巨大地震に耐え抜く安価でエネルギー吸収性の高い
木造住宅用制震デバイス「DIT制震筋かい金物」の販路拡大
第71回ベンチャープラザ鹿児島「二水会」
2017. 11. 08
【株式会社DIT】
設立年月日
:平成29年2月1日
所在地
:鹿児島県鹿児島市国分中央1-10-2 第一工業大学内
資本金
:1,000万円
従業員
:2名
主な事業内容 :制震デバイスの開発・販売,耐震診断・耐震補強設計
DIT制震筋かい金物
新築木造住宅を対象
20万棟/年のシェア5%を1次目標
40万個/年(8億円/年)を1次目標
地域社会(企業・業界)
におけるニーズ
開発製品の全国展開
(商流)
大学発ベンチャー企業と
してのノウハウ
「 DIT 制 震 筋 か い
金物」の全国販売
耐震・制震・免震に特化した
技術力・研究ネットワーク
安価で高性能の耐震補強向け制震デバイ
スの強い要望
熊本地震をはじめとし、巨大地震はどこで
発生するか?→鹿児島の耐震意識向上
既存制震デバイスの信頼性に疑問・・・
新製品開発・販売
先駆性・創造性
ビジネスモデル
木造住宅では、「筋かい」を入れることや、「合板」を張ることで、水平荷重
が作用しても軸組が変形しにくくなります。
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筋かい
合板
耐震性を確保する方法
これらの取付け方法が間違っていると、いくら多くの筋かいや合
板があっても、地震がきたときには力を発揮しません。
「筋かい」も「合板」も、決められた方法で確実に施工すること
が大切です。
既存金物の耐力差(参考)
1.
カナイ・N-フリーダム:コーナー部にリブがある、板厚は
1.6mm
であるが、降伏点が355N/mm
2以上、ビスは柱に7本、
筋かいに6本
2.
カ ネ シ ン ・ ハ イ パ ー ガ セ ッ ト : 板 厚 2.3mm 、 降 伏 点 は
245N/mm
2以上、ビスは柱に9本、筋かいに5本
3.
タナカ・リベロII:板厚2.3mm、降伏点205N/mm
2以上(参考
値)、ビスは柱に8本、筋かいに6本
震度7にはもちません!
全国規模で見ると、耐震改修が必要な木造住宅は国土交通省の調査で未だ
500万棟以上あり、これに鉄骨造等の小規模建築物を入れると、約700万棟
が既存不適格な状況
鹿児島県下では、約20万棟の木造住宅が耐震性に問題があるとされ、鹿児島
湾直下地震(M=7.1 震度6弱)が発生した場合には1.5万棟強の木造住宅が大
破に至ると想定
◆必要壁量の変遷
必要壁量 昭和
25 年改正
(単位
cm/m2)
建築物の種類
平屋 2階建
3階建
1階 2階 1階 2階 3階
屋根および壁の重い建築物
12
16
12
20
16
12
屋根の軽い建築物
8
12
8
16
12
8
必要壁量 昭和
34 年改正
(単位
cm/m2)
建築物の種類
平屋
2階建
3階建
1階 2階 1階 2階 3階
屋根および壁の重い建築物
15
24
15
33
24
15
屋根の軽い建築物
12
21
12
30
21
12
必要壁量 昭和
56 年改正
(単位
cm/m2)
建築物の種類
平屋 2階建
3階建
1階 2階 1階 2階 3階
屋根および壁の重い建築物
15
33
21
50
39
24
屋根の軽い建築
11
29
15
46
34
18
◆軸組みの種類と倍率の変遷
軸組の種類
倍率
S25 年 改
正
S34 年 改
正
S56 年 改
正
土塗壁、裏返しをしないもの
0.5
0.5
0.5
土塗壁、裏返しをしたもの
0.5
1.0
0.5
木ずり壁、片面
0.5
1.5
0.5
木ずり壁、両面
0.5
3.0
1.0
3つ割り筋かい、径
12mm の鉄筋筋
かい
2.0
1.5
1.5
2つ割り筋かい
3.0
3.0
2.0
柱同寸筋かい
4.0
4.5
3.0
柱同寸筋かいのたすき掛け
8.0
6.0
5.0
建築基準法改正 2000年 (平成12年)
① 地耐力に応じて基礎を特定。地盤調査が事実上義務化に。(施行令38条)
地耐力に応じた基礎構造が規定され、地耐力の調査が事実上義務化となる。
地耐力20kN未満:基礎杭、20~30kN・・・基礎杭orベタ基礎
30kN
以上:布基礎も可能
② 構造材とその場所に応じて継手・仕口の仕様を特定。(施行令第47条 告示1460号)
筋かいの端部と耐力壁の脇の柱頭・柱脚の仕様が明確になる。
壁倍率の高い壁の端部や出隅などの柱脚ではホールダウン金物が必須になる。
③ 耐力壁の配置にバランス計算が必要となる。(簡易計算、もしくは偏心率計算
(施行令第46条 告示1352号)
壁配置の簡易計算(四分割法、壁量充足率・壁率比)、もしくは、偏心率の計算が必
要となる。
仕様規定に沿って設計する場合、壁配置の簡易計算を基本とする。
(新耐震設計法)
耐力壁:1.38×1.5=約2倍
2000年の建築基準法改正
・具体的な接合部仕様を規定
2000年の建築基準法改正
・耐力壁の釣合いの良い配置
背
景
近年、大地震発生のリスクが高まっている。
2011
年東北地方太平洋沖地震以来、木造住宅に求められる構
造性能も高くなってきている。
木造は、一度大きな力を受けると剛性・耐力が急激に低下する
特性があり、余震で倒壊する危険性が高い。
繰返し荷重にも安定したエネルギー吸収性能を発揮する
「制震
構造」
が有効。
従来:大地震時に倒壊しない
近年:大地震でも損傷が少なく、継続して
使用できる
木造住宅制震構造標準化に向けた取り組み
開発の概要
木造住宅に
制震構造を標準化
させるため、
安価でエネルギー吸収性能の高いデバイスを開発する。
ユーザー目線で見て費用対効果が確認できる設計・性能評価手法を確立する。
✔ 安
価
筋かい金物にエネルギー吸収機構を付加。製造コスト低、施工性も良い。
✔ 高 性 能
「鋼材の塑性変形」+「高減衰ゴム」 で高いエネルギー吸収性能、
安定した性能を実現。 壁倍率も取得できる。
✔ 設計ツール
ユーザーが制震効果を確認できるツールを提供。
費用対効果を把握できる。
実用化には、信頼性確保と動的性能評価が欠かせない。
下記のような、総合的な信頼性評価を実施。
① 耐久性の確認(
60年相当)
② 動的性能の確認(振動台実験:
2016.07)
③ 壁倍率の取得(壁量計算に算入可能)
④ 施工性確認
⑤ 本デバイスを設置した建物の性能総合評価(
2017.07)
⑥ 設計ツールの制作(シミュレーションソフト)
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
荷
重
(
k
N
)
変形角(x1/1000rad)
大学発ベンチャー製品
0 50 100 150 1.0 1.5 2.0 層 間 変 位 (m m ) 壁量充足率 床面積比1.25 0 50 100 150 1.0 1.5 2.0 層 間 変 位 (m m ) 壁量充足率 床面積比1.0 0 50 100 150 1.0 1.5 2.0 層 間 変 位 (m m ) 壁量充足率 床面積比0.5折り曲げ前の金物
切り欠き
柱側ビス穴
筋かい側
ビス穴
DIT制震金物の概要
5
6
.4
11
.4
5.0
5.0
5.0
5.0
単位:mm
柱側ビス穴(φ6)
筋かい側
ビス穴(φ6)
高減衰ゴム
高減衰ゴムを加硫接着して
完成した制震金物
筋 か い 柱 柱側鋼板 筋かい側鋼板 高減衰ゴム 筋かい 接合ねじ 柱 接合ねじ ハニカム X Y Z 750. 750. 750. 750. 750. 750. 750. 750. 750. 750. 354.9 332.8 310.6 288.5 266.3 244.2 222. 199.9 177.7 155.6 133.5 111.3 89.17 67.03 44.89 22.74 0.601 V1 L1 C1Output Set: Case 124 Time 1. Deformed(4.577): Total Translation Contour: Plate Bot VonMises Stress
静的載荷実験
従来の筋かい金物使用時
振動台実験結果
(入力レベルと応答変位の関係)
実大実験
(
2017.06.26~07.21)
シミュレーションソフト(制震効果)の精度及び安全性を確認・確保
中長期的な動的特性把握(減衰量の推移、大地震時の損傷度)
交通振動による効果確認
長期の信頼性確保
損傷限界レベル以上に変形させ(R≧1/100~1/50)、静的載荷
時の挙動(荷重ー変形関係、内装・外装損傷度)と自由振動によ
る動的特性をパラメトリックに調査・確認
強震モニタリングによる地震・交通振動時の特性把握
構造壁内の湿度、温度観測を通した制震金物の外観ならびに特
性変化を観察・確認
建物概要
木造2階建て(在来軸組工法 カラーベストコロニアル葺屋根)
1F床面積 :40.0㎡
2F床面積 :19.0㎡
最高高さ :8.0m
試験棟の概要
平面図
立面図
試験棟建設状況①
基礎工事
反力フレーム設置
仮設足場設置
土台設置
試験棟建設状況②
小屋組み設置
屋根下地設置
屋根防水シート敷き
構造体(骨組み)完了(北面)
構造体(骨組み)完了(西面)
構造体(骨組み)完了(南西面)
屋根葺き工事
屋根工事完了
実験(載荷)準備状況①
油圧ジャッキ設置
層間変位計設置
柱脚変位計設置
柱脚変位計設置
ホールダウン歪ゲージ設置
強震計設置
損傷状況(
R=1/50)
④既存金物
⑤制震金物
⑥制震金物(筋かい上端出隅)
⑧制震金物(筋かい下端出隅)
強震モニタリング
(オンラインで東大地震研)
層関変位(mm) 層 せ ん 断 力 (k N )公開実験
N
邸(霧島市内)
設置実績
内部筋交 外周筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 2 9 13.6 Y 7 3 12.68 X 3 13 10.79 Y 10 9 6.58 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 10 1 7.97 0.59 Y 7 3 8.05 0.63 X 16 0 5.3 0.49 Y 14 5 3.47 0.53 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 0 11 9.2 0.68 Y 0 10 9.55 0.75 X 16 0 3.25 0.30 Y 14 5 2.11 0.32 BCJ-50kine 非制震 N邸 2階 1階 階方向 2階 1階 1F・2F ALL DIT (94個) 1F ALL DIT (60個) 階方向 階方向 2階 1階 内部筋交 外周筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 2 9 14.74 Y 7 3 16.93 X 3 13 10.16 Y 10 9 8.13 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 10 1 8.13 0.55 Y 7 3 8.36 0.49 X 16 0 5.86 0.58 Y 14 5 4.09 0.50 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 0 11 11.45 0.78 Y 0 10 13.96 0.82 X 16 0 4.51 0.44 Y 14 5 3.28 0.40 神戸-50kine N邸 非制震 階方向 2階 1階 1F・2F ALL DIT (94個) 階方向 2階 1階 1F ALL DIT (60個) 階方向 2階 1階 内部筋交 外周筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 2 9 5.3 Y 7 3 5.55 X 3 13 2.81 Y 10 9 2.5 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 10 1 3.01 0.57 Y 7 3 3.07 0.55 X 16 0 1.64 0.58 Y 14 5 1.37 0.55 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 0 11 4.16 0.78 Y 0 10 4.12 0.74 X 16 0 1.71 0.61 Y 14 5 1.45 0.58 BCJ-25kine N邸 非制震 階方向 2階 1階 1F・2F ALL DIT (94個) 階方向 2階 1階 1F ALL DIT (60個) 階方向 2階 1階 内部筋交 外周筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 2 9 6.08 Y 7 3 6.01 X 3 13 3.76 Y 10 9 2.94 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 10 1 3.31 0.54 Y 7 3 3.41 0.57 X 16 0 1.76 0.47 Y 14 5 1.52 0.52 DIT 筋交 変形量 (cm) 非制 震比 X 0 11 3.88 0.64 Y 0 10 3.83 0.64 X 16 0 1.59 0.42 Y 14 5 1.35 0.46 神戸-25kine N邸 非制震 階方向 2階 1階 1F・2F ALL DIT (94個) 階方向 2階 1階 1F ALL DIT (60個) 階方向 2階 1階