富林技研報１４２００１8９

スギ柱材の実大圧縮性能
中谷浩*，秦正徳*＊

TheCompressiveResistanceofFulI‑scaIeSugiColumns
HiroshiNAKATANI*，MasanoriHATA＊＊

スギ実大柱の圧縮性能を明らかにすることを目的に，１０５，角，120ｍ角柱それぞれ50本の座屈試験（座屈長305ｃｍ）を行った。結果は以下のように要約される。

１）圧縮最大荷重は105,柱で平均65.4kＮ（27.8〜104.5)，120ｍ柱で平均112.7kＮ(54.7〜197.1)が得られた。最小値と最大値では４倍の違いがあり，ばらつきが大きい。

２）柱の圧縮最大荷重はセッティングの偏りや柱の曲り等の影響を受けており,必ずしも座屈荷重とは言えないが,曲り等の大きな試験体ではサウスウェルの手法を用いて調整するのが効果的と思われる。

３）実測座屈荷重（サウスウェルの方法による調整済み最大荷重）は，オイラー式による計算座屈荷重と高い相関を持ち，105ｍ角柱ではほぼ一致する結果を与える。しかし，120ｍｍ角柱では計算値の90％程度の値を示した。120ｍ角では細長比が88であることから,塑性座屈となったためと考えられる。

４)最大荷重の中には木質構造設計基準に示される短期許容応力度以下のものも現れてくる。

これは試験体に含まれる低ヤング率材が影響していると思われるが､座屈耐力設計手法の検討が必要と思われる。

１．はじめに十分な評価をしておく必要性がある。また，柱の鉛北陸地方のような多雪地域では，積雪荷重が大き直荷重性能については一般にオイラーの式3）の有いために鉛直荷重に対しても構造的な配慮をする必効性が確認されており，柱のヤング率によって大き要があり,在来工法住宅では120ｍ角の柱や大きな梁く影響を受けることが明らかになっている。柱材にせいの材を用いることが多い１)。また，５６豪雪時に多用されているスギ材ではヤング率のばらつきが大は住宅被害も発生しているが，主に軒先のタルキのきく４)，低ヤング率材もあることから柱材の圧縮性

曲げ破壊の例が多く，柱の座屈に関わるような場合能も大きく異なっている可能性が高い。特に，富山は限られている２)。これは，積雪荷重が荷重として県では他県からの移入スギ柱材の利用も多いことかは緩やかに増大するため，梁の携みによる建具の開ら，実大レベルでの柱材の圧縮性能の評価を行うこ

閉困難など，危険性を示す症状が現れてからでも，ととした。柱の圧縮性能については，住宅の中では雪下ろし等の対応が可能であることも関係している。

桁や土台とのめりこみを含めた全体的な圧縮 性能としたがって，現状の経験設計でも大きな問題を生じ柱単体の座屈性能の評価との２点について行ったが，ている訳ではないが，建築基準法改正に伴う性能規

本報では柱単体の座屈性能について報告する。

定化への展開により，柱の小径化や間隔の変化，パネルによる鉛直荷重の負担等の様々な工法へと変化

２．試験方法していく可能性もあり，柱の鉛直荷重性能について試験材は，富山県産スギ105,角50本,１２０，角100＊木材試験場＊＊高岡短期大学

9０本である。乾燥後,縦振動ヤング率を測定した。１２０を測定し，スパン270cm，３等分点４点荷重法でIMlげmm角では縦振動ヤング率により均等に２つのグルーヤング率を測定した。応力レベルは長期許容応力度プに分け，１つは通常の座屈試験，残りはほぞ加工とし，座屈予定方向と同じ方向に負荷した。

を行い桁，土台を取り付けた状態で圧縮試験に供し試験材を上下の座屈治具（ピン接点：座屈長は柱た。本報告で扱う通常の座屈試験では，縦振動ヤン長十25ｃｍとなる）に固定し，実大強度試験機（鷺グ率を測定後，長さを280cmに調整し，曲り，寸法

宮製作所製，圧縮能力1000ｋＮ）で圧縮荷重を負荷､智蝿１口ーして破壊した。接点はピンのため座屈方向は２方向に限定されている。中央部の横変位を巻き取り型変位計（東京測器製：１ｍ）で測定した。圧縮に伴う縦方向の移動雌は無視することとした。試験状況を
写真１に示す。

３．試験結果３．１基礎材質

試験材の基礎材質を表−１に示す。材料のヤング率を見ると，平均で７ＧＰａを超えており，富山県産スギの曲げヤング率としてこれまで報告された値5)からみるとやや高めの数字と考えられる。含水率
は，２０％程度であり，十分な乾燥状態とは言えないが，圧縮性能に臓接的な影響を及ぼすとは思われない。

３．２曲りと荷重一変形曲線

座屈試験では，材料の元携みが圧縮 性能に影響を与えることが指摘されている３)。本実験では，乾燥商後の状態で仕上げ加工を行わないで試験したため，
写真−１座朋試験状況

元携みとしての曲りの影響が考えられる。特に雌近表−１試験材の基礎材質

105mm角（56本）

120mm角（51本）

平均標準侃差最小雄大平均標準偏差簸小岐大材せい（､､）

102.9０．１２１００１０６120.1１．２２１１７123

材ｌ鵬（､,､）

102.9０．１０１００１０５120.4１．５８１１７１２４

比亜０．４６９０．０５４０．３６５０．６６４０．４７０．０６０．３３２０．６２

含水率（％）

２４．４７．０８１３４４．６１９６．０１１０３５

曲り（''１m）

２ １ ． ５ ９ ０ ８ ３ ． ４ ３ ４ ． ２ ６ ０ ２ ８Eｄ（Gpa）

７．０１１．８４３．０７１１．７７６．７５１．５８３．３３１０．３６

Eｂ（Gpa）

７．１４１．７１３．５５１１．４４７．５４１．６８４．５２１１．２６

注） '11り：長さ280cmにおける矢高斌，Ｅｄ：縦振動ヤング率，Ｅｂ：曲げヤング率欝林技研報１４２００１

9１に曲りの大きいＳ8４（曲り２８mm）では初期から相当量の横変位を生じている。このような初期曲りの存

I●⑭L』

S３１1凶０︵ｚ茎︶制胆1【OIO在は，負荷当初から横変位を生じさせ，それに伴う三三一へ
Ｓ7０

曲げ応力により，座屈荷重に達する前に曲げ破壊を、−;
810−

̲生じる結果となる。

湘

かなり特殊な例として，S70に見られるように，4Ｃ当初の横変位と途中で逆方向に座屈するタイプが観斑０察された。このタイプは，負荷当初は曲り（S70では41,m,）の方向に変位が増加するが，途中で逆転すL■‑20０２０４０６０８０１００１２０１４０１６０るもので，材質的な不均質性やセッティングの問題中央横変位（1,,）

が関わっていると考えられるが↑明らかではない。
初期のlMIりと座屈の方向との関係を図−２に示す。

図−１荷重一横変位曲線

領終００２５２０１
５１０５０
４５３３

一般的には曲りを進める方向に座l閥するのが大半だ

が､2〜３mm程度の曲りでは逆方向へ座屈する場合も1051,,.120,m角

３割程度j,１１』られるようである。鮫も大きなもので６mmの曲りで逆方向に座屈したものが認められた。

ロ正隅創屈
回顛J画風

Ⅱ瞳３．３圧縮最大荷重

富山県産スギの実大圧縮性能の分布を図−３に示ロ｜ 雲「 ］ − ‐ ． − ． −０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ ０ １ １ １ ２

初期曲り（ｍ、）す。105,11Ⅲ柱では平均65.4ｋＮ（蚊小27.8〜妓大104.5)，120111m柱では平均112.7kＮ（岐小54.7〜雌大197.1）となり，120mm柱では105111m柱の1.7倍の圧縮

図−２初期曲り方向と座屈方向の関係性能を持っている。しかし，最小値と最大値では４注）正座jllは1111りが進む方向に座屈したもの倍近い性能差があり圧縮性能に大きな違いがあることが示されている。の住宅では大壁内部の柱であっても集成材や釣仕上に

０５２０１５１０５０３２げした寸法精度の高い柱材の使用が多く，表一見られるような曲りはほとんど無いものと考えられに曲りを生じる可能性があるため，実用レベルを超ま幽騒る。しかし，乾燥が不十分な材料の場合は，施工後えるような大きな曲りも存在するが，圧縮性能との関わりを検討することもあり，曲りを許容して試験

105mm柱
Ave:６５．４ｓ。:１６．５､ｉｎ:２７．８
max:１０４．５「n:５６銅1１１ ＩＩI、，，０２０４０６０８０１００１２０１４０１６０１８０２０Ｃした。

圧縮最大荷重ｋＮ，20mm柱の圧縮時の中央横変位と荷重の典型的な2Ｃ

例を図一に示す。元撲みが無く均質な場合は最初

Ave:１１２，７ｓ。:３１．６

ｍｉｎ:５４．７
max:１９７．１

０１５ろに急速に横変位を生じて破壊に至る。現実的には

ざ圏緊に横変位は発生せず，荷重が座屈荷重に近づいたこ

120mm柱1５，２５１

仮に集成材であっても材質的な偏りや試験材セッテング時の偏りをゼロにすることはできないので，０S31程度が曲りの無い状態の試1険に近いものであろうと思われる。Illllりが加わると、S64のように（曲り２mm）初期から横変位を生じつつ最大荷兎に達し以降，荷重が低ドしながら破壊に至る。また，極端IⅡＩ

1,
1、、

０２０４０６０８０１００１２０１４０１６０１８０２００

圧縮最大荷重ｋＮ

図−３スギ柱材の圧縮'性能

9２■

１■

●

150■

ＥＱ︑︑ ︒ × ① ﹄ ◎ ユ

１１１●︵ｚざ圏揮Ｋ咽露出

200５４３２１１250

100０1０２ ０ ３ ０ ４ ０5００．８Ｐｍ時の椀み（ｍ、）5０

図−５最大荷重と実測座屈荷重の関係

００ ２ ４ ６ ８ １ ０ １ ２ １ ４曲げヤング率（ＧＰａ）

この方法を用いた場合の実測座屈荷重の圧縮最大
図−４曲げヤング率と圧縮最大荷重荷重からの増加率（実測座屈荷重／圧縮最大荷重）を圧縮最大荷重の80％時の横変位（横変位の大きな３．４圧縮最大荷重の推定試験材の目安としているにすぎない）との関係とし細長比が100以上の長柱の圧縮耐力の推定には先てみると，同横変位の大きな材ほど増加率が大きくに述べた座屈荷重式の有効性が確認されている。今なることが示されている（図−５)。すなわち，初回の実験では105ｍ角柱は細長比101だが,120ｍ角柱期から横変位を発生するような図−１のS64やＳ８４は細長比88であり，中間柱に属していることから，のタイプではサウスウェルの方法を用いると変化が座屈荷重との関係が異なると考えられる。座屈荷重

大きく，横変位があまり発生せず，突然座屈を始めの推定は，寸法を除けばヤング率のみが関わっているような図−１のS31のタイプでは，圧縮最大荷重ることから，圧縮最大荷重と曲げヤング率の関係をとほとんど変わらない。

図−４に示した。図に見られるように，圧縮最大荷実験座屈荷重(Pcrexp）と計算座屈荷重(Pcrcal）

重はヤング率との相関が極めて高く，十分な精度での関係を図−６に示した｡105,角については計算座推定可能と考えられる。柱長が限定されるような場

屈荷重と一致しており,極めて良好であるが120mm角合，ヤング率計測での強度等級区分による柱の耐力

では傾きは0.9程度に低下している。これは，細長表示も十分可能と思われる。

比100以上ではオイラーの座屈式がよく一致するが，３．５実測座屈荷重

100以下では塑性座屈となり誤差を生じてくるとい

柱の圧縮性能を設計技術の中で扱っていくためにう報告と同様の結果である5)。

は，座屈荷重として取り上げていくのが一般的であ塑性座屈を伴う柱の座屈，いわゆる中間柱の座屈る。しかし，実験で得られている圧縮最大荷重は，250

図−１にみられるように，柱の曲り等の実験条件の０影響が避けられないため，理想的な座屈荷重より小柱の曲りが大きい試験材では，その傾向がより顕著と考えられる。

座屈荷重の実験的な推定方法として圧縮荷重一横︵ｚエ︶︒×⑩﹄︒︒

さな荷重で曲げ破壊していると考えられる。特に，

y=0.890x‑6.6200．
驚一=６1５０100

olO5Im柱ol20nm柱5０

変位曲線から収束する漸近線のｙ座標を求めるサウスウェルの方法が示されている。簡単に述べると荷００

重Ｐと中央横変位６に関して６をｘ座標，６／Ｐを5０100１５０２００２５０

ＰｃｒｃａＩ（ｋＮ）

ｙ座標にとり，この相関直線の傾きｍを求める。１／Ｐｃｒ＝ｍの関係から座屈荷重が求められる3)。以下，この座屈荷重を実測座屈荷重（Pcrexp）とする。

図−６実測座屈荷重と計算値との関係

9３

樹林技研報１４２００１

荷重は実験式で扱われており，木質構造設計基準６１

ないが，曲り等の大きな試験体ではサウスウェルのでも細長比100の時の許容座屈応力と細長比30とし手法を用いて調整するのが効果的と思われる。

た短柱の許容圧縮応力を直線で補間して許容座屈応

３）実測座屈荷重（サウスウェルの方法による調整力が与えられている。短期許容座屈応力は，スギ材

済み最大荷重）は，オイラー式による計算座屈荷重の短期許容圧縮応力度を11.8N/、iとすると，細長比と高い相関を持ち,105ｍ角柱ではほぼ一致する結果１０１，８８に対してそれぞれ3.47,4.96N/miとなる。

を与えるが,120mm角柱では計算値の80％程度の値をこの値を荷重に変換すると，105ｍ柱で38kN，120ｍｍ示した。120ｍ角では細長比が88であることから,塑柱で71kＮが短期許容荷重となる。しかし,今回の実性座屈となったためと考えられる。

験における最大荷重の値は図−３に見られるように，４）最大荷重の中には木質構造設計基準に示される短期許容荷重以下のものが存在している。これは，短期許容応力度以下のものも現れてくる。これは，柱材のヤング率が設計基準時に想定したものより低試験体に含まれる低ヤング率材が影響していると考いことに起因したものと推察され，より実態に即しえられ，座屈耐力設計手法の検討が必要と思われる。

た座屈設計手法が必要と考えられる。
文 献
４．まとめ

スギ柱材の圧縮性能を評価するために，105mm角，120,角の柱各50本の実大圧縮試験を行った｡結果は

1） 中谷浩，大森幹夫「富山県における在来工法住宅の木材使用実態調査｣，富山林技セ研報No.８，p43‑48,1994.

以下のとおりである。

２） 56豪雪状況報告，1981．

１）富山県産スギ柱材の圧縮耐力（座屈長305cm）は，３） 富山県産スギの材質と強度，富山県林業技術セ，角で平均112.7kＮ（最小54.7〜最大197.1）が得られた。最小と最大で４倍近い大きなばらつきを持っている。

ンター，４２p，2000．

１４１５１６１７105ｍ角で平均65.4kＮ（最小27.8〜最大104.5)，１２０

チモシエンコ，材料力学，東京図書，ｐ261,1971．
杉山英男，木構造，彰国社，ｐ79‑93．

木質構造設計基準，日本建築学会1998p194‑199．

２）柱の最大荷重はセッティングの偏りや柱の曲り

改正建築基準法（２年目施行）の解説，建設省等の影響を受けており，必ずしも座屈荷重とは言え住宅局建築指導課，2000.

9４Ｓｕｍｍａｒｙ

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