木組みの技術を用いた軸組住宅の耐震技術（２）


（林産研究部）富田　守泰


◆はじめに
　阪神・淡路大震災後５年を経過し、建築基準法の改正をうけて、在来軸組構法による住宅の耐震性能向上の動きが最終段階となってきています。今後は性能を客観的に値で評価し設計に利用することが重要となってきます。そこで前回に引き続き木製筋かいプレートを使用した木組みの耐震技術成果について数字をまじえて報告します。

◆リニューアルした筋かいプレート
　昨年度開発した筋かいプレート（図−１）は、まだ完全には完成した状態ではありませんでした。筋かいの応力に対するプレートの最適な形状や、プレートと筋かい間の最適な留め方など性能とコスト面での再検討が必要でした。
　厚さ18mmの一類構造用合板を、耐久性と流通状況、さらにはコスト面から厚さ15mmの特類構造用合板としました。そこで問題になるのは材厚の低下による強度の問題でした。特に柱間１間（1820mm）に筋かいを施工した場合、プレートの曲げ破壊が顕著に見られたため、プレート形状の再検討が必要となりました。
　効率的に合板から採材しながら最適形状を求める方法として、図−２により同一面積を確保しながらプレート傾斜を変化させることで実験的にプレートのみの耐力を求めてみました。この結果、図−３に示すように６°傾斜することが最適で、なおかつ許容耐力以上となりました。

図１．挿入型木製筋かいプレート図２．プレート最適形状設定基準

図３．プレート耐力

◆ボルトから木ネジへ
　次に問題となるのは、プレートと筋かい間の留め方です。金属プレートの場合、最も普及しているのは、住木センターが薦めているボルトと釘を併用した壁倍率２倍の大きなプレートよりもドライバドリルを利用してビスを大量に使用するボックスタイプのプレートです。つまり、施工のし易さが耐力とともに重要となります。そこで、同様に木ネジを使用することとしました。

◆木組みは一体的に考えなければならない
　金属補助金具の場合、筋かい留め金具と柱と土台を留める金具は別個のものですが、木組みである開発プレートは筋かいの引き抜き力がほぞに伝わるため、ほぞの込栓は一体として施工しなければなりません。言い換えれば筋かいの性能はプレートの性能のみでなく、込栓の性能にも左右されることとなります。これらの関係を踏まえ、最適な施工の方法を木ネジ本数と込栓本数から実験的に図−４で求めてみました。その結果、最大耐力の平均は、込栓・木ネジともに本数の多いほど大きくはなるものの、許容耐力では木ネジが少ない７本の方が高い結果となりました。

図４．各種接合法による最大耐力、許容耐力、剛性

図５．接合部の各応力及び破壊と主な２点の破壊バラツキ

◆どこで破壊させるかそれが問題
　この現象は数字だけでは理解しがたいものですが、個体ごとに図−５左図の破壊箇所を確認していくことで、このような特殊な木組みの破壊状況を推測できます。
　実は建築で使用する許容耐力は図−５右図に示す個体毎のバラツキの中で最大耐力の下限の値を算出し安全率を掛けて求めています。すなわち最大耐力のバラツキの多い破壊箇所は下限値を下げることになります。図のように込栓破壊の平均値が、ネジ７本の破壊平均値よりも高くてもその下限値では逆のことがあり得ます。そこで例えば込栓本数を決めておき、木ネジ本数が９本の場合、大半の個体は込栓の方が弱く、木ネジの破壊よりも最大耐力でばらつきのある込栓で破壊することになります。一方木ネジ本数を７本として、多くがバラツキの少ない木ネジで破壊すれば、木ネジ本数が少ない方が許容耐力の高い場合もあり得るのです。このように一概にすべて強くするのではなく、ある程度の強度を保ちながらバラツキのない箇所で破壊させることが重要となります。
　いずれにしても図−４に示すとおり、金物と比較して、込栓１本、木ネジ７本でも十分な許容耐力が得られました。

◆必要なひずみ難さの評価
　壁耐力の評価手法として壁倍率があります。実際に設計される方に必要となるものでご存知の方も多いと思いますが、壁倍率は強さでなく、剛性つまりひずみ難さを意味します。この壁倍率を上げるためには、許容耐力だけではなく、剛性を上げる必要があります。図−４に併記してありますが、木ネジの本数を増やすことで、剛性を上げることができ、９本ならば金物と同程度まで上げることができます。

◆背割り材の対策
　大変都合の悪いことに特に真壁造りの住宅では柱の中央に背割りが入っています。プレートの挿入位置が中央となった場合はプレートが背割りの溝に入り込んでしまいます。そこで、埋木、さらには土台とプレート間に込栓を打ち、柱の引き抜き力を緩和する方策をとりました。この方法で十分に対応できることになります（図−６）。

図６．背割り材とその対策法による性能

◆壁としての評価と普及マニュアルの作成
　開発プレートは従来になかった木組みを利用するため、特に力のかかり方に理解が必要で、その上で使用することが重要となります。そこで、このプレートを普及するには性能に基づくマニュアルの作成が急務となります。次回は壁としての性能評価とマニュアルのポイントについて報告したいと思います。

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