工学院大学研究報告第 111 号

氏 名（本 籍）梅森

学 位 の 種 類

博士（工学）

学 位 記 番 号

博乙第 113 号

学位授与の要件

学位規則第 4 条第 2 項

学位授与年月日

平成 23 年 3 月 7 日

学位論文題目

木質断熱複合パネル構法の耐震性能に関する研究

論文審査委員

主査

宮澤健

二副査

久田

嘉章

吉田

倬郎

入江

康隆（宇都宮大学准教授）

河合直人（（独）建築研究所・本学大学院非常勤講師）

平成 23 年 10 月

浩（神奈川県）

論文要旨

合パネル構法の構法的な位置付けを明確にし，用語の定義を行った．そして同パネルに対する既往の研究が少な住宅による環境負荷軽減への対策は避けて通れない

く，特に耐震性能に関する知見が十分でないことを示しテーマとなっている．また，地震国日本では近年，住宅た．また，木質系耐力壁形式構造の耐震性能に係わる主に甚大な被害を及ぼす地震が多発し，東海・南海・連動な研究を把握した．
在来軸組構法には多くの研究があり，型地震の発生も危惧されている．一方，国内の住宅に対明確な躯体構成・仕様に基づく構造設計法の整備がなさする「木造」ニーズは依然として高い．このような背景れているが，論理的整備や今後の課題の存在も認識されの中，木質断熱複合パネルは住宅に対する社会的要求をている．枠組壁工法には従前より詳細な技術基準が存在解決する建築材料の一つであると考えられる．同パネルし，在来軸組構法よりも構法的に画一化されている．そは芯材を発泡ポリスチレン（EPS）等の成形断熱材とし，の設計法は，実大実験による各部挙動の把握等も踏まえその両面に構造用パネル（OSB）等の構造用面材を工場て，系統的な整理がなされている．木質プレハブ工法（木で接着一体化したものである．同パネルを枠組壁工法の質接着複合パネル構法）は，各社特有の仕様による実験

屋根及び外壁に用いることは，断熱性能及び耐震性能の等に基づく研究により一定の耐震性能が示されている．

向上に有効で，且つ施工的にも合理的な手段となる．し

なお本章では，木質断熱複合パネル構法の設計法のベーかし，国内での実績は少なく，耐震性能に関する知見がスとなる枠組壁工法の耐震設計法の概略を示し，最後に十分に整理されている状況にはない．

本論文の全体構成と研究の特徴について述べている．

本論文では同パネルを耐力壁とした構法を木質断熱複「第 2 章木質断熱複合パネル構法の特徴」では，先ず，合パネル構法と定義し，構法的な特徴を明らかにすると構成材となる芯材（EPS）の原材料，製造・管理方法，共に，単体耐力壁の水平加力実験からせん断耐力性能を並びに物性と品質を示した．次に木質断熱複合パネルの定量的に把握し，構法的特徴に起因するせん断耐力の発生産方法と指定建築材料としての要求性能項目を整理

現メカニズムの分析を踏まえ，せん断耐力性能の算定式し，剥離強度と管理方法を明らかにした．更に，同パネを提案する．また，静的及び動的な実大建物実験の結果

ルを建物に適用する場合に必要な各部位のディテールをより，本構法の地震時挙動を把握し，既往の研究による示し，耐力壁と周辺部材との納まりについて詳述した．

他の木質系耐力壁形式構造との比較を踏まえ，その耐震同パネルによる耐力壁面材の木口は床版に最初から接触性能を明らかにすることを目的としている．

した納まりになっており，これを「床勝ち」の納まりと定義した上で，次章以降で示す同耐力壁のせん断耐力性

本論文は，全 7 章で構成されており，各章の概要を以下に示す．

能の発現機構に対して重要な要素であることを示唆した．また，壁の機能として水平荷重抵抗機能と共に重要である鉛直荷重支持性能の概略も示した．

「第 1 章序論」では，背景，研究目的，木質断熱複工学院大学研究報告180「第 3 章耐力壁の水平耐力実験による耐力特性の分「第 4 章

耐力性能評価式の提案」では，木質断熱複析」では，先ず木質断熱複合パネル耐力壁の基本的なせ合パネル耐力壁の面材筋かい効果の発現機構を明らかにん断耐力性状を定量的に把握するための各実験結果よりし，その効果を用いた耐力壁の耐力及び剛性の算定式を以下①〜③を示した．

理論的に導く過程を示した．当該機構の発現は同構法の①

木質断熱複合パネル耐力壁の基本的なせん断耐力性

壁脚部の納まりに起因するところが大きい．面材の回転

能と床勝ちによる効果：床勝ちと壁勝ちの各試験体に伴い，圧縮領域は面材木口が床版にめり込むことによの耐力性状の差を定量的に把握し，その差が床勝ちり反力を受け，回転が拘束される．その際面材木口は水による面材の圧縮筋かい効果的な効果であると考え平方向に床版から摩擦力を受けるため，面材のめり込みた．同効果は初期段階から現れ始め，最大荷重時に反力による曲げモーメントと摩擦による曲げモーメント最大値に達し，概ね最大荷重の 0.8 倍の時点まで存の釣合いにより，面材の圧縮筋かい的な効果が算定でき在する．

る．面材木口は床版に対して三角形変位めり込みを生じ壁の周辺状況及び施工状況等による影響として下記

るため，その反力の算定には稲山の算定式を用いる．そ3 点を確認した．の際，受圧材である床版は複数の部材から構成されるた・壁に対する開口部の影響：枠組壁工法構造計算指め，三角形変位めり込み式を適用するためには加圧材と針の開口部による耐力・剛性の低減方法が概ね適受圧材の寸法，及び全面横圧縮ヤング係数のを適切に設用できる．

定する必要があるが，第 3 章の要素実験に基づく等変位②・壁高さの影響：壁高さの減少により初期剛性は上めり込み式での検証結果を踏まえることにより，第 3 章昇するが，耐力は殆ど上昇しない．壁高さが低いで示した床勝ちと壁勝ちの試験体比較実験から得られた場合でも脆性的な破壊は生じず Ds 値は寧ろ下が耐力差を概ね捉えることができることを示した．

る傾向にある．
・面材釘頭部のめり込みの影響：面材釘頭部のめり込みによる耐力性能の低下を定量的に把握すると「第 5 章実大建物の静的性状」では，実大で躯体のみの 3 階建建物の静的水平加力実験の結果に基づき，木共に，その対策についても実験的に確認した．

質断熱複合パネル構法の建物としての静的挙動と耐力性

繰返し加力・初期経験変位・加力速度による影響：状等について確認した結果を示した．平面寸法 7 m× 7 m

試験体数は限られているものの，壁単体実験により，の 3 層立体架構試験体の他，同試験体の外周壁構面及び

これらの影響については既往の研究による枠組壁工中通りの壁構面を想定した各 3 層平面架構試験体の水平法面材耐力壁の性状と概ね同じ傾向があることを確加力も行い，これらの比較から立体的な効果や建物内で認した．の耐力壁の挙動及びせん断力負担について確認している③

続いて本章では，床勝ちによる木質断熱複合パネル耐ことが本研究の特徴の一つである．まず，3 層立体架構

力壁脚部の床版に対する壁面材のめり込み性状について試験体の短期基準せん断耐力 P0 は層間変形角 1/150rad で述べている．めり込みについては稲山の算定式があり広決定され，構造特性係数 Ds は 0.36，等価粘性減衰定数

く用いられているが，合板のめり込み及び全面横圧縮ヤ

heq は 0.1（1/200rad 時）〜0.15（1/30rad 時）であり，こング係数，並びに部材を重ね合わせた部位におけるめりれらが一般の枠組壁工法や在来軸組構法の既往の研究に込み性状については示されていないため，これらに係る示されている範囲に含まれることを確認した．木質断熱要素実験に基づいて考察した．受圧材上段が針葉樹合板複合パネルによる 3 層平面架構試験体の P0 及び終局耐力（厚 18mm），下段が土台 404 材（Hem−Fir）の場合は，Pu は 3.3.2 節の単体耐力壁の結果の累加による推定値にこれらの部材の直列バネによる等価な全面横圧縮ヤング対してそれぞれ 1.47 倍及び 1.68 倍，3 層立体架構試験体係数（Ec90）を求め，受圧材高さ z0 を構成部材の総厚との P0 及び Pu は 3 層平面架構試験体の結果の累加によるすること等により実験結果を安全側で評価する結果が得推定値に対してそれぞれ 1.02 倍及び 1.24 倍であることかられた．また，めり込み式では Ec90 は繊維方向曲げヤン

ら，一般的に知られている実大建物としての余力が確認

グ係数 E0 の 1/50 として良いとされているが，これは受された．前者が平面的（耐力壁面）効果であり，後者が圧材断面の年輪等の入り方等によっても異なるため，適立体架構（箱）効果である．3 層立体架構実験における宜勘案して設定する必要があることを示した．その他，加力方向構面端部に接続する直交壁が，加力全般に渡り床材の支持条件に応じて剛性低下を考慮する方法を示し一体挙動していることも立体架構効果の存在を裏付けてた．

いる．なお，これらの効果は一般の枠組壁工法の設計法

本学において授与された博士論文の要旨181

では既に取り込まれているが，木質断熱複合パネル構法

れる 1/30rad を経験することにより減衰性能が低下するでも同様の考えに基づいた設計が可能であることを示すことを示す実例を得た．

ものである．また，3 層立体架構実験の耐力壁面材せん断ひずみから推定すると，外周壁（木質断熱複合パネル「第 7 章総括」では，本論文を次のようにまとめた．

耐力壁）と中通り壁（面材耐力壁）のせん断力の負担割

木質断熱複合パネル耐力壁の床勝ちによる面材筋かい効合は，3 層平面架構実験から得られた各耐力性能の比と果によるせん断耐力性能を実験から定量的に捉え，同効終局に到るまで概ね一致しており，建物内での耐力壁の果の発現機構を分析し，耐力性能の算定方法を提案した．

せん断耐力加算則が成り立つことも示した．

また，単体壁実験並びに実大建物実験等の結果から木質断熱複合パネル構法の耐力性能の特徴を述べると共に，「第 6 章立体架構の動的挙動」では，平面形状が 4 m

建物の全体的な挙動としては，既往の研究による一般の× 6 m の総 2 階の躯体のみで外周壁長さを同一とした 4耐力壁構造の性状を概ね同じ傾向にあることを示した．

種類の試験体に対して JMA 神戸波及び BCJ 波による振最後に，これまで実施した実大建物の実験結果の中に存動台実験を行い，木質断熱複合パネル構法の動的な基本在するデータを基に，木質系耐力壁形式構造という括り性状を把握した．なお，3 方向加振はどの方向の加振がにおいて，既往の研究を踏まえた系統的な整理を進める建物の各部にどのように影響したかの把握を難しくすることを今後の課題として示した．

ため，1 方向加振の結果を中心に論じているところに本論文審査要旨研究の特徴がある．本実験から，木質断熱複合パネル構法に対する応答値，動的挙動，損傷状況，固有振動数・梅森浩君提出の（論文）博士学位請求論文「木質断熱減衰定数の推移，heq 等のデータを得た．BCJ 波加振で複合パネル構法の耐震性能に関する研究」は，厚さ92mm得られた 1 階の層間変形角は，3.3.2 節の単体耐力壁の実の発泡ポリスチレンの面材を芯材として裏表に面材（構験結果から推定した層間変形角の 1/1.5 程度となる等の造用パネル，11mm）を接着して耐力壁とした，特殊なことから，木質断熱複合パネルにおいても枠組面材壁と木質住宅の耐震性に関する研究である．木質系面材を利同程度に動的な加力に対する余力が確認された．木質断用したものとして，枠組壁工法があるが，枠組壁工法は熱複合パネル及び合板張り枠組壁による試験体では，耐面材（構造用合板や構造用パネル）の周辺を枠材に釘打力余裕率と最大層間変形角の関係において概ね予想通りちすることで水平抵抗することとしているが，断熱複合の結果が認められたが，両面せっこうボード張りのみでパネル構法は周辺を釘打ちしていることは同じである

構成された試験体は耐力余裕率による想定以上に変形がが，面材の下側木口を床材に，上側木口は製材の桁材に小さいことが確認された．また，外周が木質断熱複合パ直接面接触させている．ポリスチレンは断熱と面材の座ネルの試験体の中通りに両面せっこうボード張り耐力壁屈防止に寄与している．この構法は 1930 年ころ北米でを加えると，それに伴う耐力余裕率の増分以上に建物の開発された．

層間変形角を低減させる傾向が確認された．腰壁の有無

面接触していると，水平力を受けたとき上下の対角部による比較では BCJ 波加振で約 2 割の層間変形角低減効分が面接触し，対角方向に圧縮力が，即ちその水平成分果が認められた．L 型配置の直交壁の有無による比較でである水平抵抗力が生ずる．この抵抗形式は木質構造では，BCJ 波加振で約 2 割，JMA 神戸波加振で約 3 割の層も特殊で，研究の事例が殆どない．

間変形角低減効果が確認されると共に，浮き上がり防止

この構造形式について，接触部分，壁の挙動，平面壁金物の歪データから直交壁が構面壁と一体挙動し構面壁構面，更に立体の構造体の挙動を静加力と振動実験によの浮上り拘束に直交壁の浮上り拘束金物も寄与することり明らかにした上，これらの理論的把握を行っている．

が定量的に確認され，第 5 章の静加力時とも概ね符合す

本研究の成果は，下記 3 点に要約される．

る結果が得られた．木質断熱複合パネルの JMA 神戸波・耐力壁脚部の三角接触めり込み抵抗と耐力壁のモデル

加振による heq は 12〜30％であり，第 5 章で示した静的化を提案し，実挙動を把握できることを示したこと

実験による heq より大きい値となり，速度による影響が・実大実験により直交壁効果を明らかにしたこと確認された．また，木質断熱複合パネル及び枠組面材壁・耐震挙動を各種構法と比較検討し，その性状を示した

共通の現象として，heq は 1/30rad 以上の層間変形角を経こと験した後に低下し，最大層間変形角が大きい程低下率がその研究成果は，木質構造分野に新しい知見を与え，大きいことが確認され，木造の安全限界層間変形角とさ本構法のみならず，同様な構造形式や今後の新しい構法

工学院大学研究報告

182

開発に応用可能である．研究の進め方は緻密かつ実践的7 m で 3 階建て実大住宅の静加力実験を行っている．こで，広範囲な内容を含み，研究の過程とその成果は木質の建物は外周が断熱複合パネル，内壁は両面石膏ボード

系住宅の耐震性評価に，更にこの分野の研究の発展にも耐力壁の各方向 3 構面からなるもので，立体の実験の他貢献するものと思われる．

3 階建て各構面の実験も行い，直交壁効果を算定している．1 階より 2 ，3 階の方が直交壁効果は高く，0.9〜1.5「第 1 章序論」では，本構法の構造的及び法的位置づけ，関連既往研究と本研究の関連性の背景を述べてい倍であることを示している．従来の研究では 1 ，2 階建ての研究であり，貴重なデータと言える．

る．
「第 6 章「第 2 章立体架構の動的挙動」では，各種構法の実木質断熱複合パネル構法の特徴」では，本大 2 階建て振動実験を行い，各種構法の比較及び直交壁構法のポリスチレンとこれで構成される断熱複合パネ効果を検討している．隅角部が直交壁と接続している場

ル，及びこれで構成される住宅構造の構法と力学的特徴

合は，無い場合より，直交壁効果が 2 割程度高いこと，を述べている．

腰壁により 1 〜 2 割剛性や耐力が上がることを示している．実大振動実験で，各種構法や，直交壁，腰壁効果等「第 3 章耐力壁の水平耐力実験による耐力特性の分を明らかにした研究は少なく，貴重な成果である．

析」では，断熱複合パネル単体耐力壁及び開口を含む壁の水平加力実験を行い，その挙動の把握と分析を行って「第 7 章いる．特に脚部めり込みに関して，複雑な部材構成を等断熱複合パネルでは提案モデルが適切であり，今後の同価な 1 つの部材と見なしてめり込み式を適用する方法に様な構法への応用が可能であること，直交壁効果と腰壁ついて要素実験を基に考察し，その妥当性を示している．

効果等，及び各種構法の耐震特性を把握したことを示し

この面接触により耐力壁強度は 2 〜 3 割上昇するが，靭ている．また，より詳細な検討が，今後の課題としてい性は若干低下することを示している．

る．

「第 4 章総括」では，本論文の総括を行っている．

耐力性能評価式の提案」では，耐力壁脚部

尚，国際会議論文投稿 2 編，内 1 編が筆頭で，英語での接触部分めり込み特性を考慮して，耐力壁モデルを提の口頭発表も行っている．本審査でも英語での口頭発表案している．めり込み反力分布を実験と比較検討しモデを行い語学力の判断材料とした．

ルの決定を行ない，耐力壁の性能に占める接触めり込み以上のように，本研究は接触部めり込みによるブレーによるブレース効果と特性を実験と比較し，その評価法

ス抵抗の研究のような新規性，各種構法との比較等研究の妥当性を示している．

範囲の広さ，またこれらの研究の萌芽性，発展性等から判断し，博士（工学）学位請求論文として十分価値のあ「第 5 章実大建物の静的性状」では，平面が 7 m×る内容で，学位授与に値すると判断する．