平成 19 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】

Ⅲ 材料研究グループ
Ⅲ－１ 部材・接合部の強度分布を考慮した木造軸組躯体の倒壊シミュレーション法の開発
Development of Collapsing Simulation Method of Timber Frame Structureswith the Strength Distribution of the Components and the Joints.
（研究期間材料研究グループ

中川貴文

Dept. of Building Materials and Components

Takafumi Nakagawa

平成 17～19 年度）

In this report, we carried out collapsing process simulations for real-size wooden houses which were used at the shaking table tests.
By improving our calculating program, modeling of the fracture process and size effect of mortar finished walls was realized. Three
analytical models (High, standard and low) were made in terms of the strength of exterior mortar walls. The simulation results werecompared with the shaking table test. The collapsing process of the numerical simulation of high capacity mortar model was
corresponds well to experiment result. The collapsing process of standard and low capacity mortar model is similar to experimental
result in the small deformation region, but it did not correspond in the large deformation region, and the directions of the collapsing
were different.
［研究目的及び経過］

本報ではモルタル外壁の崩壊挙動を含めた解析モデ

近年の大規模な地震よる既存木造住宅の大きな被害ルを検討し、実験結果との比較を行った。

により、木造住宅の耐震性能が注目されるようになった。

（２）シミュレーションモデル概要

研究においても震動台を用いた木造住宅の実大実験が行

解析対象の試験体を図 1

われるようになり、住宅全体の耐震性能評価が行われるに示した。兵庫県明石市でようになって来ている。一方で、実大実験はコストが大実在した築約 30 年の 6P×

きい為、多くの仕様を実験することは困難であり、地震6P の木造軸組構法 2 階建て時の動的応答挙動を計算機シミュレーションで予測する住宅で、外壁は木ずり下地手法の確立が試みられている。のラスモルタル、内壁は土

本研究では地震時の木造軸組躯体の動的挙動及び、倒塗り壁であった。シミュレ

壊過程を、接合部、部材レベルの構成要素の実験データーションモデルを図 2 に示を入力するだけでシミュレーションできる計算機プログした。

図 1 解析対象試験体

ラムの開発を行った。また、構成要素のパラメータに分布を持たせることによって生じるモデルの倒壊パターンの相違について評価した。
［研究内容］
開発した倒壊解析プログラムの検証のためにE－ディ
フェンス震動台実験で用いられた補強・無補強試験体1)のうち無補強のA棟を解析対象として、倒壊シミュレーションを行った。以下その概要について説明する。

軸組

土壁木ずり

モルタル

［研究結果］（１）解析理論
基本理論として用いた拡張個別要素法は、土木分野で考案されたシミュレーション手法であるが2)、非連続体解析法であるため、大変形・倒壊解析に有効であり、また筆者らのこれまでの研究3) で木造建物の倒壊解析に適用可能であることがわかっている。

図 2 シミュレーションモデル

-5-

平成 19 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】［参考文献］（３）部材・接合部のモデル化

1) 槌本ほか「震動台による既存木造住宅の耐震性能検証実験
その 8」，日本建築学会大会学術講演概要集, C-1, p.381-382(2006)
2) 目黒, 伯野「拡張個別要素法を用いた地震による構造物の崩壊過程のシミュレーション解析」日本建築学会大会学術講演
概要集, C-1, p.763-764 (1991)
3) Nakagawa, Ohta “ Collapsing Process Simulations of Wooden
Houses under Dynamic Loading ” 9th World Conference onTimber Structures, Portland, p.89 (2006)4)（財）日本建築防災協会「木造住宅の耐震診断と補強方法 木造住宅の耐震精密診断と補強方法（改訂版）」
5) 中川ほか「震動台による既存木造住宅の耐震性能検証実験
その 15」日本建築学会大会学術講演概要集, C-1, p.395-396(2006)

柱、横架材、筋かい等の軸組は梁要素を直列に連結してモデル化し、接合部は圧縮・引張、回転のバネ要素でモデル化して、既往の実験結果 4) や要素実験の結果 5)から近似した荷重変位関係をシミュレーションのパラメータとして設定した。
（４）モルタル外壁のモデル化
モルタル外壁は、図 3 に示した通り、柱・梁に釘打ちされた木ずり層（梁要素の集合）と、モルタル層（三角形薄板要素）に分けてモデル化した。モルタルの応力－ひずみ関係はモルタルの強度試験結果を入力パラメータとして用いた（圧縮と引張で耐力が異なる）。このようにモルタル外壁を精緻にモデル化することで、モルタル

梁要素

フレームー木ずり
釘接合部の塗り面積による耐力の寸法効果、ひび割れの発生箇所、剥落の有無等をシミュレーションモデルで検討すること梁要素

梁・桁が可能となる。柱－木ずり接合部、木ずり－ラスモルタ
ル接合部のバネ要素の荷重変位関係は、前年度実施した

木ずり
タッカー釘構面試験体 4) と同仕様の解析モデルに対して、実験と同柱様の加力シミュレーションを実施し、比較することで 3y

木ずり－モルタル接合部つのパラメータを設定した。

x（５）重量の設定・入力地震波

xy

モルタル

三角形薄板要素解析モデル重量は、実験で得られた実績重量を、指針 4)に基づく各階の重量比に従い各要素に配分した。シミュ
フレーム層

レーションに用いた入力地震波は震動台実験で計測され木ずり層

モルタル層図 3 モルタル外壁のモデル化た加振波（JR 鷹取 3 次元入力）である。
（６） シミュレーション結果

3

図 4 にシミュレーション結果の 1F 桁行方向層間変位
ち一つは応答変位、倒壊時刻は良好に一致していることが分かる。図 5 にシミュレーションと実験の倒壊過程を層間変位 ( m )を震動台実験と比較して示した。3 つのパラメータのうExperimentHigh Capacity
St andard
Low Capacity

210

比較して示した。モルタル外壁にひび割れが発生し剥落-1する過程が、本シミュレーション手法で追跡可能である05

図4ことが分かった。

Step 1

Step 2

図5

Step 31015
時刻 ( sec. )1F 桁行方向層間変位の比較

Step 4

倒壊過程の比較（上：震動台実験 下：シミュレーション）-6-