笹谷, 真通

Japanese

Tokyo Denki University Repository (TDU) / 学術リポジトリ

      Annual Report 東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                      課題番号 Q22T-02 課題名（和文） 木質大型パネルを用いた木鋼ハイブリッド耐震壁工法の開発 課題名（英文） Development of hybrid wall system of timber panel and steel frame 研究代表者 所属（学部、学科・学系・系列、職位） 東京電機大学、未来科学部、建築学科、教授 氏名 笹谷 真通 共同研究者 所属（学部、学科・学系・系列、職位） 東京電機大学、未来科学部、建築学科、助教（2023 年 3 月まで） 氏名 河原 大 所属（学部、学科・学系・系列、職位） 東京電機大学、大学院未来科学研究科、修士課程修了、修士（工学） 氏名 中久喜 丈一 所属（学部、学科・学系・系列、職位） 東京電機大学、大学院未来科学研究科、修士課程 氏名 佐々木 瞭 所属（学部、学科・学系・系列、職位） 東京電機大学、大学院未来科学研究科、修士課程 氏名 代田 祐也  研究成果の概要（和文） 近年の中大規模木質構造の発展が目覚ましく、これまで様々な工法技術が用いられている。そのひとつの可能性として、木質材料と鋼材を組み合わせたハイブリッド構造が挙げられる。本研究では大型木パネルと鉄骨フレームのハイブリッド耐震壁システムの先行研究の改良点を抽出し、これを解決する新しい工法を提案した。 本研究の成果としては、実大寸法の各種構造実験や施工検証および構造解析を行い、構造設計を行う上での本工法の構造性能の基礎資料を得るとともに、将来の実装に向けた可能性を確認することができた。  研究成果の概要（英文） The development of medium-large scale timber structures has been remarkable in recent years, and a variety of construction techniques have been improved. One possibility is a hybrid structure combining wood and steel materials. In this study, we extracted improvements from previous studies of hybrid earthquake resistant wall systems of large wood panels and steel frames, and proposed a new construction method to solve these problems. We conducted various structural tests of full-scale dimensions, construction verification and structural analysis to obtain basic data on the structural performance of this method for structural design and to confirm its potential for future implementation.        Annual Report 東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                      1.研究開始当初の背景 建築物の用途や品質に対する要求や環境保全などの意識が高まる中、近年は公共建築物における木材の利用促進が期待されている背景もあり、木質大型パネル（以下、木パネル）を用いた建築がみられるようになってきた。 近年では、木質構造が中大規模建築の構造にも対応することができるような構造的合理性を追求した結果のひとつに、木材と鋼材を組み合わせたハイブリッド構造が着目されており、大型パネルを木材に用いる事例も見られるようになってきた。これらの大きな特徴として木材の長所を生かし、木材と対照的な特徴を持つ鋼材の長所を適所に組み合わせている点にある。しかし木パネルと鋼材を一体化することにより、施工段階での精度が要求され、さらに一体化することによって建物供用後の乾燥収縮により生じる木材の割れへの懸念がある。 この課題への解決策のひとつとして、研究代表者は建設段階の施工精度や乾燥収縮時応力に着目した新しい木・鋼ハイブリッド耐震壁工法（以下、先行工法）を提案し、木パネルにはラミナ材をこば立てて積層したスタックラミナパネルを用いた各種実大構造実験を実施し、本工法の基礎性状を把握し，設計に用いる資料を得た（以下、先行研究）。  2.研究の目的 本研究では、木パネルと鉄骨フレームが支圧のみで一体となった先行工法のさらなる構造性能および施工性の向上を目的として、以下に示す5つの改良点を提案した（図1、2、3）。 (1） 建設施工段階における精度の確保→支圧面の集約(8→4 面) (2） 木パネルの乾燥収縮による割れへの対処→くさび機構 (3） 地震等の双方のさらなる一体性→回転機構を有する接合金物 (4） 木パネルの取り替えのしやすさ、建物としての持続性→木パネル 2 分割 (5） 木パネルの適用範囲の拡大→木パネルを LVL、CLT を対象とする。 この改良点を実装した工法（以下、本工法）の実用化に向け、実大寸法の構造実験や構造解析を通して、構造設計に用いる資料を得ることを目的とした。   図 2.くさび型接合具詳細 くさび型接合具 木パネル PC 鋼棒 くさび金物 皿ばね ピンΦ55 摩擦面処理 摩擦面処理    GPL-9 PL19 図 1.工法概要 鉄骨フレーム ピン金物 木パネル くさび金物 PC 鋼棒ブレース 図 3.耐荷機構図 引張力 (PC鋼棒) 圧縮力 (木パネル) 引張力 (鉄骨フレーム) θpc θw 外力       Annual Report 東京電機大学           The Research Institute for Science and Technology 総合研究所年報 2023          No.43 Tokyo Denki University                      3.研究の方法 （１）構造実験（図 4） 試験体は実大スケールとし、梁芯間距離を3600mm とした。スパンは 3600mm(以下 AR1)および 1500mm(以下 AR2)である。鉄骨フレームの断面は全試験体共通で、柱、梁ともに H-150×150×7×10（SN490B）とした。くさび型接合具は SN490Bとした。くさび金物の接触面の摩擦面処理は錆発生促進剤を用いて、塗布後 48 時間以上養生した。LVLパネルは E70-1 級（40V-34H）、板厚 75mm、高さ3050mm、幅 3000mm（600mm 幅を工場接着）、含水率 20%以下のスギ材を使用した。CLT パネルはS60（3 層 3 プライ）、板厚 90mm、高さ 3050mm、幅 3000mm、含水率 20%以下のスギ材を用いた。 実験パラメータは柱スパンおよび木パネルの種別とし、試験体は計 4 体作成した。 （２）構造解析（図 5）  構造実験結果との比較検討を目的とし、面材と線材を組み合わせた弾性モデルを作成した。 解析モデルは鉄骨フレームおよび PC 鋼棒ブレースを線材、木パネルをメッシュ分割した板要素で置換した。柱梁は剛接合、PC 鋼棒およびくさび型接合具は端部ピン接合とし、鉄骨フレーム脚部はピン支持とした。また接合具をピン接合する四隅のガセットは面要素によりモデル化した。木パネルとくさび型接合具の支圧接合部は引張力を負担しない連結要素を用い、水平加力時には木パネルに引張力を伝達しない納まりとした。上記連結要素は水平鉛直 2 方向に分けて支持し、水平方向要素には木パネルの等変位めり込み式を適用した。  4.研究成果 本研究では、先行工法を改良したピン機構付きくさび型接合具を用いた木鋼ハイブリッド耐震壁の工法の提案をし、実大寸法の構造実験および構造解析を通して、本工法に所定の構造性能を有することが確認できた（図 5、6、７）。 今後は本工法の構造設計への適用に向けた検討を行う予定である。  油圧ジャッキ (1000kN) ロードセル ＋球座 ローラー 2H-900×300×16×28 反力フレーム 2H-900×300×16×28 2H-900×300×16×28 振れ止め 油圧ジャッキ (1000kN) ロードセル ＋球座 ローラー 水平変位 脚部水平変位 脚部鉛直変位 1 軸 3 軸 ひずみゲージ ひずみゲージ 図 4 実験方法および計測箇所 図 7 実験結果（荷重変位曲線）と解析結果の比較 P δ 010020030040050060070080090010000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220AR2-1AR2-2AR1-2AR1-1δ[mm]P[kN]AR1-1 解析剛性AR1-2解析剛性値AR2-2解析剛性値AR2-1解析剛性値PC降伏H柱降伏Py=469.9kN(AR1-1実験値)Py=479.4kN(AR1-2正側実験値)H柱降PC降伏Py=242.3kN(AR2-1実験値)Py=286.0kN(AR2-2実験値)木降伏木降伏木降伏木降伏H柱降伏H柱降伏木パネル PC鋼棒ブレース 鉄骨梁 鉄骨柱 図 6 解析結果概要：木パネル主応力分布 くさび機構 図 5 解析モデルおよび結果概要：変形図 

木質大型パネルを用いた木鋼ハイブリッド耐震壁工法の開発

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