卒業制作：木工コース 研修棟腕木実験だぼ仕様 １０月６日

 

建築科２年、さぬきのじゅんです。今週から後期授業が始まりました。木工チームは、腕木耐力試験の最後、ダボ仕様版を実験します。腕木と肘木を二段に重ねて、それを幅45mm厚さ15mm高さ60mm、上下に30mmずつ食い込む角ダボ４カ所で留めています。前に作成した栓は、こしらえるのに大変面倒なのと、断面欠損が大きいという理由で、通常のダボで実験してみようということに。
ちょうど今日は後期にある構造実験の授業ですので、授業としてクラス全員が見ている前で実験を行いました。

いつものように、イヌヅカ君がぐいぐいジャッキを押して行きます。あっという間に積雪荷重で決まる３kN、8mmほどの変位を記録。そして１０kN、およそ１t の荷重がかけられ、およそ30mmの沈下。途中でパシッと大きな音が。サノ先生に聞けば、込み栓が折れた音とのこと。ダボでの水平方向の動きはほとんど見られません。ここまではぴったり、腕木と肘木がくっついています。20kNを超え、沈下はすでに70mmとなっています。いつ破壊してもいい状態だそうです。どこで破壊するか、予想してご覧、と先生。ん〜、やはり柱の付け根で断面積が変化するところですかね〜？　緊張が高まって、場内はし〜んとしています。ただ、ジャッキで加圧し、ぴしぴしという音が響いて、

突然、ばっかん！と、すさまじい音で破壊しました。一同、びっくり！何と、載荷点のボルトが、腕木を割ってしまっています。そうか、そこで壊れるんだ。破壊の衝撃で、腕木が肘木よりも９mmほど浮いていて、ダボが隙間から見えています。記録では、２３kN、９０mmの沈下でした。１mの腕木が９cmも曲がっているのですから、１／１１radの変形、しかも曲げ破壊ではなく、引裂せんだん破壊によって壊れています。ひのきの曲げ耐力というのはすごいですね。これで、荷重の掛け方を、腕木の中央に通したボルトで引っ張るのではなく、実際の母屋が押すように、腕木の上端に掛けていたら、もっと高い数字となったはずです。

　結果をグラフで出してみました。前回の栓（けやき　30*15*360mm　４カ所）よりも優れた結果が見られます。実際の腕木のつくり方として、このダボ方式でいいようですね。見事な試験体の製作をしてくれたTD君に、皆さん拍手！　　　　

（さぬきのじゅんでした）





 

卒業制作：木工コース 研修棟筋交耐力実験 ７月１２日

　研修棟木工チームは連日、４０本の丸太柱と格闘しています。もう穴あけ加工にかかってからずいぶんになりますが、まだ終わりません。ようやく穴あけが終わり、土台に差し込む柱脚の加工に入ります。

４寸角の土台はよしやまち町家の方で１年生が担当し、ほぞ穴と蟻掛けの加工をしていますが、それを受けて２年生がほぞと外側に回り込む部分を加工するわけです。これもなかなかたいへん。もう夏休みが目の前ですね。がんばれ、野郎ども！




　そんな中、久しぶりの実験です。本日は筋交いの耐力試験。試験体はいつものフレームで、加力するジャッキを付け替えて、水平力をかけます。筋交いは杉材で、厚さ１５ｍｍ、幅９０mmを２枚、貫を挟んで中央をビスで止めます。圧縮筋交いとして設計、引張りは考慮しないものとしますが、実験で強度を確認します。

わが設計では、できるだけ貫構造としたいので、筋交いは初期的な剛性の確保に利用するもの。適当なところで座屈して力が抜けてくれる方がいいだろうと。

さて、引張りと圧縮を徐々に反復しながら強めていきます。










引張り側では、１／１２０rad変形時で、荷重は２．４kNでした。これは同じ変形時の圧縮側の５．３kNにくらべて、半分以下の数字となっています。ビス１本で止めているだけですから、どんどん抜けていくのですね。釘で止めてやれば、もっとスムーズに抜けていくはずです。

画像は４５mm（１／４０rad）変形時のもので、下側の浮き上がりが１２mmほどでした。













　圧縮側では、どんどん筋交いがたわんで来ます。４０mmあたりで、中央の２枚の筋交いを止めているビスが抜けました。

画像は４０mmほどの変形時で、下側で大きくたわんでいます。６０mmほど進んだとき（およそ１／３０rad）に、下のビスもはずれ、裏側の筋交いが破断、実験は終了としました。

最大耐力はビスが外れる直前のところで、８kNでした。下に実験結果をグラフにしています。ばらつき係数を乗じないで、壁倍率は圧縮側で２．７、引張り側で１．２となります。結果的に、壁倍率で２．０くらいはみてよさそうですね。


（さのはるひと）

卒業制作：木工コース 研修棟腕木耐力試験２ ６月１７日

 

６月７日に行った研修棟の腕木の耐力実験をご覧いただいた方にそのつづきを。前回は成が１２０mmの腕木と枕、肘木を３段重ねていましたが、これを成を１８０mmに上げて２段にしたセットに設計変更し、再度耐力実験を行いました。この時に、ロードセル（荷重計）の係数を間違えて入力していたことが発覚、１７％荷重を多めに拾っていたことになりました。前のものも訂正いたします。

上はおよそ１５kNをかけたときの様子です。１m伸ばした荷重ポイントで鉛直方向に５８mm沈んでいます。前の実験では１３kNほどですでに折れていました。まだ大丈夫のようです。右は力貫にφ１２mmの全ねじボルトでアンカーしているところですが、座金が木材にめり込んでいる様子が見えます。

１９kNですごい音をたてて腕木が破断しました。前回は柱の中、込み栓のところからひび割れが生じていましたが、そこには込み栓による断面欠損もありますが、節の影響もあったと思われました。今回はその辺りに節が来ないようにしたこともあって、もっと奥の肘木と結んでいるけやき栓で折れています。
「先生、なしてここで折れてるんすか？」
「ここが一番断面が小さいところだからだろうね。」
「そっかあ。だば、木栓を通すのを止めて、角ダボにしたらどおっすか？」
「あり得るね。その方がつくるのも楽だよな〜。でも、けやきの栓は全体に力を受けていたよ。腕木と肘木を一体にして頑張ってくれていたということだ。角ダボにすれば最大耐力は上がるかもしれない代わりに、一体性は望めないので、それまでの剛性はそう高くならない。たわみも大きくなるだろうね。」

前回の実験との比較をグラフにしてみました。鉛直方向の変形量（横軸）と荷重（縦軸）、青が今回の２段仕様、赤が前回の３段仕様です。

＊２段の方が剛性が高い。設計荷重５kN時、２段は１３mm、３段は２８mmの変形。
＊最大耐力は２段が１９kN、３段が１３kNである。
＊両方とも変形が９０mm辺りで破断している

というようなことが読み取れるかと思います。
これらの数字で強度を計算してみましょう。

１mの片持ち梁に１０kNの荷重がかかっている場合、根元の最大曲げモーメントは１０kNm

これを単純に腕木だけの断面４５＊１８０mmで受けているとすると、そこにかかる曲げ応力は

１０＊１０００N＊１０００mm＊６／４５＊１８０＊１８０mm３＝４１N／mm２

となります。この値はかなりよいひのきの規準強度並みですね。これでも大丈夫でした。

さらに、断面欠損のある箇所では、断面は１５＊１８０mm＊２ですから、ここでは

１０＊１０００N＊１０００mm＊６／１５＊１８０＊１８０＊２mm３＝６２N／mm２

となります。それでも折れてません。折れたのは１９kNでしたから、その時には１１８N／mm２

もの曲げ応力がはたらいていたことになります。これはいくら強いひのきでも無理な数字でしょう。
つまり、それだけ肘木が助けてくれていたと考えられます。もし肘木が一体の断面であれば、成が２倍になりますから、応力は１／４になり、１１８／４＝３０N／mm２くらいということになります。
これからみると、肘木はすべてではないにしても、曲げ応力を半分くらいにはしてくれているとみられるでしょう。梁成で言えば、１．４倍くらいにしてくれているわけです。

（さのはるひと）



 

卒業制作：木工コース 研修棟の構造模型完成！6月10日

 

杉の１２０角材の桁２８本の加工を終えた木工チームの次の仕事はいよいい丸太の柱の刻みである。６月７日に京北から皮がきれいに剥かれた４０本の杉丸太が届いた。５〜６．５mほどの長さが
あり、昨年の管理棟に用いたひのき丸太の柱よりも２回りほど太く、末口で１３５mm以上を確保してもらっている。中には通りの悪いものもあるが、もともとの趣旨が、間伐材のいいものも悪いものも、適材適所で使うということで、いいものばかりを使うというのでは林業家も困るだろう。

届いた丸太を並べて、皆で「木配り」。どの丸太をどこの柱にしようかと、番付を行うのである。
木配りのポイントは、

１　正面に来る柱をきれいに揃えたい→曲がり、太さ、節など
２　建具が付く柱は真っ直ぐで、寸落ちの少ないものを
３　長いものを短いところに用いて、余分を束に回したい
４　両端の腕木を受ける下屋柱は断面欠損が大きいので、太いものにしたい

というようなことだろうか。今回の貫で縦横に繋いだ構造からすれば、特に負担の大きい柱というものはなく、３の条件からすると、端の柱に太めの材が来ることになるが、このことは４の条件に適合する。



番付が終わったら、まずは芯墨を入れる。その時に、後で間違いが少なくなるよう、柱の立つ向きを記入しておく。今回は元口に北の方向を記入してもらった。番付を南面に入れて置くなど、とにかく、向きをきちんとわかるようにしておくことがとても大事だ。

次に、不揃いの根元をきれいにカット。カットされた面に新たに芯墨を入れてもらう。北もね。
その作業の後、いよいよ、貫やらつなぎ材の来る仕口、ほぞ穴を墨付けする。墨は昨年同様、べんがらの紅墨だ。後で落せるからね。墨付けは棟梁たるタダ君の仕事だ。それを図面を片手にした監督役のガッキーがチェックして、はじめてノミを入れられるという具合だ。

ひと月も前から、毎日放課後によしやまちの作業場でこつこつヅカ・タダコンビがなにやら作業していると思えば、研修棟の構造模型をつくってくれていたことが発覚！1/10のしっかりした模型が目の前に！すごいすごい、やったね！あちこちの間違いも目に入ってくるが、まあ、そんなことは大したことではない。一つ一つ削り出して部材をこしらえてあるので、たいへんだったろう。ヅカ君、タダ君、お疲れさま。そしてありがとう。


   軒回りを拡大してみる。外側の下屋柱で４mほどになるので、結構な高さがある。おそらく、実際に組み上がった実物を撮影しても、ほぼ同じ眺めになるのではないだろうか。


こうしてみると、一番下の貫（ボルトで柱の浮き上がりを留めるので、太い力貫となる）の高さが若干、高すぎるように感じる。ボルトは露出するので、管理棟と同様、束のようなもので隠してしまおうかと考えている。一番下に見えている土台は、そこに板が張られて、低い床ができることになる。休憩したり、おにぎりを食べたりしてもらうのだ。

（さのはるひと）




 

卒業制作：木工コース 研修棟腕木耐力試験から６月７日

 

京北合併記念の森管理棟を作成した昨年に引き続き、今年の卒業制作木工チームは研修棟を製作します。管理棟は土壁で耐力壁としましたが、あずまや吹き放しの研修棟は筋交いで耐力をとることにしました。スパン６mの丸太小屋梁を２列の丸太の柱で受けます。雨除けにそこから１m外に跳ね出した腕木で軒桁を受け、軒の深さを１．５mにする設計になっています。

問題は２m間隔に受ける腕木の耐力です。丸太柱に差し込むために、桁を受けるところは７５mmにしていますが、ほぞの断面は幅４５mmが精一杯です。軒先に５０cmほどの重たい雪が積もったとすると、１本の腕木にかかる重量は最大でおよそ１tほどになろうかと思います。単独の跳ね出し腕木では折れてしまいますので、絵に見るように、枕木と肘木を持ち送り構造として設計してみました。すべてを柱に貫通すとなると、柱の断面欠損が甚だしいので、真ん中の枕木は大入れとして抜かないことに。３本を４本のけやきの栓でくさび留めで一体化しています。さて、この構造がどれだけ持つでしょうか？さっそく、実験をやってみようということになりました。

実際の大きさでは実験台に納まらないので、上半分をつくり、筋交いは半分を納めるようにしています。図面で見るように、鉛直変位と水平変位を計測します。固唾を飲んでいる中、油圧ジャッキを押して行きますと、荷重に応じて、順調に？下がり始めました。設計荷重の５kN時で沈下量はおよそ３０mm、結構柔らかい構造です。さらに、１０kNで５４mmほどとなりました。



今度は筋交い無しでやってみようと、筋交いを外して、水平変位を取りながら、荷重を上げて行きます。５kN時では、水平変位が筋交い有りの場合の２mmに対して、無しの場合では、８mm。７．５kN時では筋交いありで４mmに対して無しでは１４mmと、およそ３倍の変形があります。一方、鉛直方向の変位は７．５kN時では、有りが４２mm、無しが４３mmと、ほぼ同じとみてよい結果となりました。

どこまで耐えられるか？を探るためにも、どんどんジャッキを押して行きますと、時々、バキッとすごい音をたてながら、それでも耐力はじわじわ上がって行きます。これは奥の柱で腕木を止めている込み栓が折れた音のようです。ついに大きな音を上げて耐力がかなり落ちたので、ここら辺りで破断ということに。筋交い有りの最大耐力は１４．２kN、そこでの鉛直変位は８６mm、水平変位は１４mmでした。



実験を終えて、腕木をばらしてみますと、腕木と肘木は破断、込栓も破断していました。けやきの１５＊３０の栓を３０cm間隔に４本入れていますが、楔の食込みがかなり強くへこんでいます。結局、この３本のシステムでは耐力や変形性能は十分であるが、変形が大きすぎるようです。腕木と肘木の２本にして、それぞれ成を大きくして、１８０mmにしてみようということに。新たにひのきの材料を入れて、また試験体をこしらえることにしました。TD君、よろしく！

最後に実験に加わったメンバーで記念写真です。みなさん、ご苦労様でした。また月曜日にでも新しい２本組みで実験をしましょう！　　　（さのはるひと　　＊数値は６月２１日に訂正）