(有)MASA建築構造設計室 真崎雄一
千葉県事務所協会会議室 2014.9.18
主催
Video start
公益社団法人 千葉県建築士事務所協会
阪神大震災被害シミュレーション1阪神神戸大震災
木造住宅
被害写真
撮影：真崎雄一2

木造耐震講義
始まり 始まり
ものごとの始まりは、観察・推理・理論・実験・考察・工夫・応用
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ものごとの発明・発見には、あらゆることに興味を持ち、緻密な観察、および分析と直感にもとづく創造力が大切である。
分析とは批判と違うものである。
批判は他人よりも己が優れしと考える傲慢性である。
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ロバート・フック「青眼バエ」
ミクログラファフックは、「バネの法則」「細胞」の発見で有名である。
本来の専門は機械学であったが、物理学、天文学、化学、生理学、時計学、建築学、地図学などのあらゆる分野に亘って業績を上げた人物である。

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ロバート・フック

6

ロバート・フック
7発明が、真の発明ほど一般に認められた技術用語で表現することは難しい。そのために、新しい造語を作り出す必要に迫られる。

ジョン・ウォー
レル・キーリィ
海岸を歩きながらたくさんの貝殻を耳に当ててみると、同じ音を発するものは一つとしてなかった。
物質は、ある特定の和音に反応する「和音の集合体」である。

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道端の水溜りが凍ると、氷の芸術に①

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道端の水溜りが凍ると、氷の芸術に②

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道端の水溜りが凍ると、氷の芸術に③

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目も耳もない草が自然のエネルギーに委ねると螺旋的に成長する。

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槍を掲げる天使
そう思って見ると、見えてくる。
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笛を吹く天使14

朽ちた換気扇

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すべてに共通するキーワードは振動数
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17耐震建築の原理
真に強い建物とは18

優しい耐震建築の原理
地震で建物が壊れない丈夫な建物を造るには。
自然は常に変化を嫌い、周囲と調和し、現状を維持し安定しようとする働きがあります。
地震動の動きは自動車の前進，後退の繰り返しに似ています。
常に安定を求める自然はリズム運動に対しても抵抗せずに合わせようとする傾向があります。
建物の場合も同様で建物の持つ反応し易いリズムを持っています。専門用語では建物の固有周期と言います。
建物が地震のリズムに反応する事を共振現象と呼びます。
建物の持つ固有のリズムつまり固有周期は凡そ建物の階数の1/10です。
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優しい耐震建築の原理「力は抵抗するから発生する」
自然原理から言えば建物も地盤のリズムに合わせ揺れることで抵抗を避け、大きな力を受けないようにしているとも言えます。
建物の受ける大きな力は先程述べた変化に抵抗する力つまり慣性力です。
建物を揺する力はエネルギーとして考えるのが正しい見方です。
建物が変形し易い構造であれば慣性力は小さくなります。逆に固くて変形しにくい建物の慣性力は大きくなります。
通常規模の地震であれば、地震が収まるとやがて元に戻り、現状復帰するのは、なぜでしょう？
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優しい耐震建築の原理
永遠に揺れないのは建物に減衰力があるからだ。
「減衰力」は空気と建物の摩擦に加えて、建物基礎と地盤、建物の内外仕上げ材、サッシュ、ドア、家具、什器、お風呂の溜め水、トイレの給水タンク、構造躯体の接合部等々の摩擦による抵抗力と変形で揺れのエネルギーを吸収します。
建物のエネルギー吸収をエネルギー消費と言い換えると建物の消費は建物が壊れること、あるいは損傷でしかありえません。
最近は損傷の身代わりをする大きな減衰を持つ制震ダンパーを挿入する制振構造が増えています。
免震建物はこの原理を取り入れたものです。通常の建物は丈夫にすると言えば、どんな力を受けてもバネのように元に戻る建物を思い浮かべます。しかし地震が衝撃のように1回位であればまだしも数分間続く場合は共振現象が生じて揺れは大きくなるので、バネの考え方だけでは不十分です。
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図で理解するわかり易い
振動、エネルギーの概念と基本理解
22ニュートンとフックの関係式

生涯ライバルであったニュートン、フックをつなげる

A ：加速度ニュートンの力の定義 m ：質量
F mA
k ：バネ定数
フックのバネの法則
F kD

D ：変形
F ：力

ニュートンとフックの運動方程式

mAkD
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振動状態は、⾃動⾞の加速・ブレーキに例えられる。

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完全剛体とは、ひずみがなく応⼒のみである。

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弾性とは元に戻る性質である。
線形弾性とは応⼒とひずみが⽐例する。

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弾塑性とは弾性が降伏点以降、塑性になる状態

降伏点

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⽊造住宅の⾯材使⽤される要素の性能
座屈破壊
構造用合板釘の損傷
片筋違い28

剛塑性とは、摩擦、⼟⽯流や雪崩の現象

29免震は、地震振動と建物を分離する。

住宅では30cm程度の動きを想定。強風対策に注意。

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弾性振動状態。

衝撃的な荷重には原点復帰の効果があるが、共振に注意が必要である。

＋－＋－31非線形の原点指向型であるが、エネルギー吸収はない

非線形弾性体＋－＋－32

粘性体はオイルに代表される。
⾯積はエネルギー吸収量を表す。
＋－＋－33

粘弾性体は、非加硫ゴム・アクリル系樹脂に代表される。

粘性の性質と弾性の性質を持つ。速度・温度の依存性がある。

＋－＋－34

元に戻りつつも⾏きすぎない建物として理想的な形

膨らみを持つ非線形弾性体
荷重＋－＋変位－35

西洋貴族のフェンシングのサーベル
細身の鋼

海賊の使う青竜刀 青銅
日本の侍の日本刀 鋼＋軟鉄
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37

38

各種耐⼒壁のP-δ曲線(静的加⼒)

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直列状態 吊り橋

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並列状態 御神輿41

⼒

並列バネ＝変形⼀定で⼒でバランス

直列バネ＝⼒⼀定で変形でバランス

変 形
エネルギー＝⼒Ｘ変形（⾯積）42建物偏芯とは、並列バネの状態から直列バネの状態になることで、エネルギーの現れ方が変化することである。
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各層直列バネ＋層内直列バネ

変形集中

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仕事(エネルギー)は、力×変形(移動量)45総エネルギー＝運動エネルギー＋位置エネルギー

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47

立方体の体積量を用いたエネルギー概念
力

速度

質量×加速度＝力
質量×速度＝運動量
質量×速度の変化=運動量の変化
速度×時間＝距離(変位） (空間）力×時間＝力積 運動量の変化
力積 (運動量の変化）×速度＝エネルギー
距離 × 力 ＝エネルギー力 × 速度 ＝仕事率
仕事率 × 時間 ＝エネルギー

距離(変位）
時間

エネルギー一定とすると速度が無限に小さく力(重さ）が一定でもエネルギーの消費の時間が長い＝クリープ
作用時間が非常に短いと速度と力(仕事率）が大きくなる＝衝撃力
力が小さくとも時間を短くすると速度が速くなり衝撃力は大きくなる。
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デカルトは「運動する物体の本質は、物体の質量×速度(運動量)である」とし、ライプニッツは「運動する物体の本質は、速度の二乗に比例する量(運動エネルギー)である」とした。
つまり、運動量は速度に依存し、運動エネルギーは速度の二乗に依存するということで、 このことはダランベールによって両者とも成立することが証明されている。

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振動の用語
変位・速度・加速度・エネルギー
振幅・位相(同位相, 逆位相)
剛性・質量・減衰
自由振動・基本(調和)振動・強制振動
定常振動・非定常振動
非減衰振動・減衰振動
固有周期・モード形状
共振・連成振動50

人力加振実験風景

51

52

Video start
加振状況53運動量・力の変換図
mV 22m2

速度最大

加速度最大(変位）運動量＝質量×速度力＝質量×加速度

Xmvmv
慣性速度エネルギー

V2X

質量速度の2乗 力 変形運動エネルギーの大別
慣性速度エネルギー
慣性力エネルギー(復元力エネルギー）

X
Ev
速度mV 22復元力(弾性力)エネルギー

質量速度Er

速度

速度を時間で積分すると変位 (速度×時間＝変位）
質量振動数
加速度

fV
2 XkX 22慣性力エネルギー
Efm2X

変位

変位を時間で微分すると速度54戸建て住宅の重さを想定
エネルギーより見た速度,加速度,変位の換算表
E1mV 221m2

速度VV2LLVL

加速度α

換算変位L

cm/s

km/h

gal

Gcmm501.80

10001.02.50

0.025

100

3.60

1000

1.0

10.00

0.100

エネルギーは、 戸 建て 住 宅 (重さ30tonf、質量:300 N･sec2/cm)を想定した算出値。
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上から横から56螺旋による振動エネルギー概念図57電磁波の伝搬

縦軸：電界(電場)、横軸：磁界(磁場)。光は電磁波の一例である。
別例

縦軸：電圧(力)、横軸：電流(速度)
電流に時間を掛けると電力量(エネルギー消費量)となる。
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エネルギーの釣合い式

EeEnd

Eadd

Ep

Eext

Ee ： 弾性振動エネルギー（運動エネルギー＋弾性歪エネルギー）
End ： 自然減衰（構造減衰）による消費するエネルギー
Eadd ： ダンパーにより吸収するエネルギーE p ： 構造物内部の累積塑性ひずみエネルギー
Eext ： 地震エネルギー⼊⼒
59弾性応答－加速度・速度

加速度

加速度-速度の時刻歴立体図
地震波:JMA-Kobe 5kine規準化
建物：2層建屋-2階(T1=0.3325s)

時刻
速度

60

弾性応答－加速度・変位

加速度

加速度-変位の時刻歴立体図
地震波:JMA-Kobe 5kine規準化
建物：2層建屋-2階(固有周期0.3325sec)

変位61弾性応答－加速度・変位150100加速度

500-50-100-150012345678910678910

時刻
0.4
0.3
0.2
0.1
0
変位 -0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
012345
時刻

150
100

加速
速

50
0-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

-50 0

0.1

0.2

0.3

変位

0.4

-100-15062

弾塑性応答－加速度・速度

加速度

加速度-速度の時刻歴立体図
地震波:JMA-Kobe 50kine規準化
建物：2層建屋-1階(T1=0.3325s)

時刻
速度63

弾塑性応答－加速度・変位
600
400
加速度

2000-200-400 0

1234-600

5678910678910時刻

15105変位

0-5-10-15012345時刻

600400200

加速速0-20-15-10-5-200 0

51015

変位

20-400-600

64東日本大震災による
千葉市高層免震ビル
国内初めての映像
撮影：真崎雄一

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開発・応用実施例(有)MASA建築構造設計室 真崎雄一

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世の中にパーフェクトはありえない。
よりよき技術は、常に改変により、進歩するものである。
私の思考錯誤の過程を説明いたします。
木造の幅1m×高さ3mの空間が、私に行き着くことなき課題を与えてくれます。
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応力解析例 片筋かい68

応力解析例 タスキ筋かいVideo start
タスキ筋違い
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応力解析例 X-Wall

Video start
竹集成
復元力間柱70応力解析例 曲げ負担片筋かいVideo start
竹集成復元
片筋違い71

応力解析例 Wタスキ筋かい72

応力解析例 曲げ負担タスキ筋かい73

応力解析例 曲げ負担K形ブレース① 頭部回転可動74

応力解析例 曲げ負担K形ブレース② 頭部水平逆可動75

実施作品例
GVAテレビ取材
X-Wall販促ビデオ
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GVA (Groud+Vibration+Absorbe) 木造制振構法
木造在来軸組構造２階建て保育園
900m2の１階設置例４０ユニット

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SBD (Soft+Brace+Damper) 柔ブレース鉄骨造制振構法
鉄骨造ラーメン構造 ４階建て6000m2
工場兼事務所 １回設置例１８ユニット

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実施例

金刀比羅神社

掘立木造柱＋制振① 柱の曲げ試験

長さ測定

直径測定

試験体設置概要

試験中（加力側から）試験中（固定側から）

破壊状態

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実施例

金刀比羅神社② 工事写真-1

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実施例

金刀比羅神社③ 工事写真-2柱脚固定方式 伊勢神宮をヒントに

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実施例

金刀比羅神社④ 工事写真-3

地盤改良
地盤改良 ガラスカレット入り土嚢3段敷き

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実施例

森芳工場
工事写真

木造リノベーション
ダンパー挿入例

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実施例

東洋化成本社ビル
鉄骨造4階建て① 基礎・地盤工事

地中梁側面の埋戻しに土嚢2列20段(全体土嚢数20万袋使用)
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実施例

東洋化成本社ビル② 躯体工事柔筋かい制振フレーム

粘弾性ダンパー18基1階に採用

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実施例

レピシエ

鉄骨造平屋建て倉庫① 地盤改良 廃ガラス入り土のう外付けダイアフラム(日立機材)

倉庫土間(ラック倉庫)土嚢採用

厚型ダイヤフラムを採用
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実施例

レピシエ
② 方杖型オイルダンパー (日本初)

油圧ダンパー6基(長さ5m)を採用

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御清聴ありがとうございました。

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