鋼構造オフィスビルの木質化へ向けた木質制振壁の開発に関する研究

• Project/Area Number: 23K04116
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 23010:Building structures and materials-related
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 倉富 洋 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (50709623)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: せん断パネル / 制振装置 / クロス・ラミネイティド・ティンバー / ラグスクリューボルト / せん断実験 / 木質複合構造

Outline of Research at the Start

現在のわが国では，戦後植林された人工林が木質材料として使用可能となり，国産木材の利用拡大が求められている。本研究の目的は，国産木材の有効活用を推進するために，鋼構造オフィスビル向けの木質制振壁を開発することである。筆者は，鉄骨部材との接合に用いる汎用性の高い新しい接合方法を開発した。この新接合方法を用いた木質制振壁の試験体を製作し，繰返しせん断実験による実験的な性能検証を行なう。その結果をもとに理論的な性能評価法を確立し，中高層建築物の壁木質化へ向けた実現可能性を検証する。木材を表面に見せられる意匠性の高さと優れた構造性能を両立することによって，中高層建築物の木質化への波及効果が期待できる。

Outline of Annual Research Achievements

鉄骨造向けの木質制振壁開発のため，クロス・ラミネイティド・ティンバー（以下，CLTと略記）を架台に用いた間柱型せん断パネルの履歴性状を調べる正負交番繰返しせん断実験を実施した。架台となるCLTとせん断パネルは，頭部をメネジ加工したラグスクリューボルト（以下，LSBと略記）と六角ボルトで緊結される。既往の研究では，せん断パネルの鋼種にステンレス鋼を用いたが，本実験では汎用性のある鋼種での検討を目的として，普通鋼であるSS400材，SN400B材を対象とした。
実験変数には，せん断パネルの幅厚比，CLTの幅，厚さをとり，これらの違いが制振壁の履歴性状に及ぼす影響について考察した。また，本LSB接合では，予めCLTに埋め込まれたLSBとせん断パネルのエンドプレートを六角ボルトによって緊結する。そのため，せん断パネルが損傷を受けても取り換えが容易となる点に特徴がある。当該年度では，地震等の外力によってせん断パネルが損傷した状況を想定し，せん断パネルを交換した場合の挙動について実験的に検討することを目的とした。試験体の上下架台と鉄骨土台はLSBと六角ボルトで接合した。載荷プログラムは間柱全体の水平変位量で制御し，所定の変形角ずつ漸増させた。載荷は正負交番繰返し水平力を与え，各サイクルにおいて2回ずつ繰り返した。
実験結果より，LSB群の降伏せん断耐力がせん断パネルの終局せん断耐力を上回るように設計した試験体では，大変形時までエネルギー吸収に優れる紡錘形の履歴性状を示した。CLTとLSBの再利用性を目的として載荷終了後にパネルと六角ボルトを取り換えた試験体では，履歴性状および累積せん断変形ともに大きな違いは見られず，せん断パネルを取り換えても良好な履歴性状を発揮できることを明らかとした。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

計画していたCLT幅，厚さ，鋼種および幅厚比の影響を調べる実験を実施し，予定していた実験データを得ることができた。上記実験変数の違いは，実験データによる履歴性状に現れており，違いを確認することができた。また，架台であるCLTとLSBをそのままに，せん断パネルを取り換えての実験では，両者間での履歴性状および累積せん断変形ともに大きな違いは見られず，概ね良好な結果が得られた。
一部，想定と異なる実験結果となり，データを分析したうえで追加で実験を実施する予定であった。しかしながら，2023年10月に所属研究機関を異動したため，実験装置の兼ね合いから困難となった。一部計画を変更して，要素試験や解析的検討を含め，詳細に検討を進める必要があるものと考えている。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画では，2023年度実施したデータを踏まえ，2024年度ではパラメータを増やして追加で実験を実施する予定であった。しかしながら，2023年10月に所属研究機関を異動したため，実験装置の兼ね合いから当初計画していた実験の実施が困難となることが予想される。そのため，これまで得られた実験データを分析し，必要に応じて要素試験の実施や解析的な検討などにシフトする必要がある。当初目的としていた本木質制振壁の設計法の構築につなげられるよう，創意工夫が必要して研究を遂行する必要があるものと考えている。