剛性偏心した木造戸建住宅の制振部材による捩れ応答制御と地震応答評価法
東京工業大学 山崎義弘
１．序論な研究として水平構面は剛床仮定が成立するものとした。

近年、木造戸建住宅を対象として、地震時のエネルギー吸２．２ 耐力壁および制振壁の仕様

収能力を高めた制振壁の開発や、性能検証などの研究 1)が活

図 3 に実験に用いた耐力壁と制振壁の仕様を示す。

発に行われている。しかし、これらの研究の多くは、部材を耐力壁は構造用合板を釘で接合したもので、柔側には垂れ平面的に均等に配置した建物を想定することが多い。元来、壁(以下、H)を、剛側と直交方向には全面壁(以下、W)を用い日本の家屋は南面に開口が多く、剛性偏心が生じていることた。制振壁はアクリル系粘弾性ダンパーを付加したもので、を考慮すれば、損傷が集中する開口部に制振部材を設置する

柔側には、開口を設けた方杖型制振壁(以下、VB)を、剛側ことで、より効果的な制振補強が可能であると考えられる。と直交方向には K 型制振壁(以下、VK)を用いた。

本研究は、剛性偏心した木造戸建住宅を制振部材によって２．３ 試験体パラメータ効果的に捩れ応答制御を行う手法を提案することを目的とす

図 4 に試験体一覧を示し、以下に設計意図を述べる。

る。図 1 に提案する手法の概念を示すが、捩れが大きい非制

No.1 は全ての構面が耐力壁で構成された非制振試験体で、振の構造に対して、方杖型ダンパーによる開口部の補強で、剛性偏心の指標である偏心率 Rex = 0.56 である。No.2 は VB剛性と粘性を付加し、捩れを抑制する。提案手法の有効性をを用い、建物の構造的弱点である開口部に剛性と粘性を付加調べるため、1 層の木造戸建住宅を模擬した実大架構に、当した試験体である。質量中心と剛性中心を近付け、さらに柔研究室で開発した制振壁を開口部等の様々な配置で組み込ん側の粘性力によって捩れを効果的に制御する。No.3 は No.2だ計 6 体の試験体の振動台実験を行った。また、紙面の都合の剛側に VK を付加した試験体である。No.4, No.5, No.6 は上割愛するが、制振部材を用いて捩れ応答制御を行なった構錘 （計5箇所に配置）

2730 mm造を対象としたスペクトル応答予測法の提案も行なった。

開口部に損傷が集中(a) 非制振効果的にエネルギーを消散(b) 方杖型ダンパーによる開口部の補強

図 1 本研究で提案する捩れ応答制御手法の概念（(a), (b) はそれぞれ図 4 の試験体 No.1, No.2 で再現）

剛側

1820 mmx柔側

図 2 試験体のセットアップ

２．１ 試験体概要
図 2 に示すように、試験体は短辺(x 方向)が 1820 mm，長開口有り
耐力壁側に剛性中心が偏心した一軸偏心建物であり、x 方向にのみ

y2730 mm

２．木質制振架構捩れ応答実験 -概要-

辺(y 方向)が 2730 mm, 階高が 2730 mm の 1 層で、y 方向正地震入力地震入力を与えた。質量には偏りがなく、過去の実験 1)と同開口無し

垂れ壁( Hanging Wall )全面壁( Wood Panel )

構造用合板
9mm 厚
N50@150mm

構造用合板
9mm 厚
N50@100mm

方杖型制振壁( Viscoelastic Brace )
アクリル系
粘弾性ダンパー
添え柱＋補強鋼板

K 型制振壁( Viscoelastic K-brace )
アクリル系
粘弾性ダンパー様の概念に基づき、12 kN の錘を積載した。

それぞれの構面の変形とせん断力を計測した。加振方向の 1
構面は全試験体とも開口を設け、これを剛性が低い「柔側」、反対の構面を剛性が高い「剛側」と定義する。また、基礎的制振壁実験に用いる耐力壁および制振壁は建物の四周に配置し、K 型ブレース

図 3 実験に用いた耐力壁・制振壁

No.5No.6WWVKWVK

VKH
非制振VB

VBWW

W

壁配置

HH

柔側補強有り

剛側
直交方向

No.4

VK

No.3

VK

No.2

W

No.1

H

柔側補強無し

加振方向
柔側

耐力壁

垂れ壁 ( Hanging Wall )全面壁 ( Wood Panel )制振壁

方杖型制振壁 ( Viscoelastic Brace )K 型制振壁 ( Viscoelastic K-brace )を抑制する。No.5 は剛側に VK を付加し、No.6 は No.4 とNo.5 を組み合わせた試験体である。

３．木質制振架構捩れ応答実験 –実験結果と考察３．１ 最大変位の比較
図 5 に JMA Kobe NS 波の原波を入力した時の柔側および剛側の最大変位を示す。また、図 6 に No.1, No.2, No.5 の柔側および剛側のせん断力-変形関係を示す。

WW
HF (kN) 100-1000100u (mm)-1010W0W

No.4 は直交方向に VK を付加し、直交方向の粘性力で捩れ

柔側
剛側VB-10001000100-1010VK0W

柔側の補強を行なわず、他の構面のみ補強した試験体である。

(c) No.5 剛側制振 (b) No.2 柔側制振 (a) No.1 非制振図 4 試験体一覧

H-100-101/120

1/30 rad.

No.1 の耐力壁はスリップ型の履歴になり(図 6(a))、柔側の

図 6 神戸波原波入力時におけるせん断力-変形関係

変形角は 1/20 rad. に達した。No.2, No.3 における柔側の最大No.1 は塑性域に移行することで、柔側・剛側ともに塑性変位は、それぞれ No.1 の 0.24 倍、0.19 倍となり大きく低化したことで並進が卓越し、Δ ux / ux が小さくなったものと考減された。柔側の履歴を比較すると、No.1 の H(図 6(a))に対えられる。No.4 も同様であるが、No.1 は神戸波原波入力時して、No.2 の VB(図 6(b))は剛性が高く、かつエネルギー吸に直交壁が塑性化していたのに対し、No.4 は直交方向の収に優れた楕円型の履歴形状となった。No.5 は剛側のVK が線形性を保ち、捩れ剛性の低下を防ぐことが出来ていVK(図 6(c))により、剛側だけでなく柔側の変位も No.1 に比たため、No.1 よりも No.4 の方が Δ ux / ux が著しく低下した。

べて 0.6 倍程度に低下したが、No.2 は神戸波原波入力時に柔側の VB は線形性を保ち、剛剛側側の W が塑性化したことで、剛性偏心が解消され、Δ ux / uxが低下した。No.5 は他の試験体と傾向が異なり、塑性域にると、その効果は劣っている。

神戸波原波

柔側

本節では図 7 に示すように、質量中心位置での並進変位

並進変位 (ux) 捩れ変位 (Δux)( ux )と、捩れ変位( Δ ux )の比を、捩れが建物最外端部の変位

図 7 検討手法に与える影響の指標とする。ここで、捩れ変位とは建物の捩れ角θ によって生じる最外端部での変位増分と定義する。
図 8 に代表的な試験体に最大加速度を 0.2g と 0.82g に基準化した JMA Kobe NS 波 (以下、神戸波 0.2g, 神戸波原波)を入力した時の最大変形時における Δ ux / ux を示し、弾性域から塑性域にかけての捩れ挙動の変化を分析する。

0.40.20No.5

３．２ 捩れが建物最外端部の変位に与える影響

θ

No.4No.6

No.5No.4

図 5 各試験体の最大変位

質量中心No.2り変位が低減されなかった。

神戸波 0.2g

0No.3

有周期が上昇したため、あま0.6No.2り剛性が低く、架構の 1 次固剛側No.1が微小変形時において W よ移行することで Δ ux / ux = 0.25 となり、やや上昇した。

60

試験体
No.

No.4, No.6 は直交方向の VK

No.1

最大変位 (mm)120Δux / ux

VB を用いた試験体と比較す

柔側

図 8 捩れ挙動の比較

４．結論
剛性偏心した木質制振架構の捩れ応答実験を行い、様々な配置で制振壁を組み込んだ試験体の実験結果の比較から、それぞれの得られる応答低減効果とそのメカニズムを考察した。
参考文献
1) 坂田弘安, 笠井和彦他 5 名 : 速度依存ダンパーをもつ木質架構の振動台実験, 日本建築学会構造系論文集, 第 615 号, 161-168, 2007
年5 月