パネル展示

既存木造建築物における木質部材の健全性診断法の開発

材料研究グループ主任研究員
山口- 101 -修由ＢＲＩ－Ｈ２１講演会テキスト

既存木造建築物における木質部位の健全性診断法の開発
材料研究グループ 主任研究員

山口 修由

Ⅰ はじめに0 .50補強）等においては、既存木質部位の強度低下の推定や、部0 .45

材交換の必要性を判断するなどの、木質部位・部材の健全性

0 .40
平均 引抜 強度 ( k N )既存木造建築物の耐震診断や各種改修（リフォーム・耐震を判定する必要がある。既存木造建築物中の既存木質部材に対して、これらの部材を取り出さずに既存建築物の中で、健全性を診断できる技術を開発することが、本研究の目的であ

y = 2.24x - 0.559
2
R = 0.467

0 .35
0 .30
0 .25

る。本研究では、健全性を評価するための指標として、木ね0 .20

じプローブの引抜強度を用いる方法を提案している。木ねじ

0 .15プローブの引抜強度と、試験体の木材密度・曲げ強度との関0 .10係を解析し、これらを使った、簡易もしくは詳細な判定法のy = 1.931x - 0.447
2R = 0.557

0.350.370.39

健全材
劣化材
近似式（健全材）
近似式（劣化材）

0.4 10 .430.45

密 度 (g /cm 3)

可能性について報告する。

図１. 引抜強度と密度の関係60
y = 127.9x - 7.754
R2 = 0.492

健全材

Ⅱ 引抜強度と木材密度の関係を用いた簡易な判定法

劣化材

50

Ⅱ-1 密度との関係

長期許容応力度

曲げ応力度 (N/mm2)

短期許容応力度

木ねじの引抜強度は、ネジ長さと直径と樹種の比重に相関性が高いことが知られている(Fairchild 1926)。木ねじの引抜強度の計算式（木質構造設計規準など）は、この関係に基づいて定められている。
“木ねじプローブ（径 3.1、ねじ部長30

近似式（劣化材）

y = 249.7x - 72.89
R2 = 0.613

スギ 短期2010さ 5mm）”の平均引抜強度（深さ方向の平均値）と、各試験体

スギ 長期の密度（含水率 12%時に換算）の関係を図１に示す。図１に00.35

よると、健全材（欠点の少ない新材）と劣化材（15 年間屋外0.370.39

0.410.430.45

密度 (g/cm3)

で暴露した材）のいずれの場合も、平均引抜強度は木材密度と相関性があり、相関係数は 0.68～0.74 程度であった。

近似式（健全材）

40

図２． 密度と曲げ応力度の関係

Ⅱ-3 密度との関係を用いた簡易な判定法

Ⅱ-2 密度と曲げ強度の関係

腐朽した木材に関して、木材密度の低下と曲げ強度の低下

木質構造設計規準では、木材の曲げ強度は、樹種ごとに定には、相関性があることが報告されている。1) 従って、樹められている。樹種と比重（密度）の関係は相関性があるた

種ごとに木材の密度にクライテリアを設定し、対応する木ね

め、木材の曲げ強度は、密度と相関性があることが知られてじプローブの平均引抜強度を閾値とすることによって、部材いる。曲げ強度実験の結果を、密度（含水率 12%時に換算）交換の必要性を判断するための、簡易な部材交換判定法とすと曲げ強度（応力度）の関係に整理した結果を図２に示す。

ることが考えられる。

図２によると、健全材と劣化材のそれぞれにおいて、密度は曲げ強度（応力度）と相関性があり、相関係数は 0.7 と 0.78

Ⅲ 引抜強度の分布を用いた詳細な判定法程度であった。

Ⅲ-1 健全材の引抜強度分布と個別分布モデル
健全材の引抜強度分布（部材断面内）の例を図３中の○●- 101 -

□■で、これらの測定点の平均値を破線で、これらを近似す度）の関係を示す。重み付き平均充足率が 1.0 以下となったる（個別）分布モデルの曲線を細実線で示す。分布モデルの部材 X1-⑤の曲げ強度は、設計用の短期許容応力度（スギ）曲線は、1)式に示す曲げ部材のせん断応力度分布の式を、2)以下であるなど、引抜強度の重み付き平均充足率は、曲げ強式に変形して用いた。a と b は、分布モデルの曲線形状を設度とおおむね対応する傾向を示した。
これらの研究成果より、定するための係数で，実験結果を近似するように設定する。

引抜強度の充足率を用いた木質部材の健全性を判定方法を提案した。

Q h22I 4xa 2bb3xmaxab【参考】1, T. Hayashi, .etc, Outdoor exposure tests of・・・・・・・1）

2

Y

structural laminated veneer lumber (II):evaluation of the2yy0

strength properties after nine years, The Japan Wood・・・・・・・2）

Research Society 2005, Vol.51・・・・・・・3）3232

y=y0 の場合、3)式の関係が成り立つ。
Ⅲ-2 平均分布・全体平均分布モデルと健全性検定用分布モデル
各試験体毎の個別分布モデルを密度別（H、M、L）に平均した平均分布モデル、密度別のモデルを統24
圧縮側・支点外0120

圧縮側・支点外0216

引張側・支点内0112

引張側・支点内028

平均値

4個別分布モデル0.20.40.60.8

際に劣化している場合）に示す。図５では、いず部材の引抜強度の比を、断面内充足率の分布として図７に示す。X1-⑤の部材では、断面内充足率が１.0 以下の部分が大きな範囲で生じており、この部材は劣化した部分の範囲が大きいと判定できる。
図８に引抜強度の重み付き平均充足率（材の中心からの距離の 2 乗で重み付け）と曲げ強度（応力0.60.8145

圧縮側0135圧縮側0230
引張側012520

引張側0215平均値
健全材の全体平均分布モデ
ル
健全性検定用分布モデル

105X1-⑤4035

圧縮側0130

圧縮側0225

引張側0120

引張側0215平均値

10

健全材の全体平均分布モデル
健全性検定用分布モデル

5000.20.40.60.801

引抜強度（kN）

0.20.40.60.81

引抜強度（kN）

図５，劣化材の引抜強度の分布の例と健全性検定用分布モデルの比較

位置（梁背を基準） 上：圧縮側，下：引張り側用分布モデルの引抜強度（閾値）に対する、劣化0.4

図４，健全材の平均分布モデル・全体平均分布モデルと健全性検定用分布モデル

X4-②度が不足していた。
部材断面内の各測定位置における、健全性検定

0.2

図３，健全材の引抜強度の分布と個別分布モデルの例 (0.41<Dens.>0.43)

40

引抜強度を満足したが、図６では、一部で引抜強Ⅲ-4 引抜強度の充足率を用いた判定法

8

引抜強度（kN）

0れの位置の引抜強度も健全性検定用分布モデルの健全材の全体平均分布モデル
健全性検定用分布モデル

120

位置（梁背を基準） 上：圧縮側、下：引張り側

るが，実際は健全である場合）と図６（部材が実1-L (Dens.<0.41)

引抜強度（kN）

図６，劣化材の引抜強度の分布の例と健全性検定用分布モデルの比較

451.6

401.440
引抜強度の重み付き平均充足率

デルを重ねた事例を図５（外見上，劣化材に見え位置（梁背を基準） 上：圧縮側、下：引張り側

劣化材の引抜強度の分布に健全性検討用分布モ

1-M (0.41<D>0.43)16

145度の比較

1-H (Dens.>0.43)

2000と健全性判定用低減率（=0.6）の積を、健全性検Ⅲ-3 健全性検定用分布モデルと劣化材の引抜強2440合した全体平均分布モデル、全体平均分布モデル
定用分布モデルとして図４に示す。

28353025X1-⑤20X5-③X2-⑤1510X0-①5X4-②X0-④351.230
1.0
250.8
200.6
150.4

引抜強度の重み付き平均充足率
検定用分布モデルの引抜強度

0.2

曲げ応力度（実験値）

0.00.51.0

1.52.0断面内充足率

図７，劣化材の断面内充足率の分布- 102 -5スギの短期許容曲げ応力度

閾値00.0102.50X1-⑤ X5-⑨ X2-⑤ X0-① X0-④ X4-②
試験体名

図８，引抜強度の重み付き平均充足率と曲げ強度（応力度）との関係

曲げ応力度(N/mm2)

置（座標）、y0 は部材の中心位置（座標）を示す。

28

位置（梁背を基準） 上：圧縮側、下：引張り側

また、x は引抜強度、y は部材断面内の引抜測定位

位置（梁背を基準） 上：圧縮側、下：引張り側

1-M-2