吊りボルトの長さや天井形状の違いによる固有振動数の差はあまりみられなかった。ただし、試験体Ⅰのみ他の試験体に比較して固有振動数が低かった。この原因の 1 つとしてこの試験体のみ、吊り長さが 800mm と短いため振れ止めを設置していなかったことが影響していると思われる。試験体Ⅰの在来工法と天井耐震クリップ工法の固有振動数を比較すると耐震クリップ工法のそれが水平方向で 50％、上下方向で 80％程度高く、天井耐震クリップ工法の方がより天井接合部を強固に固定していることが確認できる。振れ止めを設置した試験体Ⅱ～Ⅳについては、両者に大きな差はなく、天井の剛性は振れ止めのみでほぼ決まるといえる。
2）天井の応答加速度
図－ 13 に各試験体の最大入力時の天井中央加速度時刻歴を示す。入力波（図－ 11）は 10Hz 以下の成分

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表－ 3
試験体番号

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Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ

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図－ 10

振動台入力波の時刻歴波形

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天井の固有振動数

固有振動数（Hz）
在来工法
耐震クリップ工法
水平上下
水平上下
7.4
10.8
12.1
19.4
15.8
18.2
12.1
19.2
12.9
19.7
12.1
19.1
12.5
18.2
12.8
17.1

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振動台実験に用いた入力波の諸元ᄌ૏⸘⹜㛎૕Σ ᔕ╵ࠬࡍࠢ࠻࡞㧔ゲ㧕ᄤ੗ടㅦᐲ JDO図－ 11

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計測箇所

図－ 138-6

天井応答加速度時刻歴戸田建設⹜㛎૕Σ ࿷᧪Ꮏᴺ⹜㛎૕Σ ᄤ੗⠴㔡ࠢ࡝࠶ࡊᎿᴺ߭ߕߺ㧔ȝ㧕⹜㛎૕Σ ⠴㔡ࠢ࡝࠶ࡊ⹜㛎૕Σ㪏㪇㪇㪇㪍㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇㪉㪇㪇㪇㪈㪇㪇㪇㪇㪏㪇㪇㪇㪍㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇㪉㪇㪇㪇㪇㪌㪇㪇㪈㪇㪇㪇㪈㪌㪇㪇㪉㪇㪇㪇㪈㪉㪇㪇㪇㪏㪇㪇㪇㪍㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇㪉㪇㪇㪇㪈㪇㪇㪇㪈㪌㪇㪇㪍㪇㪇㪇㪋㪇㪇㪇)UHTXHQF\ +])RXULHU6SHFWUXP JDO㨯VHF

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クリップのひずみ時刻歴)UHTXHQF\ +]表－ 4

試験体番号)UHTXHQF\ +]ⅠⅡ)UHTXHQF\ +]

Ⅲ)UHTXHQF\ +]Ⅳ⹜㛎૕Φ

図－ 15

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第37号

4）天井の破壊状況
表－ 4 に各実験ケースにおける最大加振後の天井破壊箇所を、写真－ 6 に各試験体の被害状況を示す。在来工法で天井形状がフラットな試験体Ⅰ、Ⅱ、Ⅳにおいては、中央部の多くのクリップが外れ、天井が大きくたわんだ。試験体Ⅰ、Ⅱを例にクリップ外れ箇所を図－ 17 に示す。クリップは、背掛けは根本が、腹掛けはツメが破壊しており、前述の静的試験と同様な破壊形状であった。これは、クリップが上下動により大きな引張り荷重を受けて破壊したことを示している。天井形状が曲面である試験体Ⅲでは、在来工法天井の曲リエスペクトルを示す。いずれのケースにおいても、天井耐震クリップ工法の方が 10Hz 以上の高振動数成分が卓越していることがわかった。
3）クリップのひずみ
図－ 16 に各実験ケースのクリップひずみの時刻歴を示す。クリップひずみは、測定した複数のゲージの中から最大のひずみを記録した箇所の値を示している。
前述した静的試験においては、クリップひずみが約1000 μで降伏に至ったが、振動台実験においても同様にクリップひずみ 1000 μ程度でクリップが外れる現象が確認できた。天井耐震クリップ工法では、いずれの実験ケースにおいてもクリップ、耐震クリップに生じたひずみは 200 μ程度であり、降伏ひずみまで相当な余裕があることがわかる。クリップ、耐震クリップが外れることはなく、耐震クリップが天井接合部を効果的に補強していることがわかった。

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技術研究報告天井加速度時刻歴のフーリエスペクトル8-7

天井の破壊箇所

被害状況
在来工法
天井耐震クリップ工法
クリップ外れ：
23 ヵ所（38％）
被害なし
ハンガー開き：
5 ヵ所（21％）
クリップ外れ：
22 ヵ所（37％）
被害なし
ハンガー開き：
4 ヵ所（17％）
クリップ外れ：クリップ外れ：
11 ヵ所（15％）
1 ヵ所（1％）
ハンガー開き：ハンガー開き：
なし（0％）なし（0％）
クリップ外れ：
20 ヵ所（33％）
被害なし
ハンガー開き：
5 ヵ所（21％）

天井耐震クリップ工法の開発

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図－ 17⹜㛎૕Τ㧙ᄤ੗⠴㔡ࠢ࡝࠶ࡊᎿᴺ

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クリップ脱落箇所（在来工法）

振動台実験により、その効果を検証した。以下に、得られた成果をまとめて示す。
・耐震クリップの静的耐力は在来天井のクリップの 2倍以上の耐力を有することを確認した。
・クリップの掛け方、サイズ、JIS 材 / 一般材の違いによる接合部の力学的特性を確認した。
・振動台実験では、水平 1.2G、上下 1.8G の入力において、在来工法天井の多数のクリップが破断したのに対し、「天井耐震クリップ工法」はほぼ無被害であり、耐震クリップが優れた耐震性能を有していることを確認した。
・耐震クリップを取り付けた天井は、在来のそれに比較して接合部の固定度が上がることを確認した。

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写真－ 6⹜㛎૕Τ

参考文献

天井の被害状況

1） 防災科学技術研究所 K-NET:http://www.k-net.bosai.
go.jp/
2） 建築研究所：平成 20 年岩手・宮城内陸地震建築物被害調査報告会資料、2008.8.26
3） 脇山善夫他：学校体育館の振動特性調査、その１ 調査の背景と概要、日本建築学会大会学術講演梗概集、B-2、2009.8
4） 飯塚他：地震被害を受けた体育館の天井脱落挙動に関する実験的研究 その 1 ～その 4、日本建築学会大会学術講演梗概集、B-2、2010.9
5） 岩下他：耐震クリップ工法の開発 その 1、その 2、日本建築学会大会学術講演梗概集、B-2、2011.8

面部は両掛けクリップのほとんどが緩んでいたが外れず、両掛けでないフラットな面のクリップのほとんどは外れた。天井耐震クリップ工法の天井では 1 ヵ所のみ耐震クリップが外れたが、その他の被害はなかった。
なお、今回の振動台実験に用いた天井のサイズが2.7m × 5m と比較的小さかったことから、クリップが外れた後も天井落下には至らなかった。

６．まとめ

天井の耐震対策工法として、簡易かつ低コストで補強可能な「天井耐震クリップ工法」を開発、静的実験、

8-8