CLT による木造建築物の設計法の開発 ( その 2)~ 構造設計法の開発 ~ 構造研究グループ荒木康弘 CLT 構造の特徴 構法上の特徴 構造上の特徴 講演内容 構造設計法の策定に向けた取り組み CLT 建物の現状の課題 設計法策定に向けた取り組み ( モデル化の方法 各種実験による検証 ) 今後の展望 2
構造の構法上の特徴軸組構法の建て方 鉛直荷重水平力 ( 自重 雪地震 風 ) 柱や梁で支持壁で抵抗 構造の構法上の特徴
構造の構法上の特徴 CLT 構造 鉛直荷重 ( 自重 雪 ) 水平力 ( 地震 風 ) CLT( 壁 床 ) で抵抗 構造の特徴 : 構造上の特徴 90mm 厚 2700mm 2730mm 300 9mm 厚 CLT(t=90mm) 一般的な木造建物の 壁 に比べ 250 構造用合板 200 水平抵抗力が非常に強い 1000mm 150 910mm 100 軸組 + 50 構造用合板 荷重 (kn) 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 せん断変形角 (rad.)
構造の特徴 : 構造上の特徴 ( 有開口壁 ) 大板 / 大型パネル 小幅パネル 4~6m 1~2m 構造の特徴 : 構造上の特徴 250 4000mm 荷重 (kn) 200 小幅パネル : 変形性能高い 150 大板パネル : 剛性が高い 100 4000mm 4000mm 50 小幅掃出 小幅窓型 大板掃出 大板窓型 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 変形角 (rad.) 4000mm
建物の現状の課題 一定規模以上の木造建物を建設する場合 国土交通大臣の認定を受けた材料 日本農林規格 (JAS)) に適合する材料 直交集成板( CLT 含む ) の JAS H26.1 施行面外曲げ強度と剛性は規定されているが 構造設計に必要な面内曲げ 圧縮 せん断 引張強度等は規定されていない 9 建物の現状の課題 建築基準法 : CLT の材料強度 ( 基準強度 ) は現状 規定されていない 基準強度の有無による構造計算ルート違い 基準強度のない材料 時刻歴応答計算大臣認定ルート : 高度な技術 実験データ 時間 基準強度のある材料 限界耐力計算 時刻歴応答計算に比べ ハードル低い 10
建物の現状の課題 時刻歴応答計算限界耐力計算保有水平耐力計算許容応力度等計算他 CLT 構造の適切なモデル化が必要 : CLT パネル 接合部 床パネル 接合部 腰壁 垂れ壁 壁パネル 11 のモデル化の方法の例 構造設計の際に必要な材料特性値 面外曲げ 面外せん断面外せん断 ( 強軸 弱軸 ) 面内引張 圧縮 曲げ ( 強軸 弱軸 ) 面内せん断 ( 強軸 弱軸 ) 座屈 ( 強軸 弱軸 ) めり込みテキストP.29~32: 計算方法の一例を示す 12
CLTによる木造建築物の設計法の開発 ( その2)~ 構造設計法の開発 ~ 建物における接合部の例 壁 - 壁鉛直 ( 直角 ) 接合部 3 壁 - 壁ボルト ( 鉛直 ) 3 壁 - 基礎ボルト ( 鉛直 ) 2 壁 - 垂れ壁 腰壁接合部 ( 鉛直 水平ボルト めり込み ) 1 床 - 床接合部 2 壁 - 床水平接合部壁 - 壁鉛直接合部 2 壁 - 基礎水平接合部 13 1 床ー床接合部の例 : パネル同士を合板 LVL を介し SCREW 等で接合 Single surface spline Half -lapped Double surface spline Single internal spline 14
2 床ー壁接合部の例 L 型金物 垂れ壁接合部金物 N) P(kN U 型金物 ( 壁 - 基礎 ) 160 140 120 100 80 60 U 型金物 40 U 型金物 L 型金物 20 L 型金物まぐさ金物 0 0 5 10 15 20 25 δ(mm) 荷重変形関係 15 3 壁 - 壁接合部の例 引き寄せ金物 ( ボルト型 ) 引きボルト ラグスクリューボルト ビス留め金物 グルードインロッド ( 鉄筋挿入接着接合 ) 16
解析と実験の比較 ( 壁構面 ) パネル :FEM 及びブレース要素と梁要素に置換 接合部 : 弾塑性バネ要素に置換実験結果と比較 FEM モデル ブレース + 梁要素 17 実大 CLT 建物の耐震性能 (A 棟 ) 階数 5 延床面積 471.2 軒高 14.5 平面寸法 6m 16m 壁パネル仕様 150mm(5 層 5Ply)Mx60A 相当 床パネル仕様 210mm(7 層 7Ply)Mx60A 相当 小幅パネルを用いた構法 壁引張接合部: 引きボルトによる接合 共同住宅を想定 壁引張接合部 引きボルト接合鉛直 1 階脚部 :M24(ABR490) その他 :M24( 強度区分 10.9) 水平方向 :M16( 強度区分 8.8) 鋼板ビス打ち接合 : 鋼板 4.5mm 壁せん断 / 厚 (SS400) ビス :STS-65C 床引張接合部 ( 長さ65mm, 軸部径 5.5mm) 合板スプライン接合 : 合板 28mm 床せん断接合厚 ビスHBS8-140 ( 長さ140mm, 軸部径 5.8mm) 18
実大 CLT 建物の耐震性能 (B 棟 ) 大型パネルに開口を繰り抜き加工 壁引張接合部: 鋼板ビス打ち接合 戸建住宅を想定 階数 3 延床面積 180 軒高 8.7 平面寸法 6m 10m 壁パネル仕様 90mm(3 層 3Ply) S60A 相当 床パネル仕様 210mm(7 層 7Ply) Mx60A 相当 鋼板ビス打ち接合 ( 図 3 4,5) 鋼板 4.5mm 厚 (SS400) 壁引張接合部 ビス STS-65C ボルト 1 階脚部 : M16(ABR490) その他 : M16( 強度区分 10.9) 壁せん断 / 床引張接合部 床せん断接合 鋼板ビス打ち接合 : 鋼板 4.5mm 厚 (SS400) ビス :STS-65C ( 長さ65mm, 軸部径 5.5mm) 合板スプライン接合 : 合板 28mm 厚 ビス HBS8-140 ( 長さ 140mm, 軸部径 5.8mm) 19 実大 CLT 建物の耐震性能 : 入力地震動 A 棟 (5 階 ) B 棟 (3 階 ) 基準法極めて稀に発生する地震動 ( BSL : 告示スペクトル2 種地盤相当 ) 20%, 100% (579gal) 18%, 90% (521gal) 神戸海洋気象台観測波 (JMAKobe) 100%(820) 100%(820) 140%(1148) JMAKobe BSL 20
21 CLTによる木造建築物の設計法の開発 ( その2)~ 構造設計法の開発 ~ 実大 CLT 建物の耐震性能 : 応答変位 A 棟 ( 最大応答変位 ) JMA BSL 5 層 4 層 JMA BSL 3 層 110mm (1/27) 30mm 0 20 40 60 80 100 120 Y0 通り (mm) 短辺 (Y0) 55mm 2 層 1 層 0 10 20 30 40 50 60 X0 通り (mm) 長辺 (X0) 22
CLTによる木造建築物の設計法の開発 ( その2)~ 構造設計法の開発 ~ 実大 CLT 建物の耐震性能 : 応答変位 B 棟 ( 最大応答変位 ) BSL Kobe100% Kobe140% 3 層 BSL Kobe100% Kobe140% 2 層 330mm (1/9) 0 20 40 60 80 100 120 X0 通り (mm) 長辺 (X0) 1 層 0 60 120 180 240 300 360 Y0 通り (mm) 短辺 (Y0) 23 CLTによる木造建築物の設計法の開発 ( その2)~ 構造設計法の開発 ~ A 棟 :JMAKobe100% B 棟 :JMAKobe140% 圧縮力による座屈 A 棟 :JMAKobe100% CLT パネルせん断破壊 B 棟 :JMAKobe140% 引きボルト木部せん断破壊 24 CLTパネル面外方向力による破壊
限界耐力計算による応答予測 (A 棟 ) BSL100% 短辺 Kobe100% 短辺 長辺 長辺 ( 株 ) 日本システム設計作成 25 CLTによる木造建築物の設計法の開発 ( その2)~ 構造設計法の開発 ~ CLT 普及に向けた今後の展望 年度 H26 H27 適用可能な計算法 時刻歴応答計算 限界耐力計算 法令改正 基準強度告示 検討 限界耐力計算のための解析モデル精度向上限界耐力計算のための指針整備簡易な設計法のための指針検討 指針整備 ( 仕様規定の検討等 ) H28 保有水平耐力計算許容応力度等計算 簡易な設計法告示 26
ありがとうございました 27 限界耐力計算による応答予測 (B 棟 ) 弾性剛性 : 解析より実験結果が 2~2.5 倍程度大きい 最大耐力 : 概ね解析で予測 BSL90% Kobe100% Kobe140% 日本システム設計作成 28