軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

令和３年度建築研究所講演会

2022/3/4（金）建築研究所講演会

軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み
国立研究開発法人 建築研究所
建築生産研究グループ 研究員

沖 佑典

国立研究開発法人 建築研究所

Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

令和３年度建築研究所講演会

Ⅰ はじめに人々の生活、企業の経済活動、行政機能、等…

大規模な災害（大地震等）の発生

これらを実現するために、建築物の各部分には多様な”機能”が要請される建築物（の部分）の損傷等
構造設備
非構造部材
躯体等

（例えば…断熱、音、遮光、等）構造躯体ではない部分＝“非構造部材”
構造的検討（※荷重・外力に対する強度や剛性等の検討）を要さない部材？

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非構造部材の損傷等により、・機能継続の妨げになった例も2

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Ⅰ はじめに
軽量鉄骨下地（LGS）とボードによる壁（LGS壁）の損傷、転倒等

写真 熊本地震によるLGS壁の被害
出典：国総研、建研：平成28年（2016年）熊本地震による建築物等被害第十四次調査報告（速報）（http://www.kenken.go.jp/japanese/contents/topics/2016/14-kumamoto.pdf）

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Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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Ⅰ はじめに人々の生活、企業の経済活動、行政機能、等…

大規模な災害（大地震等）の発生

これらを実現するために、建築物の各部分には多様な”機能”が要請される建築物（の部分）の損傷等
構造設備
非構造部材
躯体等

（例えば…断熱、音、遮光、等）構造躯体ではない部分＝“非構造部材”
対策必要！

構造的検討（※荷重・外力に対する強度や剛性等の検討）を要しない部材？

非構造部材の損傷等により、・機能継続の妨げになった例も非構造部材に対しても耐震性の確保等の取組みがなされるようになってきている
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Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

令和３年度建築研究所講演会

目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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Ⅱ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
非構造部材に対する耐震安全性の確保に関するニーズの高まり
2013～2016年度
国土交通省総合技術開発プロジェクト「災害拠点建築物の機能継続技術の開発」
2016年 熊本地震
＊非構造部材の損傷等が発生し、機能継続が困難になるような事例
2018年 国交省住宅局「防災拠点等となる建築物に係る機能継続ガイドライン」

国交省報道発表資料より
https://www.mlit.go.jp/jutakukentiku/build/jutak
ukentiku_house_tk_000088.html

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Ⅱ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
非構造部材に対する耐震安全性の確保に関するニーズの高まり
2013～2016年度
国土交通省総合技術開発プロジェクト「災害拠点建築物の機能継続技術の開発」
2016年 熊本地震
＊非構造部材の損傷等が発生し、機能継続が困難になるような事例
2018年 国交省住宅局「防災拠点等となる建築物に係る機能継続ガイドライン」「防災拠点等となる建築物に係る機能継続ガイドライン」（https://www.mlit.go.jp/common/001292551.pdf）
目次より抜粋

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Ⅱ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
2019年 「建築設計基準」の改定（国交省大臣官房官庁営繕部）…熊本地震では、避難所として指定された建築物の機能継続が困難となった事例が発生
国の庁舎及びその附帯施設の建築設計に適用される「建築設計基準」において、建築非構造部材の耐震設計に関する規定が明確化

右図：国交省資料より抜粋（https://www.mlit.go.jp/common/001293701.pdf）

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9Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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Ⅱ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
建築物の計画、設計段階において、・（最低限）構造安全性の確保
・機能継続にどの程度配慮し建築するか、等
被災後に建築物に期待される性能の選択肢がこれまでより用意→選択された「建築物へ期待する性能」を実現する非構造部材の要素技術が必要
各種非構造部材の要素技術：従来の構工法を適用することが多い
・建築物の大変形時も想定しつつ、どの程度の耐震性を有するか・構工法がどのような仕組みで建築物の機能継続に寄与するかが求められる

LGS壁、天井が有する耐震性、機能継続性確保に向けた損傷メカニズム等の整理が必要
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目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１） LGS壁2017年～ 建築研究開発コンソーシアム研究会「軽量鉄骨下地乾式間仕切り壁の地震時損傷抑制に関する研究」（LGS壁研究会）（代表者：清家剛 東京大学教授）＊参加団体等
・設計事務所、ゼネコン、部材メーカー等 24社
・大学教員4名
・国総研、独立行政法人等、建研 ４団体＊LGS壁の耐震設計規準案策定を目指している

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壁高さ8m

写真 LGS壁研究会での検討の一例（高さ8mのLGS壁の面外載荷実験）→
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12Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
日本建築学会「非構造部材の耐震設計施工指針・同解説」(2003)
・「強制変形（角）」と「慣性力」について検討
・両者を「独立な検討」によって確かめる
LGS壁の耐力等について強制変形と慣性力の影響が独立とみなせるか、明確にはなっていない。

[面内変形][面外慣性力]・面内変形と慣性力（相当の中央面外荷重）を同時に受けたときに、どのような壊れ方をするか・「独立に検討」によって予測できる損傷メ
カニズムかを確認する。

[面外変形][面内慣性力]国立研究開発法人 建築研究所

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LGS壁試験体

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上ランナー（躯体にボルト接合）

3000

スタッド ：上下ランナーに差し込む（上端10mm隙間）
せっこうボード（下張り）※四周10mmロックフエルト
せっこうボード（上張り）※四周5mmをシーリング

5010

下ランナー（躯体にボルト接合）：ボルト接合箇所
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実験の様子(面内変形）

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載荷フレーム（慣性力相当の中央面外荷重加力用）

面内-2.5%到達時

載荷フレーム（LGS壁の支持、面内変形用）
LGS壁面内変形国立研究開発法人 建築研究所

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実験結果：試験体No.1（面内変形→慣性力）
試験体
No.1

3[%]

面内変形

慣性力
サイクル

0-3(b) ボードとフレームの接触（面内+0.75%）
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(c)

(b)

(c) 目地部分でのボードの剥がれ（面外2.0%後）

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高さ1.5m部分でのス
タッドの変形
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実験結果：試験体No.2（慣性力→面内変形）
3
試験体
No.2

[%]

(e)
慣性力

面内変形

(f)

0
サイクル

-3(f) ボードの脱落(e) ボードの剥がれ
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17(f) ボードの著しい剥がれ
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実験結果：試験体No.2（慣性力→面内変形）3
試験体No.2[%]

(e)
慣性力

面内変形

(f)

0
サイクル

-3

No.2は最終的に脱落→逆順（No.1）後の最終状況よりボードの損傷が著しい→慣性力でのボードの損傷が、面内変形時の最大耐力低下に影響したと考えられる(f) ボードの脱落(e) ボードの剥がれ
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18(f) ボードの著しい剥がれ
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面内変形

慣性力
実験結果：
最大耐力等の抽出
試験体No.1 （慣性力+0.0%

面内層間変形）
面内変形+101.1kNによる
150

慣性力によるたわみ角 0.0%

-3-2

面内変形による最大耐力(kN)

100

最大耐力(kN)

120500-101-50-90.0kN

23

強制変形角(%)

100

●：正側
○：負側

80-100-150

試験体No.2 （慣性力+2.0%
30面内層間変形）+70.0kN
面内変形
150

たわみ角 +2.0%
慣性力(kN)25による最大耐力(kN)

2015-3100-2-110050
0-50

慣性力によるたわみ角(%)

50.0

0.5

1.0

1.5

2.0

60

-100

2.5-61.0kN

40

慣性力によるたわみ角
θout(%)

200

123

強制
変形角(%)

00.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5-150

面内荷重Fin-変形角Δ/H関係 面外荷重FIF -たわみ率δ/h関係
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実験結果：面内変形と慣性力の対応
面内変形のみの面内変形による場合の最大耐力
最大耐力(kN)

面内変形

120
100

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実際にLGS壁を同一の試験体に「慣性力→面内変形」の順番で加えたときの最大耐力は、たわみ角が大きいほど低下

●：正側
○：負側

8060

慣性力

40

δout

20
0

面内変形と慣性力の「独立な検討」で十分か？

0.00.5

国立研究開発法人 建築研究所

1.0

1.5

慣性力によるたわみ角
2.0
2.5 θout(%)
20

たわみ角:

δh θout = out
hBuilding Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Ⅲ１）b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
構造躯体
躯体

非構造部材が構造躯体の影響を受けながら地震時にどのように挙動するか

非構造部材上下の床に支持
固定度も踏ま →多点入力問題として解析的に解ける？
えた応答性状 ＊ピン支持や固定支持を想定したモード解の把握が必要
析による方法は石原ら（2020）が提案
LGS壁固有の接合状態等を踏まえた応答性状は、実験で把握する必要がある
一例として、鉄骨骨組に設置されるLGS壁の応答性状を確認する動的実験を実施

壁が受ける地震時の応答（面外変形＋慣性力）の検討
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鉄骨骨組(上梁)

試験体の構成鉄骨骨組（1層1スパン）梁（加振方向）高さ
約1.6m(実大の約半分)

LGS壁(検討対象)
柱ピン支承
加振方向

国立研究開発法人 建築研究所

鉄骨骨組
(下梁)

23

加振方向
（写真の奥行方向）Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

鉄骨骨組とLGS壁の挙動

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加振5回目（鉄骨骨組の梁破断）

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1600

高さ(mm)

高さ(mm)
加振1回目
2回目
3回目
4回目
5回目
（5回目で梁端破断発生）

800

800

1200

1200

1600

LGS壁の応答（面外加速度応答分布）

400

400

加速度(m/s2)

加速度
ピーク値(g)-20-1000

■：加速度
計測位置

01020

ある時刻の分布加振方向
国立研究開発法人 建築研究所

01234

ピーク値分布

上下端に近い部分で大きな加速度が出た
25

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Mst2 LGS壁の上下端がピン

加振1回目
2回目
3回目
4回目
5回目
（5回目で梁端破断発生）

1600
800

400

Mst3

高さ(mm)

1200■：曲げモーメント
計測位置

800

Mst4

時刻②

高さ(mm)

400

Mst5

時刻①

1200

1600

LGS壁の応答（スタッドの曲げモーメント分布）支持の場合に予測される応答モード
-20

-1000

Mst1

010

曲げモーメント(N・m)

加振方向
国立研究開発法人 建築研究所

ある時刻の分布262001020
曲げモーメント
ピーク値(N・m)

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ピーク値分布Building Research Institute軽量鉄骨下地による非構造部材の耐震性等に関する建築研究所の最近の取組み

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Mst2 LGS壁の上下端がピン加振1回目
2回目
3回目
4回目
5回目

1600
1200
800

Mst3

高さ(mm)（5回目で梁端破断発生）

400■：曲げモーメント
計測位置

800

Mst4

時刻②高さ(mm)

400

Mst5

時刻①1200

1600

LGS壁の応答（スタッドの曲げモーメント分布）

0

Mst1

0

支持の場合に予測される応答モード-20-100
10200
102030下端に近い部分で曲げモーメントが大きくなっている
曲げモーメント
曲げモーメント(N・m)
ピーク値(N・m)→既往文献で確認されたピン-ピンの支持条件とは、ある時刻の分布
加振方向
ピーク値分布分布の傾向が若干異なっていた。
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目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについてⅢ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Ⅲ ２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）(特定)天井の耐震化方法：「建築物における天井脱落対策に係る技術基準の解説」（2013）
・有害な応力集中が生ずるおそれのある部分を設けないこと…段差部で分離する仕様が例示されている・天井面が十分な面内剛性を有し、一体的に挙動することが前提 （※平らな場合は面内剛性を有する）
山下、石原ほか（2017）の段差部を有する天井の検討：それぞれの天井の耐震性を確保すれば、段差部で一体化しても耐震性は一定程度確保される
段差部の一般的な考え方として、複数の勾配からなる天井の勾配変化部・勾配変化部の曲げ実験
・勾配変化部を有する天井の耐力等に関する実験
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複数の勾配から成る天井の地震被害の例
平成 28 年（2016 年）熊本地震による建築物等被害第十一次調査報告（https://www.kenken.go.jp/japanese/contents/topics/2016/11kumamoto.pdf） より応力集中が危惧される
接合部
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Ⅲ ２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
勾配変化部を有する天井の耐力等に関する実験

クリップのずれ（赤線が初期位置）

F

900

F
国立研究開発法人 建築研究所

900

900

900

1500

900

δ

単調載荷終了時
ボードの持ち上がり

3050

30

ブレースの屈曲

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Ⅲ ２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
勾配変化部を有する天井の耐力等に関する実験

クリップのずれ（赤線が初期位置）

F・各接合部の接合状態が十分確保されれば、複数の勾配から成る場合ブレースのでも耐震性の向上にはなりうる。
屈曲F・天井面の持ち上がりの発生→ハンガー等への強制変形等が見られた。
単調載荷終了時
δ
ボードの持ち上がり
900

900

900

900

1500

9003050

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目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
LGS壁LGS壁研究会等で議論

荷重・外力Demand

耐力等Capacity

壁の地震力（解析）※1

一般的な構工法（≦5m）の静的実験※1上下の床に支持される
非構造部材一般

慣性力

天井
発展

告示化・解説書等へ反映

荷重・外力Demand

耐力等Capacity

地震力（中地震動）※2

仕様留意事項
実験的検討

周囲の壁等に慣性力を負担させる天井強制変形(面内・外）

地震力（大地震動）※2
5m超のLGS壁ｼｽﾃﾑ天井（特に面内変形）(静的実験）

発展

LGS壁振動台実験等

段差部・勾配変化部（在来）
隣接間の隙間※2（構造躯体の応答の影響を考慮した振動性状）※2天井に限定されない一般的な事項
国立研究開発法人 建築研究所

33

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Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
荷重・外力Demand

耐力等Capacity

LGS壁の耐震性について、外力等（慣性力や強制変形）の組み合わせによる影響に関する検討の一例を示した。

壁の地震力（解析）※1

一般的な構工法（≦5m）の静的実験「独立の検討」は、必ずしも実際に生じる状態を予測して検討できているわけではない

強制変形(面内・外）【今後の展開】
・この他の外力等の組み合わせについて検討→性能に応じた補強方法等について検討することが可能になると考えている
・構造躯体に直接支持された状態に関する検討の・実際の形状等（開口部、出隅、入隅、等）
・はね出し材を介する場合等への展開

１）LGS壁※1上下の床に支持される
非構造部材一般

慣性力

5m超のLGS壁(静的実験）

LGS壁振動台実験等（構造躯体の応答の影響を考慮した振動性状）

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34

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Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開【今後の展開】
壁の地震力に関する解析的検討と実験の対応関係を整理する→ 動的実験の補完的な検討
高さをパラメータとした検討への展開が可能になると考えている

１）LGS壁
荷重・外力Demand

耐力等Capacity

壁の地震力（解析）※1

一般的な構工法（≦5m）の静的実験※1上下の床に支持される
非構造部材一般

慣性力

強制変形(面内・外）

5m超のLGS壁(静的実験）

LGS壁振動台実験等（構造躯体の応答の影響を考慮した振動性状）

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35

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Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
２）天井発展

告示化・解説書等へ反映

荷重・外力Demand

耐力等Capacity

地震力（中地震動）※2

仕様留意事項
実験的検討・特定天井の告示制定等
・各社の技術開発の提案→耐震性の底上げがなされつつある【今後の展開】
・告示制定以降の新たな知見も踏まえて、現行告示の合理化等が可能な部分に関する議論

周囲の壁等に慣性力を負担させる天井
地震力（大地震動）※2
ｼｽﾃﾑ天井（特に面内変形）
発展

平らな天井では想定し得なかった挙動が誘発されるおそれがあることも踏まえて、注
意深く議論していく必要がある

段差部・勾配変化部（在来）
隣接間の隙間※2※2 天井に限定されない一般的な事項
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３）非構造部材全般の課題

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風水害による建築物への被害等を踏まえた展開

店舗の軒天井の損傷
店舗南西側の間仕切

屋外に面する建具の被害
国土交通省国土技術政策総合研究所、ほか「平成30年台風21号に伴う強風による建築物等被害現地調査報告（速報）」（http://www.kenken.go.jp/japanese/contents/topics/2018/typhoone21.pdf）より

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被害の実態やニーズも踏まえ、耐震性のみならず耐風圧性の観点も含めた検討が必要になってくると思われる。
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３）非構造部材全般の課題
大規模な災害（大地震等）の発生
建築物（の部分）の損傷等
非構造部材の耐震性等の確保
構造設備
非構造部材
躯体等
大規模な災害の発生後も機能継続が可能となる
人的被害、機能継続の阻害

人々の生活、経済活動、行政機能、等…

これらを実現するために建築物の各部分に要請される多様な”機能”（例えば…断熱、音、遮光、等）求められる“機能”に応じた選択肢が必要となる
非構造部材の損傷は、単に耐震性を損なうのみならず、本来的な性能の損失にもつながる可能性

構造安全性以外の要求性能に関する評価軸も踏まえながら整理する必要がある
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どこまでの損傷なら「壁」として機能するか？

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目次
Ⅰ はじめにⅡ 非構造部材の耐震性確保等へのニーズと取組みについて
Ⅲ 建築研究所での非構造部材の耐震性に関する研究
１）LGS壁
a. 面内変形と面外慣性力の同時作用に着目したLGS壁の静的実験
b. 鉄骨骨組に支持されたLGS壁の地震時応答性状に関する動的実験
２）天井（勾配変化部を有する天井の実験）
Ⅳ 非構造部材に対する今後の展開
１）LGS壁の課題
２）天井の課題
３）非構造部材全体の課題
Ⅴ おわりに国立研究開発法人 建築研究所

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Ⅴ おわりに非構造部材の種類・工法等は多種多様であり、それらの各々で配慮すべきことが異なる。
そのため、一朝一夕の解決は難しいが、更に検討を重ねて、社会全体の安全・安心の向上に資するように、これからも取り組んでいきたい。

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ご清聴ありがとうございました。

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