鉄骨フレームとスギ板による Hybrid構法の提案～木材の需要拡大を目指して～

平成 24年 10月 27日建築構法研究室　 09N1093　谷田洋輔

研究背景・目的

研究背景 日本の森林状況

昭和30

35 40 45 50 55 60 平成２

7 12 17 22 23

0

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 (万㎥ ) （％）

（年）

外材

国産材

木材自給率

昭和41 51 61 平成7 14 190

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

天然林蓄積

人工林蓄積

（億㎥ )

(年 )

『日本の木材需要量と木材自給率の推移』

『日本の森林蓄積量の推移』

国産材、外材ともに需要が少ない

木材自給率は急上昇

国産材需要量の変化少なめ

木材全体の需要が少なくなっている

今後も減少が予想されている

But...

スギ人工林は人工林全体の 45％

森林蓄積量は年々増加

人工林は過去 40年間で 4.7倍

今の状況が継続されてしまうと森林崩壊の危機

木材を使うことが求められている

研究目的

非木造で建てられている箇所を木造で作る　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Hybrid構法

木材を使う

鉄骨造において、表面積の多い壁、床といった面部に、スギ板を使用した Hybrid構法のモデルプランを提案・設計し、木材利用の有効性

を示す。

スギの使用

国産材需要の拡大を狙う

鉄骨フレーム＋スギ板 Hybrid構法の設計

鉄骨フレーム＋スギ板 Hybrid構法の設計  

・モデルプラン（平面図、断面図、フレーム図）

・各性能の考え方、計算方法

壁の設計 

・構成の説明

・断熱性能の計算

・遮音性能の計算

・せん断耐力の計

算

・せん断剛性の計

算

・柱の断面比較

床の設計 

・構成の説明

・断熱性能の計算

・たわみ量の計算

・自重の比較

屋根の設計 

・構成の説明

・断熱性能の計算

 

Hybrid構法の設計 設計構成

Hybrid構法の設計 モデルプラン（準耐火構造：外壁耐火） ALCパネル

リビングダイニング

W. C.

バスルーム

1800

1800

1800

1800

1800

1800

1080

0

1800 1800 1800

5400

ドレッシングルーム

エントランス

room1 room2

CH=2800

CH=2924

3000

3000

400

550

1800 1800 1800

2700

5400

2700

7604

780

Model 1F_Plan 1/75 Model Section 1/60

室内に“木あらわし”ができる

Hybrid構法の設計 壁の設計

ハット形鋼 3.2mm厚

六角ボルトM-12

石膏ボード 12.5mm厚

間に挟むスギ板がヒートブリッジを軽減させる

準耐火構造（外壁耐火） _モデル： ALCパネル100mm厚

スギ板 50mm厚 _木ダボ接合

木ダボ（カシ） _d=24mm_L=240mm

今後の課題：縁キョリ

Hybrid構法の設計 間仕切り壁

間仕切り壁接合詳細　 1 / 3

間仕切り壁平面　 1 / 10

スギ板 30mm厚

角パイプ 75mm×75mm_4mm厚

断熱材 _ウッドファイバー _75mm

外壁材 _ALCパネル（外壁耐火） _100mm

ハット形鋼とフラットバー（ 50mm×4.5mm）をすみ肉溶接

Hybrid構法の設計 コーナー

外壁コーナー（挟み込み）　 1 / 8

外壁コーナー（落とし込み）　1 / 8

挟み込みだと部材数が多くなる

Hybrid構法の設計 壁の設計：せん断耐力

L1L2

P

PP

P

L2

L1

𝑃 𝑦=8.31 (𝐾𝑁 )

モデルプラン「木ダボ　カシ φ24mm 、母材スギ、 L1=L2=120mm 」

降伏モード（７）の木ダボ繊維方向のクラックによるせん断降伏が起こる

7¿𝑃 𝑦=𝐴×𝐹 𝑠

𝜅=3.14×12

2×24.4943

÷1000=8.31

構造用合板に用いられる釘（ CN50）の１面せん断降伏耐力

𝑃 𝑦=0 .61 (𝐾𝑁 )

木ダボの耐力は比較的大きい

Hybrid構法の設計 壁：せん断剛性

P

P

P

P

K1

K2

P

P

モデルプランの「木ダボ　カシ φ24mm 、母材スギ、 L1=L2=120mm 」

 木ダボ１本あたりのせん断剛性 Kは

【壁体のせん断剛性】

木ダボが６本の場合（剛性）　：　 2.86×6 ＝ 17.16（ KN / mm）

木ダボが７本の場合（剛性）　：　 2.86×7 ＝ 20.02（ KN / mm）木ダボが７本の場合（変位）　：　 0.500mm

木ダボが 6本の場合（変位）　：　 0.583mm

壁全体での変位　：　 4.832mm

壁全体でのせん断剛性　：　 2.07（ KN / mm）

3600

1800 1800

3000

514. 2 514. 2

10KN

Hybrid構法の設計 壁：せん断剛性

3600

1800 1800

3000

514. 2 514. 2

（ 0. 000 , 0. 000 ）（ 0. 500 , 0. 500 ）

（ 0. 583 , 1. 083 ）（ 0. 500 , 1. 583 ）（ 0. 583 , 2. 166 ）（ 0. 500 , 2. 666 ）（ 0. 583 , 3. 249 ）

（ 0. 500 , 3. 749 ）（ 0. 583 , 4. 332 ）（ 0. 500 , 4. 832 ）

（ 各層の変位[mm] , 累計値[mm] ）

10KN

Hybrid構法の設計 壁：せん断剛性

ブレース置換

3000

θ

519.5

θ

636. 5δ =4. 832

3600

板壁のせん断剛性と等価な軸剛性をもつ、ブレースへと置換

𝑃𝑏=E× A×𝛥𝐿𝐿𝑏

=𝐸× 𝐴×𝛿×𝐶𝑂𝑆2𝜃𝐿

𝐾 𝑏=𝑄𝛿

=𝐸× 𝐴×𝛿×𝐶𝑂𝑆2𝜃𝐿

×𝑐𝑜𝑠𝜃𝛿

=𝐸𝐴 ∙𝐶𝑂𝑆3𝜃𝐿

せん断剛性 K＝より

EA=𝐾 ∙𝐿

𝐶𝑂𝑆3𝜃=

2.07 ∙3600

(3600 /4686.1 )3=16436.2（KN）

つまりモデルプランの板壁は、40mm×80mmの杉ブレース（ E＝ 5.0KN / ）とほぼ等価である。

Hybrid構法の設計 柱の断面比較

向かい合っているハット形鋼はスギ板を介し、ボルトによって一体化させる（多少のズレは生じる）

断面二次モーメントが大きくなり、強度が上がる

断面二次モーメント Ｉ は、部材間のズレを考慮し、低減率を 0,7とすると、（　ただし、 t = 3.2mm　）

Ｉ ＝ 

なお、 H形鋼の断面二次モーメントは　、

100mm×100mm ：   378 150mm×75mm ：   666 125mm×125mm ：   839

よって、この柱は上記の H鋼の中間程度の能力をもっている。

Hybrid構法の設計 床の設計

90

76.9

50

9030

200

300

100

ハイテンションボルト M16

スギ板 30mm× 3

ボルト M10

342. 5

75. 5

10

２階床断面図　 1 / 15

Hybrid構法の設計 床の設計

１階床＋基礎断面図　 1 / 15

結論・今後の展望

Hybrid構法の設計 結論・今後の展望

・向かい合うハット形鋼柱の間にスギ板を挟むことで、板壁が形成される　だけでなく、ヒートブリッジを軽減したり、総合的な柱の断面二次モーメン　トを高めることができた。・木ダボによって板壁にはある程度のせん断耐力、せん断剛性を確保で　きることが計算上分かった。

・安全性を確かめるためには計算だけでは不十分であり、実験が必要。

未解決な部分は多々あるが、本研究の目的である、鉄骨造に木材（スギ板）を使う有効性を少しは示せたと言える。

柱、梁を含めた、構造体全体としての挙動がどうなっていくのか検討が必要。

ご清聴ありがとうございました。