杉という木材の建築構造への技術利用/第42回

連載

文/写真　田原　賢

Ｎ値計算法の中の『Ｌ』の原理となった柱カウンターウェイト検証実験後編１

柱カウンターウェイト検証実験（本実験）

ここで掲載する内容は、1999年に(財)日本住宅・木材技術センターより、性能規定化に向けた新しい設計法（許容応力度設計法）に盛り込む内容の一環として行なわれたものであり、その報告書より抜粋して掲載する事とする。

１．実験目的

地震力により層間変形が生じた場合、耐力壁の剛体的回転によって柱の浮き上がりが生じる。そのときに上階の重量により、長期軸力だけではなく柱を押さえ込む力（＝カウンターウェイト）が発生する。
現状では、｢3階建て木造住宅の構造設計と防火設計の手引き｣(日本住宅・木材技術センター)の中で、柱脚部の設計においてβ(=0.5、0.8)という係数で考慮されているのみである。
本実験では1層の木造軸組の水平載荷（変位制御で押し→引き→終了、最大変位(1/30(rad))時に2分間のhold）を行い、大変形時にどのくらいのカウンターウェイトが存在するか、浮き上がり範囲はどのくらいのものになるのかを考察する。
また、カウンターウェイトの、耐力壁の配置の違い、継手の影響、梁組や建物の形状による影響を考察する。
そして、建築基準法の性能規定化に向けて現在開発されている、性能明示型設計法プログラムに、このカウンターウェイトの要素を取り込むため、カウンターウェイトのモデル化を行うことを目的としている。

２．実験概要

２−１．実験日程

No.3-1、No.3-2	1999年9月29日(水)
No.3-3、No.3-4	1999年10月1日(金)
No.4-3	1999年10月7日(木)
No.4-4	1999年10月8日(金)
No.4-3	1999年10月11日(月)
No.4-4	1999年10月13日(水)

実験地：ポラス暮らし科学研究所

２−２．試験体

２－２－１．試験体概要

実験はNo.3-1～No.3-4、No.4-1～No.4-4の計8体について実験を行った。No.3は長方形、No.4はL字形の建物形状となっている。試験体概要の図面を図１～4(後出)に示す。

(1)試験体の仕様

柱	105角（ホワイトウッド集成材）
梁	105×240（ホワイトウッド集成材）
根太	45×105（ホワイトウッド集成材）転ばし根太
2階床	構造用合板1級1類（t＝12mm）ダブルヘッダー釘@150
耐力壁	構造用合板（t＝9mm両面張り）ダブルヘッダー釘@100
その他の壁（腰壁）	構造用合板（t＝9mm片面張り）ダブルヘッダー釘@150

(2)柱頭・柱脚金物について

柱脚金物	CPTまたはCPL金物を直交壁（Y通り）柱にすべての試験体で設置。載荷方向 (X方向)柱はNo.4-4試験体のみ使用で、それ以外の試験体には設置していない。釘はZN90を使用。
柱頭金物	試験体No.3-2、No.3-4はCPT金物（ダブルヘッダー釘を使用）を直交壁(Y通り)柱頭のみ設置でX通り柱には設置しない。No.4-4試験体では、すべての耐力壁柱頭にCPT金物を設置した。柱頭金物設置個所は図1～4中に○印で示した。

(3)積載荷重について

積載荷重として溝形鋼(200×80×1000、30kg)を128本(3840kg)、増築後200本(6000kg)を配置する。並べ方及び単位当たり重量、建物全体荷重内訳は図5および表1参照。
これは、床荷重として、住宅用積載床荷重60(kg/m２)、その残りの鋼材を、屋根及び外壁の荷重として壁上に配置した。(しかし、外周部に置くことのできる鋼材に限りがあるため、実際には床荷重72(kg/m２)程度となった。)

表１

表２：建物荷重詳細

●＜たはら・まさる＞「木構造建築研究所田原」主宰　HP: http://www4.kcn.ne.jp/~taharakn
大阪工業大学大学院建築学科客員教授