ＢＲＩ−Ｈ１７講演会テキスト

既存木造住宅の耐震性能と耐震補強効果に関する実験的研究
構造研究グループ

目
Ⅰ

はじめに

Ⅱ

研究の経緯

上席研究員

河合 直人

次

１）各種耐震補強構法の性能評価法
２）「木造住宅の耐震診断と補強方法」の改訂
３）大都市大震災軽減化特別プロジェクト
Ⅲ

各種耐震補強構法の性能評価法
１）各種の耐震補強構法
２）性能評価法の検討
３）耐震補強構法の振動実験

Ⅳ

2004 年版「木造住宅の耐震診断と補強方法」の概要と技術的背景
１）2004 年改訂の概要
２）柱頭柱脚の接合部による耐力低減
３）伝統的木造住宅における柱の曲げ抵抗

Ⅴ

木造住宅の補強・無補強試験体の震動台実験
１）目的と概要
２）試験体概要
３）耐震診断と補強方法
４）入力地震波
５）実験結果の概要

Ⅵ

まとめ

参考文献

Ⅰ はじめに建築物における木材利用は、二酸化炭素の排出削減の点からげることが、地域の安全性を高めるばかりでなく、地球環境の保全の点からも早急に解決すべき課題であると言える。

も推奨されるべきものであるが、木材を主要構造材とする建築そのうち最も緊急の課題は既存木造住宅の耐震化である。木物は度重なる地震で甚大な被害を受けてきており、その構造信造戸建て住宅に関しては、総数約 2,450 万戸のうち耐震性の不頼性は必ずしも高いものとはいえない。一方、我が国では木造十分なものが約 1,000 万戸あるという推計が国交省から出され建築物の普及率が高く、住宅の約 65%を占めている。つまり、ている。耐震改修の必要性が叫ばれており、自治体による補助木造建物の構造性能の信頼性向上を図り、更にその汎用性を広等の行政的支援もあるが、期待されるほど改修が進まないのが現状である。

都市大震災軽減化特別プロジェクトにおける耐震診断法の検討

木造住宅の耐震性能評価は、部材レベルまでのモデル化や倒壊の成果など、近年の研究成果が反映される形となった。現行のに至る過程の把握まで含めると大変難しい課題であるが、木造耐震改修促進法における耐震診断法の告示も、この改訂版とほ住宅の耐震性能評価技術を高度化することは耐震補強を推進す

ぼ同様の内容となるよう平成 18 年 1 月に改正が行われた。

る上でも欠かせない課題であった。また、耐震診断手法の高度

３）大都市大震災軽減化特別プロジェクト化はもとより、耐震補強を前提とした補強指針、それを踏まえた耐震補強手法の確立といった一連の課題が残されていた。

平成 14 年 9 月から平成 19 年 3 月までの約 5 年間の計画で、大都市圏において大地震が発生した際の人的・物的被害を大幅

このような視点に立って、建築研究所では木造住宅の耐震性に軽減するための科学的・技術基盤を確立することを目的とし能評価や耐震補強方法に関する研究を重ねてきたが、研究成果て、文部科学省科学技術振興費による「大都市大震災軽減化」を取り入れる形で耐震診断法が 2004 年に改訂され、耐震改修構特別プロジェクトが実施されている。このうち、「Ⅱ 震動台活法に対する性能評価も進みつつある。さらに、実際の既存住宅用による構造物の耐震性向上研究」は、防災科学技術研究所がを用いて、この診断法で耐震性能が十分と判断されるよう補強

兵庫県三木市に建設し、平成 17 年 3 月に建設した「実大 3 次元

した場合と無補強の場合を比較する大規模な振動台実験も行わ震動破壊実験施設」（E−ディフェンス）等の施設を活用して耐れ、診断法に関する妥当性の検証も行われている。

震に関する実験・研究を行い、構造物の耐震性の飛躍的向上を

ここでは、これら既存木造住宅の耐震性能評価と耐震補強効果に関する一連の研究について、概要を報告する。

図ることを目的としたものである。
木造建築物に関して、建築研究所はこの「Ⅱ 震動台活用による構造物の耐震性向上研究」の「４．木造建物実験」及び「Ⅳ 地Ⅱ 研究の経緯

震防災対策への反映」の「１．事前対策に関する研究」に参加

１）各種耐震補強構法の性能評価法し、委員会メンバーとして震動台実験の実施に協力するととも

耐震補強方法は、様々な種類のものが民間で提案されているに、建築研究所の研究分担内容として、震動実験で用いた試験が、制震材料を用いたもの、免震によるもの、独立柱形式のも体の構造要素実験、既存木造建物の地震応答観測、木造住宅のの、ラーメン構造による補強など、当時の耐震診断法では想定耐震診断・補強方法の検討を行ってきた。耐震診断法の検討は、していないために、補強後の耐震性能評価が試行錯誤的に行わ前述のように建築防災協会の「木造住宅の耐震診断と補強方法」れている状況があった。このため、建築研究所では、こうしたに反映されている。平成 17 年度には、E−ディフェンスにおい各種の補強構法に対応した補強後診断技術を取りまとめ、木造て、実際に建つ既存木造住宅 2 棟を移築し、この診断法で十分住宅の耐震補強の推進に寄与することを目的として、平成 14 年

な耐震性能があると判断されるように補強した場合と無補強の度から 16 年度にかけて「既存木造住宅の構造性能向上技術の開場合を比較する大規模な振動台実験も行われ、耐震補強の効果、発」を実施した。本研究課題においては、各種の耐震補強構法及び耐震診断法の妥当性の検証を行っている。

に関する情報収集、各種補強構法の性能評価方法の検討、補強後の耐震性能評価方法の検討を行い、木造住宅耐震補強構法の１）

耐震性能評価マニュアル をとりまとめた。
２）「木造住宅の耐震診断と補強方法」の改訂

Ⅲ 各種耐震補強構法の性能評価法１）各種の耐震補強構法
平成14年度に建築研究所主催で木造住宅の耐震補強構法技術

木造住宅の耐震診断法としては、財団法人日本建築防災協会

コンペを実施し、優秀な耐震補強構法を選出するとともに、現（以下、建築防災協会）が昭和 60 年に発行した「木造住宅の耐在の耐震補強後の診断法の問題点を指摘した。このコンペでは

震精密診断と補強方法」が、長らく我が国の耐震診断法の最も

平成 14 年 7 月に募集を開始し、同年 12 月に国土交通大臣賞な標準的なものとして、地方自治体にも用いられ、耐震改修法にど、優秀な作品を選出している。計 45 件の募集があり、審査対も位置付けられていた。平成 16 年 7 月に、木質構造の耐震性に象となった構法は 28 点であった。図 1 にはコンペの優秀作 7 点関する最新の知見を入れて、タイトルも「木造住宅の耐震診断を施主の要望と条件などで分類整理し示した。居ながら補強を２）

建築研究所からは、と補強方法」と変え、改訂版が発行された 。

可能にする構法や、既存の住宅に対する合理的な施工が可能で原案作成部会部会長を含む 3 名が原案作成に参加し、後述の大あるもの、効率的に地震のエネルギーを吸収できる装置などが並ぶ。そのほか、鉄骨による外部補強や、床や天井をはがすことなく施工できる耐力壁などがある。木造住宅は年代や地域によって多様な構法がある上に、施主の望む条件も多様であり、あらゆる条件下において対応可能で、かつ安価な補強方法というものは提案されていない。ケースバイケースにあった補強方法をいくつかあるバリエーションから選択することになる。
耐震補強後の診断については、制震材料を用いたものや免震によるもの、さらに独立柱形式のものやラーメン構造について、当時の「木造住宅の耐震精密診断と補強方法」では想定していなかったこともあり、試行錯誤を繰り返しながら、補強後の耐震性能を評価していることがわかった。そこで、制震装置とラーメン構造を取り上げ、評価法試験法の提案に着手することとした。
２）性能評価法の検討「木造住宅耐震補強構法の耐震性能評価マニュアル作成委員会」を組織し、試験法、評価法について専門家、行政担当者からから意見を聴取するとともに、民間企業との共同研究「既存木造住宅の新しい耐震補強構法の評価法と試験法に関する研究」を通じて、評価例を作成した。
制震装置つき壁の評価法については等価耐力の考え方を用いた。
地震時の振動の減衰による加速度の低減係数Fhは、建物の減衰定数をhとして以下の式で示される。

Fh =

1. 5
1 + 10 h式（1）

建物の受ける地震力は（建物の質量）×（加速度）で表現でき、Fh は地震力の減衰による低減率ともいえる。つまり、地震力が同じであれば、h の減衰を有する建物は見かけ上、耐力が（1/Fh）倍に増加したと考えたものが等価耐力である。

図 1 木造住宅の耐震補強構法コンペ優秀作

ラーメン構造の問題点は面材系の壁と復元力特性が異なること、

0.30

既存木造住宅との接合方法と基礎等への固定方法、鉛直荷重支Equivalent Hysteretic Damping

持能力などと考えられる。しかし、ラーメンを構成する軸組が鉛直荷重を負担しないことを条件に、基本的には面材系の試験法を踏襲する方向で整理した。なお、鉛直荷重を負担しないとは、ラーメンを構成している部材や接合部の崩壊によって、連鎖的に建物の崩壊に至らないことを担保している。
３）耐震補強構法の振動実験

0.25

フレームのみ筋かい耐力壁

仕口ダンパー

オイルダンパー

0.200.150.100.05

以上の評価法、試験法を実験的に確認した。まず性能評価を0基づいて試験体を設計し、振動台実験によって安全性を確認した。図２は任意の層間変形角を目標に任意の周波数で繰り返し

Rotational Angle

0.00

目的に構面等の加力試験をおこない、ついで、評価された値に

図２0.020.040.060.08

耐力壁の繰り返し加力試験による等価粘性減衰定数加力試験を行って、耐力壁の等価粘性減衰定数 h を求めたものである。ダンパー系では 15％を超え、オイルダンパーでは 20％以上となる。仮に 20％であれば Fh=0.5 であり、見かけの耐力は 2 倍に上昇するとみなされる。図３は振動台実験の結果を示したもので、大地震時の応答低減効果が顕著に見られる。
これらの実験結果も参考にして、木造住宅耐震補強構法の耐震性能評価マニュアルをとりまとめた。このマニュアルは、現在、財団法人日本建築防災協会が実施している住宅等防災技術評価において各種の耐震改修構法の評価に活用されている。
図３ 振動実験における最大応答変位の比較

Ⅳ 2004 年版「木造住宅の耐震診断と補強方法」の概要と技術的背景
１）2004 年改訂の概要
財団法人日本建築防災協会発行の「木造住宅の耐震診断と補できても、既存住宅では接合部が十分な耐力を有するとは限らず、逆に不十分な接合仕様である場合にどれだけ耐力が低下するかという評価方法が必要となる。このため耐震診断の改訂では、柱頭柱脚の接合部の条件による耐力壁等の耐力の低減係数

強方法」の改訂の主旨には、適用範囲の拡大、耐震診断法の充が診断法に新たに付け加わった。

実、評価対象の耐力要素の拡大、診断対象の地震動の明確化、②耐震診断における考え方と解析の概要

診断法の精緻化、補強方法の充実の６項目が挙げられている。

既存の木造住宅では、一般に、接合部の先行破壊が生じるお適用範囲の拡大については、３階建てと伝統的構法が適用範それがゼロではない。接合部の先行破壊が生じた場合、その後囲に追加されたこと、耐震診断法の充実としては、ダンパーなの挙動については柱の引き抜けに伴う踏み外しや、面材耐力壁ど各種の補強構法にも対処するため、保有水平耐力計算、限界の面材下部の釘が効かなくことによる耐力低下など、十分に解耐力計算及び時刻歴応答計算のルートが設けられたこと、評価明できていない点もあるが、接合部破壊に伴う耐力壁の回転に対象の耐力要素としては腰壁垂れ壁の効果や伝統的構法におけよって生じる構面の耐力低下は、数値計算により予測可能である柱の曲げによる抵抗が盛り込まれたことなどが挙げられる。

る。そのため、今回の改訂においては、耐力壁耐力と接合部のまた、大地震動に対する倒壊の危険性を判断する診断であるこ仕様、通し柱の有無などをパラメータとしたいくつかの仕様にとが明記されたことも改訂のポイントである。以下、診断法に対する数値計算結果に基づいて耐力低下をあらかじめ算出し、新たに盛り込まれた柱頭柱脚の接合部による低減係数と、伝統耐力壁等の耐力低減係数・剛性低減係数として導入することと的構法の柱の曲げ抵抗の評価について述べる。

している。

２）柱頭柱脚の接合部による耐力低減①耐力低減の必要性

解析において想定した壁体は７Ｐ（6,370mm）の長さを持つ２層構面で、耐力壁の非線形ブレース置換モデル、及び接合部地震力に対する終局状態で、耐力壁の剪断破壊が生じる以前の非線形バネを用いた解析により、耐力壁の耐力と接合部仕様に周辺の接合部が先行破壊した場合、耐力壁の耐力が十分に発の組合せに対する構面耐力の低下率を計算した。図４に解析モ揮されずに層のせん断耐力が低下する。そのため、新築の住宅デル図を示す。腰壁垂れ壁の有無、１、２階の耐力壁の壁倍率、に対する設計法としては、耐力壁に見合う接合部の仕様を選択

通し柱の有無、接合部仕様（金物なし〜HD-20）を変えた 24 種し、接合部の先行破壊を生じさせない設計が求められている。

類の解析を行った。

平成12年建設省告示第1446号はこの主旨に沿った規定であり、腰壁垂れ壁がない場合の耐力壁の回転拘束は、桁材に依存す

一方、日本住宅・木材技術センター発行の「軸組工法住宅の許ることになるが、桁の断面は 10.5cm×24cm、樹種はスギを、

容応力度計算」においても、同様に接合部の先行破壊を生じさ

また、柱は全て 10.5cm 角のスギを想定している。水平力についせない設計法とされている。ては、１階と２階で等しい水平力を加えて増分解析を行った。

しかしながら、このような設計法は新築の住宅には対応

鉛直荷重は、各柱の直上において梁の節点に、いわゆるＮ値計

算で想定する軸力に相当する荷重、すなわち２階端部の柱上2.1168kN、内部の柱上 3.1752kN、１階端部の柱上 3.1752kN、内部の柱上 5.292kN を加えている。
図５に解析結果として得られたの層せん断力と層間変形角の関係の例を示す。
③耐震診断における低減係数
解析結果から、構面におけるせん断耐力の低下率について全体的な傾向を見ると、およそ以下の通りである。
・低減係数は高い倍率の耐力壁を用いた場合に小さな値となる傾向を示す。
・構面の端部に通し柱を有する場合は、管柱の場合に比べて耐力低下の度合いが小さい（低減係数が大きくなる）。

図４ 接合部による耐力低減の検討のための解析モデル

・一般に接合耐力が不十分な場合、２階構面の耐力低下の方が１階構面の耐力低下よりも顕著である。

1) 壁倍率:１階 3.5､２階 3.5(腰壁垂れ壁なし)

一例として１階、２階ともに壁倍率 3.5 の場合の１階のせん断30

耐力は、全ての柱頭柱脚に引き寄せ金物 HD-20 を設けた場合に3-H(1F)

3-HT(1F)

比べて、全て CP-T の場合（3-T）には 80％程度、端部の１〜２通し柱である場合もこれとほぼ同様と考えられる）には約 60％に低下する。さらに２階のせん断耐力の低下は顕著で、全て層せん断力(kN)

階柱相互にのみ引き寄せ金物を設けた場合（3-C）（端部の柱が3-T(1F)
3-H(2F)

203-C(1F)

3-HT(2F)

3-N(1F)

3-T(2F)
103-C(2F)

HD-20 の場合に比べて、全て CP-T の場合には 50%、端部通し3-N(2F)柱の場合で 35%、金物無しの場合には 20%程度となる。ちなみ

00に全て HD-20 という想定は、現実にはまずないと思われるが、

24
層間変位(cm)

68耐力壁の耐力が十分に発揮される場合という想定である。
これらの計算結果を整理し、最上階とその他に分け、さらに

2) 壁倍率:１階 3.5､２階 2.0(腰壁垂れ壁なし)

最下階では基礎の仕様も同様に構面の耐力低下に繋がると考え304-H(1F)て、耐震診断に用いる低減係数が提案されている（表１、表２）。

4-HT(1F)
4-T(1F)①概要
伝統的な木造住宅では、垂れ壁と柱からなる門型フレームが地震に対する抵抗要素になることが従来から指摘されている。

層せん断力(kN)３）伝統的木造住宅における柱の曲げ抵抗
204-C(1F)

4-N(1F)

4-H(2F)
4-T(2F)

104-C(2F)

今回の耐震診断の改訂では、一般診断及び精密診断（保有耐力診断法）において、この垂れ壁と独立住からなる抵抗要素について、柱１本当たりの耐力という形で壁量と同様に加算ができ

4-HT(2F)

4-N(2F)00

24
層間変位(cm)

68ることになった。ここでは、その考え方と診断法の概要について説明を加える。
②耐震診断における考え方
垂れ壁（内法壁）と独立柱からなるフレームについては、柱１本ずつを取り出して垂れ壁のせん断変形（弾塑性）と柱の曲記号の H は全ての柱上下に引き寄せ金物 HD-20 使用、HT は両端の柱上下に HD-20、内部の柱上下に CP-T 使用、T は全ての柱上下にかど金物CP-T 使用、
C は両端の１階柱頭と２階柱脚間にHD-20 使用（通し柱の想定）、N は全ての接合部に金物無しを表す。

図５ 解析結果の荷重変形関係の例

表１ 最上階（平屋建ての１階を含む）における低減係数
壁のせん断耐力
2.5 未満2.5 以上 4.0 未満
4.0 以上 6.0 未満
6.0 以上（kN／m）
基礎の仕様
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
平 12 建告 1460 号に適合する
1.0 0.85 0.7
1.0
0.7 0.35 1.00.60.25
1.00.6
接 仕様
合 羽子板ボルト、山形プレート部 VP、かど金物 CP-T、CP-L、 1.0 0.85 0.70.8
0.6 0.35 0.65 0.45 0.25
0.5 0.35の 込み栓
仕 ほぞ差し、釘打ち、かすがい（構0.70.70.70.60.5 0.35 0.45 0.35 0.25 0.35 0.3
様 面の両端が通し柱の場合）
ほぞ差し、釘打ち、かすがい
0.7
0.7
0.7 0.35 0.35 0.35 0.25 0.25 0.25
0.20.2
この表において、基礎の仕様 Ⅰ〜Ⅲは以下の通り。
Ⅰ 健全な鉄筋コンクリートの布基礎又はべた基礎
Ⅱ ひび割れのある鉄筋コンクリートの布基礎又はべた基礎、無筋コンクリートの布基礎、柱脚に足固めを設けた玉石基礎
Ⅲ その他の基礎
ただし、２階建ての２階、３階建ての３階に対してはⅠの欄の数値を用いる。

Ⅲ0.20.2
0.20.2

表２ ２階建ての１階、３階建ての１階及び３階建ての２階における低減係数

接合部の仕様壁のせん断耐力（kN／m）
基礎の仕様
平 12 建告 1460 号に適合する仕様
羽子板ボルト、山形プレート
VP、かど金物 CP-T、CP-L、込み栓
ほぞ差し、釘打ち、かすがい（構面の両端が通し柱の場合）
ほぞ差し、釘打ち、かすがい

2.5 未満2.5 以上 4.0 未満

4.0 以上 6.0 未満

6.0 以上

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

ⅡⅢ

Ⅰ

ⅡⅢ

1.0

1.0

1.0

1.0

0.9

0.8

1.0

0.85

0.7

1.0

0.8

0.6

1.0

1.0

1.0

1.0

0.9

0.8

0.9

0.8

0.7

0.8

0.7

0.6

1.0

1.0

1.0

0.8

0.8

0.8

0.7

0.7

0.7

0.6

0.6

0.6

1.01.01.00.80.80.80.70.70.70.60.60.6

この表において、基礎の仕様 Ⅰ〜Ⅲは上の表と同。ただし、３階建ての２階にはⅠの数値を用いる。

げ変形（弾性〜破壊）の加算が成り立つものとすると、図６のようなモデル化が可能である。図６において、δW は柱が剛である場合の垂れ壁のせん断変形による変形であり、δC は鴨居から下の高さ h1 における柱の曲げ変形による加算分である。

h

これに対して、柱は弾性から破壊に至るもの、垂れ壁は土塗

h1

り壁などと同様の荷重変形関係を示すものとすれば、変形の重ね合わせにより、図７のように荷重変形関係が求められる。

le

ここで重要な点は、柱の曲げ破壊と垂れ壁の剪断破壊のどちらが生じるかである。図２の(a)は柱の曲げ破壊荷重が垂れ壁のせん断耐力よりも小さいために柱の曲げ破壊が生じる場合で、

le

水平力が急激に低下するため、粘りのない脆性的な破壊になる。
一方、図２(b)は柱の曲げ破壊が生じず、垂れ壁のせん断破壊が進んで耐力低下が徐々に起こる場合である。この場合は垂れ壁hの構造特性が現れて、比較的粘りのある性状を示す。

＋h1

耐震性の確保から言えば、(b)の場合の方がエネルギー吸収能力に富み、好ましい挙動を示す。また、地震による損傷時に、鉛直荷重支持能力を失わないという観点からも、(a)の柱の曲げ破壊は避けたい現象である。この(a)(b)どちらになるかは、柱のδW
図６ 垂れ壁と柱からなるフレームのモデル化

δC

曲げに対する強さ、すなわち樹種や断面寸法と、垂れ壁の強さ(a)柱の曲げ破壊が生じる場合のバランスで決まることになる。太い柱を用いれば、あるいは水平力

垂れ壁をそれほど剛強なものとしなければ(b)の形となる。

δC③ 耐震診断での扱い

δW改訂された耐震診断では、伝統的な構法の住宅を念頭において、一般診断においては「その他の耐力要素の耐力 Pe」の算出

破壊荷重

δC＋δWでこの垂れ壁付き独立柱の耐力を加算する方法が、また、精密診断（保有耐力診断法）では、保有する耐力 Qd の算出で有開口壁の耐力を加算する代わりに垂れ壁付き独立柱の耐力を加算す水平変位る方法が示されている。
この場合、柱１本あたりの耐力 Pa の数値は、上記のような終(b)柱の曲げ破壊が生じない場合局に至る荷重変形関係に基づき、完全弾塑性に置換した場合の水平力

終局耐力 Pu と靱性μを用いて、次式により算出されている。
Pa＝0.3Pu√(2μ−１)

δC
δC＋δW式（２）δW「木造住宅の耐震診断と補強方法」資料編Ⅰ「4.3 特殊な耐力要素−垂れ壁付き独立柱の等価壁倍率・許容耐力」には３種類の柱の樹種、７種類の柱断面、６種類の垂れ壁強さ、２種類の水平変位柱間隔について計算結果が記載されている。土塗り壁（中塗り程度）の垂れ壁（許容耐力 3kN 程度）とした場合には、ヒノキ

図７ 図６のモデルに対する荷重変形関係の正方形断面の柱で径が少なくとも 150mm を超えないと柱の曲げ破壊が生じる計算になる。計算結果を整理した一例（柱が表３ 標準的な柱の耐力−柱ヒノキの場合（単位：kN）

ヒノキで垂れ壁の許容耐力が１〜３kN／m の場合）を表３に示（１）垂れ壁有効長さ le＝900mm の場合す。網掛け部分は柱の曲げ破壊を生じる恐れがあるものである。

垂れ壁の許容耐力（kN／m）

耐力の算出に当たっては靱性を考慮しているため、柱の曲げ破壊が生じる場合には小さめの値となっている。
改訂された耐震診断においては、一般診断では柱の曲げ破壊の有無をチェックしないので、曲げ破壊を生じやすい径 150mm未満の柱は耐力に加算しないこととしている。また、精密診断

柱の小径（保有耐力診断法）では、径 120mm 以上の柱から耐力を加算

120mm 未満120mm 以上
150mm 未満150mm 以上
180mm 未満180mm 以上
240mm 未満240mm 以上

１0２0３00.60.60.50.81.3

1.80.91.6

2.21.01.82.6

していい代わりに、「各部の検討」において柱の曲げ破壊の恐れがないかどうかをチェックすることとしている。

（２）垂れ壁有効長さ le＝1800mm の場合
垂れ壁の許容耐力（kN／m）

なお、この計算方法では、簡単のため、柱と鴨居、差鴨居との接合部では、引張破壊を生じないと仮定し、また隣接する柱や壁との変形の適合条件は必ずしも満たしていない（厳密に構面全体の変形を考えるとつじつまが合わない）ものとなっている。しかしながら、柱の曲げ破壊の有無も考慮して荷重変形関係を求めている点で、簡易な耐震診断には適当な方法であると言えよう。

柱の小径

120mm 未満120mm 以上
150mm 未満150mm 以上
180mm 未満180mm 以上
240mm 未満240mm 以上

１0２0３00.6

0.50.51.3

1.1

1.11.62.7

2.11.83.44.7

Ⅴ 木造住宅の補強・無補強試験体の震動台実験３）

十 cm 東側で分解した。1 階の玄関部分は、幅 3.3m を超えない

１）目的と概要ように玄関部分のみを分離し、別途輸送した。このように、で既存木造住宅の地震時崩壊挙動を把握するとともに、2004 年きるだけ主加振方向の耐力に影響を与えないよう、１棟当たりに改訂された建築防災協会の「木造住宅の耐震診断と補強方法」

５つのピースに分割し、移築後に切断部分の部材及び壁等を、による耐震診断・補強方法の妥当性を確認する目的で、既存住元の耐力を目標として修復している。

宅２棟の移築後、補強・無補強試験体の震動台による破壊実験が行われた。

なお、基礎については再利用せず、鉄骨架台を基礎と見立てて震動台上に設置した。

なお、本実験は以下のメンバーによるグループで検討して実施したものである。研究総括：坂本功（東京大学大学院）、実験総括：箕輪親宏（防災科学技術研究所）、担当：槌本敬大（国土交通省国土技術政策総合研究所）、五十田博(信州大学工学部)、中川貴文(建築研究所)、腰原幹雄(東京大学生産技術研究所)、杉本健一、青木謙治、鈴木憲太郎(以上、森林総合研究所)、三宅辰哉(日本システム設計)、藤田聡(東京電機大学)、古屋治(東京都立工業高等専門学校)、佐久間順三(設計工房佐久間)、平野茂(一条工務店)

２）試験体概要
試験体として移築する物件を以下の条件で公募したところ、

写真１ 明石 H 邸移築前の外観（左が B 棟、右が A 棟）
表４ 明石 H 邸の各部仕様、仕上げ表

200 件を超える応募があった。

部位

仕様・仕上げ・築年数：25〜50 年（昭和 30 年〜55 年建築）

屋根

日本瓦葺き、葺き土あり

・階数：２階建て

外壁

ラスモルタル、木ずり下地・構法：木造軸組構法（ツーバイフォー、プレハブは除く）

内壁

じゅらく塗り仕上げ、土塗り下地

・場所：兵庫県内又は近傍

天井

化粧石こうボード、プリント合板(和室)・棟数：最大 2 棟

床畳・フローリング

・移築工事期間：可能な範囲で物件の都合に相応

浴室タイル(B 棟)、ユニットバス(A 棟)

応募物件の中から、これらの条件を満たし、かつ移築工事のための作業スペースを確保できる見通しがある、ほぼ同一仕様、

表５ 明石 H 邸常時微動観測結果同一建設年の２棟を選定した。

建測定時期

推定重量物

(建物の状態)

(t)

X 方向

Y 方向

6 月(現況)

30.5

8.4

5.5

A

8 月(天井撤去)

25.3

7.8

5.0

棟

11/16(移築後)

29.0

7.3

4.511/17(微小加振後)

29.0

6.9

4.2

6 月(現況)

30.5

7.2

4.9

8 月(天井撤去)

25.3

7.1

5.0

11/16(移築後)

29.0

7.0

4.211/17(微小加振後)

29.0

6.6

3.911/20(補強工事後)

28.5

7.2

4.7

選定された物件は、兵庫県明石市に建つ、築 30 年の木造軸組構法２階建て住宅(以下、明石 H 邸と称する)である。外観を写真 1 に、各部の仕様を表４に示す。一部に軽微な改修等があるものの、2 棟はほぼ同じ聞取りである。この建設年代の典型的な木造住宅といえる。明石 H 邸について常時微動計測を行った結果を表５に示す。移築工事によるわずかな初期剛性の低下が認められる。
解体移築に当たっては、屋根、小屋組を手作業によって部材Bごとに解体した後、鉛直方向は2 階床梁と1 階桂頭の間で分解、棟

1 階部分は基礎と土台を分離して、水平方向は、1 階、2 階ともに主振動方向（図８における南北方向）に沿って中央柱列の数

1 次卓越振動数(Hz)における耐震診断評点は 1.57 であった。

３）耐震診断と補強方法
A 棟、B 棟について、補強前の状態で前述の建築防災協会「木なお、各棟に劣化診断を実施し、一部に生物劣化(腐朽・蟻害)造住宅の耐震診断と補強方法」の精密診断法（保有耐力診断法）が認められたが、経年の割に軽微であったため、耐震診断ではを適用した結果、主振動方向である Y 方向の評点は、それぞれ考慮しないこととした。

0.42、0.38 であった。B 棟の方が耐震診断の評点は低く、耐震４）入力地震波性に劣っている。耐震補強は以下の考え方に基づいて B 棟に対1995 年兵庫県南部地震において JR 鷹取駅で観測された記録して施した。

波形をフルスケールで入力した。入力波（ターゲット）の各成・兵庫県南部地震の激震に対しても倒壊に至らぬよう上部構造分の最大値を表５に示す。入力方向は NS 方向が建物の桁行（Y）の評点 1.5 以上を目指す。

方向となるようにした。

・精密診断のうち保有耐力診断法の評点によって補強計画の最終判断をする。そのほかの診断結果は、参考値とする。

表６ JR 鷹取波の各成分の最大値

・可能な限り、現状のプランを変えず、居住性等の機能が損なわれないようにする。
・特殊な金物を使用せず、誰でも入手できる一般的な材料（筋かい及び構造用合板）を用いた。

加速度（gal）

速度(kine)

変位（cm）

NS641.7

149.2

86.33

EW

666.2

117.0

37.78

UD289.5

16.50

11.15

・接合部による低減や耐力要素の配置による低減がかからないよう、接合部を補強し、耐力要素をバランスよく配置する。

４）実験結果の概要

・接合部の先行破壊を避けるため、または極端に剛強な金物のJR 鷹取波のフルスケール加振により、耐震補強をしなかった

施工の必要がないよう壁基準耐力の上限（14kN/m）を上回る

A 棟は倒壊し、耐震補強を施した B 棟は倒壊しなかった。震動

壁を設置しない。

台変位及び各棟の 1 階中央部における層間変位の時刻歴波形を・外周壁のモルタルをはがすような壁補強は避け、可能な限り、

図９に、加振前と A 棟倒壊の瞬間の様子を写真２、写真３に示内壁で補強する。

す。A 棟は地動の最大変位を示した時刻から約２秒後に倒壊しB 棟の補強工事施工箇所を図８に示す。B 棟 Y 方向の補強後ている。倒壊しなかった B 棟においても、１階の最大層間変形

１階

Ｂ棟：増設する筋かい（針葉樹の構造用製材のJAS甲種構造材１級、45×90 mm）
端部：箱形筋かい金物（2倍用）：増設する構造用合板（合板のJASにおける構造用合板１級、厚さ9 mm、受け材仕様）：増設する梁（100×150mmベイツガ）：下屋の構面補強（構造用合板、正角まぐさ）

２階：ホールダウン金物（25kN用）：ホールダウン金物（15kN用）：8.5kN用金物：5.1kN用金物
ただし、通し柱の金物は1階脚部、2階頂部のみ施工

図８ B 棟補強工事施工箇所

1500

角は約 16 分の１に達し、補強した筋かいの引き抜け(1 箇所)、補強した構造用合板をとめ付けたくぎの引き抜けなどが確認さ倒壊した A 棟の背面（写真手前）の下屋の鉛直構面は、１階の傾斜の増大に伴って本体から分離して全体の倒壊方向と直交する方向に倒れており、水平力をほとんど負担していないこと変位（mm）

れた。

震動台変位
Ａ棟１階層間変位
Ｂ棟１階層間変位

1000500

01015202530-500が見て取れる。補強した B 棟では、下屋の壁を補強すると同時に、下屋の天井面を構造用合板で補強したため、補強壁が有効-1000時間（sec）に働いたと考えられる。

図９ 震動台変位及び各棟の１階層間変位の時刻歴波形

写真２ 加振前の試験体（右が無補強の A 棟）

写真３ Ａ棟倒壊の瞬間

Ⅵ まとめ

住者の側が耐震改修の必要性を認識することが重要であり、自既存木造住宅の耐震診断・耐震補強は、我が国の地震被害を軽減化する上で喫緊の課題である。建築研究所では、ダンパーらの住宅に適した耐震改修構法を選択できるようなわかりやすいシステムも有効かもしれない。

やラーメン架構を含む各種の耐震補強構法に対する性能評価法このような認識の元に、ユーザーの視点に立った木造住宅のの開発、耐震性能に関する新しい知見を取り入れた「木造住宅合理的な耐震補強構法選択システムの開発を平成18年度以降のの耐震診断と補強方法」の改訂作業への参画等を行ってきた。

研究課題として掲げ、準備を進めているところである。

これらの補強構法の性能評価法や耐震診断法の開発により、兵庫県南部地震クラスの大地震動に対しても倒壊を免れるよう参考文献

な木造住宅の耐震補強設計が、実務においても十分可能となる

１）独立行政法人建築研究所・社団法人建築研究振興協会「木だけの技術基盤が用意されたと言えよう。そのことは、Ⅴで述造住宅耐震補強構法の耐震性能評価マニュアル委員会報告

べた大都市大震災軽減化特別プロジェクトにおける震動台実験書」2004 年 3 月

でも、明確に示されたと言える。
しかしながら、実際の既存木造住宅の耐震診断・耐震改修を進めるには、より安価かつ簡便で、生活の利便性や快適性を損なわない改修構法が求められている。のみならず、所有者、居２）財団法人日本建築防災協会発行「木造住宅の耐震診断と補強方法」2005 年 2 月（初版第 3 刷）
３）槌本敬大、箕輪親宏、坂本功「木造戸建て住宅の耐震補強検証実験速報」日本地震工学会誌 2006 年 1 月