平成 30 年度 大畑財団 研究助成
「慣用釘に制振性能を付与する研究」報告書

令和元年 10 月
第一工業大学

建築デザイン学科教授 吉田競人

１

序

木造住宅の耐震化を向上させるための手段としては、免震装置のほかゴムやオイルを利用したダンパーなどの制震部材を設ける方法が主流であるが、いずれも高価である。これに対し、本研究は釘に制振性能を付与（以下制振釘と称する。）するという新たな発想による住宅の耐震化に関する研究である。上述の装置的なものと異なり、合板を使用する耐震壁はもちろん、雑壁などにも制振性

図2

能を付加させることが可能となり、耐震性能の大幅な向制振釘加力装置概要上が見込める。これまでに行った基礎実験１）では、慣用釘と比較し等価粘性減衰定数は 2,3 回の繰返しにおいても、20%以上と高く地震力を大幅に低減する可能性を示したものの、施工性に難点があった。この点を踏まえ普及に向け施工性能を向上させた形状を開発したのでその実験を行い、制振部材としての可能性の把握を行うことを目的としている。

２制振釘概要これまでの基礎実験 1）において使用した制振釘は釘頭、上部、胴部、脚部および貫入部の 5 つの部位から構成されていた（図１左）。これに対し改良を加えた制振釘は釘頭をなくし上部両側に傾斜を設ける形状としたほか、貫入部を鋭角な V 字型としその両側にエッジを設けることにした。この理由は、制振釘を打撃することにより生じる

写真１ 制振釘加力装置座屈は、貫入の困難さと打撃時の偏心であると考えたことによるものである。このほかの変更点として、早期に81 1 2塑性化しエネルギー吸収を可能とする胴部形状を押し抜き加工を可能とするように、胴部中央にあった開口部の10 5代わりに、両側にくびれを設ける形状とした。

35 5103710547153015(a) 312115123 0 合 板 厚 さ 12φ 2110 04025 055 0ﾟ)ﾟ(b60貫入部42.02.0３釘胴部

上部
4733

脚部

602

貫入部 脚 部

21 5 1 15 2釘胴部

上部1釘頭75φ 2112103 4 3制振釘

図１ 制振釘形状（左：改良前、右：改良後）

図3160

試験体形状

実験概要

試験体加力装置および加力装置写真をそれぞれ図 2 と写に支持 H 鋼に緊結した。なお、本実験においては既報 1)試真 1 に示す。また、試験体形状を図 3 に示す。試験体柱材

験体と異なり、構造用合板と柱材の間にスペーサーは使

断面寸法は 105mm×105mm のスギ、構造用合板は厚さ用しないものとした。加力はアクチュエーターによる正12mm(JAS 規格 2 級)である。構造用合板と柱材の取り付け負交番繰返しとし、加力サイクルは変位制御方式である。

は制振釘による。取付用制振釘本数は裏面表面にそれぞ

変位量は 1mm、3mm、7mm、10mm とし各変位とも 3 サイ

れ 2 か所ずつ、計 4 本で留めている。右側支持端は M20クルの繰返しとした。制振釘形状のパラメータは脚部長

ボルトと鋼板により構造用合板と柱材が移動しないようさ(a)（図１参照）と脚部に設けた貫入部の角度（b）の 2種類とし、それぞれ 2 通りに変化させ計 4 体の試験体を作製し実験を行った。また、試験体一覧は表 1 に示すとおりである。制振釘形状写真を写真 2 に示す。

A1A2
B1B2

表1試験体一覧a(mm)152015b(°)
606045L(mm)475240204545

写真 3a 試験体 A1 変形性状

写真 3b 試験体 A2 変形性状

写真 2 制振釘形状（左から A1,A2,B1,B2）

これら 4 種類の釘を使用し加力試験体を製作する際、特に冶具を使用しなくとも全制振釘は座屈することなく貫入した。このことから、施工性を左右する要素の一つである偏心打撃の防止という点においては、釘頭を無くし頭部両側に設けた勾配の有効性が確認された。また施工時の貫入に関し貫入部刃先角度が鋭角のタイプ A と鈍角

写真 3c 試験体 B1 変形性状のタイプ B を比較すると、タイプ A は一度の打撃で深く貫入できる。一方、タイプ B は貫入速度が遅いものの位置ずれなど起こした時に修正が容易（斜めに入った時などに戻しやすい）という利点を有した。なお釘の材質は
SS400 である。

４実験結果

各試験体の加力終了後の写真を写真 3 に、荷重―変形曲線および等価粘性減衰定数一覧をそれぞれ図 4 と図 5 に掲げる。試験体 4 体ともに変位が 3mm に達すると合板が柱材から浮上り始め、制振釘上部が構造用合板にめり込み始めた。めり込みは変位の増大と共に顕著となり、変写真 3d 試験体 B2 変形性状

等価粘性減衰定数(%)

1サイクル

2サイクル

3サイクル4030201001㎜

図484荷重(kN)

20-2-4-6-5.0

2サイクル

7㎜(A1）
3サイクル

40A2-8-10.0

等価粘性減衰定数一覧
1サイクル

降伏時せん断力全塑性せん断力

等価粘性減衰定数(%)

6

図5(A1）

荷重－変形曲線

3㎜0.0

5.0

10.0

荷重－変形曲線(A2）30201001㎜

3㎜7㎜

図5等価粘性減衰定数一覧(A2）

変位 （mm）

図41サイクル8降伏時せん断力

620-2-4-6-8-10.0-5.00.0

3サイクル

40全塑性時せん断力

B1
等価粘性減衰定数(%)）（荷荷重(kN)

42サイクル

5.0

30
20
1001㎜

3㎜

7㎜

10.0

変位 （mm）

図484(B1）

図5全塑性時せん断力

(B1）

1サイクル

3サイクル

0-2-4-6-5.0

図40.05.0
変位 （mm）

荷重－変形曲線

2サイクル

40B22-8-10.0

等価粘性減衰定数一覧

降伏時せん断力

等価粘性減衰定数(%)

荷重(kN)

6荷重－変形曲線(B2）

10.030201001㎜
図53㎜
等価粘性減衰定数一覧

7㎜
(B2）

位が 10mm に達すると制振釘頭部の合板が抜け、強度が大幅に減少したため試験を終了した。なお、A2、B1、B2 試験体についてはその後も変位を増大したところ変位が 15mm に達すると制振釘胴部下において破断が生じた（写真 3b,c,d 参照）。加力終了時の釘変形は写真 3a の A1
試験体に見られるように胴部下に集中し、制振釘全体の浮上りは多少見られるにとどまった。柱部材上部には制価粘性減衰定数を得るためには、この点を改善する必要があり、今後の課題である。
謝辞

本研究の一部は、平成 30 年度大畑財団研究助成金（慣用釘に制振性能を付与する研究）の提供を受けおこなわれました。また、制振釘の作成に当たり（株）BX カネシンの協力を得ました。ここに謝意を表します。

振釘胴部の変形に伴うめり込みが見られたが、脚部には見られなかった。この挙動も残り三体共に同様であった。 参考文献
最大荷重は A１、A2 共にほぼ等しく約 10ｋN 、B１、B2 は A タイプよりもやや低い 9ｋN となった。いずれも制振釘 4 体分の値である。
図 4 の応力－変形曲線において１サイクルと 2，3 サイクルの挙動が異なる。これは 1 サイクル目に制振釘による合板へのめり込みが生じたためである。一旦めり込みが生じた後の 2，3 サイクルの挙動は同一となる。なお
図 4 中に示す実線と点線はそれぞれ制振釘胴部が降伏に達した時の降伏時せん断力と全塑性となった時のせん断力を示している。実験値が計算値と異なり、下回った原因は、胴部上下が塑性に達する前に合板にめり込みが生じたためである。図 5 の等価粘性減衰定数は図 4 の実験結果を基に下式により算出した結果である。
heq=∆W/(4πW)(1)

ここで、ΔW と W はそれぞれ履歴ループ１サイクルの面積と等価ポテンシャルエネルギーを示す。全試験体とも1 サイクル目は高い値を示し、その後 2，3 サイクルにおける等価粘性減衰定数は、変位が１mm から 7mm の間はほぼ同じ数値を示した。2～3 サイクルにおける A タイプの等価減衰定数は 15%～19%、B タイプは 13%～21%となった。

５結論

施工性能を改善するために新たな形状の制震釘を作成し、4 種類の試験体に対する正負繰り返し加力を行った
結果、以下の知見が得られた。
1) 釘頭を無くし頭部両側に設けた勾配は座屈防止に有効であり、座屈なく打撃することができる。
2) 脚部の長い A タイプが B タイプよりもやや大きい荷重を示した。
3) 等価粘性減衰定数 heq は、2、3 サイクルよりも 1 サイクルが高い値を示し、20%を超える減衰定数を示した。2、3 サイクル時の heq は 1mm から 7mm までの変位に対しほぼ等しい値を示した。A タイプは 15%～19%、B タイプは 13%～21%となった。
4) 本報告において改善を行った新タイプの制振釘は施工性能が改善されたものの、加力の増大に伴い、釘から合板が抜け始めるという現象が見られた。より高い等

1） 船木裕之，吉田競人，西澤秀樹：構造用合板を使用した制震釘の開発，日本建築学会大会学術講演梗概集,
構造 III, pp.563-564, 2015/8