～ 柱脚を非接触とした場合 ～
-107- 5.1 概 要
「長 期優 良 住宅 の普 及 の促 進 に関 する 法 律」は、住宅 に可 変 性を 求め て いる 。 また 、都 市 部で は イン ナー ガ レー ジを 有 する 住宅 が増 え てい る 。こ れら の 住宅 では 木質 ラ ーメ ンを 取 り入 れ たも のが 多 くな って きて い る。また、2010 年 に施 行さ れた 「 公共 建 築物 等に お ける 木材 の 利用 の促 進に 関 する 法 律」 を受 け て、
中規 模及 び 4 階 建 て以 上の 中 層建 築物 を 木造 で建 築す る ため の研 究 が勢 力 的に なさ れて い る。 こ のと き、 大 空間 また は 大開 口を 実現 す るた め の手 段と し て大 断面 で長 大 な部 材で 構 成さ れ る木 質ラ ー メン は有 効で あ る。
木質 ラー メ ンは 、地 震 力等 の 水平 力に 対 して 、柱 －は り 接合 部で モ ーメ ン ト 抵抗 する 。 しか し 、柱 －は り 接合 部を 接 合金 物で 構成 し てい る こと から 、 半剛 節接 合と な る。 そ して 、木 材 のめ り込 み 剛性 、曲 げ剛 性 が小 さ いこ とか ら 、建 築物 の変 形 角の 制限 値 （1/200rad また は 1/120rad）を 満足 す るこ とが 難 しい 。 その ため 、 軸材 の 断面 寸法 は 過大 とな る 傾向 があ り、 不 経済 な 設計 を強 い られ てい る。
第 5章で は 、木 質 ラー メン 構 面内 に構 造 用合 板を 直張 り する 構法 を 対象 と す る。本構 法は 、木 質 ラー メン で 不足 とな り やす い初 期剛 性 を補 うこ と がで き る 。 木質 ラー メ ンに 構 造用 合板 な どの 面材 大 壁を 配置 し補 剛 する 手 法は 、近 年 実設 計で 採用 さ れる よ うに なっ て きて いる 。 また 、木 質ラ ー メン を 取り 入れ た スケ ルト ンイ ン フィ ル 住宅 にお い ても 、構 造 用合 板壁 を木 質 ラー メ ンに 配置 す るフ レー ムが あ るも の が多 い。 そ の際 、構 造 用合 板壁 が木 質 ラー メ ン柱 に応 力 の影 響を 与え る 可能 性 があ るた め 、木 質ラ ー メン とは 別に 、 管柱 を 設置 し、 構 造用 合板 を張 る こと が 多い 。木 質 ラー メン フ レー ムに 直接 構 造用 合 板壁 を設 置 した 場合 の挙 動 が解 明で き れば 、別 途軸 組 を配 置 する 必要 が なく なる 可 能性 が ある。
木質 ラー メ ンと 面材 耐 力壁 の 加算 の研 究 には 、次 など が ある 。 文 献 5-1)で 坂 田ら は、 木 質ラ ー メン 構面 内 に留 めつ け る構 造用 合板 の 位置 と くぎ ピッ チ をパ ラメ ータ と した 実験 を 行い 、 耐力 比較 を 行っ てい る。 ま た、 文 献 5-2)で 宮 本ら は、 木質 ラ ーメ ン フレ ーム と 耐力 壁を 併 用し たフ レー ム の水 平 加力 の試 験 結果 と門 型ラ ー メン 、耐 力 壁の そ れぞ れの 結 果を 単純 加算 し た値 を比 較 して い る。
一方 、軸 組 内の 面材 耐 力壁 に つい ては 、 神谷 が文 献 5-3)で、 面 材耐 力の せ ん 断剛 性及 び 強度 を 理論 的に 算 出し てい る 。面 材耐 力の 変 動因 子 は、 壁の 寸 法、
面材 のせ ん 断弾 性 係数 、く ぎ 打 ち パタ ー ン及 びく ぎ接 合 部の せ ん断 性能 等 であ ると して い る。
第 5章で は 、木 質 ラー メン 接 合部 に ラグ スク リュ ーボ ル ト（ 以 下、LSB とい
う。）を 用い た 木質 ラー メ ン(文 献 5-4～5-11)を採 用す る 。LSB を用 いた 木 質ラ ーメ ンは 、 近年 開 発さ れ、 施 工が 、比 較 的容 易な 構法 で ある 。 木質 ラー メ ンに 構造 用合 板 を直 張 りし た「 木 質ラ ーメ ン 構面 内に 構造 用 合板 壁 を設 置し た 耐力 要素 」（ 以下 、耐 力 要素 とい う。）を 想 定す る。そし て、構 造用 合板 直 張り 壁が 、 木質 ラー メ ンに いか な る影 響 を及 ぼす か を実 験的 に解 明 する こ とを 目的 と する 。 この とき 、 解析 しや す くす る ため 、実 験 では 非接 触の 柱 脚と した 。
第 5章の 特 徴は 、 柱脚 接合 部 を非 接触 と して 、め り込 み 力を 排除 し たこ と で ある 。め り込 む 力を 排除 す るこ とで 、簡 易 な解 析モ デル で 検討 する こ とで あ る。
さ らに 、 想定 す る門 型ラ ー メン を半 分 とし た耐 力要 素 で、 検 討し たこ と であ る。
-109-
5.2 柱 脚 を 非 接 触 と し た 木 質 ハ ー フ ラ ー メ ン 構 面 内 に 構 造 用 合 板 壁 を 設 置 し た耐 力要 素 の試 験
(1) 試 験体 概 要
想定 する 構 造モ デル は、幅 4～6mの 門型 の 木 質ラ ーメ ン 構造 とし た。想 定し た門 型の 木 質ラ ー メン 構造 を 概ね 半分 の 試験 体と した 。 水平 加 力時 の逆 対 称性 を利 用す る こと で 、右 側加 力 （正 側） と 左側 加力 （負 側 ）の 応 力性 状の 違 いを 確認 する こ とが でき る 。
想 定 し た 木 質 ラ ー メ ン に水 平 荷 重 を 加 え る と 柱 脚 に 埋 め 込 ま れ た LSB に 軸 力が 発生 す る。 同 時に 、柱 脚 部の 圧縮 側 木部 には 支圧 に よる 軸 力が 発生 す る。
試 験 で は 、 構 造 モ デ ル を 単 純 化 す る た め 、 柱 脚 金 物 と 柱 脚 が 接 し な い よ う に 20mm の 空 を とり 、木部 の 支圧 によ る 軸力 を 排除 した 。20mmの 空を 確 保す ると LSB の 埋 め込 み 長さが 435mmと な るが 、 文 献 5-12)よ り引 抜 耐力 ・引 抜 剛性 へ の影 響は な いこ とを 確 認し た 。
さら に、 構 造用 合板 を 木質 ラ ーメ ンフ レ ーム に直 接貼 り 付け る試 験 体を 作 成 した 。構 造 用合 板 の取 付け 位 置を 変え た 2 種 類の 試験 体 を準 備し た 。1 種 類 は、
正 側 加 力 時 に 柱 脚の LSB の 引 張 軸 力 が 発 生 す る 位 置 付 近 に 構 造用 合 板 の く ぎ を打 ちつ け た試 験体（ 以下 、Outside）と し た 。他の 1 種 類は 、LSBの 圧 縮軸 力 が発 生す る 位置 付近 に 構造 用 合板 のく ぎ を打 ちつ けた 試 験体（以 下、Inside）と した 。い ず れも 構 造用 合板 の 水平 方向 の 長さ を同 一と し 、構 造 用合 板 壁 部 分の 剛性 ・耐 力 がで きる だ け同 じ にな るよ う にし た。
試験 体数 は 、木 質ラ ー メン の 試験 体が 1 体、 本耐 力要 素の 2 種 類に つい て 、 それ ぞれ 3 体と した 。比 較 のた めに 、く ぎ配 列を Outside、Insideと 同一 とし た 軸 組 内 に 構 造 用 合 板 を 配 置 し た 試 験 体 を 1 体 ず つ 準 備 し た 。 試 験 体 概 要 図 を Fig.5-1～Fig.5-4 に示 す 。
(2) 試 験概 要
木質 ラー メ ンの 柱脚 詳 細図 を Fig.5-5 に 示す 。20mmの 空を 確 保す るた め にか さ上 げナ ッ トを 用 いた 。そ の 下部 には 、 セン ター ホー ル 型ロ ー ドセ ル（ 以 下、
ロー ドセ ル とい う。）を 設置 し、LSBの引 張 側 軸力 を測 定 した 。試 験体 の 部材 一 覧 を Table5-1、試 験体 一 覧と 特徴 を Table5-2 にま とめ て 示す 。Photo5-1 に 試験 装置 と試 験体 Outside の 設 置 状況 を 示す 。
以降 、試 験 体名 は、Table5-2 に よる 。
(3) 試 験方 法
加力 は、 試 験体 のは り 端部 に 設置 した 冶 具を 介し て、 ア クチ ュエ ー タ（ 容 量 200kN、最大 ス トロ ーク 600mm）に より 行 っ た。また 、Rigid、 Outside、 Inside のは り片 側 に両 端 をピ ンと し た溝 型鋼 に より 支持 した 。 加力 は 、変 位制 御 とし た。 加力 方 法は 、正 負 交番 繰 り返 し加 力 （原 則 3回） と した 。 制御 変形 角 は、
見か けの せ ん断 変形 角（ γ）で 、1/450、1/300、1/200、1/150、1/100、1/75、1/50、
1/30（1 回 ）と し た。ただ し 、1/50は正 加 力の みの 3回 繰 り返 しで あ る。正 加力 側で 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 変形 角が 1/10rad以 上 に達 す るま で加 力 した 。
Wall-O, Wall-Iの試 験 は 、タ イロ ッ ド形 式で 実 施し た 。制 御変 形 角は 真 のせ ん 断変 形角 （ γ0） で、1/600、1/450、1/300、1/200、1/150、1/100、1/75、1/50 で 3 回、1/30で 1 回と し、そ の後 Rigid、Outside、Insideと 同様 の 方法 で加 力 した 。
-111-
202855
60 2000 400
300
390
beam
column
trestle
steel support LSB
joint
push(-) and pull(+)
basement center line of cross wall
LSB
Plates Nuts
Special Plates
LSB
665450300450450
strain gauge position
Fig.5-1 Rigid の 試 験体 （Specimen of Rigid）
20
380 380 30
nail N50@75 nail
N50@75
nail N50@75
nail N50@75
60 2000
760 LSB
LSB
400
2855
trestle sill
nail position (outside)
center line of cross wall
beam
steel support stud
plywood 9mm
20
60 2000
nail N50@75 stud
60 nail
N50@75
380 380 760 nail N50@75
nail N50@75
210 nail position
(inside)
sill LSB
LSB
400
2855
trestle center line of cross wall
plywood 9mm column
steel support N50@150
N50@150 column
beam
column column
Fig.5-2 Outside の 試 験 体 Fig.5-3 Insideの 試 験体
（Specimen of Outside） （Specimen of Inside）
120 820
390 29852475
500 760 500
3901202475 2985
500 500
tenon:30×85×50 nail:2-N90 760 760
beam
column
stud
sill
(a) Wall-O (b) Wall-I
column
stud
beam
column
sill
column
Fig.5-4 Plywood wall（ 構造 用合 板 ）の 試験 体
（Specimens of Plywood wall）
trestle ▽
empty : 20
load cell 220
300
LSB
strain gauge
plate
120
trench:14 nut
stopper plate column
sill
Fig.5-5 柱 脚 の詳 細（Basement of detailed view）
-113-
Table5-1 試 験体 の 部材 一 覧（Main element of specimens）
Table5-2 試 験体 一 覧と 特 徴（List of specimens）
material dimension
(mm)
beam of rigid frame 120 × 390
column of rigid frame 120 × 300
plywood structual plywood(JAS) t= 9
nail N 50 (JIS A 5508 ) φ 2.75 × 50
column 120 × 120
stud column 30 × 120
sill 120 × 120
LSB φ 16
hardware plate 88 × 130, t= 20
original nut φ 25 × 17
wedge shape hardware 20 × 27 × 90
column base hardware 120 × 300 × 150
element
wooden element
hardware
red pine, laminated lumber (E 105 －F 300 )
red pine, laminated lumber (E 95 －F 315 )
S 45 C(JIS G 4501 )
wooden rigid frame
plywood wall
Rigid ○ － 1 Fig.5-1 rigid frame without
plywood wall
Outside ○ ○ 3 Fig. 5-2 nailed on
outside
Inside ○ ○ 3 Fig. 5-3 nailed on
inside
Wall-O － ○ 1 Fig. 5-4(a) same nail sequence
as outside
Wall-I － ○ 1 Fig. 5-4(b) same nail sequence
as inside
○： exist, -: not exist
specimen specimen
number figure feature
Photo5-1 試 験装 置 と試 験体 Outsideの 設 置状 況（View of Outside）
押し(-) 引き(+)
-115- 5.3 試 験結 果 と加 算比 較
5.3.1 試験 結 果
試験 結果 の 考察 は、3 体の 平均 値 を用 い る。各試 験に つ いて、3 体 の平 均荷 重
（P）－γ 関 係の 包絡 線を Fig.5-6 に 示す 。ま た、Wall-O、Wall-Iの P－γ0関 係 を示 した 。
文献 5-13)の方 法 で 、変 形角 1/150時の 荷 重（P150）、降伏 荷 重（Py）、終 局荷 重（Pu）、最 大荷 重（Pmax）、初 期 剛性（K0）（以降 、耐 力 等と いう ）を 求 めた 。 正加 力時 の 結果 を Table5-3 に 示し た。Rigid の最 大耐 力 は約 25kN であ った 。一 方、Outside の 最 大 耐力 は約 34kN、Insideの 最大 耐力 は約 38kN と なっ た。最 大 耐力 は 、Insideの 方 が約 4kN ほ ど高 か った 。ま た 、初 期剛 性も Outsideよ り Inside の方 が高 か った 。Photo5-2に Outside、Insideの破 壊状 況 を示 す 。Rigid、Outside、
Inside の す べ ての 試験 体 で、柱脚 の LSBの 抜 けが 先行 し て破 壊し た。 その 後、
柱－ はり 接 合部 の LSB が 、抜 けて 破 壊し た 。さ らに 、 柱脚 の LSB は 、変 形角 1/30 以 降 で破 断し た 。こ こで 、Rigid、Outside、Insideの 試験 体す べ てが 、柱脚 の LSB の破 断 先行 で耐 力 が決 定し て いる 。
Fig.5-6 平 均 荷重 －変 形 角の 包絡 線
（Envelop curve of the load-deformation angle relationship）
(a) Outside
(b) Inside
Photo5-2 破 壊状 況 （Rupture of the column-base LSB）
Table5-3 試 験結 果 （Tests Results）
Load at 1/150 Yield load Ultimate strength Max. load Initial stiffness P150(kN) Py(kN) Pu(kN) Pmax(kN) K0(kN/rad.)
Rigid 6.43 14.50 21.82 25.01 991.79
Outside 12.52 18.52 30.70 34.55 1741.26
Inside 16.10 19.68 34.76 38.00 2254.78
Wall-O 9.19 7.01 11.49 12.78 1839.90
Wall-I 9.27 6.90 11.02 12.13 1960.23
specimen
Rupture of LSB
-117- 5.3.2 加算 比 較
Rigidと Wall-O、Rigid と Wall-Iを単 純加 算 し、 それ ぞ れ Outside、 Inside と 比較 する 。結果 を Fig.5-7(a)、(b)と Table5-4 に示 す 。Table5-4 の Add.Oと Add.I の値 は、単純 加 算の 荷重 － 変形 角関 係 から 文 献 5-13)の 方法 で 求め た。耐力 等の すべ てに お いて 、加算 値 と試 験 との 比は 、Insideよ りも Outside が 大 き い 。単 純 加算 は、Outsideに つい て、 耐 力等 を 試験 よ りも 大き く 評価 する 。
Fig.5-7(a) Outside の 加 算 せん 断 力－ 変形 角 関 係
（Additional shear-deformation angle curve (Outside)）
Fig.5-7(b) Insideの 加 算せ ん 断力 ‐変 形 角関 係
（Additional shear-deformation angle curve (Inside)）
Table5-4 加 算時 の 結果 （Results of addition）
P150(kN) Py(kN) Pu(kN) Pmax(kN) K0(kN/rad.)
Add.O=(Rigid)+(Wall-O) 15.62 20.76 32.55 36.24 2095.51
Add.O／Outside 1.25 1.12 1.06 1.05 1.20
Add.I=(Rigid)+(Wall-I) 15.69 20.30 32.08 35.96 2106.78
Add.I／Inside 0.97 1.03 0.92 0.95 0.93
Ratio