既存木造住宅の耐震性能と耐震補強効果に関する実験的研究構造研究グループ上席研究員河合直人講演内容 • 各種耐震補強構法の性能評価法 • 2004年版「木造住宅の耐震診断と補強方法」の概要と技術的背景 • 木造住宅の補強・無補強試験体の震動台実験研究の背景 • 既存木造住宅の耐震性能木造戸建て住宅約2,450万戸のうち、耐震性の不十分なものが約１０００万戸（国交省推計） • 信頼のおける耐震診断法の必要性（補強前・補強後） • 耐震診断法の妥当性の検証１．各種耐震補強構法の性能評価法耐震補強構法技術コンペ • 平成14年７月募集開始､12月優秀作品選出 • 建物全体の構造性能を評価可能な構法を対象とする • 巷間にあふれる様々な完成度の構法を整理する • 併せて今後の正しい性能評価に向けて考え方の整理を行う東立面 1階平面図南立面 2階平面図コンペ提出資料 • • • • • 補強後の総合評点補強工事にかかるコスト見栄え特色（工期、居ながら補強、その他）その他コンペの採点における考え方 • • • • 耐震補強構法としてのバリエーション普及可能性の高い技術完成度の高いものを最優秀作品今後の発展が期待できるようなもの、アイデア的に優れているもの、などを優秀作耐震補強のバリエーションコンペ • 開口部の補強－機能性を確保 • 外部からの補強－居ながら補強 • エネルギー吸収により振動制御するもの－振動を効果的に抑制 • 効率的な壁補強開口部の補強／外部からの補強外部からの補強頂部接合部鉄骨柱脚部接合部エネルギー吸収部材／効率的な壁ダンパーを用いた耐震補強 • 粘性・粘弾性ダンパーを用いた耐震補強技術の評価法・試験法の提案、及び実験による検証 • 簡易な評価式の案出（等価壁倍率） • 耐震補強の選択肢が増え、高性能の補強技術が健全に普及することを期待 ←耐震診断法の改訂へ反映等価壁倍率 • 減衰定数 h を有する建物は入力加速度が次式のFh により低減される。 1 .5 Fh = 1 + 10 h • 見かけ上、耐力が（1／Fh）倍に増加したとみなせる Qda = Qd Fh • 動的繰り返し実験・振動台実験による確認検証に用いた制震装置仕口部に粘弾性ダンパー粘性ダンパーオイルダンパー（振動台実験の試験体より）動的繰り返し実験実験の条件 1/120radの等価壁倍率を1.5とする 10 15 筋かい筋かい耐力壁 10 5 5 0 0 -5 -5 -10 -10 荷重[kN ] 15 荷重[kN ] 主な安定化ループフレームのみ軸組のみ変位[m m ] 10 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 変位[m m ] -15 -200 15 仕口部ダンパー仕口ダンパー 10 5 5 0 0 -5 -5 -10 -15 -200 荷重[kN ] 15 荷重[kN ] -15 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 オイルダンパーオイルダンパー -10 変位[m m ] 変位[m m ] -150 -100 -50 0 50 100 150 -15 200 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 荷重は低いがエネルギー吸収に富繰り返し加力による等価粘性減衰定数 Equivalent H ysteretic D am ping 0.30 フレームのみ仕口部ダンパー仕口ダンパー 0.25 筋かい耐力壁オイルダンパー 0.20 0.15 0.10 1/15 0.05 1/120 0.00 0 1/60 0.02 1/30 0.04 R otationalA ngle 0.06 0.08 振動実験の最大応答変位の比較成果のとりまとめ • 試験法評価法及び評価事例を、「木造住宅耐震補強構法の耐震性能評価マニュアル」としてとりまとめた。 • 現在、(財)建築防災協会の住宅等防災技術評価において、耐震補強構法の評価に活用されている。２．耐震診断法の改訂「木造住宅の耐震診断と補強方法」 • (財)日本建築防災協会・昭和６０年版の改訂 • 改訂の主旨適用範囲の拡大、耐震診断法の充実、評価対象の耐力要素の拡大、診断対象の地震動の明確化、診断法の精緻化、補強方法の充実 • 以下、柱頭柱脚の接合部による低減係数、伝統的構法の柱の曲げ抵抗について耐震診断法の充実 • 誰でもできるわが家の耐震診断容易に診断・耐震性の要点の啓発 • 一般診断法補強の要否のスクリーニング • 精密診断法補強の要否の最終判断補強設計保有水平耐力計算ダンパー等限界耐力計算時刻歴応答計算柱頭・柱脚接合部による低減耐力壁両端での接合部引抜き力せん断力固定＋積載上階耐力壁による圧縮、引張周辺部材による曲げ戻し効果脚部の圧縮、引張建築基準法では接合部の先行破壊防止接合強度が不十分な場合接合が不十分な場合の解析 ■解析により構面の耐力低下を算出。 ■２層７Ｐの構面を想定 ■接合部３種類、耐力壁（倍率）３種類、垂れ壁・腰壁の有無、合計２４パターン P P 解析結果の例上下階とも倍率3.5、腰壁垂れ壁なし。１階 30 3-H(1F) 全てHD-20 端部HD-20，内部CP-T 全てCP-T 金物なし，端部通し柱 3-HT(1F) 層せん断力(kN) 3-T(1F) 3-H(2F) 20 3-C(1F) 3-HT(2F) 3-N(1F) ２階金物なし，端部通し柱金物なし，端部管柱 3-T(2F) 10 3-C(2F) 3-N(2F) 0 0 2 4 層間変位(cm) 6 8 解析結果に基づく低減係数 ■２階建ての２階耐力壁の許容耐力（kN／m）２４７ＨＤ－２０１．０１．０１．０ＣＰ－Ｔ１．００．８０．５金物なし，端部通し柱０．７０．６０．３５金物なし０．７０．３５０．２ ■２階建ての１階耐力壁の許容耐力（kN／m）２４７１．０１．０１．０ＣＰ－Ｔ（１．０）１．００．８金物なし，端部通し柱（１．０）０．８０．６金物なし（１．０）０．８０．７５？ＨＤ－２０伝統構法の垂れ壁付き独立柱 h0 h1 le 宮城県北部連続地震被害例新潟県中越地震の被害例木材の強度的性質曲げ、引張、せん断に対し脆性的力力粘る脆い変形変形伝統木造の地震被害地震力柱の曲げ破壊（脆性的破壊）垂れ壁付き独立柱のモデル化 h h1 L 土塗壁の荷重変形関係水平力 Q0 Q0＝80kN×壁厚m×壁長m 0.75Q 0 (5/8)Q0 0.5Q0 h/ 120 h/ 250 h/ 60 変位 h/ 15 垂れ壁付き独立柱のモデル化（続き） L h h1 ＋ δW δC 柱の曲げ破壊の有無による荷重変形関係の相違水平力 δC 水平力最大荷重 δW 破壊荷重 δC δW δC＋δW δC＋δW 水平変位水平変位垂れ壁付き独立柱１本の耐力（ｋN） le=1.2m未満（スギの場合）垂れ壁の基準耐力(kN/m) 1.5未満 1.5以上2.5未満柱の小径 2.5以上 12cm未満 0 0 0 12～15cm 0.6 0.4 0.4 ・・・・・・・・・・・・・ • 柱の折損の恐れがあるものは注意が必要３．補強・無補強試験体の震動台実験文科省「大都市大震災軽減化特別プロジェクト」によるE-ディフェンスでの実験試験体概要在来軸組構法（築３０年）Ｂ棟：補強Ａ棟：無補強Ｂ棟補強方法（１階）Ｂ棟補強方法（２階）精密診断結果（評点）試験体階Ａ棟無補強２階１階２階１階２階１階Ｂ棟補強前Ｂ棟補強後Ｘ方向（ＪＲ鷹取EW）１．０９１．０１０．８８０．８７１．６４１．５５Ｙ方向（ＪＲ鷹取NS）０．７５０．４３０．５９０．３１１．５３１．５７加振前の卓越振動数（Ｈｚ）測定方法常時微動測定起振機加振ホワイトノイズ（１００ｇａｌ）試験体Ｘ方向Ｙ方向Ａ棟（無補強）７．３４．２Ｂ棟（補強）７．２４．７Ａ棟（無補強）６．５３．４Ｂ棟（補強）６．５４．１Ａ棟（無補強）５．２０２．２４Ｂ棟（補強）５．２０３．４２実験入力地震波兵庫県南部地震の震度７地域（ＪＲ鷹取駅）での地震記録を入力波に使用加速度速度変位ＮＳ 641.7gal 149.2kine 86.33cm ＥＷ 666.2gal 117.0kine 37.78cm ＵＤ 289.5gal 16.5kine 11.15cm 入力地震波加速度応答スペクトル 3000 h=0.05 応答加速度（gal） 2500 2000 1500 1000 固有周期(s) 500 0 0 1 2 3 4 5 実験結果加振後の状況Ｂ棟：補強Ａ棟：無補強実験結果最大応答と残留変形試験体Ｘ方向Ａ棟無補強１階の層崩壊Ｂ棟補強最大応答変位（１階層間変位）残留変位（１階層間変位）最大応答加速度（小屋梁）Ｙ方向－ 180 mm （1/16rad.）－ 0.5mm 1622 gal 1208 gal 実験結果１階層間変位の時刻歴 3000 変位[mm] 2000 A棟正側最大変位16.950sec 657.51mm A棟1層Y方向 1000 B棟正側最大変位 24.030sec 179.64mm B棟1層Y方向 0 -1000 -2000 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 A棟負側最大変位16.045sec 383.47mm B棟負側最大変位 19.240sec 179.33mm time[sec] 実験結果１階加振方向の荷重変形関係 400 層せん断力[kN] B棟最大層せん断力 241.53kN 剛性2.87kN/mm 300 B棟最大層間変位 179.64mm 剛性0.82kN/mm 200 A棟最大層間変位 383.47mm 剛性 0.13kN/mm 100 0 -400 -300 -200 -100 0 100 -100 -200 A棟最大層せん断力 163.68kN 剛性 1.87kN/mm -300 初期剛性 A棟 6.44kN/mm B棟 9.87kN/mm 200 300 400 変位[mm] A棟1層Y方向 B棟1層Y方向 -400 耐震診断で想定する荷重変形関係との比較 350 層せん断力 [kN] 300 250 200 150 100 50 変位[mm] 0 -400 -300 -200 -100 -50 0 100 200 300 400 -100 -150 JR-takatori100%-1 -200 A棟 1階Y方向実験値包絡線 -250 B棟 1階Y方向実験値包絡線 -300 A棟 1階Y方向精密診断 -350 B棟 1階Y方向精密診断 B棟（補強試験体）の損傷状況 • • • • 東面モルタル剥離・剥落東面補強壁等の引き寄せ金物の緩み階段下補強壁の筋かい金物のくぎ接合部破壊西面補強壁の構造用合板のはずれ、浮き上がり、モルタル落下 →耐震診断評点０．８６補強試験体の倒壊実験 JR鷹取１００％で倒壊しなかったB棟に対して余震を想定してJR鷹取６０％を入力、倒壊せず その後、再度JR鷹取１００％を加え、倒壊実験結果最大応答と残留変形入力 JR鷹取６０％ JR鷹取１００％Ｘ方向Ｙ方向最大応答変位（１階層間変位） 53.8mm 264 mm 最大応答加速度（小屋梁） 880 gal 912 gal 最大応答変位（１階層間変位）最大応答加速度（小屋梁）倒壊 1176 gal 990 gal 移築補強・無補強実験まとめ築３０年の移築住宅（補強・無補強）に対し、兵庫県南部地震の震度７地域での地震記録を入力波に用いた震動台実験により、以下が確認された。 既存住宅の耐震性に関する基礎資料として無補強のＡ棟が倒壊（耐震診断評点０．４３） 耐震補強の有効性を確認補強したＢ棟は倒壊せず（同評点１．５７） 耐震診断で想定する荷重変形関係は、振動実験で得られた荷重変形関係に比べて安全側にある。まとめ 既存木造住宅の耐震診断・耐震補強に関する建築研究所の取り組み・各種耐震補強構法の性能評価法の開発・耐震診断法改訂作業への参画・移築住宅（補強・無補強）の震動台実験による検証 今後の検討課題・ユーザーの視点に立った耐震補強構法選択システムの開発