[特集]中・大規模木造建築物への折板の適用「集成材梁 + タイトフレーム」
強度試験報告一般社団法人 日本金属屋根協会・技術委員会

1. はじめにタイトフレームと木造下地との接合に関し、「鋼板製屋技術の開発」（H29 年度～ H33 年度）をスタート、同総プ

根構法標準 SSR2007」においては、「原則として釘又はねロ内の構造分科会において「折板接合部検討 WG」が設置

じ留めは行わず、必要な強度・剛性を有した溶接可能なされた。同検討 WG では、H1750（働き 500、高さ 160

鋼材をボルトを介して固定する等の方法による。
（中略）

前後のはぜ締め形折板）の流れ長さ 50[m] 程度を想定しなお、ごく小規模な計画の場合で風荷重や温度伸縮の影響た検討及び載荷試験が実施され、その検討の成果として、が小さいと考えられる場合は、タイトフレームを釘又はね集成材の梁とタイトフレームとのねじ留め接合部に関するじで直接接合する工法の採用も可能であると考えられる試験・評価法（案）が日本建築学会にて公表された※ 2。

が、設計用荷重に対し釘又はねじの耐力は充分安全を見込

H30 年度に日本金属屋根協会では、公表された試験・んだ選定をする必要がある」として図１が示されている。

評価法（案）に準拠した載荷試験を実施し、その強度面にしかしながら現実には小規模な計画においては、タイトおける適用可能性について一定の知見が得られたので、こフレーム用ねじ（公称径 6mm 程度）がごく一般に市中流

こに試験の概要を報告する。なお、以下に示す試験結果は通している現状を踏まえ、日本金属屋根協会では H27 年

上述の総プロの技術的な検討において、関連する試験事例に木質梁へのねじ固定の強度試験を実施し、K0920（いわとして参考にされている。

ゆる 88 折板）の流れ長さ 20[m] 程度の計画であれば実運用上問題のない強度を有することが確認されている※ 1。
一方近年、国土交通省は中 ･ 大規模木造建築物の普及促

2. 試験項目と評価方法

進に注力しており、同省・国土技術政策総合研究所では試験項目は折板の熱伸縮を考慮した 10,000 回繰返し

H29 年度から「総合技術開発プロジェクト」テーマとし試験の前後での引張試験とした。引張試験の概念（JISて「新しい木質材料を活用した混構造建築物の設計・施工

A6514 より）を図２に、また折板の熱伸縮を考慮した繰

タイトフレーム

充分厚い鋼板

釘止め

タイトフレーム

ボルト止

溶接梁

梁
a. 悪い例

b. 良い例
図１

1

木造下地材とタイトフレームの接合特集●中・大規模木造建築物への折板の適用「集成材梁+ タイトフレーム」強度試験報告

PP

ボルト
タイトフレーム

DG

D
G

DG

固定ジグ

ダイヤルゲージ
図２

引張試験の概念（JIS A6514 より）

図３

図４

折板の熱伸縮を考慮した繰返しの概念

評価方法の概念

返しの概念を図３に示す。通常、タイトフレームを鉄骨にA6514）に準じた引張試験の評価方法をベースとし、まず溶接固定する場合ではこの繰返し試験は行わない。しかし、繰り返し載荷前の試験体 ( 最低 6 体 ) にて引張り ①最大荷

木質下地の場合では固定ねじの周辺木材の繰返しによる劣重、② 2% 変形時荷重を計測する。次に繰返し載荷後の試化、および強度低下の可能性が懸念されるため、この繰返験体（同様に 6 体）にて同様に①および②を計測し、繰返しの前後で引張試験の結果に差異がないことを確認する

しの前後において大きな差異がないことを確認する。設計こととした。なおここで 10,000 回とは、1 回 / 日× 365

用許容耐力には、①最大荷重に基づく設計用評価値および日 / 年× 30 年≒ 10,000 を想定している。また、試験体② 2% 変形時荷重、のうち小さいほうを採用する。以上のn 数は 6 体以上とした。これは木質材料のバラツキを考慮概念を模式的に図４に示す。

したもので「木質構造設計規準 ･ 同解説 : 日本建築学会」に準じた。
次 に 評 価 方 法 と し て は、 基 本 的 に は SSR2007（JIS

ここで、①最大荷重に基づく設計用評価式について、
前述「折板接合部検討 WG」において次式の評価式（以下、「総プロ評価式 ( 案 )」）が提案されている。

2

ここで、Pa : 許容引抜耐力 (N)、jKd 「木質構造設計規準・同解説」に定める荷重継続期間影響係数（短期は:2.0）、
jKm 「木質構造設計規準・同解説」に定める含水率影響係数（環境区分Ⅱは:0.80）、
Pw : 引張試験で得た基準終局引抜耐力 (N) であり、信頼性水準 75％の 95％下側許容限界値として (2) 式によって得る。

ここで、x : ねじ接合部の引張試験で得た最大荷重の平均値 (N)、s : ねじ接合部の引張試験で得た最大荷重の標本標準偏差 (N)、K : 試験体数に依存する定数（6 体の場合、2.336）

この最大荷重に基づく設計用評価式としては、従来のでは A=10[㎜]（ねじ留め作業上のほぼ最小限界値）からSSR2007 あるいは JIS A6514 においては単純に Pmax. のA=45[㎜]（現行市販タイトクレームの既開口穴位置）まで1/3 としており、これは基本的に鉄骨梁への溶接固定を想をパラメータとした。

定した評価式である。しかし、「総プロ評価式（案）」では木質下地（木質梁）および接合具（木質用ねじ）を図木質下地へのねじ固定であることを鑑み、「木質構造設計６に示す。木質下地（木質梁）の材料は中 ･ 大規模木造規準 ･ 同解説 : 日本建築学会」に準じた形で上記 (1) , (2)建築物を想定した集成材とした。また、接合具（木質用式が提案されている。この評価式には「含水率影響係数」

ねじ）には公称径 8[㎜] の高強度タイプを用いた。現在など木質構造特有のパラメータ要素も組み込まれており、一般的に市中流通しているタイトフレーム用木質ねじはより木質下地に最適化された評価式ということができる。

公称径 6[㎜] 程度のものが多いが、中 ･ 大規模木造建築物への H1750 の適用を考えた場合、公称径 6[㎜] 程度

3. 試 験

では強度不足であることが H27 の試験結果より確認され３.1 試験体るが、下穴なしで打ち込める径であることおよび製造コている。一般にねじ径を大きくするとその強度は上昇すタイトフレームを図５に示す。後述のように図内の A のストの極端な上昇にならないことなどを鑑み、公称径を寸法が 2% 変形時荷重に大きく影響を与える。今回の試験

8[㎜] とした。

ねじ下穴径：2-φ9A
はぜ締め形折板用タイトフレーム（厚さ：2.5、材質：SGHC（JIS G 3302））
山ピッチ 500315.0
20.025.0

図５(45)
タイトフレーム

30.045.0

メーカーでの加工可能範囲

A

10.0

2.5(101)

単位 (㎜)

12.5

3.5(101)(35)

山高さ：1751576
カシメボルト20 （寸法：M10×20.5、材質：SWRCH8A（JIS G 3507-1））

タイトフレームの留め付け位置（A の寸法）現行市販
タイトフレームの既開口穴位置

75

特集●中・大規模木造建築物への折板の適用「集成材梁+ タイトフレーム」強度試験報告

75

325

52.5

325

800
650

接合具
（木下地用タイトフレーム専用ねじ）
呼び径：8（最外径 8.1）
長さ：75
材質：SWCH (JIS G 3507-2)
セレーション
18 等配(6.8)φ83.5±0.5

1050.0
φ16−0.6(φ12)
45°

52.5

105

図６３.2 試験45°3(2.5)

十字穴 3 番0 ゲージ深さ2.0±0.2：3.5 〜 2.9

梁材（同一等級構成構造用集成材）
寸法：105×150×800
強度等級：E65-F255
樹種：スギ
ラミナの等級：L70（３級）
ラミナの積層数：５4.50
4.35
φ8.10
φ7.90

105

穴径：2-φ18+ 2.0
70.0 −1.2+ 2.075.0 −1.2

木質下地 ( 木質梁 ) および接合具 ( 木質ねじ )荷重 P

引張試験の状況を図７に示す。
加力ジグ

DG1 及び DG2アタッチメント

タイトフレーム

17075 95

13055 75
M16 ボルト

接合具

繰返し試験の状況を図８に示す。

梁材

325

650

スライドレール用かさ上げジグ

DG2

DG1

反力台

梁材

45

タイトフレーム

タイトフレーム

512477.5

DG3650800

171.451045(ー)1045(+)

梁材

477.5

533
荷重 P

加力ジグ

荷重 P(+)

スライドレール タイトフレーム

加力ジグ

スライドレール
75
DG3 DG1(ー)スライドレール用かさ上げジグ

DG2

図８

繰返し試験状況

単位 (㎜)

75200

75300

300

スライドレール用かさ上げジグ

1900300

M16 ボルト

300

反力台

300

45200

引張試験状況
加力ジグ
スライドレール
スペーサー 5㎜

図７

反力台32563.5300

DG1〜DG3：電気式変位計
DG1：加力ジグの水平方向変位
DG2：梁材の水平方向変位
DG3：タイトフレームの水平方向変位（注1）：変位の極性は、矢印の向きを正とした。
（注2）：M16ボルトの締め付けトルクは、40N・mとした。

反力台

4３.3 予備引張試験結果
前述タイトフレームの A の寸法をパラメータとした予備図の比較をグラフ２に示す。A=45[mm] では荷重≒ 3[kN]

引張試験の結果を表１に示す。この予備試験の目的は A のあたりから、荷重がほとんど上昇しないまま変形のみが進寸法に対する挙動変化の概要把握であるため、ここでは試行するエリアが存在する。グラフ上に両矢印線で示す。こ験体数は各 1 体としている。最大荷重に着目すると A ののエリアにおける変形進行時のタイトフレームの変形挙動寸法とは無関係に数値にバラツキが見られるが、これは木を図９に示す。①の引き上げ荷重に対し、A=45[mm] では質材料のバラツキである。

②のようにタイトフレーム足元部分が回転変形を起こす。

次に変形 0[mm] → 3.2[mm] までの挙動をグラフ 1 に示

この部分の鋼材断面が全塑性モーメントに達すると理論上す。ここで 3.2[mm] = (160[mm] × 2%) の 2% 変形量であ変形のみが進行する状態となる。ここで③のようにねじ固る。前述木質材料バラツキの影響で若干の逆転はあるもの定位置を移動し A の寸法を小さくしてやると、A の寸法の、A の寸法が長くなるにともない、グラフの傾きが緩やにほぼ比例しながら回転モーメントも減少し、初期剛性上かになる傾向が読み取れる。H1750 の実運用上のタイト昇 ･ 回転変形抑制が可能となる。従来の鉄骨造に対する溶フレーム反力を考慮すると、A=20[mm] 程度であれば十分接固定においては、A ≒ 0[mm] の位置まで溶接を施すたな耐力 ( ≒ 5.00[kN] 程度 ) が期待できることをまずは確認

めこのようなタイトフレーム足元の変形は問題とならないした。

が、木質下地へのねじ留め固定においては、この変形に対さらに、A=10[mm] および A=45[mm] の荷重 - 変形全体

表１の寸法

A5

試験体

最大荷重時

記号

荷重 P（kN） 変位 δ（㎜）H-1750-10 予

13.019.1

して十分に留意する必要があることを確認した。

予備引張試験結果

破壊性状
タイトフレームの変形後、ねじの引抜け含水率（％） 密度 (g/㎤ )12.40.38

H-1750-12.5 予

10.9

15.8

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

11.3

0.38

H-1750-15 予

9.1

14.8

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

11.90.38

H-1750-20 予

13.3

26.2

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.00.39

H-1750-25 予

9.619.7

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

11.40.39

H-1750-30 予

14.1

32.7

タイトフレームの変形後、ねじ頭の破断

11.90.38

H-1750-45 予

13.444.6

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.40.41

特集●中・大規模木造建築物への折板の適用「集成材梁+ タイトフレーム」強度試験報告

荷重 [kN]

3.2[㎜] 変形時の荷重 [kN]
5.75

10㎜

5.57

12.5㎜

5.4015㎜

5.0020㎜
25㎜

4.9830㎜

4.63

45㎜
2.55

変形 [㎜]
グラフ１

変形 0[mm] → 3.2[mm] までの挙動

荷重 [N]※ 3.2㎜ = 2% 変形

荷重 [N]

変形 [㎜]
グラフ２

変形 [㎜]

A=10[mm] および A=45[mm] の荷重 - 変形全体図の比較

荷重 P
加力ジグ
DG1 及び DG2アタッチメント

タイトフレーム

17075 9513055 75
M16 ボルト

接合具

梁材325650
図９325

反力台

両矢印線で示すエリアにおける変形進行時のタイトフレームの変形挙動
6３.4 本試験結果と設計耐力予備試験から得られた知見をベースに本試験 ( 試験体2% 変形時荷重は A=15[mm] から A=45[mm] に向けて一律

n 数 : 6 体 + 繰返し試験 ) を実施した。試験結果および評に低下するため、設計耐力も同様に低下する結果となった。

価結果を表２に示す。当初懸念された 10,000 回繰返しに

ここで、A=45[mm] は 2% 変形時荷重の荷重が極端に低く、よる劣化可能性に関しては、繰返しの前後において引張荷実運用には適さない。実運用上の A の寸法は≦ 20[mm]

重値はほぼ同等であり、繰返しによる影響は確認されなが望ましい。

かった。これは A=15[mm] および A=45[mm] において同以上より、本試験結果および評価方法による実運用上の様の結果であり、A=15[mm] から A=45[mm] の範囲にお設計耐力値は、下記となった。

いては繰返しによる劣化は考慮不要であると考えられるため、A=20[mm] では繰返し後の試験を省略した。また、

・A = 15[mm] : Pdesign = 4.9[kN]

設計耐力 : Pdesign はすべて 2% 変形時荷重によって決まり、・A = 20[mm] : Pdesign = 4.6[kN]

表２ 本試験結果

A = 15㎜

A = 20㎜

A =45㎜[ 参考 ]
最大荷重 /3[kN]

繰返し

最大荷重[kN]

前

12.4

4.1

後

13.1

4.4

前

12.2

4.1

ほぼ同等

後

※振幅± 3㎜

5.2
5.2

ほぼ同等

5.6

後
前

①②
総プロ評価式（案） 2% 変形時荷重[kN][kN]
4.94.8

設計耐力
Pdesign = Min {①②[kN]

ほぼ同等

4.6

4.6

未実施
12.7
12.8

4.2
4.3

ほぼ同等

5.25.6ほぼ同等

2.62.64.9

ほぼ同等

2.6※グラフから目測読取値

4. まとめH27 年より、3 度に渡り「集成材（木造）梁 + タイトフ

・基準風速 38m/s.

レーム」の強度実験を行い、中 ･ 大規木造模建築 ( 葺き長・梁スパン 4,000mm

さ 50m を想定 ) における H1750 折板について、その強度・一般部面における適用可能性に一定の見通しが立った。また、当の条件下では、タイトフレーム負担荷重は≒ 3.8[kN] 程度

初懸念された折板熱伸縮による繰返し挙動に対するタイトとなる。今回の A=20[mm] における実験結果 : タイトフレー

フレーム接合部強度への影響は、（今回の一連の実験条件

ムの設計耐力 4.6[kN] はこれを十分に上まわる。の下では）ほぼないことが確認された。
中 ･ 大規模木造建築物への H1750 折板の適用における

ただし、周辺部および隅角部においては、鉄骨造と同様に追加梁（ピッチ 1/2）が必要となる。

実運用シミュレーション例として、

7・高さ 13m※ 1 http://www.kinzoku-yane.or.jp/technical/pdf/2017-11.pdf , 一般社団法人 日本金属屋根・地表面粗度区分Ⅲ※ 2 日本建築学会大会学術講演梗概集（東北）2018 年 9 月 , 22265-22266, 喜々津仁密 国総研協会 技術委員会
建築研究部 他

特集●中・大規模木造建築物への折板の適用「集成材梁+ タイトフレーム」強度試験報告

表３
試験体
記号

最大荷重時

H-1750-20

破壊性状

番号 荷重 P（kN） 変位 δ（㎜）1H-1750-15

引張試験結果13.6

30.1

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

0.40

2

13.7

30.0

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

11.9

0.42

11.1

22.3

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

13.1

0.41

4

11.6

21.7

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

13.00.405（16.4）（38.0）

タイトフレームの変形後、ねじ頭の破断（12.6）（0.41）

5’

12.6

25.0

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

13.2

0.40

6

11.5

21.7

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.8

0.39

平均

12.4

25.1－

12.7

0.40

1

12.5

28.7

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.8

0.41

2

11.6

25.1

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

13.1

0.41

3

11.4

25.5

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.7

0.404

11.8

28.2

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.7

0.40

5

13.2

29.4

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

13.5

0.40

6

12.6

29.2

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.2

0.41

平均

12.2

27.7－

12.8

0.41

2．試験体記号 H-1750-15-5’ は、試験体記号 H-1750-15-5 の代わりに追加した試験体である。

表４試験体

番号 荷重 P（kN） 変位 δ（㎜）14.228.3）内の値は平均値の算出から除いた。

繰返し後の引張試験結果

最大荷重時
1H-1750-15-A12.23（注）1．試験体記号 H-1750-15-5 は、梁材のねじを留め付けた位置に節があったため参考値とした。また、（記号

含水率（％） 密度 (g/㎤ )破壊性状
タイトフレームの変形後、ねじ頭の破断含水率（％） 密度 (g/㎤ )10.90.422

11.622.6

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.20.41313.3

27.7

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.00.41411.522.6

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.3

0.41515.031.1

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.1

0.40

6

13.1

27.1

タイトフレームの変形後、ねじの引抜け

12.6

0.40

平均13.1

26.6

－

12.0

0.418