伝統的構法⽊造建築物のための耐震設計法・耐震補強設計法

⽴命館⼤学 ⾐笠総合研究機構
鈴⽊祥之

歴史都市防災研究所

構⼯法による違い ⽊造⼀般（在来⼯法）と伝統構法
伝統的構法と建築基準法で仕様規定されている在来⼯法（⽊造⼀般）との違いを⽰す。

在来⼯法（⽊造⼀般）

伝統的構法

建築基準法の仕様規定による

建築基準法に明記されていない

法制度
柱脚部

基礎・土台・柱脚を金物で緊結 石場建て（柱脚を緊結しない）も多い

接合部

主要な柱と横架材の接合部を 仕口・継手接合部は、「木組み」でつく金物補強する
り、金物は用いない

構造要素 筋かいや構造合板、石膏ボー 主要な構造要素は土壁や板壁の全面⽊材設計

ドなどを用いる
集成材など木質系工業製品も多く使う
壁量計算

壁・小壁（垂れ壁、腰壁）、仕口接合部
無垢材や製材など天然乾燥材を多く使う
限界耐力計算■ ⽊造（在来⼯法）の仕様規定を守れば、伝統構法ではなくなる。
⽊造の仕様規定を適⽤除外することができる限界耐⼒計算を⽤いて、伝統構法の設計、確認申請が合法的になされている。

伝統的構法と現代的工法と変形性能の違い
水平力

現代的工法（在来工法、枠組壁工法）

小破 中破・大破 倒壊

木造建築物は、建て方によって、地震に耐えるメカニズムが異なる。
耐震性能を発揮するメカニズムが異なる。

伝統的構法
軽微
0

1/120

1/60

小破

中破
1/30

層間変形角(rad)

大破
1/20

倒壊
1/15

注．地震による被害損傷は参考

伝統的構法の設計では、この大きな変形性能を活かすことが重要
限界耐力計算による設計では、安全限界層間変形角は概ね1/30～1/20radに設定。

建築基準法改正（2000年施行）での構造計算規定の枠組仕様規定から性能規定に移行し、性能規定型の限界耐力計算が導入される第４号建築物No

構造計算は不要

階数≦2, 延べ面積≦500㎡，かつ高さ≦13ｍ, 軒高≦9ｍ

Yes

令46条2項ハの適用第一号 特殊建築物で床面積の合計が100ｍを超える
第二号 木造3階以上
or 述べ床500㎡を超える
or 高さ13m もしくは軒高9m を超える第三号 木造以外2階以上
or 述べ床200㎡超Yes

構造計算が必要No

木造仕様規定第３章第３節（令40～42条、46条）

壁量計算（令46条）

許容応力度等計算（令82条の2～82 条の5）

何れかの構造計算方法を選択する（超高層建物は令81条の2のみ選択可能）

限界耐力計算時刻歴応答解析（令82条の6）（令81条の2）

2000年改正で導入された限界耐力計算は、仕様規定を適用除外でき、伝統構法木造建築物も合法的に設計、確認申請が可能となった。

伝統構法の復権・復活へ構造計算規定の枠組
建築基準法改正：2000年施行第四号建築物

階数≦2,延べ面積≦500㎡，かつ高さ≦13ｍ,軒高≦9ｍ

2005年の耐震偽造事件によって改正され、確認申請・審査が厳格化される

第一号・第二号・第三号建築物

構造計算は不要
令46条2項ハの適用

構造計算が必要Yes

構造基準の適用 （法20条各号に応じて）（第３節木造）No
壁量計算

許容応力度等計算

保有耐力計算限界耐力計算

時刻歴
応答解析

令46条

令82条

令82条の３

令82条の５

法第20条

構造計算適合性判定（適判）

大臣認定

限界耐⼒計算による設計では、⼩規模の住宅でも適判による審査が義務づけられるなど審査が厳格化され、伝統的構法の確認申請や⼯事着⼯件数は著しく減少するなど難しい状況に置かれることとなった。

伝統構法の危機的状況に

伝統構法の危機的状況の打開■ 伝統的構法の設計法作成及び性能検証実験検討委員会
このような状況を踏まえて、『石場建て』を含む伝統的構法の設計法を構築するため、2010年4月に国土交通省補助事業として検討委員会が設置された。

■ 構造力学的課題の検討
伝統的構法木造建築物の構築における構造力学的課題を解析的・実験的研究により解明する。

■ 伝統的構法のための設計法の確立
2013年3月には、その成果として伝統的構法ための設計法案の提案を行っている。

■ 実務者のための設計マニュアルの作成「石場建てを含む伝統的構法木造建築物の耐震設計法、耐震補強設計法のマニュアル」を2019年6月に出版した。

限界耐力計算に準拠した設計法の構築における主な課題◆ 設計のクライテリア（規準、規範）
最大変形や損傷の許容値をどのように設定するか◆ 柱脚の滑りを考慮した石場建ての設計
柱脚の滑り量をどのように予測するか◆ 偏心による捩れ振動を考慮した設計
ねじれ変形と偏心をどのように抑制するか◆ １階・2階の剛性・耐力バランスを考慮した設計
１階・2階のバランスをどのように設定するか◆ 設計用データベース
設計用の復元力や特性値をどのようにするか耐震性能の目標と設計のクライテリア●稀に発生する地震（中地震）に対して
構造的な損傷が無く、 使用可能

中地震

損傷限界値 損傷限界層間変形角 1/120～1/90rad●極めて稀に発生する地震（大地震）に対して
ある程度の損傷はやむを得ない
補修により再使用可能とする
安全限界値

安全限界層間変形角

大地震
1/30～1/20rad●基準法を超える地震（巨大地震）に対して
 建物は崩壊しない 人命の保護

巨大地震

直接、設計の対象としないが、設計のバックデータとして検討する。
崩壊限界値 崩壊限界層間変形角 1/20～1/15rad
部分的な最大変形 1/10rad以下

石場建ての柱脚の移動（滑り）石場建ての場合、以下のような質問・疑問が多くある

 柱脚の滑りは、危険か、有利か？
 どのような条件の下で発生するか？
 どのぐらい滑るか？
実際の地震で、どのぐらい滑っているか？

柱脚の移動－地震での事例
2007年能登半島地震で柱脚が移動した寺院

穴水町

柱脚の移動：60～70 mm
柱：180×180mm、基礎：250×250mm

70mm
60mm

250mm

2007年新潟県中越沖地震で土台部分が回転するように移動した祠

土台部分の移動のみで、祠はほとんど損傷を受けていない。
成田山新勝寺 額堂－千葉県成田2011年東北地方太平洋沖地震で柱脚が移動した額堂

約5cmほど移動

2011年東北地方太平洋沖地震で土台部分が移動した板蔵
土台部分の移動のみで、板蔵はほとんど損傷を受けていない

「伝統的構法の設計法作成および性能検証実験」検討委員会

2010年度～2012年度実大振動台実験①試験体 No.１・Ｎo 2 （平屋・石場建て）の実験
石場建ての上部構造物の耐力、地震入力などによって柱脚の滑りが生じる摩擦力や滑り量を検証する。

②試験体 No.３ (2階建て・土台仕様)の実験
水平構面（２階床）の変形や偏心の影響を考慮して、限界耐力計算などで1階・2階の応答や損傷を検証する。

③試験体 No.４ (２階建て・石場建て)の実験
柱脚の滑り、水平構面の変形や偏心の影響を考慮して、応答や損傷を評価できるか、設計のクライテリアを検証する。

④試験体 No.5、6 (部分２階建て・石場建て)の実験
部分2階・下屋付き試験体では、総2階の場合にはない構造力学的な課題を検討する。柱脚部を固定、フリーで柱脚の滑りなど違いを検証する。

No.6

No.5

柱脚の滑り文部科学省「大都市大震災軽減化特別プロジェクト」
2006年度E-ディフェンス－伝統軸組試験体の振動台実験

1000
加速度 [cm/s2 ]切妻屋根試験体S

500

建物桁レベルの加速度
桁レベルの加速度

長辺方向
短辺方向

0-500-1000

滑り量 [cm]

2020

短辺方向

1510-10-5

長辺方向

0-55

加速度 [cm/s2 ]0-150-10

柱約30cm
礎石

-20
1000

5-20

10

柱脚の滑り
柱X1Y1

長辺方向
短辺方向

500

震動台の加速度
架台の加速度

長辺方向
短辺方向

0JMA-Kobe100%-500

入力地震動に対して建物 -10000の応答は増幅していない

短辺方向：818Gal
長辺方向：617Gal
上下方向：332Gal

51015
時間 [秒]

202530石場建ての滑りに対する検討
M2

M1M0２階建て

摩擦力=摩擦係数μ×建物の総重量
建物の総重量 = (M0+M1+M2)G = ΣW

Ｑ２柱脚のせん断力Ｑ0＝M0α0 + 𝑸𝟏

Ｑ１Ｑ0

G : 重力加速度
Q1：1層に作用する最大せん断力
m0：最下階の下半分の質量

一般的な振動系モデルでは、質点系モデル M0は無視されるが、柱脚の滑りでは重要な意味をもつ。

柱脚が滑る条件

摩擦力  柱脚のせん断力

摩擦力（μ× 総重量ΣW）
摩擦係数μ×(M0+M1+M2)G

柱脚のせん断力Ｑ0

M0α0 +𝟏

柱脚の滑りに関する課題と解決
柱脚の滑りは、危険か、有利か？
柱脚が滑れば上部の建物の応答は低減する
特に、巨大地震動では低減効果は大きい

どのような条件の下で滑りが発生するか？
柱脚の滑りの判定法を提案。
滑りが発生するかを判定し、設計法に組み込む

どのぐらい滑るか？
滑り量の近似応答解析法を開発・提案し、滑り量を推定する●稀な地震動（中地震）では滑らない●極めて稀な地震動（大地震）では、最大20cm以下

偏心による捩れ振動

木造建築物では、偏心による捩れ振動により多くの被害が発生している

1995年兵庫県南部地震で捩れ振動により1階が崩壊した建築物

2007 年能登半島地震で大きく傾斜した住宅

 稀に発生する地震動時（損傷限界層間変形角時）および極めて稀に発生する地震動時（安全限界層間変形角時）の二段階で、偏心率が0．15以下となることを確認する。
 偏心率として望ましいとされる0.15以下に設計することは十分可能である。

1層崩壊がなぜ起こるのか

1階と2階の変形バランス

2007年能登半島地震で1層崩壊した木造住宅

2016年熊本地震で1階が崩壊した木造住宅

地震時の変形モード
w2

１・2階のバランスが悪い

u2
Ｑ２

u1

w1

一般に1層の応答変形が2層よりも大きくなる

Ｑ１
２階建て

２質点系モデル

２階建て建物のモデル

一般に、建築計画に合わせて構造計画を行うと2層の耐力が高く、1層の変形が2層よりも大きくなり、1層が崩壊する

１・2階のバランスを良くする

u2u1

地震応答計算によって、各層の応答変形を適正化すること
により、1層の変形を小さくする

限界耐⼒計算に準拠

近似応答計算法2階変形の計算

1階を基準ステップとして2階変形を求める収斂計算
始
1階変形を基準ステップで与える
2階変形初期値も基準ステップ→1,2階の等価剛性の計算
初期値による固有値解析
固有モードから2階変形を計算=繰り返し計算の初期値
2階の等価剛性の計算
固有値解析
固有モードから2階変形を計算
NO

u2
u1

δ2
δ1

γ2

2階変形=δ2-δ1
1階変形＝δ12階変形

1階変形 固有値解析
(基準値)

γ1

固有モードに1次モード 各階変形モード 整合する2階変形
Q2

Q2B
Q2

基準ステップγ2B
計算点γ2Q2A

基準ステップγ2A 計算点γ2を挟む2つの基準ステップのデータからγ2*に対応するQ2を求めて等等価剛性
価剛性を計算する。
γ2*
γ2A
γ2
γ2B

2階変形収束かYES
終新変形に対応した復元⼒の内挿計算

19限界耐⼒計算に準拠した 新たな耐震計算法
建築物

限界耐⼒計算の改良

・各階の諸元m,H・復元⼒データQ-γ

地震⼒

・地震地域係数Z・地盤種別
・加速度応答スペクトルSA
・表層地盤の増幅GS

降伏階確認

・限界せん断⼒係数⽐RCO・降伏階基準ステップ

1質点系
・1,2階モードu2/u1
・等価諸元Mu,Ke,He

等価復元⼒Qe・等価周期Te・等価減衰he・低減率Fh

せん断⼒係数⽐RCO・降伏階の判定
・降伏モードの設計
1,2階モードu2/u1
・収斂計算法・降伏階で刻む・2階降伏モデルの計算
等価減衰he・各階で重みづけ滑り量の計算

滑り限界耐⼒計算
・定式化
・実験との対応

必要性能スペクトルQn

応答計算
・1質点系の応答
・各階の応答,偏⼼割増し各部の計算

・滑り量の計算
・⽔平構⾯､通し柱20伝統的構法木造建築物の定義検討の成果をもとに、伝統的構法の定義は以下とする。

丸太や製材した木材を使用し、木組みを生かした継手･仕口によって組上げた軸組構法である。
構造要素● 壁要素：土塗りや板張の全面壁・小壁● 軸組要素：柱ほぞ・差鴨居・足固め・貫など仕口接合部

壁要素や柱－横架材の仕口接合部は変形性能を担保できる仕様とする。
そのため、本設計法で用いる構造要素は、要素実験で● 変形角1/90radまで構造耐力上主要な部分に耐力低下がなく補修を要する損傷が生じないこと、● また、 1/10radまで繰り返し載荷実験を行い、● 1/15radまで顕著な損傷がなく、急激な耐力低下がないことを確認して使用することとしている。

伝統的構法の設計法の特徴■ 伝統的構法に特有の大きな変形性能を生かす設計法
伝統的構法の大きな変形性能を生かすことは、構造力学的に合理的であり、有効なので、設計法の基本としている。

■ 石場建て－柱脚の水平・上下移動を拘束しない柱脚の滑りを許容する設計法
実務者から強い要望であった「石場建て」が設計できる設計法をしている。

これまでの壁量計算（木造の仕様規定）による設計とは、大きく異なる。

● 入力地震動を明確に規定する● 地震時の各層の応答変形を求める● 石場建て－柱脚の移動・滑りを許容する▲ 振動論をベースにしているので、少し難解

伝統的構法の設計マニュアルを出版
国土交通省補助事業「伝統的構法の設計法作成及び性能検証実験検討委員会」の成果をまとめて、実務者からの要望に応えて、石場建てを含む伝統的構法木造建築物の耐震設計法・耐震補強設計法のマニュアルを刊行。
伝統的構法⽊造建築物設計マニュアル編集委員会

伝統的構法のための⽊造耐震設計法
⽯場建てを含む⽊造建築物の耐震設計・耐震補強マニュアル

学芸出版社
2019年6⽉10⽇

講演会の開催・東京（2019年6⽉15⽇）
・京都（2019年8⽉9⽇）など

今後の取り組み
伝統的構法の設計法や確認申請・審査をより簡便にし、実務者の負担軽減化を図る。

(1) 実務者の負担軽減のため設計手法のさらなる簡便化 実務者に、具体的に新築建築物の耐震設計に、既存建築物の耐震診断、耐震補強設計に使っていただき事例的検証を行う。
 事例検証により、計算の省略化、計算手法の簡便化を図る。

(2) 構造計算適合性判定の除外
 限界耐力計算では、建築物の規模によらず構造計算適合性判定による審査が義務づけられ、多大な負担となっている。
 そこで、4号建築物相当の建築物を構造計算適合性判定の対象から除外するように建築基準法の法改正を求める。

(3) 標準設計法案に基づく簡易な設計法の告示化
簡易な設計法として提案してきた「標準設計法案」を基に、検討を行い伝統的構法の標準設計法としてを告示化する。
この簡易な設計法の対象を4号建築物相当の建築物に制限をすることによって構造計算適合性判定を除外する。