釘の打ち込み長がせん断耐力に与える影響lab.agr.hokudai.ac.jp/woosci/timeng/theses/pdf/2007/2007...4...

1

平成 19 年度卒業論文

釘の打ち込み長がせん断耐力に与える影響

北海道大学農学部森林科学科

木材工学分野

本田康輔

2

目次

実験① 1 背景と目的 --------------------------------------------------------------------------------------------4 2 材料と試験体 2－1 材料 ----------------------------------------------------------------------------------------------5 2－2 試験体 -------------------------------------------------------------------------------------------5 2－3 試験体作製方法 -------------------------------------------------------------------------------7 2－4 試験方法 ---------------------------------------------------------------------------------------10 3 評価方法 3－1 評価項目 ---------------------------------------------------------------------------------------11 3－2 地震時のエネルギー吸収の考え方 ------------------------------------------------------12 3－3 剛性について ---------------------------------------------------------------------------------13 4 結果・考察 4－1 荷重・変位曲線 ------------------------------------------------------------------------------14 4－2 剛性 ---------------------------------------------------------------------------------------------18 4－3 最大荷重 ---------------------------------------------------------------------------------------21 4－4 最大荷重時変位 ------------------------------------------------------------------------------23 4－5 エネルギー容量 ------------------------------------------------------------------------------25 4－6 強度特性 ---------------------------------------------------------------------------------------28 5 まとめ --------------------------------------------------------------------------------------------------30 実験② 1 背景と目的 --------------------------------------------------------------------------------------------32 2 材料と試験体 2－1 材料 ----------------------------------------------------------------------------------------------33 2－2 試験体 -------------------------------------------------------------------------------------------33 2－3 試験体作製方法 -------------------------------------------------------------------------------36 2－4 試験方法 ----------------------------------------------------------------------------------------36 3 評価方法 ------------------------------------------------------------------------------------------------36 4 結果・考察 4－1 荷重・変位曲線 --------------------------------------------------------------------------------37 4－2 剛性 -----------------------------------------------------------------------------------------------41 4－3 最大荷重 -----------------------------------------------------------------------------------------43 4－4 最大荷重時変位 --------------------------------------------------------------------------------45 4－5 エネルギー容量 --------------------------------------------------------------------------------47 4－6 強度特性 -----------------------------------------------------------------------------------------49 5 まとめ ----------------------------------------------------------------------------------------------------50 6 謝辞 -------------------------------------------------------------------------------------------------------51 参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------52

3

実験①

4

1 背景と目的

釘接合は木質構造で最も一般的な接合方法である。日本建築学会編の木質構造設計規準 1）

では、木材どうしのせん断接合に対し、釘を打つ側材の厚さを釘径の 6 倍以上、釘の主材

への打ち込み長を釘径の 9 倍以上（図 1－1）とし、釘の打ち込み長に関わらず一律に許容

せん断耐力を定めている。

しかし、上記の下限仕様を満たす場合も、釘の主材への打ち込み長が異なると、実際に

は性能に違いが生じる。釘接合せん断耐力に及ぼす打ち込み長の影響は、弾性設計の範囲

ではそれほど大きくないが、打ち込み長が減ると釘の引き抜けが起こりやすくなるため、

終局耐力と靭性（粘り）が低下する（図 1－2）。したがって、釘の打ち込み長不足は大地震

時の倒壊を防止する上で、大きな不安要素の一つとなっている。

釘接合でこのような基本的な課題がいまだに残されているのは、近年まで釘せん断耐力

が主として弾性設計の視点から評価され、大地震時の倒壊防止（耐震 2 次設計）に対する

視点が欠けていたことなど、以前は想定されていなかったことによる 2）。

このような背景から、本研究では、耐震 2 次設計に必要な釘せん断耐力性能（特に終局

耐力や靭性）の全体像に及ぼす、釘の主材への打ち込み長の影響を明らかにすることを目

的としている。また、耐震 2 次設計の基礎データの蓄積も併せて目的とする。

釘

側材厚(≧釘径の 6 倍)

打ち込み長(主材)(≧釘径の 9 倍)

図 1－1

大地震に対して考える範囲

荷重

変位

弾性設計で考える範囲

打ち込み長の短い釘打ち込み長の長い釘

図 1－2

5

2 材料と試験方法

2－1 材料

試験体にはホワイトウッド材（ヨーロッパトウヒ Picea abies）を使用した。105mm×

105mm×350mm に切断し、重量を測定した。その後、重量から密度を計算し、0.35～0.45

（g/cm3）で 6 つのグループに分け（表 2-1 参照）、試験体を作製した。また、含水率（％）

も測定した。各試験体密度、含水率は 8、9 頁に載せる。

釘には CN90（釘径 4.11mm、長さ 88mm）を使用した。

表 2－1 試験体と平均密度

試験体番号密度（g/cm3）含水率(％)

CN90-x-1 0.35 10.1

CN90-x-2 0.35 9.8

CN90-x-3 0.37 10.4

CN90-x-4 0.4 10.9

CN90-x-5 0.42 10.7

CN90-x-6 0.45 9.7

（注）x には釘径倍率の 6～18 倍の数字が入る

2－2 試験体

試験体は主材厚と側材厚の和を 88mm とし、CN90 釘の長さと同じにした。また、試験体

の横幅は 90mm、長さは 300mm とした（図 2－１参照）。試験体数は 78 体である。

図 2－1 試験体

釘 300m

90m

m

88m

側材

主材

6

試験体は、主材厚が釘径の 6～18 倍、側材厚が主材厚と側材厚の和が釘長さ（釘径の 21.4

倍）になるようにした。具体的にいうと、主材厚が釘径の 6 倍ならば側材厚は釘径の 15.4

倍、主材厚が釘径の 18 倍ならば側材厚は釘径の 3.4 倍のようにである。つまり、主材厚が

大きくなると側材厚は小さくなり、主材厚が小さくなると側材厚が大きくなる。主材厚と

側材厚の組み合わせは表 2－2 で示す。

表 2－2 主材厚と側材厚の組み合わせ

側材厚（mm）側材厚/釘直径主材厚（mm）主材厚/釘直径

14.0 3.4 74.0 18

18.1 4.4 69.9 17

22.2 5.4 65.8 16

26.4 6.4 61.7 15

30.5 7.4 57.5 14

34.6 8.4 53.4 13

38.7 9.4 49.3 12

42.8 10.4 45.2 11

46.9 11.4 41.1 10

51.0 12.4 37.0 9

55.1 13.4 32.9 8

59.2 14.4 28.8 7

63.3 15.4 24.7 6

写真 2－１写真 2－2

7

2－3 試験体作製方法

試験体 CN90－6-1～CN90－18－1 は以下の手順で作製した。

① 角材（105mm×105mm×2800mm）を 350mm に切断し、重量を測定した。

② かんなかけ、端を切断し、88mm×90mm×300mm にした。

③ 各部材を釘径の 6～18 倍で切断、主材と側材に分けた。（主材と側材の和は 88mm）

④ 主材と側材の端をボール盤で使用したボルトに合うように 8mm の穴を開けた。

⑤ 主材と側材を両端にボール盤で開けた穴がくるように、重なる部分が 30d（釘径の 30

倍）で固定し、30d の半分の 15d の位置に CN90 釘を打ち込んだ。この際、釘頭がめ

り込まないよう釘頭と側材の間に少しの隙間を作るようにした。

8

表 2－3 各試験体密度（g/cm3）と含水率（％）

試験体番号密度(g/cm3) 含水率（％）試験体番号密度(g/cm3) 含水率（％）

CN90-6-1 0.36 9.9 CN90-9-1 0.35 10.1

CN90-6-2 0.36 10.8 CN90-9-2 0.35 10.0

CN90-6-3 0.36 10.9 CN90-9-3 0.36 9.9

CN90-6-4 0.39 11.5 CN90-9-4 0.39 9.8

CN90-6-5 0.42 11.0 CN90-9-5 0.42 10.8

CN90-6-6 0.45 9.7 CN90-9-6 0.44 9.5

CN90-7-1 0.35 8.9 CN90-10-1 0.36 10.5

CN90-7-2 0.35 9.5 CN90-10-2 0.36 9.8

CN90-7-3 0.36 10.3 CN90-10-3 0.36 9.7

CN90-7-4 0.39 11.1 CN90-10-4 0.36 10.6

CN90-7-5 0.43 11.3 CN90-10-5 0.42 10.1

CN90-7-6 0.45 10.3 CN90-10-6 0.46 9.8

CN90-8-1 0.36 10.0 CN90-11-1 0.34 10.7

CN90-8-2 0.36 10.2 CN90-11-2 0.35 10.1

CN90-8-3 0.37 10.4 CN90-11-3 0.38 10.5

CN90-8-4 0.40 11.2 CN90-11-4 0.40 11.3

CN90-8-5 0.43 11.4 CN90-11-5 0.41 11.2

CN90-8-6 0.45 9.8 CN90-11-6 0.46 9.6

9


CN90-12-1 0.35 9.9 CN90-16-1 0.35 10.8

CN90-12-2 0.34 10.1 CN90-16-2 0.35 10.3

CN90-12-3 0.37 10.7 CN90-16-3 0.37 10.8

CN90-12-4 0.39 11.3 CN90-16-4 0.39 11.7

CN90-12-5 0.41 10.8 CN90-16-5 0.42 10.2

CN90-12-6 0.45 10.1 CN90-16-6 0.47 10.0

CN90-13-1 0.35 10.1 CN90-17-1 0.34 10.3

CN90-13-2 0.36 10.1 CN90-17-2 0.36 8.8

CN90-13-3 0.36 10.4 CN90-17-3 0.36 9.7

CN90-13-4 0.40 11.3 CN90-17-4 0.41 11.6

CN90-13-5 0.41 10.4 CN90-17-5 0.42 10.9

CN90-13-6 0.43 9.6 CN90-17-6 0.47 10.0

CN90-14-1 0.35 10.2 CN90-18-1 0.36 9.3

CN90-14-2 0.35 9.2 CN90-18-2 0.37 9.1

CN90-14-3 0.37 10.8 CN90-18-3 0.37 10.4

CN90-14-4 0.40 10.9 CN90-18-4 0.40 9.2

CN90-14-5 0.42 9.8 CN90-18-5 0.41 11.3

CN90-14-6 0.45 9.5 CN90-18-6 0.46 9.3

CN90-15-1 0.35 9.6

CN90-15-2 0.35 9.1

CN90-15-3 0.37 10.2

CN90-15-4 0.40 9.8

CN90-15-5 0.42 9.5

CN90-15-6 0.45 9.4

10

2－4 試験方法

油圧式試験機を使用し、引張負荷方向を正、圧縮負荷方向を負と設定し試験を行った。

まず、変位を 1mm、2mm、3mm、4mm、5mm 幅で引張・圧縮を繰り返した。その後、

最大荷重の 40％を切るまで引っ張った。その際、変位と加重、最大荷重をコンピューター

で記録した。引張・圧縮の速さは圧力制御装置で流量調整弁の表示 60 から 90 まで徐々に

上げていった。なお、吐出量調整弁は 200 の表示で固定した。

図 2－2 試験方法

3 評価方法

引張

圧縮

油圧ジャッキ

変位計

釘

ボルト

側材

主材

11

3－1 評価項目 3)

試験から得られたグラフは、図3－1のようになった。そこで、最大荷重（Pmax）、最大荷重

時変位（δmax）、エネルギー容量（S）、荷重と変位の傾きで表される剛性（K）をグラフや数

値から導き出し、各試験体同士で比較した。なお、剛性は短期許容耐力相当の剛性と長期

許容耐力相当の剛性の2つを使用した。短期は、一次的な荷重（水平荷重）で地震力や風圧

力などを想定したものである。長期は、常時荷重（鉛直荷重）で建物の自重、人間や家具

などの積載荷重を想定し、クリープ等の長い期間中での変形を考えている。

図 3－1 評価項目

S

K

Pmax

δmax 変位

荷重

12

3－2 地震時のエネルギー吸収の考え方 4)

図 3－2 を参照しながら考える。建物（a）は O→C→A→B で変形・破壊していく。建物（b）

は O→C→D→E で変形・破壊していく。極めて強い台風などを想定すると、何よりも建物

の倒壊を防ぐことが基本となるので、特に強度（最大耐力）の重要性が増す。そのため、

風圧力に対しては、建物（ａ）の方が強いといえる。しかし、地震に対してはエネルギー

容量で比較するので、建物（ａ）の破壊するまでにかかるエネルギー容量は△ＯＡＢの面

積で表される。建物（ｂ）の破壊するまでにかかるエネルギー容量は□ＯＣＤＥの面積で

表される。そこで、両者を比較し、建物（ａ）の△ＯＡＢ面積と建物（ｂ）の□ＯＣＤＥ

の面積が等しければ（エネルギー容量が等しければ）、現在の考え方では、耐震性は同程度

と評価することができる。

図 3－2 地震時のエネルギー吸収

同じ面積

変位

荷重

建物(a)

建物(b)

O

Ａ

B

C D

E

13

3－3 剛性について

ＣＮ90釘の釘 1面せん断耐力の短期許容耐力は 7.98kN、長期許容耐力は 4.39kNである。

そのときの短期許容耐力相当の剛性と長期許容耐力相当の剛性を導くことで、荷重と変位

が小さい場合における打ち込み長の影響を比較することができる。

図 3－3 短期許容耐力相当の剛性と長期許容耐力相当の剛性

4

8

10

短期許容耐力相当の剛性

長期許容耐力相当の剛性

変位

荷重打ち込み長の長い釘

打ち込み長の短い釘

14

4 結果・考察

4－1 荷重・変位曲線

得られた各試験体の荷重と変位のデータから、グラフを導き出した。図 4－1 には打ち込

み長との関係性が見やすいグラフを載せた。CN90－7－2 の 7 は主材の釘径倍率を示す。

図 4－1 荷重・変位曲線

ほぼすべてのグラフで図 4－1 のようになった。打ち込み長が大きくなるとグラフはだん

だん右側へシフトしていた。CN90－7～CN90－11 にかけてはその傾向が顕著に現れてい

た。しかし、CN90－13 のグラフがもっとも大きい荷重を保ち、CN90－15 と CN90－17

は CN90－13 よりも小さくなっていた。これは、主材厚が大きくなるにつれ側材厚が小さ

くなることが原因であると考えられる。側材厚が小さくなると釘先からではなく、釘頭の

めり込みによって抜けてしまうことから、主材厚と側材厚のバランスの良い CN90-13 より

も最大荷重や靭性が小さくなると考えられるからである。CN90－15 と CN90－17 を比較

すると最大荷重は CN90－17 の方が大きいが、変位が 40mm あたりから荷重は減少してい

た。それに対し、CN90－15 の最大荷重は CN90－17 に劣るが、荷重は 2000N 程度で粘っ

て変形していた。今回使用した変位計では測定限界が 45mm であったので、それ以上の結

果は分からないが、変位 45mmを越えても最大荷重の 80％を割っていないことから、45mm

以降もしばらくは最大荷重前後で推移していくのではないかと推測される。

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30 40 50変位（mm）

荷重

（N） CN90-7-2

CN90-9-2CN90-11-2

CN90-13-2CN90-15-2CN90-17-2

15

各条件 6 体ずつ試験を行った結果を以下に示す。図題の X は 6～18 の釘径倍率が入る。

なお、図 4－4 の CN90－9－3 のグラフが打ち込み長の短いものよりも低い値をとっている

のは、実験中の測定ミスである。

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 40 50

変位(mm)

荷重

(N)

CN90-6-1CN90-7-1CN90-8-1CN90-9-1CN90-10-1CN90-11-1CN90-12-1CN90-13-1CN90-14-1CN90-15-1CN90-16-1CN90-17-1CN90-18-1

図 4－2 CN90－X－1

図 4－3 CN90－X－2

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30 40 50変位（mm）

荷重

（N）


16

図 4－4 CN90－X－3

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30 40 50

変位(mm)

荷重

（N)

CN90-6-4CN90-7-4Cn90-8-4CN90-9-4CN90-10-4CN90-11-4CN90-12-4CN90-13-4CN90-14-4CN90-15-4CN90-16-4CN90-17-4CN90-18-4

図 4－5 CN90－X－4

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 40 50

変位(mm)

荷重

(N)


17

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 10 20 30 40 50変位(mm)

荷重

(N)


図 4－6 CN90－X－5

図 4－7 CN90－X－6

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 10 20 30 40 50

変位(mm)

荷重

(N)


18

4－2 剛性

短期許容耐力相当の剛性（以下短期剛性）と長期許容耐力相当の剛性（以下長期剛性）

の平均を表 4－1 に示す。黄色の塗りつぶしが木質構造設計規準内である。

なお、次々頁にて短期剛性と長期剛性の各データを記載する。縦マスは主材の釘径倍率、

横マスは試験体番号を表す。

表 4－1 短期許容耐力相当の剛性（kN/mm）と長期許容耐力相当の剛性（kN/mm）

試験体短期許容耐力相当の平均剛性長期許容耐力相当の平均剛性

CN90-18 0.75 1.57

CN90-17 0.98 1.87

CN90-16 0.75 1.68

CN90-15 0.95 1.77

CN90-14 1.29 2.34

CN90-13 1.21 1.99

CN90-12 1.23 2.34

CN90-11 1.26 2.13

CN90-10 1.11 2.22

CN90-9 1.42 2.19

CN90-8 1.08 1.83

CN90-7 1.12 2.06

CN90-6 0.95 1.78

19

表 4－1の短期許容耐力相当の剛性と長期許容耐力相当の剛性の平均を以下のグラフに表

す。なお、緑点、緑線を長期許容耐力相当の剛性とし、青点、青線を短期許容耐力相当の

剛性とした。また、ピンク線で囲まれた範囲が木質構造設計規準内である。

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19主材の釘径倍率

剛性

（ｋN

/mm

）



図 4－1 短期剛性と長期剛性

短期許容耐力相当の剛性、長期許容耐力相当の剛性ともにほぼ一定であった。このこと

で、剛性の大きさと打ち込み長の関係性は薄いと考えることができる。つまり、主材厚が

ある一定以上確保されていれば、剛性は打ち込み長に関係なく確保されると考えられる。

短期許容耐力は 7.98kN、長期許容耐力は 4.39kN であるが、これはどのグラフでも変位が

5mm 以下でその荷重に達する。各試験体のグラフからも荷重と変位が小さいときは、打ち

込み長（主材厚）に関係なく重なっていることからも剛性がほぼ一定であると読み取るこ

とができる。主材の釘径倍率が 15 倍あたりから剛性が減少しているのは、側材厚が小さく

なっていくからであると思われる。

20

表 4－2 短期許容耐力相当の剛性（kN/mm）

試験体 1 2 3 4 5 6

CN90-18 0.29 0.83 0.59 1.05 0.95 0.78

CN90-17 1.17 0.65 0.31 0.58 1.57 1.60

CN90-16 0.74 0.45 0.74 0.92 0.92 0.74

CN90-15 1.30 1.00 1.25 0.64 0.63 0.91

CN90-14 1.22 1.36 1.12 1.74 0.46 1.00

CN90-13 1.25 0.75 0.96 1.53 1.29 1.59

CN90-12 1.25 0.75 0.96 1.53 1.29 1.59

CN90-11 1.18 0.79 1.13 1.62 1.11 1.70

CN90-10 1.88 1.15 0.99 0.84 0.67 1.12

CN90-9 1.81 1.56 0.45 1.10 1.06 1.58

CN90-8 0.93 0.94 0.79 1.37 0.71 1.73

CN90-7 0.75 0.48 0.82 1.69 0.89 2.05

CN90-6 0.83 0.52 0.67 0.16 1.46 1.26

表 4－3 長期許容耐力相当の剛性（kN/mm）

試験体 1 2 3 4 5 6

CN90-18 0.91 1.85 1.82 1.53 1.67 1.66

CN90-17 2.33 1.67 1.12 1.70 2.13 2.27

CN90-16 1.96 1.17 1.54 1.80 1.82 1.77

CN90-15 1.60 2.05 2.54 1.69 1.03 1.72

CN90-14 2.50 2.31 2.12 3.15 0.99 1.63

CN90-13 3.10 1.97 2.13 0.75 1.76 2.25

CN90-12 2.72 2.55 1.74 3.25 1.70 2.05

CN90-11 2.31 1.23 1.73 3.33 2.00 2.19

CN90-10 3.91 3.59 1.87 0.83 0.85 1.91

CN90-9 1.81 2.55 0.45 1.82 1.91 2.85

CN90-8 2.10 2.15 1.68 1.14 2.11 1.81

CN90-7 1.84 1.39 1.72 3.39 1.84 2.18

CN90-6 2.35 0.55 1.50 0.13 2.64 1.83

21

4－3 最大荷重

各試験体の最大荷重（kN）を以下の表 4－4 に示す。縦マスは主材の釘径倍率、横マス

は試験体番号を表す。黄色の塗りつぶしは平均値である。

表 4－4 各試験体の最大荷重（kN）

試験体 1 2 3 4 5 6 平均

CN90-18 2.05 1.91 1.86 2.46 2.46 2.47 2.20

CN90-17 2.13 2.45 2.01 2.08 3.00 3.33 2.50

CN90-16 2.18 2.35 2.05 2.50 2.51 2.82 2.40

CN90-15 1.98 2.08 2.17 2.03 2.61 3.07 2.32

CN90-14 2.07 2.17 2.05 2.20 2.57 3.03 2.35

CN90-13 1.99 2.46 2.28 2.12 2.42 2.76 2.34

CN90-12 2.13 1.75 2.10 1.85 2.38 2.31 2.09

CN90-11 1.94 1.74 1.89 1.93 2.20 2.43 2.02

CN90-10 1.93 1.70 1.78 2.60 1.64 2.54 2.03

CN90-9 1.58 1.50 1.08 1.66 1.56 1.78 1.53

CN90-8 1.55 1.49 1.69 1.53 1.98 1.97 1.70

CN90-7 1.49 1.19 1.36 1.53 1.68 1.62 1.48

CN90-6 1.25 1.11 1.26 1.28 1.56 1.25 1.29

表 4－4で記した最大荷重の平均値と主材への打ち込み長の関係を図 4－2で示す。また、

最大荷重と剛性の関係も図 4－3 で示す。ピンク線の枠内が木質構造設計規準内である。

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

主材に対する釘径倍率

最大

荷重

(kN

)

図 4－2 最大荷重と打ち込み長の関係

22

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

主材の釘径倍率

剛性

（kN/m

m）

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

最大

荷重

（kN）



図 4－3 最大荷重と剛性の関係

最大荷重は主材の釘径倍率が 6～13 倍までが増加、13～17 倍くらいまでが一定、18 倍

で減少していた。木質構造設計規準内の 9 倍と 13 倍を比較してみると 1.5 倍近く差があっ

た。今回の実験結果では 9 倍の値が低くなっているので、9 倍の最大荷重を 8 倍と 10 倍の

値の中間くらいと見積もったとしても、13 倍との差は 1.3 倍近くあった。そして、木質構

造設計規準内で最大荷重が最も大きくなるのは主材厚が釘径の 13～15 倍であることから、

最大荷重を大きく取るためには主材厚は釘径の 13倍以上を確保することが望ましいと示唆

された。

剛性のグラフと比較すると、剛性はほぼ一定だが最大荷重は打ち込み長によって大きく

変化したことが分かった。つまり、最大荷重では変位が小さいときは打ち込み長の影響は

あまり受けないが、変位が大きくなるにつれ打ち込み長の影響は大きくなると考えられる。

23

4－4 最大荷重時変位

各試験体の最大荷重時変位（mm）を以下の表 4－5 に示す。縦マスは主材の釘径倍率、

横マスは試験体番号を表す。黄色の塗りつぶしは平均値である。

表 4－5 各試験体の最大荷重時変位

試験体 1 2 3 4 5 6 平均

CN90-18 35.4 28.7 30.1 33.2 33.2 25.5 31.0

CN90-17 25.4 32.4 44.5 33.0 39.1 27.2 33.6

CN90-16 35.0 45.7 24.5 24.6 31.3 19.4 30.1

CN90-15 33.7 30.6 38.3 37.3 41.8 36.3 36.3

CN90-14 34.0 31.3 35.5 32.4 39.8 41.0 35.6

CN90-13 30.2 34.2 41.5 31.1 31.8 30.7 33.2

CN90-12 24.2 22.7 32.0 17.9 31.7 25.0 25.6

CN90-11 20.6 25.6 22.8 14.1 27.6 24.0 22.4

CN90-10 18.8 21.7 17.4 25.2 16.2 22.0 20.2

CN90-9 14.6 15.2 16.6 12.6 10.8 12.0 13.6

CN90-8 12.8 11.0 15.1 15.3 17.3 9.2 13.4

CN90-7 12.3 15.1 12.6 11.8 17.7 12.4 13.6

CN90-6 9.9 13.2 15.2 16.3 11.3 4.0 11.6

24

表 4－5 で記した最大荷重時変位の平均値と主材への打ち込み長の関係を図 4－4 で示

す。なお、ピンク線の枠内が木質構造設計規準内である。

図 4－4 打ち込み長と最大荷重時変位の関係

最大荷重時変位は主材の釘径倍率が 6 倍～13 倍までは増加、それ以降は緩やかな減少と

なった。減少したのは側材が薄くなり割れやひびが入ることが原因と考えられる。木質構

造設計規準内では打ち込み長が増えるに従って最大荷重時変位も増加する傾向にある。最

大荷重でも木質構造設計規準内では打ち込み長が増えると最大荷重が増える傾向にあった

ことより、打ち込み長と主材厚が等しい場合は、最大荷重と最大荷重時変位には正の相関

があると考えられる。

0

10

20

30

40

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

主材に対する釘径倍率

最大

荷重

時の

変位

(mm

)

25

4－5 エネルギー容量

図 4－5 エネルギー容量の導き方

エネルギー容量は左図のように台形積分によって求めた。

S1 の面積は、

（P1+P2）×（δ2－δ1）×21

で表される。同じように S2、S3・・・と最大荷重の 80％までの面積を求めた。そして、

S1、S2、S3・・・のすべての面積の和をエネルギー容量とした。

P1

P2

P3

δ1 δ2 δ3

S1 S2

変位

荷重

26

各試験体のエネルギー容量（kN・mm）を以下の表 4－6 に示す。縦マスは主材の釘径倍

率、横マスは試験体番号を表す。黄色の塗りつぶしは平均値である。

表 4－6 各試験体のエネルギー容量

試験体 1 2 3 4 5 6 平均

18 69.6 58.2 59.2 71.9 70.7 69.2 66.5

17 82.2 90.9 69.4 63.6 101.2 76.1 80.6

16 80.6 78.2 75.5 95.7 88.5 90.8 84.9

15 78.4 79.6 81.2 80.6 91.5 110.2 86.9

14 80.6 85.2 82.3 87.3 86.3 101.6 87.2

13 80.7 92.6 83.2 82.4 91.7 106.5 89.5

12 75.4 59.5 80.8 63.3 93.8 81.4 75.7

11 59.5 53.4 62.6 50.6 76.7 75.1 63.0

10 50.2 48.2 54.6 86.2 39.0 73.8 58.7

9 38.3 33.3 22.0 30.3 26.6 34.1 30.8

8 33.0 29.5 38.3 23.9 41.9 32.8 33.3

7 26.4 22.9 23.5 23.2 35.0 27.9 26.5

6 17.5 15.1 21.8 17.5 25.9 9.3 17.8

表 4－6 で記したエネルギー容量の平均値と主材への打ち込み長の関係を図 4－7 で示

す。また、図 4－8 でエネルギー容量と剛性の関係も同時に示す。なお、ピンク線の枠内が

木質構造設計規準内である。

0

20

40

60

80

100

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19


エネ

ルギ

ー容

量（kN

・mm

）

図 4－7 打ち込み長とエネルギー容量の関係

27

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19


剛性

（kN

/mm

）

0

20

40

60

80

100

エネ

ルギ

ー容

量（k

N・m

m）

長期許容せん断耐力の剛性

短期許容せん断耐力の剛性

エネルギー容量

図 4－8 エネルギー容量と剛性の関係

エネルギー容量は最大荷重の傾向とほぼ類似している。主材の釘径倍率が 6～13 倍まで

は増加、13～15 倍がほぼ一定、16～18 倍で減少していた。これは、6～13 倍までは打ち込

み長不足、16～18 倍までは側材厚が小さくなりすぎて、側材に割れやひびが生じることが

原因であると考えられる。木質構造設計規準内で最もエネルギー容量の低かった主材の釘

径倍率 9 倍と最も高かった 13 倍を比較すると、3 倍程度の差があった。今回の実験では 9

倍でエネルギー容量が下がっていしまったので、主材の釘径倍率の 8 倍と 10 倍の中間の値

と想定しても 2 倍以上の差が認められた。これは、木材どうしのせん断接合で主材が釘径

の 9倍のものに 20本釘を打つ場合と主材が釘径の 13倍のものに 10本釘を打つ場合とが同

じエネルギー容量を持つと考えられる。つまり、主材への打ち込み長が短いと大地震時の

倒壊を防止する耐震性を確保するためには多くの釘が必要となると言える。このように、

木質構造設計規準内の主材厚を確保していても、大きなエネルギー容量の差が生じるので、

できる限り主材への打ち込み長を確保することが大地震時の倒壊防止につながると考えら

れる。そして、今回の実験では主材厚は釘径の 13 倍以上確保することが望ましいと示唆さ

れた。

剛性はほぼ一定なので、変位が小さいときは打ち込み長の影響が小さいといえるが、エ

ネルギー容量には大きな差が生じていた。これは変位が大きくなるにつれ、最大荷重と靭

性が大きくなることから、エネルギー容量では最大荷重の結果以上の差が生じたと考えら

れる。

28

4－6 強度特性

試験体を最大荷重の 40％まで引っ張った時の釘の抜け方などの形態を以下の表４－7 に

示す。

表 4－7 強度特性

試験体 1 2 3 4 5 6

CN90-6 A A A A A A

CN90-7 A A A A A A

CN90-8 A A A A A A

CN90-9 B A A A A A

CN90-10 A B B A A B

CN90-11 B B B A B B

CN90-12 B B B B B B

CN90-13 B B B A B B

CN90-14 B B B B B B

CN90-15 B B B B B B

CN90-16 A' A' A' B'+C B B'+C

CN90-17 A' A' A' B'+C A'+C A'+C

CN90-18 A' A' A' A' B'+C B'+C

A：釘先から完全抜け A'：釘頭から完全抜け

B：釘先で粘り B’：釘頭で粘り

C：割れ、ひび

CN90－6～CN90－9 は釘先から完全抜けた。CN90－10～CN90－15 までは釘が粘り、

釘先からも抜けず、側材が割れることもなかった。CN90－16～CN90－18 では側材が割れ

て釘頭で粘るものと釘頭から完全に抜けるものがあった。このように、抜け方等の形態か

ら大きく 3 タイプに分けられた。ねばりとの関係から見ると、CN90－6～CN90－9 は打ち

込み長不足のため靭性が小さくなり、エネルギー容量は小さくなった。CN90－10～CN90

－15 は主材厚、側材厚のバランスがよくエネルギー容量は大きくなった。しかし、CN90

－12 まではエネルギー容量の結果から、CN90－13 等と比べるとエネルギー容量は小さい。

CN90－16～CN90－18 は側材に割れやひびが生じて、靭性が小さくなりエネルギー容量は

下がった。割れやひびが入った試験体は、CN90－X－3～6 と密度の大きいものに多かった。

29

大きく 3 つに分けた強度特性について、それぞれ写真を載せる。

CN90－6～CN90－9（釘先から完全抜け）

CN90－10～CN90－15（釘先からも抜けず、側材の割れもなし）

CN90－16～CN90－18（側材が割れて釘頭で粘るもの、釘頭から完全に抜けるもの）

30

5 まとめ

最大荷重、最大荷重時変位、エネルギー容量で打ち込み長による差（影響）が見られた。

その中でも差が大きかったのが、耐震 2 次設計で考えるエネルギー容量であった。木質構

造設計規準内の主材厚が釘直径の 9 倍と 13 倍～15 倍を比較すると 2 倍以上の差があり、

規準内であるから一律に同じ耐震性を持つわけではないと分かった。また、短期許容耐力

相当の剛性と長期許容耐力相当の剛性は打ち込み長に関わらずほぼ一定であることから、

エネルギー容量の差は最大荷重（終局耐力）と粘り（靭性）に大きく影響していることが

再認識された。特に、粘りの影響は大きいと考えられる。エネルギー容量の大きかったも

のは変位が大きくなっても最大荷重前後のまま推移していたものが多かったからである。

また、最大荷重が大きくなくてもエネルギー容量が大きいものがあったことからも靭性の

重要性は大きいと考えられる。さらに、剛性がほぼ一定であり、エネルギー容量の差が大

きかったことは、最大荷重のみならず最大荷重時変位の差の影響が大きかったのではない

かと考えられる。強度特性の釘の抜け方での区別は、木質構造設計規準とほぼ一致した。

しかし、今回の実験の範囲では完全に釘が抜けるまで引張を行ったわけではないので、強

度特性の区分とエネルギー容量の大きいものが必ずしも一致する結果は得られなかった。

エネルギー容量の結果から主材の打ち込み長は釘径の13～15倍が最も地震のエネルギー

吸収が大きいと分かった。木質構造設計規準内でもエネルギー容量の違いが大きいことか

ら、大地震時の倒壊防止のためには、釘の打ち込み長に関わらず一律のせん断許容耐力を

定めることを改め、打ち込み長によって設計に差を設けるなどの対応が必要になると考え

られる。

31

実験②

32

1 背景・目的

実験①では、打ち込み長が短いと最大荷重、最大荷重時変位、靭性に大きな違いが出て、

結果的にエネルギー容量への違いへとつながった。つまり、打ち込み長の違いによって、

大地震時の耐震性が木質構造設計規準内であっても異なるということである。これにより、

打ち込み長の違いによって設計に差を設けるなどの対応が考えられるが、それだけでなく、

打ち込み長が短くてもエネルギー容量を大きくする方法を考える必要がある。ひとつの方

法として考えられるのが、釘を打ち抜くことである。これにより、靭性が大きく伸び、エ

ネルギー容量を大きくできる可能性を持っているからである。この方法は、施工現場で普

段使う釘よりも長い釘を使用することで実現が可能で、比較的簡単に行うことができるた

め、重要性は高いと考えられる。

このような背景から、釘の打ち抜きによって釘せん断耐力性能の全体像に及ぼす、釘の

突き出し長の影響を明らかにすることを目的としている。

33

2 材料と試験体

2－1 材料

樹種、試験体、使用釘は実験①と同じもので行った。試験体の平均密度、平均含水率は

表 2－1 のとおりである。各試験体の密度は 35 頁に載せる。突き出し長さは a=6d、b=5d、

c=4d、d=3d、e=2d、f=1d とする。

表 2－1 試験体の平均密度と平均含水率

試験体平均密度（g/cm3）平均含水率（％）

CN90-a 0.35 10.3

CN90-b 0.36 10.6

CN90-c 0.37 10.8

CN90-d 0.40 10.1

CN90-e 0.42 10.4

CN90-f 0.45 10.4

（注）X には突き出し長さ a~f が入る

2－2 試験体

試験体は主材厚を釘径の 9 倍に固定し、側材厚を釘径の 6.4 倍～11.4 倍まで変化させて

いった。突き出し長さは側材厚に応じて変化していく（図 2－1 参照）。側材厚と主材厚、

突き出し長の組み合わせは表 2－2 で示す。試験体数は 36 体である。

図 2－1 試験体

側材（6.4d）

CN90－a CN90－ｃ CN90－ｆ

突き出し長さ（6d）

主材（9d）側材（8.4d）側材

（11.4d）

突き出し長さ（4d）突き出し長さ（1d）

主材（9d）主材（9d）

34

写真 2－1 写真 2－2

表 2－2 側材厚、主材厚、突き出し長の組み合わせ

試験体側材厚（mm）側材厚/釘径主材厚（mm）主材厚/釘径突き出し長/釘径

CN90-a 26.4 6.4 37 9 6

CN90-b 30.5 7.4 37 9 5

CN90-c 34.6 8.4 37 9 4

CN90-d 38.7 9.4 37 9 3

CN90-e 42.8 10.4 37 9 2

CN90-f 46.9 11.4 37 9 1

35

表 2－3 各試験体の密度（g/cm3）と含水率（％）


CN90-a-1 0.35 10.2 CN90-d-1 0.35 9.6

CN90-a-2 0.37 10.7 CN90-d-2 0.36 10.3

CN90-a-3 0.37 10.5 CN90-d-3 0.37 10.1

CN90-a-4 0.40 10.6 CN90-d-4 0.40 10.7

CN90-a-5 0.42 8.9 CN90-d-5 0.42 8.5

CN90-a-6 0.45 10.7 CN90-d-6 0.46 11.3

CN90-b-1 0.35 10.3 CN90-e-1 0.36 10.1

CN90-b-2 0.36 10.5 CN90-e-2 0.36 10.4

CN90-b-3 0.37 12.7 CN90-e-3 0.37 10.8

CN90-b-4 0.40 10.7 CN90-e-4 0.40 10.9

CN90-b-5 0.42 8.6 CN90-e-5 0.42 9.1

CN90-b-6 0.46 10.7 CN90-e-6 0.45 11.4

CN90-c-1 0.35 9.8 CN90-f-1 0.35 10.1

CN90-c-2 0.36 11.1 CN90-f-2 0.36 11.1

CN90-c-3 0.37 10.2 CN90-f-3 0.37 10.2

CN90-c-4 0.40 12.3 CN90-f-4 0.40 10.4

CN90-c-5 0.42 10.3 CN90-f-5 0.42 9.6

CN90-c-6 0.46 11.2 CN90-f-6 0.45 10.7

36

2－3 試験体作製方法

実験①と同じ方法で作製した。

2－4 試験方法

実験①と同じ方法で行った。

3 評価方法

実験①「3 評価方法」を参照。

37

4 結果・考察

4－1 荷重・変位曲線

得られた各試験体の荷重と変位のデータからグラフを導き出した。図 4－1 に CN90－X

－1 のグラフを載せる。突き出し長は CN90－a から CN90－f にいくにつれ小さくなる。な

お、比較のために実験①で得られた CN90－9 のグラフを同時に表示した。CN90－9 は主

材厚が釘径の 9 倍で突き出し長が 0ｄのものである。

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50変位(mm)

荷重

(N)

CN90-a-1CN90-b-1CN90-c-1CN90-d-1CN90-e-1CN90-f-1CN90-9-6

図 4－1 CN90－X－1

グラフを見ると釘の突き出し長が長いほど右側へシフトしていた。CN90－f と CN90－9

は最大荷重に達してから比較的早く荷重を落としているが、それ以外は最大荷重程度で粘

っていることが分かった。また、最大荷重は側材厚が変化しているにも関わらず、はほぼ

同じに見えた。特に、CN90－a～CN90－e で顕著にその傾向が現れていた。このため、最

大荷重は側材厚が大きすぎなければ、最大荷重は主材厚に寄与していると考えられる。

CN90－a、CN90－b、CN90－c は今回の実験で使用した変位計では、最大荷重の 80％以

下になる前に測定限界の 45mm に達したので、変位が 45ｍｍ付近で真直ぐ下に下がってい

て、どこまで粘るかはこのグラフからでは判断できない。しかし、グラフの傾向から打ち

抜き長が大きいほど靭性は大きくなり、粘るのではないかと推測される。

38

各試験体 6 体ずつ試験を行った結果を以下に示す。図題の X には a～f の文字が入る。

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

変位(mm)

荷重

(N)

CN90-a-2CN90-b-2CN90-c-2CN90-d-2CN90-e-2CN90-f-2

図 4－2 CN90－X－2

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50変位(mm)

荷重

(N)


図 4－3 CN90－X－3

39

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

変位(mm)

荷重

(N)


図 4－4 CN90－X－4

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

変位(mm)

荷重

(N)


図 4－5 CN90－X－5

40

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

変位(mm)

荷重

(N)


図 4－6 CN90－X－6

41

4－２剛性

短期許容耐力相当の剛性（以下短期剛性）と長期許容耐力相当の剛性（以下長期剛性）

の平均を表 4－1 に示す。なお、次頁にて短期剛性と長期剛性の各データを記載する。

表 4－1 短期許容耐力相当の剛性（kN/mm）と長期許容耐力相当の剛性（kN/mm）

試験体短期許容耐力相当の平均剛性長期許容耐力相当の平均剛性

CN90-a 1.13 2.30

CN90-b 1.46 2.73

CN90-c 1.17 1.90

CN90-d 1.18 1.91

CN90-e 1.35 2.47

CN90-f 1.48 2.48

表 4－1の短期許容耐力相当の剛性と長期許容耐力相当の剛性の平均を以下のグラフに表

す。なお、赤点、赤線を長期許容耐力相当の剛性とし、橙点、橙線を短期許容耐力相当の

剛性とした。緑点、緑線と青点、青線は実験①の結果である。これらを同時に表示する。

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

9 10 11 12 13 14 15

突き出した釘の長さの釘径倍率

剛性

（kN

/mm

）

短期許容耐力相当の剛性①

長期許容耐力相当の剛性① 長期許容耐力相当の剛性②

短期許容耐力相当の剛性②

図 4－1 突き出した釘の長さの釘径倍率と剛性の関係

42

短期許容耐力相当の剛性、長期許容耐力相当の剛性はほぼ一定であった。また、実験①

の剛性ともほぼ同じ値をとっていた。これは、釘の剛性は打ち込み長の大きさというより

主材の一部に関係しているからだと考えられる。多少ずれているのは、CN90－X－6 でば

らつきがあったためと考えられる。そして、実験①でも考察したように、主材厚がある一

定以上確保されていれば、剛性は打ち込み長や突き出した釘の長さには関係なく一定であ

ると考えられる。これは、主材厚を固定した今回の実験で再確認されたといえるであろう。

表 4－2 短期許容耐力相当の剛性（kN/mm）

試験体 1 2 3 4 5 6

CN90-a 0.94 0.65 1.40 1.53 1.67 0.59

CN90-b 1.09 0.53 2.65 1.27 1.54 1.64

CN90-c 1.05 0.79 1.08 1.27 1.37 1.46

CN90-d 1.46 1.11 1.27 1.29 1.44 0.51

CN90-e 1.05 1.16 1.29 0.95 1.40 2.23

CN90-f 1.21 1.63 1.07 1.31 1.06 2.61

表 4－3 長期許容耐力相当の剛性（kN/mm）

試験体 1 2 3 4 5 6

CN90-a 2.30 1.34 3.26 2.72 2.92 1.26

CN90-b 2.49 1.16 3.90 2.70 3.13 3.02

CN90-c 1.82 0.65 1.87 1.87 2.41 2.77

CN90-d 2.77 1.74 2.42 1.85 2.15 0.50

CN90-e 1.78 1.74 2.66 1.51 3.12 4.03

CN90-f 1.83 3.07 1.78 1.98 1.81 4.40

43

4－3 最大荷重

各試験体の最大荷重（kN）を以下の表 4－4 に示す。縦マスの（）内は突き出し長の釘

径倍率、横マスは試験体番号を示す。黄色の塗りつぶしは平均値である。また、表４－４

で記した最大荷重の平均値と突き出し長の関係を図 4－2 で示す。

表 4－4 各試験体の最大荷重（kN）

試験体 1 2 3 4 5 6 平均

CN90-a(6) 1.89 1.92 1.75 1.92 2.03 1.85 1.89

CN90-b(5) 2.01 1.88 2.18 1.90 1.94 2.25 2.03

CN90-c(4) 1.97 1.89 1.93 1.89 1.90 2.55 2.02

CN90-d(3) 2.01 1.89 1.94 1.72 1.65 1.96 1.86

CN90-e(2) 1.95 1.69 1.67 1.60 2.36 2.46 1.96

CN90-f(1) 1.76 1.74 1.68 1.59 2.10 2.02 1.81

CN90-9(0) 1.58 1.50 1.08 1.66 1.56 1.78 1.53

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

0 1 2 3 4 5 6


荷重

(kN

)

図 4－2 最大荷重と突き出し長の関係

突き出し長の釘径倍率が 0～2 の時は、最大荷重はやや増加していた。そして、2～6 倍ま

ではほぼ一定であった。これより、最大荷重は突き出し長にはあまり影響されないことが

分かった。また、突き出し長が大きくなると側材は薄くなるが、側材厚が小さくなっても

最大荷重はほとんど変化しないことより、最大荷重は側材厚に影響されにくいと分かった。

そのため、最大荷重は主材厚に影響を受けるのではないかと考えられる。

44

次に実験①の最大荷重との比較を考える。図 4－3 の赤線、赤点は実験①の最大荷重と主

材の釘径倍率の関係で、青線、青点は実験②の主材厚（9d）+突き出し長の関係のグラフで

ある。実験①では突き出し長が 0 で固定したため主材厚+突き出し長は主材厚のみを示して

いる。つまり、赤と青のグラフは側材厚を抜いた分が同じことを示している。

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

主材厚+突き出し長の釘径倍率

荷重

（kN

）

図 4－3 最大荷重での突き出し長と主材厚との関係

最大荷重は主材厚+突き出し長の釘径倍率 9 倍、10 倍を除きほぼ一定であり、実験①の

グラフと類似した形をとっていた。実験①でも述べたが、主材厚+突き出し長が釘径の 9 倍

の時の値は、グラフの傾向に比べて低くなっているので 8 倍と 10 倍の中間が 9 倍の値であ

ると推測すると、実験②のグラフはすべての点で最大荷重は等しいといえると考えられる。

また、実験①と実験②のグラフを比較すると、実験①を 1 と考えた時の各点での比は平均

で 1：0.88 であった。先に述べたとおり、最大荷重は主材厚に影響を受けやすいので主材

厚が固定されている実験②では一定である。そのため、実験①と比較して 1：0.88 と下が

っている部分が主材厚の違いではないかと考えられる。

45

4－4 最大荷重時変位

各試験体の最大荷重時変位（mm）を以下の表 4－5 に示す。縦マスの（）内は突き出し長

の釘径倍率、横マスは試験体番号を表す。黄色の塗りつぶしは平均値である。また、表４

－5 で記した最大荷重時変位の平均値と突き出し長の関係を図 4－4 で示す。

表 4－5 各試験体の最大荷重時変位（ｍｍ）

試験体 1 2 3 4 5 6 平均

CN90-a(6) 41.2 43.3 24.8 33.5 34.0 24.9 33.6

CN90-b(5) 43.9 24.9 42.6 33.1 37.5 39.5 36.9

CN90-c(4) 34.2 27.5 36.8 33.2 34.6 39.5 34.3

CN90-d(3) 29.5 24.4 25.2 15.8 23.6 23.2 23.6

CN90-e(2) 20.2 19.8 11.8 15.1 32.2 22.3 20.2

CN90-f(1) 20.7 13.0 18.9 16.3 21.1 11.2 16.9

CN90-9(0) 14.6 15.2 16.6 12.6 10.8 12.0 13.6

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

0 1 2 3 4 5 6


変位

(mm

)

図４－4 最大荷重時変位と突き出し長の釘径倍率の関係

最大荷重時変位は突き出し長の釘径倍率が 0～5 倍では増加、6 倍でやや減少していた。

最大荷重とは違い、突き出し長が大きくなるにつれ最大荷重時変位も増加していることか

ら主材厚との関係よりも、主材厚+突き出し長（＝打ち込み長）に影響されるのではないか

と考えられる。

46

次に実験①の最大荷重時変位との比較を考える。図 4－5 の赤線、赤点は実験①の最大荷

重時変位と主材の釘径倍率の関係で、青線、青点は実験②の主材厚（9d）+突き出し長の関

係のグラフである。実験①では突き出し長が 0 で固定したため主材厚+突き出し長は主材厚

のみを示している。つまり、赤と青のグラフは側材厚を抜いた分が同じことを示している。

0

5

10

15

20

25

30

35

40

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19主材厚+突き出し長の釘径倍率

変位

（ｍｍ

）

図 4－5 最大荷重時変位と主材+突き出し長の関係

実験①のグラフと実験②のグラフを同時に表示すると、ほぼ同じ値をとっていることが

分かった。実験①を 1 と考えた時の各点での比の平均は 1：0.94 でありほぼ同じで少しの

ずれは誤差の範囲といってよいと思われる。また、点によっては実験①の結果よりも大き

い値をとるものがあった。主材厚が釘径の 9 倍で固定されているにもかかわらず最大荷重

時変位が増加しているので、最大荷重時変位は主材厚にあまり影響を受けないと考えられ

る。一方、主材厚+突き出し長は実験①と同じ長さであり、主材厚+突き出し長が増加する

につれ最大荷重時変位は大きくなっていることから、最大荷重時変位は主材厚+突き出し長

の影響を強く受けているのではないかと考えられる。

47

4－5 エネルギー容量

エネルギー容量の求め方は実験①「4－5 エネルギー容量」を参照。

各試験体のエネルギー容量（kN・mm）を以下の表 4－6 に示す。縦マスの（）内は突き

出し長の釘径倍率、横マスは試験体番号を示す。黄色の塗りつぶしは平均値である。

表 4－6 各試験体のエネルギー容量（kN・mm）

試験体 1 2 3 4 5 6 平均

CN90-a(6) 75.8 72.2 70.8 77.5 83.9 60.3 73.4

CN90-b(5) 75.5 72.4 86.5 74.0 76.2 86.9 78.6

CN90-c(4) 78.6 73.3 75.2 74.3 73.4 92.3 77.8

CN90-d(3) 75.7 72.9 78.0 47.5 47.8 62.4 64.0

CN90-e(2) 63.1 53.3 38.5 37.2 92.8 75.2 60.0

CN90-f(1) 52.6 40.7 50.3 38.7 61.5 50.1 49.0

CN90-9(0) 38.3 33.3 22.0 30.3 26.6 34.1 30.8

表 4－6で記したエネルギー容量の平均値と突き出し長の釘径倍率の関係を図 4－6で示す。

0.010.020.030.040.050.060.070.080.090.0

0 1 2 3 4 5 6


エネ

ルギ

ー容

量(k

N ･

mm

)

図 4－6 エネルギー容量と突き出し長の釘径倍率の関係

グラフより突き出し長の釘径倍率 0～4 倍が増加、4～5 倍が一定、5～6 倍が減少してい

た。突き出し長が釘径の 6 倍では最大荷重、最大荷重時変位が落ちていることから、それ

に影響してエネルギー容量は減少したと考えられる。このような結果から、エネルギー容

量を大きくすることを考えると突き出し長を釘径の 4 倍以上確保することが重要であると

いえるであろう。

48

次に実験①のエネルギー容量との比較を考える。図 4－7 の赤線、赤点は実験①のエネル

ギー容量と主材の釘径倍率の関係で、青線、青点は実験②の主材厚（9d）+突き出し長の関

係のグラフである。実験①では突き出し長が 0 で固定したため主材厚+突き出し長は主材厚

のみを示している。つまり、赤と青のグラフは側材厚を抜いた分が同じことを示している。

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

主材厚+突き出し長の釘径倍率

エネ

ルギ

ー容

量（k

N・m

m）

図 4－7 エネルギー容量と主材厚+突き出し長の釘径倍率の関係

エネルギー容量が最も低い主材厚+突き出し長が釘径の 9 倍とエネルギー容量の高い 13

倍を比較すると 2 倍以上の差があった。これは、実験①でも 2 倍以上の差が得られたとい

う結果と同じであった。実験①と実験②の主材厚+突き出し長が釘径 9 倍のデータは同じも

のを使用していることから、突き出し長が 0 の主材厚と主材厚+突き出し長とが同じ場合は

エネルギー容量にあまり差が生じないと分かった。実験①を 1 と考えた時の各点での比は

平均で 1：0.87 と非常に高いものであった。比較した 13 倍の試験体は主材が、実験①の

CN90－13 よりも 4d（16.4mm）短いものである。それにも関わらず、1：0.87 という大き

さまでエネルギー容量を確保できたのは、主材厚の大きさによる影響よりも釘（突き出し

長）による影響の方が大きいためと考えられる。また、突き出し長の影響で、実験②の CN90

－c（突き出し長 4d、主材厚+突き出し長の釘径倍率 13 倍）は主材厚が実験①の CN90－

12 よりは小さいが、CN90－12 と同等のエネルギー容量が得られると分かった。

このように、エネルギー容量を見ると、主材厚が小さくても釘の突き出し長があれば粘

り（靭性）が大きくなり、実験①の 0.8 倍以上のエネルギー容量が確保されることが分かっ

た。そして、突き出し長は釘径の 4 倍以上とれれば、木質構造設計規準内ぎりぎりの主材

厚が釘径の 9 倍であってもエネルギー容量は大きく、主材厚が釘径の 12 倍は確保できてい

るとみなしてよいのではないかと考えられる。

49

4－6 強度特性

試験体を最大荷重の 40％まで引張った時の釘の抜け方などの形態を以下の表 4－7 に示

す。

表 4－7 強度特性

試験体 1 2 3 4 5 6

CN90-a A' B B' B B B'+C

CN90-b B'+C B A' B B B

CN90-c B' B B B B B

CN90-d B' B B B B B

CN90-e A B B B B B

CN90-f B A B A B A

A：釘先から完全抜け A'：釘頭から完全抜け

B：釘先で粘り B’：釘頭で粘り

C：割れ、ひび

釘が主材から突き出しているため、ほとんどの試験体は釘先で粘り、最大荷重の 40％を

きるまで引張っても完全に抜けることはなかった。実験①でも同じ範囲ではほぼ同じ結果

が得られた。木質構造設計規準内では、変位 45mm では抜けないと分かった。写真を以下

に示す。

写真 4－1 写真 4－2

50

5 まとめ

最大荷重では突き出し長の影響は見られなかったが、最大荷重時変位、エネルギー容量

では突き出し長が増加するにしたがって、増加する傾向が見られた。最大荷重は突き出し

長が変化するにも関わらず一定であったことから、主材厚に影響を受けるのではないかと

考えられる。最大荷重時変位は実験①とほぼ同じ値をとっていたことから、主材厚+突き出

し長に影響を受けていたのではないかと考えられる。エネルギー容量は突き出し長が大き

くなるにつれ増加することから突き出し長に大きな影響を受けると考えられる。突き出し

長が変化しても最大荷重はほぼ一定であることから、エネルギー容量の増加は靭性の増加

によるものであると考えられる。これは、グラフを見ると分かるとおり、突き出し長が大

きくなるにつれ粘りが大きくなり、グラフが右側へシフトしていた。エネルギー容量の大

きさは実験①の 0.8 倍以上確保できたことから、主材厚が小さかったとしても釘を突き出す

ことにより耐震性（地震時のエネルギー吸収量）は増加すると考えられる。

実験①では木質構造設計規準内であってもエネルギー容量の差は大きく、主材厚が釘径

の 9 倍のもので 13 倍と同じエネルギー容量を確保するためには、釘が 2 倍以上必要となる

と考察したが、今回の実験で釘の本数を増やすのではなく、釘の長さを大きくし、主材を

打ち抜くことによりエネルギー容量を大きく確保することが可能であると考えられる。そ

して、突き出し長の大きさによって、主材厚を実際の大きさよりも大きいものとして換算

することができるのではないかと考えられる。

51

6 謝辞

本研究を行うにあたりご指導いただいた、北海道大学農学部森林科学科木材工学分野の

平井卓郎教授、佐々木義久技官、ゼミでご助言していただいた小泉章夫准教授、澤田圭助

教授に深い感謝の意を表します。

52

参考文献

1）日本建築学会編：木質構造設計規準・同解説－許容応力度・許容耐力設計法－, 日本建

築学会

2）平井卓郎：木質構造の研究課題, 木材学会誌 vol.53, No.3, p.117-126 (2007)

3）平井卓郎・宮澤健二・小松幸平編：木質構造[第 2 版], 東洋書店

4）平井卓郎：木材接合部の耐力試験法と性能評価方法, 木材工業 Vol.52, No.2, 1997

53

付録

（CD－R に保存）

1：各試験体の実験データ（グラフ、図表）

2：試験体写真

3：実験結果

釘の打ち込み長がせん断耐力に与える影響lab.agr.hokudai.ac.jp/woosci/timeng/theses/pdf/2007/2007...4...

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