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制震ジーバ<GVA>とは
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6.耐震性(実験)
実験資料提供 東京理科大学理学部大学院 井口研究室
MASA建築構造設計室
GVA工法と在来工法の実物大モデルを使用し、阪神淡路大地震の地震波を使って比較振動実験をおこないました。 GVA工法はほとんど損傷なく、元の位置に復元しましたが、在来工法は大きく損壊しました。
では、実験のようすをご覧ください。
耐震性能比較実験(震度7)
GVA工法のエネルギー吸収効果とはどのようなものでしょうか?
阪神淡路大震災の地震波を使って比較実験をおこないました。
筋交い実験結果
合板実験結果
この実験では、比較した在来工法の試験体が大きく損壊しましたが、あくまで比較実験であり、 在来工法の建物が必ずこのような結果になるとは限りません。実際の住宅には仕上げがされており、 これら雑壁の耐力が大きく寄与するといわれております(建築基準法では3分の1を雑壁負担見込み)。 今回の実験は仕上げをせず、耐力壁に振動を与えて比較しました。このように行うことで実験の透明性と実験結果・データの公益性が保て、 また純粋な耐力壁種ごとの比較が可能となります。
実験結果詳細は
こちら
地震は衝撃であり、振動現象です。この実験は、フレームに合板、GVA、合板+GVAを施したものに、動的くりかえし加振をおこないデータ測定した結果です。 目視では合板のみでは変形が50mmを超えたところから釘の浮きや損傷が酷くなりましたが、GVAを併用すると、150mmの変形が起こった際にもほとんど損傷が見られませんでした。
100mmの変形の荷重を見てみると、合板のみだと8kN、GVAのみだと26kN、合板+GVAにすると40kNの耐力がでています。合板とGVAの単純合計が34kNですから、合板の保有耐力を損なうことなく、 変形の後半まで引き伸ばすことができた結果といえます。制震工法は損傷制御設計といわれています。ダンパーに変形を集中させることで、ほかの構造材の損傷を極力抑えることが可能となるのです。
筋交い、合板、GVAフレームを取り付けた実物大モデルの天井に起振機を設置し、 2〜10Hzで振動させました。GVA工法は在来工法と比較して変形は60%に、加速度は45%に低減することができました。
エネルギー消費量比較実験と荷重と変形の比較実験の折れ線グラフ
目標性能
個別物件での採用効果は、使用している構造材料やプラン、地盤の状況、地震波の性質によって変化します。 GVA(ジーバ)工法では採用による効果の目安を目標性能という形で表しています。ただし、この目標性能値はGVA工法の性能の最大値ではありません。 GVA工法で制震化する際、制震ユニットを多く設置すればするほど制震性能をアップさせることは可能なのです。ですが経済性、施工性などを制震効果と合わせてバランスよく考えると、 まずはこの目標性能値あたりを効果として狙うのが良いという結論に達しました。 さまざまな個性を持つ住宅プランに採用する際、性能にバラつきがないように、 GVA工法ではこの目標性能に到達するようにユニット数で調節しています。
※この配置量の決定は、建物において建築基準法で定められている耐震壁の剛さの総量とのバランスから割り出しています。
※個別物件での効果は、使用している構造材料やプラン、地盤状況、地震の波の性質により変化します。したがいまして、一般的な例としてグラフ化したのが左記です。
真に優れた耐震性能を実証するための動的実験
GVA工法の制震性能を実証するために動的な実験により性能を確かめています(振動台実験、アクチュエータ強制加振、起振機等)。動的とは繰り返しの加振を表しています。 反対に長時間かけて少しの変化を与える実験を静的実験といい、建築基準法の壁倍率試験も静的な実験(正負交番同一履歴3回繰り返し加力)によるものです。 動的実験と静的実験には加力速度の違いがあります。
加力速度について
たすき掛け筋交い、接着パネル構法、 ツーバイフォなど一般的に強い耐力壁というイメージを持たれているものであっても、 動的な試験結果では剛性や靭性(固体の粘り強さ)といった建物にとって重要な性能が大きく低下することがあり (靭性について:たすき掛け筋交い・接着パネル構法が50%程度低下、ツーバイフォが40%低下)、 加力速度特性が無視できないという報告があります (建築技術2006.4「加力速度と壁の性能」)。
建築基準法をクリアーしたことで、その建物が振動に強いかどうかが確かめられたことにはならないのです。 このことは耐震等級1であっても耐震等級3であっても同じです。
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