-85- 4.1 概 要
近年 、狭 小 間口 にお け るイ ン ナー ガレ ー ジを 有す る住 宅 等に 、木 質 門型 ラ ー メン 構法 を 取り 入 れた 建物 が 増え てい る 。ま た、 木質 構 造に 関 する 研究 は 、兵 庫県 南部 地 震以 降 多く 進め ら れ、 現在 で は、 耐力 壁を 用 いる 軸 組工 法を 対 象と した 新壁 量 計算 法 4-1)や 許 容応 力度 計 算法 等4- 2) ,4-3) ,4-4),4-5)な どの 設計 法が 整 備さ れ つつ ある 。 ただ し 、校 舎な ど の中 規模 施 設、 また 住宅 に おい て も開 口部 を 広く 設け た構 造 物や イ ンナ ーガ レ ージ を有 す る木 質ラ ーメ ン の設 計 法は 、ま だ 、確 立さ れて い ると は 言い がた い 。そ れは 、 接合 部が 半剛 接 とな り 回転 を考 慮 した 設 計が 求 め られ る こ と 4-6)な どや木 質 ラ ーメ ン 接 合部 の 構 造方 法 が 、多 種 多 様に 開発 され 、 それ ぞれ の 構法 ご とに 設計 法 が開 発さ れて い るこ と 4-7),4-8)な どな どが 挙げ られ る 。
木質 ラー メ ン接 合部 の 構造 方 法に は、 モ ーメ ント 抵抗 要 素と して 、 例え ば 、 ガセ ット 板 接合 型、ド リフ ト ピ ン 接合 型、ボ ルト 接合 型 など 4-9)を挙 げ るこ とが でき る。 第 4 章 で は、 近年 開 発さ れ、 施 工が 容易 な接 合 具で ある “ ラグ ス クリ ュー ボル ト（ 以下 、LSB と 略 す。）”を用 い る木 質ラ ーメ ン 接合 部を 取 り上 げ る。
小松 ら 4-10) ,4-11)は 、こ の LSB を用 いる 木 質ラ ーメ ン接 合 部に おい て 、ま ず 、
外力 モー メ ント の抵 抗 要素 と 考え られ る LSBの 引抜 け、押 込み 抵抗 及 びめ り込 み力 をバ ネ 要素 と し、 接合 部 全体 のモ デ ル化 を行 って い る。 そ して 、実 大 の接 合部 実験 の 結果 と解 析 結果 の 比較 を行 い、解 析モ デル の 妥当 性を 評 価し て いる。
この とき 、 めり 込み 力 のモ デ ル化 には 、 稲 山 4-12)～4-15)によ る めり 込み 理 論の 等 変位 めり 込 みと 仮 定し て、 式 を誘 導し て いる 。し かし 、 ここ で 取り 上げ る 接合 方法 は、 回 転角 が 大き くな る と、 圧縮 側 の応 力状 態の 内 、め り 込み 応力 に よる 木材 のめ り 込み は 、三 角形 め り込 みと な る。 めり 込み を 等変 位 と仮 定す る と、
圧縮 側と 引 張側 の 応力 中心 間 距離 は一 定 とな り、 三角 形 めり 込 みに より 応 力中 心間 距離 が 移動 する こ とを 考 慮で きな い 。
そこ で、 本 章で は、 全 体接 合 部と して の 標準 試験 体を 考 える 。 こ の とき 、 め り 込 み 応 力に よ る 木 材 の め り 込 み を 三角 形 め り 込 み と 仮定 す る 。 そ し て 、LSB を引 張側 の みに 配置 し た試 験 体か らめ り 込み 力と 軸方 向 剛性 を設 定 する 。ま た、
接 合 部 に め り 込 み 力が 生 じ な い よ う に し た 試 験 体 か ら LSB の 軸 方 向 剛 性 を設 定す る。 この 2 種 類の 試験 結 果を 用い て 、全 体接 合部 の モー メン ト －回 転 角関 係を 推定 し 、標 準 試験 体の モ ーメ ント － 回転 角関 係と 比 較す る 。さ らに 、 木質 ラー メン 接 合部 の応 力 状態 を 試験 結果 か ら推 定す る。そし て、LSBを用 い た木 質ラ ーメ ン 接合 部 を設 計す る 際の 留意 点 を見 出し 、同 種 類の 木 質ラ ーメ ン 接合
部設 計の た めの 基礎 デ ータ を 算出 する こ とを 目的 とす る 。
第 4章で は 、木 質 ラー メン 接 合部 の応 力 状態 を把 握す る こと を主 眼 とす る 。 その ため 各 試験 は 、正 負交 番 繰り 返し 試 験と する が、 試 験結 果 は、 包絡 線 結果 を用 いて 分 析す る。
-87- 4.2 柱 ・は り 接合 部の 試 験
(1) 試験 概 要
柱－ はり 接 合部 は、柱及 び はり に埋 め 込ま れ た LSBと金 属 プレ ート を 特殊 ナ ット で固 定 し、 柱 －は り相 互 のプ レー ト をく さび 状の 金 物で 接 合し た。 柱 －は り接 合部 の 接合 方法 を Fig.4-1 に 示 す。
試験 体は 、A、B、C の 3 種類 とし 、 高さ 1900mmの 柱 － は り接 合部 で ある 。 試験 体の 部 材一 覧を Table1 に 示す 。A 試 験 体の 設置 状 況写 真を Photo4-1 に 示 す。 また 、 試験 体図 を Fig.4-2(a)，(b)，(c)に 示す 。
試験 体は 接 合条 件を 変 え た 3種 類と し 、A試 験体 を標 準 試験 体と し た。 標 準 試験 体か ら LSB、金 属プ レー ト 、特 殊ナ ッ ト の片 側を 外 した 試験 体を B 試験 体 とし 、柱 と はり 間に 30mm の す き 間を 設 け、LSB、金 属 プレ ート 、 特殊 ナ ット によ り支 持 させ た試 験 体を C 試 験体 と した。試験 体パ ラ メー タの 一 覧を Table4-2 に示 す 。こ こで 、有効 埋 め込 み深 さ とは 、集成 材に 埋 め込 まれ た LSB の 引抜 き力 に対 し て実 際に 抵 抗す る 完全 ねじ 部 の長 さと する 。C 試 験体の LSB の 脚部 への 有効 埋 め込 み深 さ は 、A試験 体 、B試 験 体より 30mm浅 い が 、文 献 4-11)よ り同 等と み なせ る範 囲 と判 断 した 。試 験 体の 測定 項目 一 覧を Table4-3 に示 す。
試験 体数 は 各試 験体 とも 3 体 とし た。
Table4-1 試験 体の 部 材一 覧
部 材 種 類 断 面(mm) 備 考
はり 欧州アカマツ集成材(E120F345) 120×390 柱 欧州アカマツ集成材(E120F345) 120×300
接合金物 LSB（S45C) φ16×504(はり側） ヤング係数
φ16×294(柱側) =1.999×105(N/mm2) 金物プレート(S45C) 88×130
特殊ナット(S45C) φ25×17
Fig.4-1 柱－ はり 接 合部 の 接合 方法
Photo4-1 A試験 体の 設 置状 況写 真
はり
柱 LSB LSB
プレート ナット
くさび状金物
-89-
Fig.4-2(a) 試験 体 図【A試験 体 】
Fig.4-2(b) 試 験体 図 【B 試 験体 】 タイプＡ S=1/10,1/5
H 2
表 V6 ,裏 V 7 ロ ー ド セ ル F
H1
加 力 点
加力 方 向
表 V4 ,裏 V 5 H3 柱
ε 9
ε 10
ε 11
ε 12
ε 1 ε 3
ε 2 ε 4
ε 5 ε 7
ε 6 ε 8 6 5 2 60 65
300300300300300 1,500 3001,900
1 50 45 5 2 60 45 5 1 50
1, 47 0 1 20
40 4 0 4 0 は り
ε 13
ε 1 4
ε 15
ε 16
表 面 側 面
40 H3
タイプＡ S=1/10,1/5
は り
H2
表 V6,裏 V7 ロ ード セ ル F
H1
加 力方 向 加 力 点
ε 9
ε 10
ε 11
ε 12
ε 1 ε 3
ε 2 ε 4 表 V4,裏 V5
ε 13
ε 14
ε 15
ε 16 65 260 65
150 455 260 455 150
1,470
300300300300300 1,500 3001,900
120 40 40
表 面 側 面
柱
Fig.4-2(c) 試験 体 図【C試 験 体】
Table4-2 試験 体パ ラ メー タの 一 覧
Table4-3 試験 体の 測 定項 目一 覧
タイプＡ S=1/10,1/5
はり
H2
ε 13
ε 14
ε 15
ε 16 表 V6,裏 V7 ロ ード セル F
H1
加 力点 加 力方 向
ε 9
ε 10
ε 11
ε 12 表 V4,裏 V5
H3 ε 1 ε 3
ε 2 ε 4 ε 5
ε 7 ε 6 ε 8
表 面 側 面
柱
65 260 65
300300300300300 1,500 1,900
150 455 260 455 150
1,470
30030
120 40 40 40
試験体 柱－はり接合金物 の配置状況
柱－はり間距離 (mm)
LSBの柱部への 有効埋め込み深さ
(mm)
A試験体 圧縮側・引張側 0 252
B試験体 引張側のみ 0 252
C試験体 圧縮側・引張側 30 222
測定項目 記 号 測定機器 備考
水平力 F ロードセル はり側を測定
加力点での水平変位 H1 変位計
水平方向加力によるずれ H2 変位計
接合部のせん断変形 H3 変位計
はり方向の軸方向変形 V4～V7 変位計
LSBのひずみ ε1～ε8 ひずみゲージ LSBのひずみから 応力を算出 はり表面のひずみ ε9～ε16 ひずみゲージ 3試験体のうち1試験体
について測定
-91- (2) 試験 方 法
柱－ はり 接 合部 試験 は 、柱 材 を試 験装 置 に固 定し 、は り 材下 端か ら 1500mm のは り材 の 上部 中 央に 加力 装 置を 取り 付 けて 水平 載荷 を 行っ た 。加 力方 法 は正 負交 番繰 り 返し 加力 と し、 履 歴の 同一 変 形段 階 で 3 回行 っ た。 なお 、B 試 験体 のみ 、引 張 側の み の繰 り返 し 試験 に変 え て行 った 。繰 り 返し 履 歴は 見か け のせ ん断 回転 角が 1/450、1/300、1/200、1/150、1/100、1/75、1/50、1/30、1/20radの 正負 変形 時 とし 、最 大荷 重 に達 した 後、最 大 荷重の 80%荷 重に 低 下す る まで 加 力す るか 、 試験 体の 見 かけ の 回転 角が 1/10rad 以上 に 達す るま で 加力 した 。 な お、 見か け の回 転角 が 1/10rad を超 えて も 最 大荷 重の 80%まで 荷 重が 低下 し な い場 合に は 、見 かけ の 回転 角 1/10radを終 局 回転 角と し た。現時 点 で、木質 ラ ー メン 接合 部 の構 造 特性 値の 評 価方 法は 、 確立 され てい な い。 し かし 、構 造 特性 を把 握す る ため に 、試 験結 果 の評 価を 文献 4-3)及び4-16)の試 験方 法・評 価 方法 に準 拠し 処 理し た。
(3) 試験 結 果
A、B、C 試 験体 のモ ー メン ト－ 回 転角 関 係の 引張 側包 絡 線を Fig.4-3(a)、 Fig.4-4(a)、Fig.4-5(a)に示 す。 図 中に は、 それ ぞ れ の試 験体 の 最大 モー メ ント(Mmax) の値 を示 し た。Fig.4-3(b)、Fig.4-4(b)、Fig.4-5(b)に は、それ ぞれ 3 試験 体 の同 一 回転 角に お ける モ ーメ ント の 平均 値を 算 出し たモ ーメ ン ト－ 回 転角 関係 （ 平均 曲線 ）を示 す 。図中 には 、文献 4-3)及び 4-16)の方 法で 平 均曲 線を 評 価し た 完全 弾塑 性モ デ ルの グラ フ を同 時 に示 した 。ま た 、文献 4-3)及 び 4-16)の 方 法に よ り、
評価 した 結 果を Table4-4～Table4-6 に 示 す。さ らに 、表中 には 、3 体を そ れぞ れ、
評価 法に 基 づき 評価 し た結 果 と平 均曲 線 を評 価し た結 果 を同 時に 示 した 。 A試験 体 の最 終破 壊 時接 合部 写 真を Photo4-2に示 す。試験 体 A1、A2、A3と もに、柱 材側の LSBが 抜け 出す 破 壊で ある 。また、LSB 自体 は、目視 で 確認 で きる 損傷 は 見ら れて い ない 。
Fig.4-3(a) モー メ ント －回 転 角関 係【A 試 験 体】
Fig.4-3(b) モ ーメ ン ト－ 回 転角 関係 【A試験 体】
-93-
Fig.4-4(a) モー メ ント －回 転 角関 係【B試験 体】
Fig.4-4(b) モ ーメ ン ト－ 回 転角 関係 【B試 験 体】
Fig.4-5(a) モー メ ント －回 転 角関 係【C 試験 体】
Fig.4-5(b) モ ーメ ン ト－ 回 転角 関係 【C 試 験 体】
-95-
Photo4-2 最 終 破壊 時接 合 部の 写 真【A3試 験 体】
LSBの引抜け 柱材へのめり込み
最終加力方向
LSBの引抜け 柱材へのめり込み
Table4-4 構造 特性 値 一覧 【A 試験 体】
Table4-5 構造 特性 値 一覧 【B試 験体 】
試験体記号 項目
Mmax＝ 43.38 44.78 41.80 43.32 42.35
① 2/3Mmax＝ 28.92 29.85 27.87 28.88 28.23
40.60 43.60 37.40 40.53 37.80
② Mｙ＝ 24.44 26.63 24.76 25.28 23.99
θｙ＝ 13.51 14.86 12.43 13.60 13.22
Mu＝ 40.39 42.15 38.94 40.49 39.12
θu＝ 45.39 67.80 40.80 51.33 45.20
Ｋ＝ 1.81 1.67 1.92 1.80 1.82
θｖ＝ 22.32 25.24 20.28 22.61 21.55
μ＝ 2.03 2.69 2.01 2.24 2.10 Ｄｓ＝ 0.57 0.48 0.58 0.54 0.56
Mu×0.2×√(2μ-1) ③ 14.17 17.56 13.43 15.05 13.99
θ=1/120時のモーメント ④ 16.32 15.13 17.03 16.16 16.16
min(①，②，③，④) － － － 15.05 13.99
最大モーメント（ｋN･m）
最大モーメントの2/3（ｋN･m）
Mmax時の変形角θ（×10-3rad）
降伏モーメント（ｋN･m）
初期剛性(kN･m/(×10-3rad)) 降伏時の変形角（×10-3rad）
塑性率μ Dｓ=1/√(2μ-1)
平均
降伏時の変形角（×10-3rad）
終局モーメント（ｋN･m）
終局時の変形角（×10-3rad）
平均曲線 A1 A2 A3 から算出
試験体記号 項目
Mmax＝ 34.90 41.31 39.89 38.70 36.62
① 2/3Mmax＝ 23.27 27.54 26.59 25.80 24.41
50.60 60.00 91.00 67.20 53.00
② Mｙ＝ 19.00 23.79 23.19 21.99 20.10
θｙ＝ 13.22 16.45 15.03 14.90 13.91
Mu＝ 31.06 37.76 35.43 34.75 32.50
θu＝ 56.19 69.69 91.12 72.33 66.01
Ｋ＝ 1.41 1.45 1.22 1.36 1.44
θｖ＝ 21.61 26.10 29.02 25.58 22.50
μ＝ 2.60 2.67 3.15 2.81 2.93 Ｄｓ＝ 0.49 0.48 0.43 0.47 0.45
Mu×0.2×√(2μ-1) ③ 12.68 15.73 16.48 14.96 14.44
θ=1/120時のモーメント ④ 13.37 13.97 13.65 13.66 13.66
min(①，②，③，④) － － － 13.66 13.66
塑性率μ Dｓ=1/√(2μ-1) 終局モーメント（ｋN･m）
終局時の変形角（×10-3rad）
初期剛性(kN･m/(×10-3rad)) 降伏時の変形角（×10-3rad）
最大モーメントの2/3（ｋN･m）
Mmax時の変形角θ（×10-3rad）
降伏モーメント（ｋN･m）
降伏時の変形角（×10-3rad）
最大モーメント（ｋN･m）
B1 B2 B3 平均 平均曲線
から算出
-97- Table4-6 構造 特性 値 一覧 【C試 験体 】
試験体記号 項目
Mmax＝ 36.20 37.94 37.20 37.11 36.86
① 2/3Mmax＝ 24.13 25.29 24.80 24.74 24.57
28.60 38.80 36.40 34.60 36.00
② Mｙ＝ 19.50 46.19 20.82 28.84 20.78
θｙ＝ 10.48 27.62 12.48 16.86 12.98
Mu＝ 33.50 39.34 34.48 35.77 34.06
θu＝ 39.20 44.20 42.20 41.87 45.20
Ｋ＝ 1.01 1.24 1.67 1.30 1.07
θｖ＝ 18.00 31.82 20.66 23.49 21.28
μ＝ 2.18 1.39 2.04 1.87 1.98 Ｄｓ＝ 0.55 0.75 0.57 0.62 0.58
Mu×0.2×√(2μ-1) ③ 12.18 10.49 12.12 11.60 11.74
θ=1/120時のモーメント ④ 16.33 11.34 15.09 14.25 14.25
min(①，②，③，④) － － － 11.60 11.74
初期剛性(kN･m/(×10-3rad)) 降伏時の変形角（×10-3rad）
塑性率μ Dｓ=1/√(2μ-1) 降伏モーメント（ｋN･m）
降伏時の変形角（×10-3rad）
終局モーメント（ｋN･m）
終局時の変形角（×10-3rad）
Mmax時の変形角θ（×10-3rad）
C2 C3 平均
最大モーメント（ｋN･m）
最大モーメントの2/3（ｋN･m）
C1 平均曲線から算出
4.3 柱 ・は り 接合 部の 耐 力成 分の 分 析
第 4.3 節に お いて 、接 合部 3 種類 の試 験 から 、柱 －は り 接合 部の 構 造特 性 を 解明 する 。 標準 試験 体 であ る A 試験 体 の応 力成 分を B 試験 体と C 試験 体 で再 現す る。B 試験 体は 、LSBを 片 方に だけ 設 置 した 。LSBの 引張 性 能と 木材 の め り込 み性 能 を求 める た めで あ る。 また 、C 試 験体 は、 柱 とは り間 に 30mm の す き間 を設 置 する こと で めり 込 みの 挙動 を なく した 。す なわ ち、LSBの引 張 性能 を求 める 。B 試験 体 から めり 込 みの 軸方 向 力 －軸 変位 関 係、C 試 験体 か ら LSB の軸 方向 力 －軸 変 位関 係を 算 出す る。 そ して 、標 準の 柱 －は り 接合 部の モ ーメ ント －回 転 角関 係を 求 め、 標 準試 験体 （A 試 験体 ）の モ ーメ ント － 回転 角 関係 と比 較す る 。
なお 、第 4 章で 試 験結 果を 分 析す る際 、 木質 ラー メン 接 合部 に発 生 する せ ん 断力 を負 担 させ る 機構 を考 慮 して いな い 。実 際の 接合 部 にお い ては 、せ ん 断力 を LSB に負 荷 させ るか 、 せん 断力 を 負担 さ せる LSB を 別 途設 置す る など の対 策が 必要 で ある 。 また 、は り せい 及び 柱 せい は、1 種 類 とし た 限定 され た 範囲 内で の試 験 とし て いる 。そ の ため 、こ こ で設 定し た範 囲 を超 え た場 合に つ いて は、 別途 検 討を 要す る 。
(1) 検証 方法
Fig.4-6 に B 試 験 体か らめ り 込み によ る 軸力 （PB） －変 位（ δB） 関 係を 算 出 する 概念 図 を示 す。回転 中 心位 置は 、は り 材両 端に 設置 し た変 位計 よ り求 め る。
はり が柱 材 にめ り 込む 形状 は 、 三 角形 め り込 みと する 。 そし て 、め り込 み 力の 位置 は、 三 角形 の 重心 位置 の λ／3 と す る。 重心 位置 変 位に 生 ずる めり 込 み力 と LSB の発 生 する 引張 力 は、柱－ はり 接 合部 に発 生す る モー メン ト を応 力 中心 間距 離（jB） で除 し て算 出す る 。
Fig.4-7 に試 験 のめ り込 み 力－ 変位 関 係を 示す 。ここ で 、め り 込み －変 位 関係 のス ケル ト ンカ ーブ を 定め る 。第 1 折 れ点 は 、最 大軸 力の 0.5 倍の 点 、第 2 折 れ点 は、 最 大軸 力点 と して 、 最大 軸力 以 降は 最大 軸力 で 一定 値と し た。
C 試験 体 から LSB の軸 力－ 変 位関 係を 求 め る。Fig.4-8 に C 試 験 体の 引 張力
－変 位関 係 の算 出の 概 念図 を 示す 。ま た、Fig.4-9 に算 出し た LSB の 引張 力 －変 位関 係と ス ケル トン カ ーブ を 示す 。
なお 、Fig.4-7 と Fig.4-9 に示 し た結 果 は、3 体の 平均 値 とし た。