制震ダンパー・制震装置・制震構造のGVA[ジーバ]システム

制震システム GVA「ジーバ」

GVA[ジーバ]開発の経緯

真に強い木造住宅の実現に向けて
MASA建築構造設計室 真崎 雄一

真崎 雄一

1995 年1 月17 日早朝の阪神大震災における被害の凄まじさは構造技術者として初めての出来事でした。 特に木造住宅の破壊状況は特長的で1 階が完全につぶれ2階が何とか原型を保つものでした。 当時、私の事務所では1992 年に開発した木造3 階建ての構造計算ソフトを全国に供給していました。 震災現場では構造計算をしたはずの3階建て木造住宅が倒壊こそ免れたものの1 階が大きく傾き住める状態ではない建物も幾つか見られました。

その後(財)日本住宅・木材技術センターが企画・製作した再現実大振動台ビデオを何度もながめてみると、 耐震構造の要とも言える耐力筋かいが大きく座屈した末に激しく破壊する特性に着目し、 現代木造住宅の決定的な弱点に気がつきました。

静的力に置き換えて計算する耐力筋かいは、 激しい振動に対して粘りのない脆い性質を有する場合があるのです。

住宅は個人として一生の買い物であり新築・購入した建物が耐震的に不十分だとすると こんな惨めなことはありません。

確かに震災後に法律改正があり、品質確保促進法の基づく性能ランクもおこなわれ、 震災前より格段に耐震的な建物が供給されるようになりました。 しかし、今後発生が予測される大地震は法律の想定を大きく上回る規模のもと言われています。 その場合は品確法の等級3 と言えども安全とは言いきれません。 震災後、木造の耐震性に対する官学民の取り組みは急速に進み、建築学会の論文数の半分に及ぶようになりました。 一方、住宅以外のビル分野で免震・制震工法が多く取り入れられるようになりました。 このころから木造制震に興味を抱き事務所に持ちこんだ小型振動台で模型実験する日々が1 年間位続きました。

そこで分ったことは以下のとおりです。

  • どんな構造を用いても建物が共振状態に入ると一瞬のうちに破壊する事
  • 建物の耐震性の指数は、力の指数である加速度の大きさだけでなく、変形とリンクしている事
  • 建物の耐震性は、地震からの入力エネルギーを建物側の消費エネルギーとの釣り合いにおいて考える必要がある事
  • 現代の耐震理論に基づく建物においては、入力エネルギーの消費が部材の破壊に頼らざるを得ない事実

小型振動台での模型実験の様子

そこで目を付けたのがビルに採用され始めた粘弾性ダンパー( スリーエム ジャパン株式会社製VEM)です。 筋かいの両端、合板の接着面等に取り付けてみると、ある一定のところで共振がとまり破壊しない事を確認することができました。 この現象を理論的に追求すると。ダンパーに躯体損傷の身代わり(エネルギーを消費)をさせることで合理的に建物の損傷を防止する事が可能な、 エネルギー的、 損傷制御的手法に収斂しました。

木造建築は鉄骨造のビルとは異なり木材そのものがセルロースの為に粘弾性の性質を既に持っています。 従ってダンパー(GVA)は木造と相性の良い粘弾性体が良く 、その際に、ダンパーの剛性と減衰定数がフレーム内のダンパー取り付け位置により大きく変化することが課題になりました。 ダンパーの剛性と減衰定数はトレードオフの関係にある為に どちらの性能も上げる事は容易ではありません。 従って、種々の実験で木造住宅における最適なバランスの良い形を見つけ出すことに苦労をしました。 最終的に現在のダイヤモンド型筋かいの上下につけることで納まりました。この形は両筋かいに併用して設置できることも利点となりました。 理想的な建物は地震後も常に現状に復帰して残留変形を極力少ない事が肝要です。 そこで、ダンパーを繰り返し使えるように、できるだけ建物の弾性状態に近い変形でロックする機構を金物に設けました。 この事はダイヤモンド型筋かいが通常筋かいより半分の長さの為に座屈に対する安全率は4倍になり倒壊に対する安全性をも大きく高める事もできました。

ダンパーの工法はできたとしても、世の中に供給するには、その性能を客観的に証明しなければなりません。 その為には数多くの実験と解析と同時にデーターを生かした計算手法を開発しなければなりません。 幸い多くの協力者の支援で技術体制、生産体制、販売体制を構築することができました。  今後も「真に強い木造住宅の実現に向けて」努力を傾注いたします。皆様の引き続きのご支援を宜しくお願い致します。

GVA[ジーバ]の特徴

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