伝統的構法による実大木造建物の振動台実験

(1)

歴史都市防災論文集 Vol. 3（2009年6月）

的

による

木造建

の

動

Shaking Table Tests of Full-scale Traditional Timber Houses

向

1

・大橋

光

2

・

水秀

3

・

川恵

子

4

Kyosuke Mukaibo, Yoshimitsu Ohashi, Hidemaru Shimizu, and Emiko Horikawa

1 _{京都大学次世開研究} _{ット特定研究員（ 611-0011 京都} _市 _ヶ _）

Researcher, Pioneering Research Unit for Next Generation, Kyoto University

2 _{東京都市大学}_{学部建築学科授（ 158-8557 東京都世田谷区堤1-28-1）}

Professor, Dept. of Architecture, Faculty of Engineering, Tokyo City University

3 _防災科学 _研究所 _震 _{学研究センター研究員（ 673-0515} _県三木市 _三 _田西 _{屋1501-21）}

Researcher, National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention

4 _{東京都市大学}_{学部建築学科研究生（ 158-8557 東京都世田谷区堤1-28-1）}

Research Student, Dept. of Architecture, Faculty of Engineering, Tokyo City University

This paper reports results of shaking table tests of full-scale traditional timber houses, which have been conducted at the E-Defense. The objective of the tests was to investigate dynamic behavior and damage process of traditional timber house under an earthquake. The tested specimens were excited by three levels of earthquake motions: a moderate earthquake, a large one, in terms of the Building Standard Law of Japan, and the earthquake motions recorded during the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake. The obtained results will contribute to the development of the structural design method for traditional timber buildings.

Key Words : Timber building, Shaking table test, Post and beam construction, Mud wall

１．に伝統的木造構法の建物は、これまで、一つの、あるいは地域の大・の間に伝承されてきた仕や加に基づいて建され、地域の気土に応したかなまちなみを形成している。歴史的・文化財的価値の高い建物も多く現存しており、まちなみの保存・生への取りみが近年多くの歴史的地域で行われている。そこでは、観や文化財的価値に加えて、震性という観点からも伝統的構法による木造建物の評価がなされる必要があるが、伝統的構法による建物の構造性能は、だ十分には解明されていないのが現状である。一方、正建築基準法においては、構造安全性の検として限界力計の高度な構造計が求められており、新築や築が現実問題として難しい状にある。この問題を解決するため、国土通は補助事「木造住宅の安全性・信性向上のための供体制整備事」を実することとし、その一環として伝統的構法による木造建物の動台実験を実した。本実験では、建築基準法の想定する中地震及び大地震、さらに建築基準法の大地震をえるれに対して、伝統的構法で建てられた実物大の木造住宅が、どのような構造性能を発するかを検することを目的としている。これまでにも京や建て構法木造建物の実大動台実験が実、報告されているが 1), 2)、地域性かな伝統的構法の性能を検するためにはより用性の高い実験データの積が必要となる。そこで、本実験の試験体計においては、木造実者の意見を広く集し、出るだけ地域固有ではなく、より一般性の高い構法となるように意した。

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２．の要 (1) の試験体は、総階建ての伝統的な構法による A 、B のである（図 1、図 2）。はほぼ同じ間取りを持つが、ジュール・階面積・階高が異なる。A は部面が大きな「地方型」、B は A より部面が小さな「都市近型」の伝統的木造を想定した。となどの接合部は、物を極力用いない伝統的な継手・仕口とした。屋根は分勾配の切り屋根で、イドライン法でした屋根である。土塗りは、両とも下地の中塗り仕上げで、下地には割を用し、塗りは 60mm、中塗り20mm とした。ただし、半のは 45mm、中塗り土 20mm の合計 65mm とした。実験の都合上、部は水平方向の移動はするが、直方向のき上がりは 15cm までする納まりとした。なお、試験体内部には試験体が完全に倒することを防するための倒防イヤーを階に配置した。積重に相当するものとして階および階にード、を置した。試験体の重は、建当初から置していた重計によって計した。点に置した場合の重を図 3 に示す。A は 207.43kN、 173.86kN、B は 182.12kN、 143.47kN であった。また、土のを 1.5 とし、接合部の仕を満たすとした場合の建築基準法における階力の、心などを表 1、表 2 に示す。両とも、1 階が1.0 をえ基準法を満している。また、1 階の心も 0.3 以下である。 143.47 kN 182.12 kN 重 381.29kN 重 325.59kN 173.86 kN 207.43 kN 図1 動台上のA 外観図2 動台上のB 外観図3 試験体の重表1 建築基準法による A のと心表 2 建築基準法による B のと心棟積重要壁（）要壁（）在壁（）心 1625.3 1.11 0.09 1920.8 1.31 0.36 2364.0 1.03 0.11 2364.0 1.03 0.22 2階 69.85 21 1467 1階 69.85 33 2305 棟積重要壁（）要壁（）在壁（）心 1499.9 1.20 0.01 1908.9 1.53 0.27 2318.0 1.18 0.12 2318.0 1.18 0.25 2階 59.49 21 1249 1階 59.49 33 1963 ) A の基本ジュールは985mm で、平面サイが 11.82 5.91m、高が 7.53m である。平面図を図 4、図 5 に示す。主要構面の 12 本は通しで、外周は 150mm 、中央の2 本のみ 210mm 、は120mm とした。階の及び 2 階は、ほぞ込みち（ほぞ 36mm）とした。1 階は、土台に対して「勝ち」での上に建つ。のデールを図 6 に示す。試験体の水平移動をするため、の中央部分にをあけ、その中に台と緊結したを配置した。このを上面から 15cm 程度出し、水平方向の移動をするとともに、の割れを防ためのタを取りけた。なお、直方向には、通しに 15cm の余を持たせたールン物を配置した。建物内部にある 2 本の 210mm の通しは1 階高さや階の居高さで方しとなっている（図 7）。その他、の震要素として、1 間幅以上の開口部に居が配置されている。また、出しの開口下部には、せい 180mm の台敷きを配している。居及び台敷きは、ほぞしちは車知継とした。2 階は、落とし込みけとした。の面は15 105mm とし、1 階 4 段、2 階 3 段とした。部はを通させず、

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内部でめている。1 階、2 階のは、本実加のスで、幅 190mm、 30mm のものを用し、N75 を3 本天ちとした。手方向 2 階中央部分のには、末口 35cm さ12m のマの地を用いた。は、土台はキ、地およびタイコは地マを用し、その他の部はスを用した。土は主に京都草の土を用いた。ンンリンー所面 3940 29 98 1970 1970 98 98 98 98 98 98 をるりとへにい 11820 9 10 短１２３所 1970 1970 98 98 98 98 98 98 をるりとへにい 11820 91 0 98 98 1970 3940 短図4 A 1 階平面図図 5 A 2 階平面図し 1 0 1 0 _{120 180} 120 120 120 120 地 120 120 10 30 22 0 図6 A のデール図7 土前のA 1 階 ) B の基本ジュールは909mm で、平面サイが 10.91 5.45m、高が 7.33m である。平面図を図 8、図 9 に示す。主要構面のは、建物外周の10 本を通し、中央の 2 本をとしてサイは150mm とした。その他のは 120mm とした。ほぞはほぞ（ほぞ 30mm）とし、は込みち、は込みしとした。1 階通しのは、に対して「土台勝ち」で、土台をアンカールトで台と緊結することで、水平方向の移動をした（図 10）。なお、直方向には、固めに 15cm の余を持たせたルトを配置した。主要構面には固めが回っており、通しに対して、直線部は車知継、部は小根ほぞ 1818 1818 909 2727 3 3 10908 909 909 90 9 90 9 90 9 90 9 4 4 ンンリンー面所をるりとへにい短１２３所 1818 1818 909 1818 3 3 10908 909 909 909 909 909 909 44 をるりとへにい 909 短図8 B 1 階平面図図 9 B 2 階平面図

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しの上、割とした。は固めに対してほぞしとなっている。その他、の震要素として居を持つがA より本数は少ない(図 11)。に対してほぞし込みちは車知継とした。しは、けた行方向と張り間方向の高さを変えている。また、張り間方向の 2 階は、しにりあけとなっている。の面は27 150mm、1 階 2 階とも 4 段とし、けた行と張り間方向の高さをずらしている。部ではを通させている。1 階、2 階のは、A の仕と同とした。は、土台はキ、その他の部はスを用した。土は、主に県谷の土を用した。しし 1 0 1 0 し 1 0 1 0 120 120 し 120 180 100 120 120 1 0 1 ンー 12 図10 B のデール図11 土前のB 1 階 (2) 2008 年 8 月初より土り、木のみをめ、11 月 27 日、28 日及び 12 月 3 日、4 日の 4 日間で動台実験を行った。実験は、（独）防災科学研究所震学センターの E-デフンスで行い、ずつ動台上に置して加した。日間ずつの加とし、日目の一部は公開実験として実した。加は変位制とし、（財）日本建築センターが成した BCJ-L2 、1995 年県南部地震において神市内で観されたJMA 神、JR 取を用いた。BCJ-L2 は、建築基準法（以下、基準法）の中地震程度に相当する強さとして幅を 20%に調整した形と、基準法の大地震程度に相当するものとして 100% の形を用いた。最後に、基準法で想定される以上の地震動として県南部地震の観を方向で入力し、試験体の程を調べた。観を用いた加では、試験体の手方向に NS 成分を入力した。に入力した地震動を表 3 に示す。なお、主要な加の前後に、スップを加え、試験体の動数、定数を認した。スップ加は、継時間 160 余りの間に短手、手、直に回ずつ 1mm の変位を与えるものである。試験体には、加度計、変位計、ずみゲージなどを、A で 460ch、B で 430ch 置した。さらに外部からした画像から試験体部の変位を求める画像変位計も行った。また、強震下の子をするため、試験体内外にデオカメラを置した。表3 加の # A B 2 BCJ-L2 20% 手 BCJ-L2 20% 手 3 BCJ-L2 20% 短手 BCJ-L2 20% 短手 6 BCJ-L2 100% 手 BCJ-L2 100% 手 9 BCJ-L2 100% 短手 BCJ-L2 100% 短手 12 JMA 神 100% 3 方向 JMA 神 100% 3 方向 15 JR 取 100% 3 方向 JMA 神 100% 3 方向注）原的に、地震加の前後でスップ加を実表中、「#」はスップを加

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３．結果 (1) の結果 ) 動動実験前から後までの固有動数の変化を図 12 に示す。スップ加の結果から求めたものでありの 1 9 までの数は計 9 回行ったスップのと対応している。加実験が行してが積するにい性が低下し動数が低下しているものの、1 3 次ードの定性的な動形状はあまり変わらなかった。 ) 状 BCJ-L2 20%加では、試験体に大きなが見られなかった。がとなったのは、BCJ-L2 100%加以後である。所の分布を図13 に示す。 BCJ-L2 100%加によって、土・にが発生しめた。加方向の1 階土、特におよび居の部分でび割れが多く見られた。短手方向の加時には、手、短手の土が 1 ずつ脱落した（図 14）。また、のとして、短手方向の加で「い」 1 本にび割れが発生した。また、加中に部の1 階のき上がりが 20mm 生じていた。 JMA 神 100%加では、土・にさらに大きなが発生した。の害では、通し 8 本、 2 本にび割れが見られた。居がある場合は居高さ、い場合はし高さでび割れが発生した。1 階の土の多くが落し、図 14 に示すように小が出する状態となった。本加におけるは、図13 に示すように建物全体で見られた。 JR 取 100%加では、図 14 に示すように「ほ」をはじめ 1 階のがし、倒防イヤーがはたらく実上の倒状態にった。なお、最後まで 2 階土の落、屋根のは見られなかった。 0 2 4 6 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fr e que nc y ( H z) 次次次 0 2 4 6 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fr eq uen cy ( H z) 次次 Number BCJ 20% BCJ 100% 手 BCJ 100% 手 JMA JR Frequ enc y ( H z) Freque nc y ( H z) 手手ンンリンー所面開の所 2 100 の所 100 の破所 2 100 の破所 100 開開開開りい図12 A の固有動数の推移図13 A の所の分布 a) BCJ-L2 100%後 b) JMA 神 100%後 c) JR 取 100%後図14 A の状の推移

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) BCJ-L2 100%、JMA 神 100%における主要構面の最大応答変形を図 15 に示す。JR 取加では倒にったためここではく。BCJ-L2 で最大応答変形は 1/20rad をえている。構面によって応答変形に違いがあり、短手方向の加では「い通り」が、手方向では「七通り」の変形が最も大きい。また、短手方向の加では、加直方向にも大きな変形が出ており、じれ動成分がまれている可能性が高い。JMA 神では、NS 成分を入力した手方向の応答が大きく、「七通り」で 1/11rad であった。 1 に比べて2 の応答変形は総じて小さく、JMA 神の「通り」の 1/50rad が最大であった。 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 いり D ef or m at ion angle [ rad] 2 2 短１ 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 いり D ef or m at io n angle [ rad] 2 2 短２図15 地震加における A 主要構面の最大応答変形 ) 1 階方向の建物全体のせん力間変形関係を図16 に示す。上述の応答変形からも分かるように実には、構面の応答には違いがあったが、ここでは平均的な特性を示すため、短手方向は「ほ通り」及び「り通り」の、手方向は「通り」、「通り」、「七通り」の応答の平均から求めた。の最大せん力は、短手方向で177kN（ースシヤ 0.47）、手方向で 198kN（同 0.52）であった。 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09

Deformation angle (rad)

S to ry s h ea r f orc e (k N ) JMA神戸 BCJ-L2 手短方向 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09

S to ry s h ea r f orc e (k N ) JMA神戸 BCJ-L2 手方向図16 A のせん力間変形線 (2) の結果 ) 動動実験前から後までの固有動数の変化を図 17 に示す。スップ加の結果から求めたものでありの 1 10 までの数は計 10 回行ったスップのと対応している。短手方向では次は、次はじれ、次はとが位相になるードであった。手方向では次は、次はとが位相になるードであった。実験の行と共に次固有動数は低下し、実験時には実験前に比べて 1/2 となった。

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) 状 BCJ-L2 20%加ではは見られなかったが、100%加では主として加方向の土の部がき上がりめ、部分にってび割れが見られた。ただし、落することはなかった。また、最大で 20mm 程度ののき上がりがで見られた。度のJMA 神 100%加では土の落及びのげ破がで見られたが、倒はしなかった。の所の分布を図 18 に示す。回目の加で「通り」、「七通り」の通し及びにおいて、居がある場合は居高さで、い場合はしは固め高さでげ破が生じた。土も「い通り」、「七通り」を中心に脱落が見られた。回目の加では、さらに本の通しがげ破し、階段近の土が落した。土の状の推移を図19 に示す。 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fr equenc y ( H z) 次次次 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 F requency ( H z) 次次 Number BCJ 20% BCJ 100% 手 BCJ 100% 手 JMA １目JMA ２目 Frequency (Hz ) Frequency (Hz ) 手手 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fr equenc y ( H z) 次次次 0 2 4 6 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 F requency ( H z) 次次 Number BCJ 20% BCJ 100% 手 BCJ 100% 手 JMA １目JMA ２目 BCJ 20% BCJ 100% 手 BCJ 100% 手 JMA １目JMA ２目 Frequency (Hz ) Frequency (Hz ) 手手ンンリンー面所の所 100 の所 100 の破所 100 の破所 100 りい図17 B の固有動数の推移図18 B の所の分布 a) BCJ-L2 100%後 b) JMA 神回目後 c) JMA 神回目後図19 B の土の状の推移（七通り） ) BCJ-L2 100%、JMA 神加における主要構面の最大応答変形を図 20 に示す。BCJ-L2 で 1/40rad 以下の応答変形となった。に比べての応答変形は小さく、応答幅が大きくなるにつれてその向がよりになっていることが分かる。BCJ-L2 短手方向加の結果を見ると加直方向 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 いり D ef or m at ion a ng le [r ad] 2 2 短１目２目１ 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 いり D ef or m at ion a ngle [r ad] 2 2 短１目２目２図20 地震加における B 主要構面の最大応答変形ークが不明

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の「通り」、「七通り」にも相当の変形が出ており、じれ動成分がかなりまれていたと考えられる。JMA 神回目までは短手方向では「い通り」、手方向では「七通り」の応答が大きくなる向が見られる。回目の加では、手方向は「七通り」が最も大きいままである一方、短手方向は「り通り」、「わ通り」の応答が増加し構面間のが小さくなっている。「い通り」の土が回目でほとんど脱落し性が大きく低下したことがしていると考えられる。 ) BCJ-L2 100%、JMA 神加におけるのせん力間変形関係を図 21 に示す。短手方向は「ほ通り」と「り通り」の、手方向は「通り」、「通り」、「七通り」の、平均の応答値から出した。最大せん力は、短手方向で180kN（ースシヤ 0.55）、手方向で 219kN（同 0.67）であった。手方向において、JMA 神回目で土とにを受け、力が低下していることが分かる。 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09

S tor y s hea r f o rc e ( kN ) JMA神戸 JMA神戸 BCJ-L2 手短方向 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 -0.09 -0.06 -0.03 0 0.03 0.06 0.09

S tor y sh e ar fo rc e ( kN ) JMA神戸 JMA神戸 BCJ-L2 手方向図21 BJ-L2 100%及び JMA 神加におけるのせん力間変形線４．まと伝統的構法による実大木造建物の動台実験について述べた。A は、建築基準法で大地震に相当するBCJ-L2 及び想定外の地震動としたJMA 神加で土の落、のび割れが発生した。その後、がした状態で実した JR 取加で倒状態にった。一方、B は、BCJ-L2 に対して最大変形は 1/40rad で倒にがるような重大なは見られなかった。その後、度にわたるJMA 神加で土、にを受けたものの倒はしなかった。ほぼ同じ平面形状、を有するにおいて震性能上、重要と思われる相違点としては、）の面法と納まり、）せん変形するより落しやすい半間の所数、）土の、）部の納まり、などがげられ、これらがの応答・性状の違いにしたものと思われる。今後、要素実験や数値解による検討もせて行って明らかにしていきたい。本実験を一連の事で得られる成果は、伝統的構法による木造建物の構造性能の向上につながるものであり、重要文化財建物を歴史都市の防災・災力の向上にもするものである。謝辞：本実験は、国土通の補助により、（財）日本住宅・木センターが置した「伝統的構法の計法成及び性能検実験検討委員会（委員：本東京大学授）」のもとで、同財が（独）防災科学研究所との共同研究として実したものである。実験実においては、研究者・実者など多くの方々に多大な協力をいた。特に試験体の計で、神田定秀、高橋義、、正の協力を得た。は愛知県合からともに提供いた。ここに記して意を表します。 1) 向 , 木之, 田輝 , 典 , 川上 : 京の実大動台実験による地震応答特性の分 , 12 回日本地震学シンポジ論文集, pp. 770-773, 2006. 2) 木之他: 伝統構法木造建物の E-デフンス震動台実験（そのその）, 日本建築学会大会学集（）, pp. 515-528, 2007.