JP5601499B2 - 木造建物の耐震板壁構造 - Google Patents

Description

本発明は、木造建物における板壁の構造に関し、優れた耐震性能（地震エネルギーの減衰性能）を発揮する木造建物の耐震板壁構造に関する。

社寺建築等に代表される我が国の伝統的な木造建物は、柱と貫による木造軸組を主体に構成されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の木造軸組は、図１３及び図１４（ａ）に示すように、左右の柱１の間に、例えば桧材からなる横長帯板状の壁板２を多段に積み重ねて板壁３を形成し、特に壁板２として貫２ａと力板２ｂを交互に組み付けて構成されている。また、図１４（ｂ）に示すように、貫２ａは、その両端部が柱１に形成したほぞ穴１ａに楔を嵌合して係止され、力板２ｂは、その両端部が柱１に形成した縦溝１ｂに単に差し込まれた状態で装着されている。

また、各壁板２間、すなわち、貫２ａと力板２ｂの間に形成される各段の横目地部Ｓには、所定の間隔で木製ダボ４が介装され、この木製ダボ４によって上下の壁板２間の水平方向（横方向Ｔ１）の相対変位（横ずれ）が規制される。木製ダボ４は、一般に高剛性の欅材等が用いられ、図１４（ｃ）に示すように角柱状ないし角棒状に加工されている。

このように構成した板壁３は、地震時に、柱１を転倒する方向に回転させ、各段の壁板２同士を水平方向（横方向Ｔ１）にずらすように変形させる水平力を受けることになる。これに対し、木製ダボ４は、めり込み強度に依存する粘り強い変形性能を有しており、木造軸組は、その木製ダボ４によって上下の壁板２（板壁３）が拘束されているため、その変形が抑制され、優れた水平耐力を発揮する。

特開２００９−２０４２号公報

しかしながら、木製ダボ４は、繰り返し荷重を受けると（繰り返しせん断力を受けると）、めり込み変形が生じて潰れ、さらにダボ孔との間に隙間が生じて、その復元力特性（減衰特性）がスリップ的な復元力特性に変わってしまう。すなわち、復元力特性を表すＱ−δループ（荷重−変位ループ）が、全体的に横長のパターンとなり、履歴減衰が小さくなってしまう。このため、木製ダボ４だけでは、必ずしも十分な減衰性能（耐震性能）が得られるとはいえず、さらなる減衰性能の向上を図る手法が求められている。

一方、この種の板壁３に減衰性能を付与するために、オイルダンパーや鋼材ダンパーなどの制震要素を組み込むことも考えられるが、違和感なく組み込むことが難しく、伝統的な木造軸組の意匠を損なうおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑み、伝統的な木造軸組による板壁であっても、その基本的な構造と意匠をそのまま踏襲しつつ減衰性能を向上させることを可能にした木造建物の耐震板壁構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の木造建物の耐震板壁構造は、左右の柱間に横長帯板状の壁板を多段に積み重ねてなる木造建物の板壁構造であって、互いに隣り合う上下一対の前記壁板の上方の壁板に下端から上方に凹む嵌合溝が、下方の壁板に上端から下方に凹む嵌合溝がそれぞれ形成され、平板状の摩擦減衰部材が、上端側と下端側を前記上方の壁板の嵌合溝と前記下方の壁板の嵌合溝にそれぞれ嵌め込んで、且つ前記摩擦減衰部材の一面と他面をそれぞれ前記嵌合溝の内面に密着させて、前記上下一対の壁板の横目地部に設けられ、且つ、前記嵌合溝に前記摩擦減衰部材を嵌め込んだ状態で前記摩擦減衰部材の上端側及び／又は下端側の横方向外側に空隙が形成されるように、前記嵌合溝又は前記摩擦減衰部材が形成され、前記摩擦減衰部材の一面及び他面と前記嵌合溝の内面の摩擦によって振動エネルギーを吸収するように構成されていることを特徴とする。

この発明においては、上下一対の壁板の横目地部に、従来の木製ダボだけでなく、嵌合溝に嵌め込んで摩擦減衰部材を設けることによって、地震による水平力を受けた際に、摩擦減衰部材の一面及び他面と嵌合溝の内面の摩擦で振動エネルギー（地震エネルギー）を吸収することが可能になる。
また、繰り返し荷重（繰り返しせん断力）を受けた際に、摩擦減衰部材が空隙の分だけ横方向にスライド移動することができ、摩擦減衰部材が潰れるように変形することを防止できる。さらに、摩擦減衰部材が嵌合溝の内面に擦れながらスライド移動することで振動エネルギーを吸収する減衰効果を発揮させることが可能になる。

この発明においては、繰り返し荷重（繰り返しせん断力）を受けた際に、摩擦減衰部材が空隙の分だけ横方向にスライド移動することができ、摩擦減衰部材が潰れるように変形することを防止できる。また、摩擦減衰部材が嵌合溝の内面に擦れながらスライド移動することで振動エネルギーを吸収する減衰効果を発揮させることが可能になる。

さらに、本発明の木造建物の耐震板壁構造においては、前記摩擦減衰部材の端部から内側に凹む楔嵌入溝と、該楔嵌入溝に打ち込んで前記摩擦減衰部材の一面と他面をそれぞれ前記嵌合溝の内面に密着させる楔とを備えていることがより望ましい。

この発明においては、地獄楔などの楔を楔嵌入溝に打ち込むことによって、摩擦減衰部材を外側に拡幅させることができ、この摩擦減衰部材の一面と他面をそれぞれ嵌合溝の内面に強固に密着させることが可能になる。これにより、摩擦減衰部材の一面及び他面と嵌合溝の内面の摩擦によって、より確実且つ効果的に振動エネルギーを吸収することが可能になる。

また、本発明の木造建物の耐震板壁構造においては、前記摩擦減衰部材の前記楔嵌入溝に前記楔を打ち込んだ状態で前記摩擦減衰部材の横方向外側の空隙を埋めるように、前記楔が、前記摩擦減衰部材よりも大きな横方向の幅寸法を備えて形成されていることが望ましい。

この発明においては、繰り返し荷重（繰り返しせん断力）を受けた際に、嵌合溝内で摩擦減衰部材が空隙の分だけ横方向にスライド移動するのに対し、楔が嵌合溝内で固定される。これにより、摩擦減衰部材と楔との接触面にも摩擦面として有効な相対変形が生じ、摩擦面が２倍になるため、このような制震構造の１カ所あたりの摩擦力を倍増させることが可能となる。逆に言えば、耐震板壁構造におけるこの制震構造の数を半減できるため、加工手間及び経費の削減を図ることができる。また、楔による摩擦減衰部材への押圧力が直接摩擦面に作用することになるため、壁板と摩擦減衰部材との接触面に比べ、より安定した摩擦力を確保することが可能となる。よって、振動エネルギーの吸収能力をさらに高めることが可能になる。

本発明の木造建物の耐震板壁構造によれば、上下一対の壁板の横目地部に、従来の木製ダボだけでなく、嵌合溝に嵌め込んで摩擦減衰部材を設けることによって、地震による水平力を受けた際に、摩擦減衰部材の一面及び他面と嵌合溝の内面の摩擦で振動エネルギー（地震エネルギー）を吸収することが可能になる。

これにより、木造建物の板壁の減衰性能（復元力特性）を向上させることができ、より耐震性能に優れた板壁構造にすることが可能になる。また、摩擦減衰部材が壁板の断面内に設置されるため、伝統的な木造軸組による板壁であっても、その基本的な構造と意匠をそのまま踏襲しつつ減衰性能を向上させることが可能である。

本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造を示す分解斜視図である。 図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造が水平力を受けて変形した状態を示す正面図である。 従来の板壁構造と本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造の復元力特性を比較した図である。 本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造の制震構造（摩擦減衰部材、嵌合溝）の変形例を示す図である。 楔嵌入溝を形成した摩擦減衰部材を示す図である。 楔嵌入溝とこの楔嵌入溝に打ち込む楔を示す図である。 本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造の制震構造（摩擦減衰部材、嵌合溝、楔）の変形例を示す図である。 図１０のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 本発明の一実施形態に係る耐震板壁構造の制震構造（摩擦減衰部材、嵌合溝）の配置を変更した例を示す正面図である。 従来の板壁構造（木造軸組）を示す正面図である。 従来の板壁構造（木造軸組）を示す斜視図である。

以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係る木造建物の耐震板壁構造について説明する。本実施形態は、社寺建築等の伝統的な木造建物の木造軸組に適用して好適な耐震板壁構造に関するものである。

本実施形態の木造建物の耐震板壁構造Ａは、図１及び図２に示すように、従来の板壁３（板壁構造）と同様、左右の柱１の間に、例えば桧材からなる横長帯板状の壁板２を多段に積み重ねて形成され、壁板２として貫２ａと力板２ｂを交互に組み付けて構成されている。また、貫２ａは、その両端部が柱１に形成したほぞ穴１ａに楔を嵌合して係止され、力板２ｂは、その両端部が柱１に形成した縦溝１ｂに単に差し込まれた状態で装着されている。さらに、上下に隣り合う壁板２（２ａ、２ｂ）の間、すなわち、貫２ａと力板２ｂの間の各段の横目地部Ｓには、所定の間隔で木製ダボ４が介装されている。

一方、本実施形態の木造建物の耐震板壁構造Ａにおいては、木製ダボ４に加えて、横目地部Ｓに制震構造Ｂが設けられている。この制震構造Ｂは、互いに隣り合う上下一対の壁板２（上下に隣う貫２ａと力板２ｂ）にそれぞれ形成された一対の嵌合溝５、６と、摩擦減衰部材７とを備えて構成されている。

一対の嵌合溝５、６の一方の嵌合溝５は、図２から図４に示すように、上方の壁板２の下端から上方に凹み、横方向Ｔ１に延設して方形状に形成されている。また、他方の嵌合溝６は、下方の壁板２の上端から下方に凹み、横方向Ｔ１に延設して方形状に形成されている。そして、これら一対の嵌合溝５、６は、上下一対の壁板２（２ａ、２ｂ）を積み重ねて所定位置に設置した状態で、互いに連通するように設けられている。さらに、本実施形態では、一方の嵌合溝５と他方の嵌合溝６が深さ及び厚さを略同等にして形成されるとともに、一方の嵌合溝５が他方の嵌合溝６よりも幅（横方向Ｔ１の長さ）を大きくして形成されている。

摩擦減衰部材７は、木製あるいは鋼製で、方形平板状に形成されている。また、摩擦減衰部材７は、一方の嵌合溝５と他方の嵌合溝６の厚さと略同等の厚さを備えて形成されるとともに、他方の嵌合溝６の幅と略同等の幅を備えて形成されている。そして、この摩擦減衰部材７は、高さ方向（上下方向Ｔ２）中央を境に、上端側を一方の嵌合溝５に、下端側を他方の嵌合溝６に嵌め込んで設けられている。また、このとき、摩擦減衰部材７は、図４に示すように、一面７ａ及び他面７ｂが一方の嵌合溝５と他方の嵌合溝６の内面５ａ、６ａにそれぞれ密着するように設置されている。さらに、本実施形態では、一方の嵌合溝５が他方の嵌合溝６よりも幅を大きくして形成されているため、図３に示すように、摩擦減衰部材７の上端側の横方向Ｔ１外側に、この摩擦減衰部材７の上端側が嵌め込まれていない一方の嵌合溝５の空隙Ｈを残した状態で摩擦減衰部材７が設置されている。

上記構成からなる本実施形態の木造建物の耐震板壁構造Ａにおいては、横目地部Ｓに木製ダボ４に加えて摩擦減衰部材７を介装しても、この摩擦減衰部材７が一対の嵌合溝５、６に嵌め込んで上下の壁板２（２ａ、２ｂ）の断面内に配されるため、伝統的な木造軸組による板壁Ａの意匠を損なうことがない。

そして、本実施形態の木造建物の耐震板壁構造Ａにおいては、木製ダボ４に加えて摩擦減衰部材７が設けられているため、地震時に、繰り返し荷重（水平力、繰り返しせん断力）を受けると、摩擦減衰部材７の一面７ａ及び他面７ｂと嵌合溝５の内面５ａの摩擦によって振動エネルギー（地震エネルギー）が吸収される。

また、このとき、一方の嵌合溝５が他方の嵌合溝６よりも幅を大きくして形成され、摩擦減衰部材７の上端側の横方向Ｔ１外側に空隙Ｈが残されているため、図５に示すように、繰り返し荷重を受けた際に、摩擦減衰部材７が空隙Ｈの分だけ横方向Ｔ１にスライド移動する。これにより、摩擦減衰部材７が潰れるように変形することがなく、上下の壁板２（２ａ、２ｂ）が左右（横方向Ｔ１）にずれ、摩擦減衰部材７が嵌合溝５の内面５ａに擦れながらスライド移動し、摩擦によって振動エネルギーが確実に吸収される。

そして、図６に示すように、木製ダボ４だけを横目地部Ｓに介装した従来の板壁構造３では、繰り返し荷重を受けた際に、めり込み変形が生じて木製ダボ４に潰れが生じ、その復元力特性（減衰特性）がスリップ的な復元力特性に変わってしまうのに対し、本実施形態の耐震板壁構造Ａでは、Ｑ−δループが膨らんだ形となり、その分、エネルギー吸収能力が向上する。すなわち、復元力特性（減衰性能、耐震性能）が向上する。

したがって、本実施形態の木造建物の耐震板壁構造Ａにおいては、上下一対の壁板２（２ａ、２ｂ）の横目地部Ｓに、従来の木製ダボ４だけでなく、嵌合溝５、６に嵌め込んで摩擦減衰部材７を設けることによって、地震による水平力を受けた際に、摩擦減衰部材７の一面７ａ及び他面７ｂと嵌合溝５の内面５ａの摩擦で振動エネルギーを吸収することが可能になる。

また、嵌合溝５、６に摩擦減衰部材７を嵌め込んだ状態で摩擦減衰部材７の上端側の横方向Ｔ１外側に空隙Ｈが形成されるように、一方の嵌合溝５が他方の嵌合溝６よりも幅を大きくして形成されていることにより、繰り返し荷重を受けた際に、摩擦減衰部材７が空隙Ｈの分だけ横方向Ｔ１にスライド移動することができ、摩擦減衰部材７が潰れるように変形することを防止できる。さらに、摩擦減衰部材７が嵌合溝５の内面５ａに擦れながらスライド移動することで振動エネルギーを吸収する減衰効果を発揮させることが可能になる。

これにより、木造建物の板壁の減衰性能（復元力特性）を向上させることができ、より耐震性能に優れた板壁構造Ａにすることが可能になる。また、摩擦減衰部材７が壁板３の断面内に設置されるため、伝統的な木造軸組による板壁であっても、その基本的な構造と意匠をそのまま踏襲しつつ減衰性能を向上させることが可能になる。

また、摩擦減衰部材７（制震構造Ｂ）を設けて耐震性能が向上することにより、板壁の枚数または貫２ａ、力壁２ｂ等の構成要素を減らすことが可能になるため、経済性を向上させることも可能になる。

さらに、木製ダボ４には大きく変形しても時間をかけて元に戻ろうとする性能があるため、本実施形態のように摩擦減衰部材７を木製ダボ４と併用することで、中小地震に対して残留変形を残さないようにすることができる。

また、摩擦減衰部材７は製作が容易であり、取り付けも精度よく行うことができるため、容易に板壁Ａの制震性能を向上させることが可能である。

さらに、摩擦減衰部材７を設けて板壁Ａの制震性能を向上させる場合には、性能検証実験を要素試験として行える。このため、比較的安価に各種オプションの性能検証を行うことが可能である。

以上、本発明に係る木造建物の耐震板壁構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、社寺建築等の伝統的な木造建物の木造軸組に本発明の耐震板壁構造Ａを適用するものとして説明を行ったが、本発明の耐震板壁構造は、新築の木造建物、伝統構法を用いた既存の木造建物の耐震補強技術として有効に用いることが可能である。

また、本実施形態では、一方の嵌合溝５を他方の嵌合溝６よりも幅を大きくして、摩擦減衰部材７の上端側の横方向Ｔ１外側に空隙Ｈを形成するものとしたが、摩擦減衰部材７の下端側の横方向Ｔ１外側に空隙Ｈを形成するようにしてもよく、さらに、例えば図７に示すように、摩擦減衰部材７に切り欠き部７ｃを形成し、幅（横方向Ｔ１の長さ）を同等にして形成した一対の嵌合溝５、６にそれぞれ嵌め込んで、切り欠き部７ｃによって空隙Ｈが形成されるようにしてもよい。そして、この場合においても、本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

さらに、図８及び図９に示すように、摩擦減衰部材７に端部（上端）から内側に凹む楔嵌入溝８を形成しておき、この楔嵌入溝８に地獄楔などの楔９を打ち込んで摩擦減衰部材７の一面７ａと他面７ｂをそれぞれ嵌合溝５、６の内面５ａ、６ａに密着させるようにしてもよい。この場合においては、楔９を楔嵌入溝８に打ち込むことによって、摩擦減衰部材７を外側に拡幅させることができ、この摩擦減衰部材７の一面７ａと他面７ｂをそれぞれ嵌合溝５の内面５ａにより強固に密着させることが可能になる。これにより、摩擦減衰部材７の一面７ａ及び他面７ｂと嵌合溝５の内面５ａの摩擦によって、より確実且つ効果的に振動エネルギーを吸収することが可能になる。

また、図１０及び図１１に示すように、摩擦減衰部材７の楔嵌入溝５に楔９を打ち込んだ状態で摩擦減衰部材７の横方向Ｔ１外側の空隙Ｈを埋めるように、楔９が、摩擦減衰部材７よりも大きな横方向Ｔ１の幅寸法を備えて形成されていてもよい。すなわち、横方向Ｔ１の寸法が摩擦減衰部材７よりも長く、嵌合溝５の幅に相当する楔９を打ち込むようにしてもよい。この場合には、繰り返し荷重（繰り返しせん断力）を受けた際に、嵌合溝５内で摩擦減衰部材７を空隙Ｈの分だけ横方向にスライド移動させることができるのに対し、楔９は嵌合溝５内で固定されることになる。

これにより、摩擦減衰部材７と楔９の接触面にも摩擦面として有効な相対変形が生じ、摩擦面が２倍になるため、このような制震構造Ｂの１カ所あたりの摩擦力を倍増させることが可能になる。逆に言えば、耐震板壁構造Ａにおけるこの制震構造Ｂの数を半減できるため、加工手間及び経費の削減を図ることができる。また、楔９による摩擦減衰部材７への押圧力が直接摩擦面に作用することになるため、壁板２と摩擦減衰部材７との接触面に比べ、より安定した摩擦力を確保することが可能になる。よって、振動エネルギーの吸収能力をさらに高めることが可能になる。

また、図１で、制震構造Ｂ（摩擦減衰部材７）が上下方向Ｔ１に１列で配設されているように図示されているが、図１２に示すように制震構造Ｂが２列で配設されていてもよく、制震構造Ｂ（摩擦減衰部材７）の数、配置を特に限定する必要はない。

１ 柱
２ 壁板
２ａ 貫
２ｂ 力板
３ 従来の板壁（板壁構造）
４ 木製ダボ
５ 一方の嵌合溝
５ａ 内面
６ 他方の嵌合溝
６ａ 内面
７ 摩擦減衰部材
７ａ 一面
７ｂ 他面
７ｃ 切り欠き部
８ 楔嵌入溝
９ 楔
Ａ 耐震板壁構造
Ｂ 制震構造
Ｈ 空隙
Ｓ 横目地部
Ｔ１ 横方向（水平方向）
Ｔ２ 上下方向

Claims (3)

1. 左右の柱間に横長帯板状の壁板を多段に積み重ねてなる木造建物の板壁構造であって、
   互いに隣り合う上下一対の前記壁板の上方の壁板に下端から上方に凹む嵌合溝が、下方の壁板に上端から下方に凹む嵌合溝がそれぞれ形成され、
   平板状の摩擦減衰部材が、上端側と下端側を前記上方の壁板の嵌合溝と前記下方の壁板の嵌合溝にそれぞれ嵌め込んで、且つ前記摩擦減衰部材の一面と他面をそれぞれ前記嵌合溝の内面に密着させて、前記上下一対の壁板の横目地部に設けられ、
   且つ、前記嵌合溝に前記摩擦減衰部材を嵌め込んだ状態で前記摩擦減衰部材の上端側及び／又は下端側の横方向外側に空隙が形成されるように、前記嵌合溝又は前記摩擦減衰部材が形成され、
   前記摩擦減衰部材の一面及び他面と前記嵌合溝の内面の摩擦によって振動エネルギーを吸収するように構成されていることを特徴とする木造建物の耐震板壁構造。
2. 請求項１記載の木造建物の耐震板壁構造において、
   前記摩擦減衰部材の端部から内側に凹む楔嵌入溝と、該楔嵌入溝に打ち込んで前記摩擦減衰部材の一面と他面をそれぞれ前記嵌合溝の内面に密着させる楔とを備えていることを特徴とする木造建物の耐震板壁構造。
3. 請求項２記載の木造建物の耐震板壁構造において、
   前記摩擦減衰部材の前記楔嵌入溝に前記楔を打ち込んだ状態で前記摩擦減衰部材の横方向外側の空隙を埋めるように、前記楔が、前記摩擦減衰部材よりも大きな横方向の幅寸法を備えて形成されていることを特徴とする木造建物の耐震板壁構造。

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