伝統的木造建築の水平耐力発現機構の類型を示し、これらは、柱、壁、接合部、組物といった水平抵抗要素の組合せからなっていることを示した。この伝統的木造建築の水平抵抗要素は、現行の耐震設計では、主に壁のみが考慮され、これ以外の伝統的木造建築に特徴的な水平抵抗要素が考慮されることはほとんどない。これは、基礎的なデータの不足及び、実験的、理論的な研究が不足しているためであり、ここに、本研究の必要性及び意義があることを述べた。

　1995年兵庫県南部地震の被災状況における東灘区と長田区内の木造社寺建築全棟の現地調査を行った。調査棟数は、東灘区と長田区を合わせて110棟である。調査の結果から以下の点が明らかになった。

　木造社寺建築の方が同地域の低層戸建て住宅よりも全壊率が高い。

　海岸平野の方が山麓扇状地よりも被害が大きい。

　瓦葺きの方が金属板より被害が大きい。

　建築年が古いほど被害が大きいとはいえない。

　寺院建築の方が神社建築よりも被害が大きい。

　建物種類によって、被害程度にばらつきがあり、寺院本堂・寺院鐘楼・神社手水舎は、被害が大きく、寺院門・神社本殿は、比較的被害が小さかった。

　特徴的な被害例としては、軸部が倒壊し屋根のみがそのままの状態で残っている例、柱が内法貫との接合部で曲げ破壊した例、土壁がせん断破壊した例などが挙げられる。

　現在、通常の耐震設計では木造建築の接合部はピン接合として扱われることが多いが、柱貫接合部は、中世以降、伝統的木造建築の主要な水平抵抗要素の一つであった。本章は、通し貫及び、4種類の異なる継手を持つ柱貫接合部に関する正負交番静的水平加力試験の結果を述べた。

　柱貫接合部は繰返し加力に対して剛性が低下するスリップ型の復原力特性を示した。通し貫構造の全体の変形角は、接合部のめり込み変形とほぼ等しい。一方、継手がある場合は接合部の有効貫せいが半分になるため、貫の曲げ変形が無視できないことが分かった。更に、貫継手のモデル化を行い、めり込み理論を用いて算出した剛性と実験結果を比較し、弾性範囲内ではモデルの有効性が確認できた。

　本章は、伝統的木造建築に用いられる壁体について、実物大の部分模型に関する振動台加振試験を行った結果を述べた。

　試験体は、1スパン四方の箱形の模型とし、向かい合う壁が同じ形となるようにし、土壁と小壁、土壁と欄間、板壁と通し貫の組合せの3種類を各1体とした。正弦波、ランダム波、地震波(JR鷹取波)による1次元加振を基本とした加振を行った。実験から、壁体の固有振動数、剛性、最大耐力、破壊の進行などの基礎的なデータが得られた。また、壁体は繰り返し加振により剛性が低下する復原力特性を示した。また、振動台加振試験による荷重変位履歴曲線と既往の研究における静加力試験の結果との比較検討も行った。

　更に、壁体を1質点系のバイリニア+スリップ型の履歴モデルに置換して非線形地震応答解析を行い、実験結果との比較を行った結果、振動台加振試験の結果と比較的良く一致することが分かった。

　組物とは、柱或いは台輪の上にあり、屋根の鉛直荷重を軸部に伝達する支承部分の名称である。本章では、この組物の部分に着目して、その力学的な特徴を把握することを目的として実施した、静的鉛直加力試験、静的水平加力試験、振動台加振試験の結果を示している。試験体は、最も基本的な形状の組物である大斗肘木、平三斗、出三斗、出組の4種類を各1体とし、柱頭から組物までを、1スパン四方の実物大の部分模型とした。2種類の積載荷重(本瓦葺きと檜皮葺きに相当)と、琵琶板の有無による4種類の条件について実験を行った。

　静的鉛直加力試験では、感圧シートにより、各斗が負担している鉛直方向力の比を求めた。これより、最も差が大きい場合では、中央の斗が鉛直荷重の6割を負担し、手先部分など周りの4つの斗がそれぞれ1割ずつ負担していることが分かった。

　静的水平加力試験は、試験体の頂部を反力柱に固定し、振動台を正弦波で動かすことによって、擬似的な静加力試験として行い、各部の変形、荷重を測定した。これより、組物の復原力特性は、異なる3つの勾配を持つ直線で近似できることが分かった。更に、この3つの剛性の際の変形状態は、第1勾配:大斗の回転、第2勾配:部材どうしの滑り、第3勾配:斗の回転であることが分かった。また、繰り返し加力に対して、剛性の低下はほとんど見られなかった。

　振動台加振試験は、正弦波、ランダム波、地震波(JMA神戸)による一次元加振試験とし、各部の変形、加速度を測定した。荷重変位履歴曲線は、3つの直線で近似でき、変形の状態も静的水平加力試験の結果と同様であることが分かった。そこで、組物の履歴モデルを3つの異なる勾配を持つ直線からなる、非線形モデルとして提案した。また、各剛性の値を、第1剛性:大斗底のめり込み、第2剛性:O(摩擦力による滑り)、第3剛性:斗のダボのめり込みの総和として、めり込み理論を用いて算出した結果、実験値と良く一致することを示した。

　次に、提案した履歴モデルを用いて、地震応答解析を行い、振動台加振試験の結果と比較した。これより、除荷時の剛性を、履歴モデルでは第一剛性と等しくしているが、実際は小さくする必要があること、また、減衰定数の設定に関する検討が不十分であることなどが明らかになった。しかし、解析結果パラメータの設定よっては、振動台加振試験の結果と良く一致することを示した。

　既往の研究、及び3章から5章の実験結果を用いて、伝統的木造建築の水平抵抗要素の履歴モデルを示した。更に、実験で用いた壁体と組物を仮想的に組み合わせた場合について、壁体と組物を2つのバネとして、2質点系のモデルに置換し、地震応答解析を行った。その結果、壁体のみを1質点系のモデルとして解析した結果と比較すると、板壁、通し貫構造では、壁体に対して組物の剛性が相対的に高く(通し貫と出組では10倍程度)、軸部が変形しても、組物は剛体のような挙動をすることが分かった。しかし、土壁と組物の組み合わせでは、剛性が比較的近いため、組物部分の層間変形角は、壁体の層間変形角と同程度で、壁体のみの応答解析の結果と比較して、組物がある方が壁体の層間変形角が小さくなる傾向が認められた。

　更に、実在建物の地震応答解析の例として喜多院慈眼堂を板壁と組物の2質点系のモデルに置換して、非線形地震応答解析を行った。これより、組物が壁体に対して、位相が遅れて応答することが分かった。

　本論文は、伝統的木造建築の水平抵抗要素に関する実験的研究を行った結果を述べたものである。水平抵抗要素として、柱貫接合部、壁体、組物を対象とし、静的・動的実験を行い、その力学的挙動に関する基礎的なデータを得た。実験結果を用いて、各要素をモデル化し、非線形地震応答解析を行いモデルの検証をした。更に、このモデルを組み合わせた場合の応答解析を行い、水平抵抗要素の組合せに関する考察を行った。また、実在の建物にこのモデルを適用し、応答解析を行った例を示した。その結果、伝統的木造建築に用いられる組物は壁体との組合せによっては、構造物全体の変形を抑制する傾向が認められた。今後は、伝統的木造建築の水平構面の剛性、減衰のメカニズム、崩壊機構などを検討する必要がある。