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＊第9回 「新しい水平構面をつくる・その５」はこちらへ |
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＊第10回 「新しい水平構面をつくる・その６」はこちらへ |
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| ３－５．実験の方法及び評価方法 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 床構面の実験より床倍率等の性能を評価するための評価法が（財）日本建築センターや（財）日本住宅・木材技術センターより出されているので、それを基に実験及び評価する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| １．床倍率を算定するための水平構面の試験法、評価法 ｛品確法に基づく性能表示の構造方法の試験法、評価法｝ |
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| 合板等を張った床組、小屋組の水平構面の面内せん断の試験方法及び評価方法を示す。 面内せん断試験では、せん断要素である面材が先行して終局破壊し、軸組の仕口部が先に破壊しないことを条件とする。 |
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| ２．完全弾塑性モデルによる降伏耐力、終局耐力等の求め方 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 降伏耐力Ｐｙ、降伏変位δｙ、終局耐力Ｐｕ、終局変位δｕ、剛性Ｋ、塑性率μ及び構造特性係数Ｄｓの算定は、枠組壁工法の試験評価法で提案されている。
包絡線は、計測した荷重・変形曲線の終局加力を行った側の最初の荷重変形曲線より求める。 |
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| （１）包絡線上の０．１Ｐｍａｘと０．４Ｐｍａｘを結ぶ第Ⅰ直線を引く。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （２）包絡線上の０．４Ｐｍａｘと０．９Ｐｍａｘを結ぶ第Ⅱ直線を引く。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （３）包絡線に接するまで第Ⅱ直線を平行移動し、これを第Ⅲ直線とする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （４）第Ⅰ直線と第Ⅲ直線の交点の荷重を降伏耐力Ｐｙとし、この点からＸ軸に平行に 第Ⅳ直線を引く。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （５）第Ⅳ直線と包絡線との交点の変位を降伏変位δｙとする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （６）原点と（δｙ，Ｐｙ）を結ぶ直線を第Ⅴ直線とし、それを初期剛性Ｋと定める。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （７）最大荷重後の０．８Ｐｍａｘ荷重低下域の包絡線上の変位を終局変位δｕと定める。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （８）包絡線とＸ軸及びδｕで囲まれる面積をＳとする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （９）第Ⅴ直線とδｕとＸ軸及びＸ軸に平行な直線で囲まれる台形の面積がＳと等しく なるようにＸ軸に平行な第Ⅵ直線を引く。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （１０）第Ⅴ直線と第Ⅵ直線との交点の荷重を完全弾塑性モデルの終局耐力Ｐｕと定め、 そのときの変位を完全弾塑性モデルの降伏点変位δｖとする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （１１）塑性率μ＝（δｕ／δｖ）とする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| （１２）構造特性係数Ｄｓは、塑性率μを用い、Ｄｓ＝１／√（２μ－１）とする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ３．適用に際しての留意事項 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 本章で示した試験方法及び評価方法は、標準的なルールを示したものであり、必ずしもこの方法に従わなければならないものではない。 特に金物等では多種多様な提案をされる可能性があり、実状に則し、構造的なルールに則った試験方法とすべきであると考える。 これらの方法から得た結果は、実際の構造設計に使われるものであり、実状をよく把握して試験方法を選択すべきである。 良質な木材で試験を行なえば、高い性能の結果が得られるし、同一木材で試験を行なえば、結果のばらつき係数は小さくなるが、それが実状に則しているかが問われるであろう。 なお、木造の耐力壁の性能評価は、国土交通省が指定した次の５つの指定性能評価機関が行なっている。 |
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| ３－６．実験データより短期基準せん断耐力の算定 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| １．せん断変形角の算定 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| せん断変形角は次の方法で計算を行う。 見かけのせん断変形角（γ）、脚部のせん断変形角（θ）、真のせん断変形角（γ０）は次式による。 |
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| 見かけのせん断変形角 γ＝（δ１－δ２）／Ｈ （ｒａｄ） 脚部のせん断変形角 θ＝（δ３＋δ４）／Ｖ （ｒａｄ） 真のせん断変形角 γ０＝γ－θ （ｒａｄ） |
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| ２．短期基準せん断耐力の算定 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
短期基準せん断耐力Ｐ０は、下記の（ａ）～（ｄ）で求めた耐力の平均値に、それぞれのばらつき係数を乗じて算出した値のうち最も小さい値とする。 |
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| なお、ばらつき係数は、母集団の分布系を正規分布とみなし、統計的処理に基づく信頼水準の７５％の５０％下側許容限界値をもとに次式により求める。 ばらつき係数＝１＊ＣＶ＊Ｋ |
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| なお、降伏耐力Ｐｙ、終局耐力Ｐｕ、構造特性係数Ｄｓ等は「完全弾塑性モデルによる降伏耐力、終局耐力等の求め方」による。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ３－７．試験結果より得られた剛性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 試験により得られたデータを図－１に、完全弾塑性にモデル化したものを図－２に示す。 剛性については、試験データから求めた剛性を表－１に、完全弾塑性にモデル化したものから剛性を算出したものを表－２に示す。 |
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| 表－１ 試験データからの剛性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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表－２ 完全弾塑性のモデル化による剛性 |
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| Ｐ：変計角が1/150rad時の荷重 （ＫＮ） Ｍ：Ｐ×試験体高さ （ＫＮ・ｍ） Ｒｙ：変計角＝1/150rad（0.0067） Ｋ：剛性 Ｍ／Ｒｙ （ＫＮ・ｍ） |
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| （ａ） ： 完全弾塑性に置き換えたグラフからの降伏耐力Ｐｙ （ｂ） ： 終局耐力Ｐｕに０．２／Ｄｓを乗じたもの （ｃ） ： 実験データからの最大荷重Ｐｍａｘに２／３を乗じたもの （ｄ） ： 真のせん断変形角が１/150ｒａｄ時の荷重 |
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床倍率の算定 |
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| 表－４ 実験からの床倍率と表からの床倍率 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ※実験結果より合板張りの各２タイプは、耐力的にはかなり大きめに出ているので、品確法の床倍率を上回る床倍率となっている。 これは、手間ひまをかけて施工を行なうことで耐力も大きくなったものと思われるが、反対に、手を抜いていい加減な施工を行なえばこの値の半分になるであろう。 |
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| ３－８．地震力の検討例 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 桧の厚板のずれ止め防止ダボとビスによる杉板の水平構面を、（財）日本住宅･木材技術センターにおける２間×４間の水平構面として新壁量計算法の最大レベルの偏心を有する床面のモデル例を検討する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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短期基準せん断耐力での検討 |
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| 以上の検討結果、火打ち＋合板転ばし根太仕様と合板直張り仕様以外の水平構面耐力は、上記のようなモデルであれば必要剛性を満たしているので、水平構面としての機能も期待できることが分かった。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ３－９．品確法での必要床倍率の検討例（等級３の場合） | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３－８のモデルで２階建ての軽い屋根の２階床構面の必要床倍率を検討する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 必要壁量 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 品確法テキストより | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ５４×Ｋ１×Ｚ１×Ｓ１＝１４３１ｃｍ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 存在壁量 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ３×１．０×５００＝１５００ｃｍ ∴ＯＫ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 耐力壁線間の距離：７．２８ｍ 性能表示で定める地震に関する単位面積あたりの必要壁量：５４ｃｍ／㎡ α＝２．０ |
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| 実験から得られた床倍率と上記検討の必要床倍率の比較 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ３－９の２間×４間モデルで、品確法における各等級の条件に応じたαによる必要床倍率の検討結果を以下に示す。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 表－８ 各条件による必要床倍率 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 表－９ 各条件による必要床倍率と実験結果からの床倍率の検討 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 以上の結果より、２間×４間のような大きな空間では等級１の最低基準であれば、各５タイプの仕様で施工しても問題ないと思われる。 しかし、それ以上の性能を確保しようと思えば、火打ち＋合板転ばし根太仕様及び合板直張り仕様では、２間×４間のような大きな水平構面では、耐力的に難がある。 |
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| ３－10．まとめ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 各試験体における評価 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| １．桧（吉野産）厚板 せん断抵抗ダボ仕様 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 今回の実験でわかったことは、桧厚板のせん断抵抗ダボ仕様においては、想定床倍率で４倍程度を見込んでいたが、実験から算出した値は、６倍を超えるような剛性と耐力を持った非常に耐力のある水平構面であった。 尚、実験では仕口のHD金物が先に破壊してしまったため、本来の性能を引き出すことができなかった。 この試験体は非常に強力な面材が片面のみに貼られたため、床構面が偏芯によるねじれを起こし、試験装置の振れ止め部分が何度も変形して試験中止となった。 「その１」と「その２」は１日目に試験を行なったので、「その２」の初期耐力は「その１」に比べて低い値となった。 これは、「その１」の試験時に加力した際、仕口のアリが破損したり、ダボのめり込みによりダボの隙間が発生したことが、耐力が落ちた原因と思われる。 そのため、「その３」は試験前にゆるんでいるダボを取り替え、きつめのダボに打ち直し、試験を行なったところ、「その１」と同等の初期耐力が得られた。 このことから、「厚板が破損しなければ、地震等でめり込み降伏してゆるんだダボは交換することにより、もとの性能を確保できる」ことがわかった。 尚、接合部が破壊しなければ、想定床倍率は６．０倍程度まで期待できると思われる。 |
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| 次項より実用化例を掲載する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 改正建築基準法の告示第１４６０号による接合金物の規定は、上記のような軸要素の接合部破壊を先に起こさないで、接合部耐力を大きくすることにより、壁体破壊を先行させるための規定であり、このような高耐力な面をつくった場合は、接合部をそれ以上の耐力を持たせないと、接合部の破壊により、危険な（脆性的な）倒壊につながる恐れがあるので注意が必要である。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 次回は実用化にむけた取り組みの事例です。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ●＜たはら・まさる＞ 「木構造建築研究所 田原」主宰 http://www4.kcn.ne.jp/~taharakn |
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