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カナディアンホームの耐震性

地震に強いツーバイ(2×4・2×6)工法耐震性
面構造とダイヤフラム

「ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅は地震に強い」 そういわれるのには理由があります。

震災にも耐えたツーバイ(2×4・2×6)工法耐震性
震災にも耐えたツーバイフォー(2×4・2×6)

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅はあの阪神・淡路大震災にも全壊はゼロでした。
当時お住まいの方々から、震災直後に寄せられたお電話やお手紙の抜粋をご紹介します。

実証できたツーバイ(2×4・2×6)工法耐震性
3階建て三次元振動実験で実証できた耐震性

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅の耐震性を検証するために、実際の建物を使った実験を行いました。
その結果をご報告します。

ツーバイ(2×4・2×6)工法耐震性の最前線
ツーバイフォー(2×4・2×6)耐震性の最前線

日本ツーバイフォー建築協会は(独)防災科学研究所と米国NEESプロジェクトとの国際共同研究に協力し、今後、我が国における木造建築の中層化を検討するための研究を支援しています。

【 面構造とダイヤフラム 】

6面体で支えるモノコック構造だから地震に強い

地震国日本

世界有数の地震国である日本において、住宅の「耐震性」はもっとも重要な基本性能です。
日本でツーバイフォー(2×4・2×6)住宅が着実に増えている大きな理由はここにあります。
床・壁・屋根が一体となったモノコック構造のツーバイフォー(2×4・2×6)住宅は、地震の揺れを6面体の建物全体で受け止めて力を分散させます。
地震力が一部分に集中することがないため倒壊・損傷がなく、地震に対して抜群の強さを発揮します。

揺れを面全体で受け止めるツーバイフォー(2×4・2×6)住宅

ツーバイフォー住宅(2×4・2×6)と在来鉄骨軸組工法による住宅に、それぞれの建物の重さに比例した力を加えて、その伝わり方を比較したものです。色が黄・赤に近いほど負荷が大きいことを示します。

ツーバイフォー(2×4・2×6)工法

●ツーバイフォー住宅(2×4・2×6)
枠組みされた木部分と構造用合板が「面」となって、揺れの力を受け止め、分散・吸収していることがわかります。

在来鉄骨軸組工法

●在来鉄骨軸組工法の住宅
加えた力が柱や接合部などに集中。部分的に負担がかかりやすい構造であることがわかります。

※それぞれの建物の重さに比例した力 (ツーバイフォー58.8KN、在来鉄骨軸組構造98.1KN)を加えて比較。
写真提供:大成建設株式会社 住宅事業本部(現 大成建設ハウジング株式会社)

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅の優れた特徴は、全て「面構造」が基本となっています。

北米生まれツーバイフォー(2×4・2×6)住宅では構造用製材でつくった枠組みに構造用合板を張り付けた「パネル」で床・壁・屋根を構成して建物を支えます。
軸組工法は「柱」や「梁」などを点で結合するのに対し、ツーバイフォー(2×4・2×6)工法は「面と線」により6面体で、建物を支えているわけです。

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅(枠組壁工法)

強固なモノコック構造

アラスカ地震(1964年 アメリカ観測史上 最大規模の地震)

「面構造」を基本にしたツーバイフォー(2×4・2×6)住宅は、6面体ができあがると、家全体が強いモノコック構造(一体構造)となります。
モノコック構造はもともと、極限の強度が求められる航空機用に開発されたもの。
スペースシャトル、新幹線、F1レーシングカーにも採用されているほど、きわめて強固な構造です。
モノコック構造のツーバイフォー(2×4・2×6)住宅は、地震や台風などの力を建物全体で受け止め、荷重を一点に集中させることなく全体に分散してしまうので、外力に対して抜群の強さを発揮します。

ダイヤフラム理論が水平構造の強さを証明

プラットホーム工法のツーバイフォー(2×4・2×6)は床が強い

北米の伝統的な工法として発展してきたツーバイフォー(2×4・2×6)工法の特徴として、構造耐力上主要な役割をなす床は、日本の伝統木造の火打などと異なり、床下張材と根太材の組合せによって力を発揮します。
アメリカでは1930年代より床ダイヤフラムの設計方法が開始されて、その後の実験検証、地震やハリケーンの経験、調査結果でその有効性が立証されてきました。
わが国においては昭和50年「小規模住宅の新施工法の開発」(建設省建築研究所 昭和50年度総合技術開発プロジェクト)のなかで、構造上の安全性の確保と合理的な設計法の基礎資料が報告されています。

ダイヤフラム理論画像

【 震災にも耐えたツーバイーフォー(2×4・2×6)住宅 】

阪神・淡路大震災にも耐えたツーバイフォー(2×4・2×6)住宅

震度7の激震に耐えたツーバイフォー(2×4・2×6)住宅

平成7年(1995年)1月17日午前5時46分、兵庫県南部を襲った阪神・淡路大震災。震度7という近年まれにみる激震に加え、大都市の直下で発生した地震であったために、想像をはるかに超えた大惨事となってしまいました。
この地震による家屋の被害は、全壊約10万1,000棟、半壊を含めた一部損壊が約28万9,000棟以上(平成7年4月24日の自治省(現・総務省)消防庁発表より)。
しかし、このような壊滅的な状況下でさえ、ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅に大きな被害はありませんでした。
日本ツーバイフォー建築協会の調査によると、被災地のツーバイフォー(2×4・2×6)住宅のうち96.8%※がとくに補修をしなくても継続して居住可能な状態を保ったことがわかっています。
(※残り3.2%は、地盤の移動・液状化及び隣家のもたれかかりにより住宅の一部が損壊したものです。)
死者の約9割にあたる人が建物の倒壊による犠牲者といわれる阪神・淡路大震災。
このデータからも住まいの耐震性がいかに大切であるかわかります。

新潟県中越地震でも強さを証明したツーバイフォー(2×4・2×6)住宅

高町団地内の地盤崩壊

平成16年(2004年)10月23日午後5時56分、新潟県中越地方を中心に、マグニチュード6.8、最大震度7の大地震が襲いました。
発生が想定されていなかった地域での大地震であり、あらためて日本列島が地震列島であることを実感させられました。
この地震は本震の後、最大震度5弱以上の余震が15回も短時間に発生したことも、大きな特徴となっています。
このため家屋の被害は全壊・半壊が約18,800棟、一部損壊を含めると全部で約9万棟もの住宅が損壊の被害に遭ったといわれます。
そして、ここでも日本ツーバイフォー建築協会の調査によるとツーバイフォー(2×4・2×6)住宅の大きな被害は報告されていません。

釧路沖地震でツーバーフォー(2×4・2×6)住宅は軽微な被害状況

平成5年(1993年)1月15日午後8時6分、発生した釧路沖地震(マグニチュード7.8、震度6)液状化現象による都市インフラの被害や斜面地崩壊による住宅への影響など大きな被害をもたらしました。
当協会では地震発生後、現地に有馬孝禮 東京大学助教授(当時)を団長に調査団を派遣し、その年の5月に報告をまとめました。
この地域は比較的にツーバイフォー(2×4・2×6)工法が多く採用されている場所であります。
被害を受けた住宅は造成地などで、地盤の変動や擁壁の崩壊、盛土の滑動による影響によるもので、そのなかでもツーバイフォー(2×4・2×6)工法の場合、上部構造が転倒傾斜したにも拘わらず、倒壊せず6面体の箱として残っていました。

【 三次元振動実験結果 】

3階建て実大建物でツーバーフォー工法の耐震性を検証しました

2度にわたる加振後の実験建物。転倒防止策を施していない家具は大きく移動したものの、外壁および室内に大きな損傷は見られなかった画像

この実験では、阪神・淡路大震災時に神戸海洋気象台で記録された地震波を、データに基づいて三次元的(横<X・Y>方向と縦<Z>方向の揺れ)に再現しました。
神戸海洋気象台で記録された地動加速度※1である818gal※2(阪神・淡路大震災における最大地動加速度)で加振したこの実験で、3階建てツーバイフォー(2×4・2×6)住宅はほとんど損傷もなく、優れた耐震性能を証明しました。
また協会で策定した家具の転倒防止策の効果も検証できました。

※1 地動加速度は、地震の大きさの指標となるもので、地震による地表面での加速度を指す。単位はgal(ガル)で表示
※2 gal(ガル)は、加速度の単位。1gal=1cm/sec2

大規模な余震を想定し、さらに新潟県中越地震の地震波を加振

さらに続けて、大きな余震を想定して、記憶に新しい新潟県中越地震の際、川口町で観測された地震波(2,036gal)を実験建物に加振しましたが、もちろん倒壊等には至らず、高い安全性が確認されました。

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅3階建て三次元振動実験の概要

実験の目的と結果の解析

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅は、阪神・淡路大震災や新潟県中越地震において被害が極めて少なく、耐震性が高いことが知られています。
また、当協会がこれまでに実施した静的加力試験でも高い耐震性能が確かめられていますが、今回、初めて実大の住宅で三次元振動台を使った動的な加振実験を行いました。
強い揺れに対する建物本体および内外装、家具等の動きを測定・記録し、なぜ大地震に強いのか、そのメカニズムを工学的に解明することを目的としています。
今回の振動実験および結果の解析は、財団法人建材試験センターに委託し、同センターによる「木質構造物の振動試験研究会」の平成18年度事業のひとつとして実施されたものです。

「木質構造物の振動試験研究会」
財団法人建材試験センター・ 学識経験者・住宅関連企業で構成。

委員長:坂本 功(慶應義塾大学教授)

主 査:河合直人(独立行政法人建築研究所 研究主幹)

実験概要

場  所 : 独立行政法人土木研究所
振動実験施設(三次元大型振動台)
日  時 : 平成18年4月24日(月)14時~15時
(但し、4月14日(金)~16日(日)に構造体のみの実験建物による予備実験を実施)
試験機関 : 財団法人建材試験センター

実験建物概要

階  数 : 3階建て
最高高さ : 9.86m
面  積 : 各階53m2(8P×8P モジュール910mm)
外部仕上 : 屋根/平形屋根用スレート
外壁/サイディング張り
内部仕上 : 内壁/石膏ボード張り
一部ビニールクロス仕上

実験建物平面図

三次元振動実験建物平面図

予備実験の実施

3階建ての構造体のみで仕上げなしの状態での三次元振動実験も併せて実施しています。
目的
 1.いろいろな地震波による影響を確認すること
 2.耐力壁以外の壁(間仕切壁、腰壁等)の耐震効果を確認すること
 3.耐力壁の端部金物に加わる力の測定

などです。
専門家による実験結果の解析を待って、今後のより安全なツーバイフォー(2×4・2×6)住宅の設計に役立てることとしています。

特別インタビュー 3階建て振動実験を振り返って

今回の実験およびデータ解析をご指導いただいた信州大学の五十田博准教授を当協会技術部会長・河合誠が訪ね、実験の意義、これからの課題などについてお話を伺いました。

五十田博准教授

・地震被害調査を通じて木造の性能向上を実感
・3階建て振動台実験でも高性能が実証された
・今後は具体的な説明材料として倒壊限界の解析・検証を
・仕上げ材、金物の効果も今回の実験で検証
・実際の建物は、等級1でも阪神淡路級の地震にも耐えるはず
・地震動に関してはとにかく力で耐えることが重要
・変形性能に優れるツーバイフォー(2×4・2×6)はさまざまな展開が期待できる

【ツーバーフォー 耐震性の最前線】

実大7階建て木造建物の振動実験

実大7階建て木造建物の振動実験画像

平成21年7月14日(火)、(独)防災科学技術研究所は、E-ディフェンス震動台を用いて7階建て木造建物の加振実験を実施、当協会は加振後の損傷観察に協力しました。

この実験は同研究所が米国NEESプロジェクトとの国際共同研究の一環として、NEESで主に木造建物を研究するNEESWOODを中心としたチームとともに行ったもので、枠組壁工法の大地震下での性能検証と、提案した中高層木造建物用の設計法の検証に資するデータを取得することを目的としています。

試験体は、1階は駐車場を想定して鉄骨造としており、2~7階は枠組壁工法で建設されました。
大きさは、縦横約12.4m×18.4m、高さ20.4m。床面積は過去最大。
実験では、1994年のNorthridge地震で計測された地震波を米国の耐震基準に合わせて1.8倍にした地震動などを用いて加振が行われ、結果は国内外の学会・国際会議などで発表されるとともに、今後のわが国における木造建築の中高層化を構造的に検討するための研究にも活かされる予定です。

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅は必要に応じて最高ランクの耐震等級で設計する事が出来ます

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅2階建て「耐震等級3」金物配置例

ツーバイフォー(2×4・2×6)住宅の耐震等級は建築する住宅ごとの必要壁量に対する存在壁量の割合と、耐力壁の倍率に応じた耐力壁端部の接合金物によって決まります。
どのランクの等級に該当するか判定する方法は、住宅品質確保促進法の評価方法基準に基づく壁量計算による場合と構造計算による場合があります。

耐震構造・制振構造・免震構造の違い

耐震構造は地震力を建物全体で受けとめて抵抗する構造ですが、制振構造はこうした考え方と異なり特別な装置や材料を用いて地震による構造躯体の変形や振動を低減する構造です。
鉄骨造のように振動が長く続く構造や、大きく変形する構造には適していますが、ツーバイフォー(2×4・2×6)工法はもともと変形が小さく、適度に制振性をもった面構造なので、特別な装置等は、あまり採用されていません。

免震構造は建物の基礎・地盤と上部構造とのあいだに免震装置を入れることにより、地震動を上部構造に伝えにくくする構造です。

耐震構造画像

耐震構造

枠材と合板等を釘により緊結したツーバイフォー(2×4・2×6)工法は制振性をもった木質壁構造(面工法)

免震構造画像

免震構造

地震力を上部構造に伝えにくい構造

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