文（Original article）

1.はじめに
交通や建設工事、工場の生産活動に伴って発生する振動は地盤を介して住宅内部に伝搬し、居住者の日常生活に支障をきたす場合がある。このように外部から伝搬する振動に対する木造住宅の応答については、複数の住宅に関する環境振動調査を基にした統計的な傾向に関して報告はなされているが(平尾ら2009) 、住宅内での詳細な振動伝搬状況については報告例が少なく（佐野ら2009)、不明な点も多い。そこで本研究では、木造軸組工法住宅の構造計画や平面計画が振動伝撒に与える影響を明らかにすることを目的として、森林総合研究所内に建築されたモデル木造住宅（森林総合研究所2009,小林ら2013)を用いて加振実験を行なった結果について報告する。また、敷地内で実施された地盤改良杭の打設工事に伴って発生した環境振動の実測結果についても報告する。
2.失験方法
2.1加振実験
実験対象としたモデル木造住宅の平面図を図１に示す。本加振実験の目的は、住宅外部を振動源とする振動が、住宅内部へどのように振動伝搬するかを明らかにすることにある。実験では、加振機（Shinken G-0130S）を用いて住宅外部の地盤面を鉛直方向に加振し、住宅内部に伝搬する振動を振動レベル計（RION VM-53）により計測した。実験装置の概要を図２に、また加振位置と測定点を図３に示す。加振機は写真１に示すように住宅北側の敷地境界に相当する地盤面にコンクリートブロックを介して設置した。振動レベル計は図３に示すように、基礎近傍の地盤面および１階、 2階の床面を順次移動し、鉛直方向および水平2方向の３方向につき振動加速度を収録した。なお、水平２方向についてはY方向を南北方向、X方向を東西方向に合わせた。住宅内部の受振点については、居室の振動加速度レベル分布を得ることを主眼とし、1階台所•リビング、2階主寝室・子供部屋の測定点を密に設定した。また、各居室内での受振点の間隔は、床下部の梁や大引、柱の位置と一致するよう設定した。なお、測定は竣工直後に行なったため、床面には家具等の重量物は設置されていなかった。加振機から発生させた振動波形はバーストランダム波（注記）とし、各測定点につきバーストランダムによる加振を8回繰り返した。バーストランダム波の例として加振機の近傍で計測した鉛直成分の加速度波形を図4に示す。記録した振動加速度波形は、JIS C1510に規定される振動レベル計の指示値と同等の値となるよう、加速度波形を波形処理ソフトウェア(リオン  DA-20PA1)上で処理し振動加速度レベルへと変換した。各測定点における振
図2.加振実験装置のブロックダイアグラム*本報告ではモーダル解析結果については含まないFig. 2. A block diagram of the measuring apparatus. * This paper does not include the modal analysis results.動加速度レベルは、1回のバーストランダム加振ごとの最大値を求め、それを８回の加振について平均して求めた。注）バーストランダム波（モード解析ハンドブック編集委員会、2000：様々な振動成分を一様に含むランダム波を、FFT分析器で時間窓をかけて短時間に区切って発生させたもので、波形の最初と最後が零になるのが特徴である。
2.2木杭打設時の振動測定
前節の加振実験に加えて、モデル木造住宅の敷地近傍で木杭打設工事(写真2)が実施された際に、実振動源（木杭打設）による環境振動の発生状況を検証するために、敷地境界地盤面および住宅内部にて振動測定を行なった。木杭打設は図5に示すとおり、モデル木造住宅の西側敷地境界より約21mに位置する3m×3mの範囲で行われ、1m間隔で計16本の打設が行われた。杭打ち機(コマツBA100)は打設箇所の北側を作業範囲としており、振動源と住宅との距離はほぼ一定とみなせた。振動の測定位置は西側の敷地境界および1階床上2箇所および2階床上1箇所の計4箇所とした。前節で用いた振動レベル計に付属する加速度計（リオン、PV-83C)と同じものを用いて3方向の加速度波形を直接データロガー (DA-20、リオン)に収録した。杭の打設工事は約１時間行われ、工事の開始から終了まで収録を行なった。収録後、波形処理ソフトウェア（リオン　DA-20PA1)を用いて1/3オクタープバンド分析を行なった。
2.3常時微動測定
モデル木造住宅の水平方向の卓越振動数を把握するために、木杭打設時に使用した加速度計（リオン、 PV-83C）を敷地境界地盤面（図5中M1）および2階の床面（図５中M2）に設置し、常時微動計測を行なった。収録の結果得られた10分間の振動加速度波形に対してフーリエ解析を行い、フーリエ振幅スペクトルを求めた。 N図５木杭打設箇所および振動測定点BL:敷地境界上地盤面1Fa: 1階床a, 1Fb: 1階床b, 2F: 2階床M1:敷地境界上地盤面（落時微動測定点） M2: 2階床（落時微動測定点） Fig. 5. Location of the piling construction site and locations of vibration measured points. BL: The ground point along the property line. 1Fa: point a  on the 1st floor, 1Fb: point 'b' on the 1st floor, 2F: the point on the second floor. M1: The ground point along the property line(microtremor measurement). M2: the point on the second floor(microtremor measurement).
3.結果及び考察
3.1加振実験の測定結果
各測定点で得られた水平(X方向、Y方向) 2方向および鉛直方向の振動加速度をもとに、1/3オクターブバンド分析を行い、振動加速度レベル分布を得た。 1 Hzから80Hzまでの1/3オクタープバンド毎の振動加速度レベル分布図は、補足電子資料（X方向：図1a、 Y方向：図2a、Z方向：図3a）に掲載し、以下では特徴的な分布がみられた振動数帯域について示す。
3.1.1水平方向の振動加速度レベル分布
振動数12.5Hzの带域における水平2方向（X方向、 Y方向）の振動加速度レベル分布をそれぞれ図6 (Y方向）および図7 (X方向)に示す。振動加速度レベル分布の等高線は、Y方向の分布図ではY方向に、X方向の分布図ではX軸に沿っており、水平構面が一体となって剛体振動している様子がみてとれる。また、両方向とも2階床の振動加速度レベルの最大値は基礎近傍の値より大きく、振動増幅が認められる。2階床の振動加速度レベルは、Y方向の分布図では西側、X方向の分布図では北側で値が大きくなった。図8に示すとおり1階の耐力壁は、南と東に大きな開口部を設けていることから、北側と西側に多く配置されているが、振動加速度レベルはこれら耐力壁が配置されている北側、西側で大きくなった。 Fig. 6. Distributions of vibration acceleration levels in the horizontal direction(Y direction, 12.5Hz)
Bearing wall耐力壁
—— Non bearing wall  非耐力壁
● Independent stud独立柱
図8. 1路の壁面および独立柱(○)左: 2階平面図に重ねた図、右: 2階床伏図に重ねた図Fig. 8. Layout plan of wall lines and independent studs on the 1st floor. Left: Wall lines and studs are overlaid on the floor plan of the 2nd floor. Right: Wall lines and studs are overlaid on the framing plan of the 2nd floor.
3.1.2鉛直方向の振動加速度レベル分布
鉛直方向(Z方向)の振動加速度レベルについて、 16Hz、40Hz、50Hzの带域における分布を図9示す。 16Hzの带域では、1階床、2階床ともに振動源に近い北東の領域における振動加速度レベルが高く、南西に向かうにつれて振動加速度レベルが減衰している様子がわかる。40Hzの帯域では、1階床の東側で、大引と大引の間に振動加速度レベルの極大値がみられる。2階床の分布は、階下に壁がない北東の領域において振動加速度レベルの極大値がみられ、階下の壁線や、柱で支えられた桁材に沿って等高線が密となり振動加速度レベルが減少している様子がわかる（下部の支持構造については、図8参照）。1階の振動加速度レベル分布について、50Hzの带域では40Hzの带域でみられた傾向がより強調され、土台と大引の間、あるいは大引と大引の間の各区間に振動加速度レベルの極大値が現れた。なお、50Hzの带域では、1階床で計測された振動加速度レベルの最大値は74dBであり、基礎近傍で計測された最大値71dBより大きく振動増幅がみられた。このように、1階と2階で振動加速度レベル分布に違いが表れた要因としては、1階床では大引の下に鋼製束が入れられており、2階床よりも短い間隔で床面が支持または拘束されていることがあげられる。木造住宅の1階の床面での振動加速度レベル分布については、鉄道を振動源とした測定事例(横島ら2006)においても比較的高い振動数帯域（63Hz）で振動増幅することが報告されており、その要因として、束材の影響により高次の振動モードが卓越することが指摘されている（佐野ら2009）。一般的な木造軸組工法における1階の床は、本モデル木造住宅と同様、鋼製束等によって支持或いは拘束される場合が多く、比較的高い振動数での振動が卓越しやすいものと考えられる。
3.1.3振動増幅量
住宅の外部から住宅内部に伝搬した振動の増幅量をみるために、住宅基礎近傍の地盤（基礎から1m離れた測定点の平均値）と住宅内部の振動加速度レベルの差を振動増幅量として求めた。図10は、水平方向（X方向、Y方向）および鉛直方向（Z方向）における1/3オクタープバンド中心周波数毎の振動増幅量を示したものである。1階床については、振動の方向に関わらず全測定点の振動増幅量の平均値は負の側にあり、住宅内部で振動は減衰する傾向にあった。1階床の鉛直方向の振動については、前節でみたように50Hzの帯域では局所的に増幅量が正となる測定点がみられたが、平均値と標準偏差を足した場合でも全带域において増幅量は負となった。2階床について、鉛直方向の振動増幅量の全測定点における平均値は全ての振動数帯域において負であり、振動は減衰する傾向がみられた。2階床の水平方向の振動については、X方向では5Hzから10Hzの带域、Y方向では6.3Hzから12.5Hzの带域において増幅量の平均値および中央値が正となり、X方向では6.3Hz、Y方向では8Hzの帯域に増幅量のピークが見られた。増幅量のピーク値は振動が伝搬するY方向のほうが大きくなった。2階床および敷地境界地盤面でのX方向およびY方向の常時微動のフーリエ振幅スペクトルを図11に示す。2階床の草越振動数はX方向が6.3Hz、Y方向が7.3Hzにあることがわかる。増幅量がピークを示した带域は、常時微動計測で得られた卓越振動数とほぼ合致していることから、住宅構造部の共振現象により増幅が生じた可能性が示唆される。増幅量が正となった振動数带域では、建物の共振が、また負となった振動数带域では、地盤から建物への入力損失や建物各部における減衰などの影響が優勢であったと考えられる。複数の住宅(木造戸建22棟、鉄骨造戸建5棟)の振動増幅量を調査した結果においても(平尾ら2009)、 2階床の水平方向の振動については半数以上の住宅で振動加速度レベルの増幅量が正となったことが報告されている。また同データを振動数毎にみると4Hzから8Hzの帯域で増幅量が正となる傾向にあったことが示されており(国松ら2012) 、本モデル木造住宅の結果もこれらの測定事例の傾向と概ね合致した。なお、 2階床の鉛直方向の振動については、同文献（国松ら2012)によると8割近い住宅で振動増幅量が負すなわち減衰する傾向にあったことが報告されているが、本モデル木造住宅の鉛直方向の振動についても同様の傾向を示した。
3.2木杭打設時の測定結果
3.2.1振動増幅量
木杭打設時に収録した振動加速度について、加振実験と同様に、敷地境界地盤面と住宅内部との振動加速度レベルの差、すなわち振動増幅量を求めた結果を図12に示す。同図には比較のため、加振実験での振動増幅量についても示す。木杭打設時における振動増幅量の振動数帯域毎の傾向は、低い振動数帯域（振動の方向、測定階によって異なり16Hz ～ 25Hz未満）では概ね加振実験の傾向と一致した。一方、高い振動数带域（16Hz ～ 25Hz以上）では、木杭打設時の振動増幅量は、振動数が高くなるにつれ、加振実験時の振動増幅量と乖離する傾向がみられた。ここで、地盤面の振動加速度レベルの振動数成分についてみると(図13)、振動数が高くなると、加振実験においては振動加速度レベルが増加したのに対し、木杭打設実験では、中帯域でピークを示した後、振動加速度レベルが減少しており、木杭打設時には、高い振動数帯域において、加振実験時よりも小さな振動加速度レベルの振動が伝搬Vicinity of the bedding基礎近傍
図9. 鉛直方向の振動加速度レベル分布(Z方向：16, 40, 50Hz)
上: 16Hz、中: 40Hz、下: 50Hz Fig. 9. Distributions of vibration acceleration levels in the vertical direction (Z direction: 16, 40, 50Hz) Upper: 16Hz, Middle: 40Hz, Lower: 50Hz Fig. 10. Vibration amplification amount in three directions measured at the shaking test. Legends: ○ : mean, ◇ : median, error bar indicates standard deviation. Note ・differences of the vibration acceleration level between the ground and each floor.図11.水平方向における常時微動の周波数スペクトル点線:地盤面、実線：2階床面。測定点については図5参照。 Fig. 11. Frequency spectrum of micro tremors in horizontal direction. Legends: Dotted line: ground , solid line: second floor. Refer to figure 5. ◆：加振実験時の地盤（基礎から1m離れた測定点の平均値）のL vx Fig. 13. Comparison of the vibration acceleration level (L vx ) of ground measured at the piling construction with the shaking test. Legends: ◇ : L 43 , measured at piling construction(BL in the Fig.5), ◆ : L 43 , measured at shaking test (mean of the measured points which were located 1m apart from the bedding).したことがわかる。以上のことから、高い振動数帯域においては、振動増幅量は伝搬した振動の大きさによって変化していることになり、伝搬した振動加速度レベルと振動増幅量が非線形の関係にある。この原因には、次に示すことが考えられる。加振機実験の加振力と地盤上に設置された振動レベル計の加速度から地盤伝搬振動の群速度を計算すると100m/s程度となる。この群速度をもとに振動増幅量において差を生じ始める16Hzの波長を計算すると6m程度となる。建物の基礎（振動伝搬方向）が7m程度あり、地表面伝搬してきた振動のうち、これよりも波長が短くなると、建物への入力損失が大きくなると考えられる(たとえば櫛田1997)。図14に示す通り、加振機実験については地表面加振のみであるのに対し、木杭打設においては重機がアウトリガーを上下させ杭を打ち込む。この作業により発生する振動は、アウトリガーの接点に生じる地表面加振と杭側部及び杭頭に生じる地中加振が考えられる。木杭打設においては、このように地中加振源が存在する。地表面加振が、表面波成分の伝搬が多いと考えられるのに対し、地中加振では、実体波成分の影響も大きくなると考えられる。表面波として伝搬した振動が、建物への入力損失により小さくなることによって、加振実験と木杭打設との伝搬系の違いが顕著になり、振動増幅量が見かけ上非線形の関係になっていると考えられる。この他の要因に、打設に伴い、杭側部及び杭頭に生じる非線形変形（杭打設に伴うめり込み）の影響などが挙げられる。これらのメカニズムについては、未解明であるため、今後検討をしていく必要があると考える。なお、木杭打設時の振動増幅量のピークは２階X方向、6.3Hzの振動数帯域にあり、加振実験と同様、常時微動測定から得られた卓越振動数(X方向6.3Hz)と合致した。
3.2.2振動に関する居住性能評価
外部の振動源による建物の居住性能評価の指針として、日本建築学会から「建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説」（日本建築学会、2004。以後、指針とする）が刊行されており、交通による水平振動と鉛直振動を対象とした評価指針が示されている。指針では、建物の応答波形に対して1/3オクターブバンド分析を行い、得られた振動加速度の最大値を、水平方向と鉛直方向について別々に定められた性能評価曲線と照合することによって性能評価を実施する。図15は、木杭打設時に収録した振動加速度波形について、 1/3オクタープバンド毎の最大値を指針の評価曲線と凡例:各測定点については図5を参照、 *日本建築学会2004「建築物の振動に関する居住性能評価指針」 Fig. 15. Comparison of the maximum response acceleration measured during the piling construction with evaluation lines *. Legends: Refer to Fig.5. * Evaluation lines are based on the 'Guidelines for the evaluation of habitability to building vibration' established by Architectural Institute Japan (AIJES-V001-2004).共に示したものである。指針では、振動加速度そのものを1/3オクタープバンド分析した結果、または、JIS C1513-2002に定めるところの1/3オクタープバンド分析器を用いる場合は、衝撃信号用時定数（10msec）にて分析処理した結果を用いることを推奨している。本研究で用いた1/3オクターブバンド分析ソフトウェア(リオン、DA-20PA1)は後者に該当しており、時定数10msecにて実効値計算した値を評価量として用いた。住宅内部で計測された振動について、水平方向では2階の応答加速度が敷地境界(BL)よりも高い値を示したが、その評価は知覚確率10%の曲線(H-10)を下回る結果となった。ここでいう知覚確率とは、評価点に人がいた場合、何％の人がその振動を感じるかを示している。一方、鉛直方向については、住宅内部の応答加速度は敷地境界（BL）以下であったが、その評価は1階、2階共に知覚確率30%の曲線(V-30)を超える結果となった。
4.まとめ
モデル木造住宅の外部から住宅内部への振動伝搬特性を明らかにするために、加振実験を行い、住宅内部の振動加速度レベルの分布を得た。また、モデル木造住宅近傍での木杭打設工事に伴って発生した環境振動の測定を実施した。その結果、以下の事が明らかとなった。 ・鉛直方向の振動加速度レベル分布は、1階床、2階床ともに、床面を支持する土台、柱、壁およびそれらの平面的配置による影響を受けた。1階床は、鋼製束によって２階床よりも短い間隔で支持されているため、比較的高い振動数（40Hz以上）で振動加速度レベルのピークが観察された。2階床では、階下の壁線に沿って振動加速度レベルが減少する傾向がみられた。 ・加振実験の結果得られた振動増幅量について、1階床では水平・鉛直方向ともに、全ての1/3オクタープバンドにおいて全測定点の平均値が負となり、振動増幅は認められなかった。2階床の水平方向の振動については、5Hzから12.5Hzの帯域で振動増幅が認められた。振動増幅量が最大となった振動数帯域(6.3Hz — 8Hz)は、常時微動計測によって得られた住宅の水平方向の卓越振動数とも合致しており、共振現象によって振動増幅が生じた可能性が示唆された。なお、2階床の鉛直方向については、全測定点の振動増幅量の平均値は負となり、振動増幅は認められなかった。本研究は、森林総合研究所運営費交付金プロジェクト  (200903：地域材を利用した安全・快適住宅の開発と評価)によった。櫛田裕（1997） "環境振動工学入門　建築構造物と環境振動”,理工図書, 156-157.国松 直・平尾善裕・北村泰寿(2012)振動数を考慮した家屋内振動の予測方法.騒音制御, 36 (1) , 89- 99.小林久高・末吉修三・杉本健一・原田真樹・森川岳・宇京斉一郎(2013)森林総合研究所におけるモデル木造住宅（実験住宅）の概要等について.森林総合研究所研究報告, 12 (1) , 75-87.佐野泰之・伊積康彦・横島潤紀・冨田隆太・石橋敏久・平松和嗣・成瀬治興・後藤剛史(2009)木造家屋床面の振動モード解析：鉄道により高振動数が草越する床面の解析.日本建築学会技術報告集, 15 (29) , 151-154.森林総合研究所(2009) "森林総合研究所設計コンペ「近未来の木造住宅」－安全・快適・高耐久、省エネー　受賞作品集”、森林総合研究所第２期中期計画成果９（安全・安心－５）.平尾善裕・横島潤紀・国松直(2009)地盤振動に起因する家屋振動増幅特性の測定法および事例について.日本騒音制御工学会春季研究発表会講演論文集, 49-52モード解析ハンドプック編集委員会（2000）モード解析ハンドブック,コロナ社, 53横島潤紀・伊積康彦・平松和嗣・石橋敏久・永閔慶樹・後藤剛史(2006)木造家屋内における鉄道走行時の振動実測結果について.日本建築学会技術報告集, 24, 203-206.日本建築学会(2004)建築物の振動に関する居住性能評価指針・同解説以下はオンライン版のみの掲載となります。図1a-1~1a-5    X方向の振動加速度レベル分布改2a-1~2a-5    Y方向の振動加速度レベル分布改3a-1~3a-5    Z方向の振動加速度レベル分布URL: http://www.ffpri.affrc.go.jp/pubs/bulletin/430/ index.html
Seiichiro UKYO 1)*, Yasuyuki SANO 2) , Shuzo SUEYOSHI 1) , Kenichi SUGIMOTO 1) , Kenji AOKI 1), Hisataka KOBAYASHI 3) and Masaki HARADA 1) Abstract An on-site shaking test was conducted in order to evaluate the vibration propagation characteristics of a two-story wooden model house which was constructed as part of a research project at FFPRI. Distributions of vibration acceleration levels on each floor were measured. Besides shaking test, environmental vibrations induced by the piling of wooden piles were measured. The distribution of the vibration acceleration level (L v λ ) was largely influenced by the location of floor supporting structure elements; on the second floor, values of the vertical L A along the downstairs walls were smaller than the values where no supporting members were present underneath. Unlike the second floor, the first floor was supported by metal studs at shorter intervals as compared to those supporting of the second floor. Therefore, locally high I vA values were observed at a relatively higher frequency band (larger than 40Hz) on the first floor. Vibration amplification was evaluated with the difference of the L v A between the ground near the bedding and each floor. The amplification of horizontal vibration was confirmed on the second floor. The frequency band at which the amplification was largest (6.3Hz -8Hz) was in accordance with the predominant frequency obtained with micro tremor measurement. Therefore, it is likely that amplification is caused by the resonant phenomena. amplification, wooden pile construction Y