JP3990715B1 - 木質ラーメン架構 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で簡易な構成でありながら、優れた耐震性を発揮する木質ラーメン架構を提供する。
【解決手段】左右の柱部材２Ａ，２Ｂと梁部材３とを接合金具２０で接合してなる木質ラーメン架構ＳＴＲであって、梁部材３の左右端部は、上下方向に配列された二個同一の接合金具２０Ａ〜２０Ｄを用いて接合される。また、左右の柱部材２Ａ，２Ｂは、左右方向に配列された二個同一の柱脚１０Ａ〜１０Ｄによって、それぞれ基礎１に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質ラーメン架構に関し、特に、ラーメン構造の接合部に、同一形状の柱脚や接合金具を二個使用することで耐震性を向上させた木質ラーメン架構に関する。

地震の発生頻度が高い日本では、最近特に、木造建築物における十分な耐震性が要求される傾向にあるが、一般に、建築設計において、建物に加わる力として、(1)自重による鉛直力と、(2)地震や台風による水平力とが問題となる。

ここで、(1)自重による鉛直力は、梁→接合金物→柱→基礎→地盤へと伝達される。一方、(2)水平力については、例えば、筋違を設けて、この筋違によって水平力を地盤に伝えるか、或いは、ラーメン工法を採用して、建物の変形によってエネルギーを受け止めていた。

このラーメン工法では、曲げ力とせん断力とが問題になるが、従来は、曲げに抵抗する専用部材と、せん断力に抵抗する専用部材が必要であるという発想しかなく、また、これら専用部材を前提とした解析方法しかなかった（例えば、非特許文献１）。
木造軸組工法住宅の許容応力度設計（企画編集：（財）日本住宅・木材技術センター）（監修：国土交通省住宅局建築指導課・国土交通省住宅局木造住宅振興室）・第１章木造軸組工法住宅応力度計算法・参照

しかしながら、このような従来の発想を前提とする限り、各専用部材を製造するための個々別々の費用が嵩むという問題がある。しかも、建築用木材の加工や、建築現場での取付け作業その他においても、個々別々の作業が必要となるため、全体として建築コストが高騰化してしまい、耐震性に優れた安価な建物を提供することができないという問題がある。

なお、耐力壁によって耐震性の向上を図ることはできるが、これでは、その空間を他の用途に活用できず、要するに、設計の自由度が阻害される。

このように、特に、木造建築物のラーメン構法において、作業手順を複雑化させることなく、また、建築コストを高騰化させることなく、所望の耐震性を実現する適切な構造の木質ラーメン架構が望まれるところである。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、安価で簡易な構成でありながら、優れた耐震性を発揮する木質ラーメン架構を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明者が種々検討したところ、基礎に固定する柱脚か、又は、柱部材と梁部材とを接合する接合金具を、同一接合箇所に二個配置するだけで、優れた耐震性を発揮できることを発見して本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に係る発明は、上下対称形状の導入溝が先端側に形成された略矩形状の板状本体部と、自らを柱部材に固定するための取付穴が設けられ、互いに逆方向に突出する一対の略円筒部とが連設されて構成され、上下方向に配列された二個同一の接合金具のみによって、左右の柱部材と梁部材の左右端部とを接合すると共に、左右方向に連続して基礎に固定された二個同一の柱脚のみによって、左右の柱部材各々を基礎に固定して耐震性を向上させた木質ラーメン架構であって、前記柱脚は、基礎に固定される略ボックス状の本体部と、本体部の頂部から直立する接合部とが一体的に形成された鋳鋼品であり、前記本体部は、頂部と、底部と、頂部及び底部に直交する左右一対の側部と、これら４つの部分に直交して、前記本体部の内部空間を前後に遮蔽する中央壁とを備えて、前方及び後方を開口させて構成され、前記中央壁は、前後方向に設けられた三角板状の補強リブに連結され、前記梁部材に打ち込まれた連結ピンを、前記柱部材に固定された前記接合金具の前記導入溝に滑り込ませた後、前記梁部材に別の連結ピンを打ち込んで、前記板状本体部に設けられたピン挿入穴の中を通過させることで、前記柱部材と前記梁部材とを接合する一方、前記柱部材に連結ピンを打ち込んで、前記柱脚の接合部に設けられた通過穴の中を通過させることで、前記基礎と前記柱部材とを接合するようにした。

架構とは、一般に、建物の骨組みとなる構造部材を組み合わせて荷重を荷なわせる骨組みを意味するが、本発明に係る木質ラーメン架構とは、木材による柱部材と梁部材とを、接合金具を用いて一体化させる構成を意味する。

本発明の作用は、以下のように考えられる。先ず、請求項１に係る発明では、接合金具を上下二つに分離しているので、図１７（ａ）のように、水平力が左から右に向けてかかる場合には、曲げに対して上側部材ＵＰが対抗する一方、せん断力に対しては、下側部材ＤＮが対抗する。逆に、図１７（ｂ）のように、水平力が右から左に向けてかかる場合には、曲げに対して下側部材ＤＮが対抗する一方、せん断力に対しては、上側部材ＵＰが対抗する。地震時には、図１７（ａ）と図１７（ｂ）の状態が交互に繰り返されるが、同一部材を上下に配置するだけで、上記した作用に基づき所望の耐震性を実現することができる。なお、この点は実験的に実証済みである。

請求項２に係る発明では、柱脚を左右二つに分離しているので、図１７（ｃ）のように、水平力が左から右に向けてかかる場合に、曲げに対して左側部材Ｌが対抗する一方、せん断力に対しては、右側部材Ｒが対抗する。逆に、図１７（ｄ）のように、水平力が右から左に向けてかかる場合には、曲げに対して右側部材Ｒが対抗する一方、せん断力に対しては、左側部材Ｌが対抗する。地震時には、図１７（ｃ）と図１７（ｄ）の状態が交互に繰り返されるが、同一部材を左右に配置するだけで、上記した作用に基づいて所望の耐震性を実現することができる。なお、この点も実験的に実証済みである。

上記した本発明によれば、安価で簡易な構成でありながら優れた耐震性を発揮する木質ラーメン架構を実現できる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。

図１は、実施例に係る木質ラーメン架構ＳＴＲの原理図を図示したものである。図示の通り、このラーメン架構ＳＴＲは、コンクリート基礎１に固定された四個の柱脚１０（１０Ａ〜１０Ｄ）と、柱脚１０に接続されて立設される左右の柱２（２Ａ，２Ｂ）と、左右の柱２Ａ，２Ｂに掛け渡される梁３と、柱２と梁３とを接合する四個の接合金具２０（２０Ａ〜２０Ａ）とを中心に構成されている。

各柱脚１０ａ〜１０ｄは、コンクリート基礎１から突出するアンカーボルトＢＴに、ナットＮＴを用いて締め付け固定される（図２）。また、各接合金具２０ａ〜２０ｄは、その基端部を柱２Ａ，２Ｂに固定された状態で、先端部に連結ピンＰＩＮが貫通されて梁３に連結されている（図１（ｂ））。接合金具２０の基端部には、ボルトＢＴが挿入されて柱２を貫通し、貫通したボルトＢＴの先端には、円板状のワッシャを介してナットＮＴが締め付けられている（図１（ａ））。

なお、実際に建築物を構築する場合には、基礎１の上に土台４が配置されると共に、左右の柱２Ａ，２Ｂの外側に別の梁３が配置されるのが通例である。そして、柱２の外側に別の梁３を固定する場合には、柱２の両側に同一形状の接合金具２０の各２個ずつ配置し、ボルトとナットとで全体を一体化する。

上記のように構成された本実施例の木質ラーメン架構ＳＴＲによれば、地震によって水平方向に荷重を受けた場合には、接合金具２０Ａ，２０Ｂと２０Ｃ，２０Ｄとが相補的に機能して、水平荷重による曲げモーメントとせん断力とを負担して優れた耐震性能を発揮する。

柱脚１０についても同様であり、各接合部の一対の柱脚１０Ａ，１０Ｂと１０Ｃ，１０Ｄが、左右の振動に対して相補的に機能して優れた耐震性能を発揮する。一対の柱脚１０、又は一対の接合金具２０によって優れた耐震性を発揮する点については実験的に確認されている。

なお、上下方向の振動についても同様であり、各一対の接合金具２０Ａ，２０Ｂと２０Ｃ，２０Ｄや、各一対の柱脚１０Ａ，１０Ｂと１０Ｃ，１０Ｄが、それぞれ相補的に機能して耐震性能を発揮する。但し、建築基準法その他では、上下方向の振動は特に問題にされない。

図２は、柱脚１０の取り付け状態を示す斜視図であり、図３は、単一の柱脚１０について、その構成を示している。この柱脚１０は、鋳鋼品であり、図３に示す通り、コンクリート基礎１に固定される略ボックス状の本体部１０Ａと、本体部１０Ａから直立する接合部１０Ｂとが一体的に形成されている。

本体部１０Ａは、４つの作業穴ＷＲを設けた頂部１２と、基礎１から突出するアンカーボルトＢＴを貫通させる取付穴ＨＯを設けた底部１３と、頂部１２と底部１３とに直交する一対の側部１４，１５と、これら４つの部分１２〜１５に直交して、本体部１０Ａの内部空間を前後に遮蔽して二分する中央壁１６とを備えて構成されている。

頂部１２の中央には、４つの作業穴ＷＲを二分するように、板状の接合部１０Ｂが立設されている。なお、各作業穴ＷＲは、頂部１２を貫通する丸穴であり、柱脚１０の強度を損なわない範囲でなるべく大きいのが望ましいが、この実施例では、４つの丸穴が、均一に配置されて形成されている。

底部１３には、４つの作業穴ＷＲに対応して、作業穴ＷＲと同心状の取付穴ＨＯが４つ形成されている。この取付穴ＨＯは、コンクリート基礎１から突出するアンカーボルトＢＴを通過させるための貫通穴である。そして、取付穴ＨＯを通過させたアンカーボルトＢＴにナットＮＴを締め込むことで、この柱脚１０が基礎に確実に固定される（図２）。

このように、底部１３の外周面１３ａ（図５）は、コンクリート基礎１に接触して固定されるので、平坦に形成されると共に、頂部１２と平行になるように形成されている。なお、この柱脚１０は鋳造品であるから、頂部１２と正確に平行で平坦な外周面を実現することは極めて容易である。

左右の側部１４，１５は、頂部１２及び底部１３に直交して構成されている。この側部１４，１５の垂直方向の高さは、コンクリート基礎から突出するアンカーボルトＢＴの頭部に対応して決定されており、アンカーボルトＢＴの頭部を収容する必要最小限の高に設定されている。また、通常、柱脚１０の左右に土台４，４が配置されるので、左右側部１４，１５の外周面は、平坦に形成されている。

ところで、右側部１４、左側部１５、頂部１２、及び底部１３の各内面に連結して、中央壁１６が設けられ、中央壁１６が各内面に直交している。この中央壁１６は、頂部１２に立設された接合部１０Ｂに連続する位置に設けられているので、垂直方向の荷重を確実に受け止めることができる。また、昆虫や小動物の侵入を確実に阻止できる。

また、中央壁１６と頂部１２の内面に連結して、三角板状の補強リブ１７が設けられている（図６）。したがって、中央壁１６によって二分された本体部１０Ａは、補強リブ１７によって更に二分され、それぞれに作業穴ＷＲと取付穴ＨＯが１個設けられていることになる。

一方、接合部１０Ｂは、その上部に４つの通過穴１８が形成されている（図５）。通過穴１８は、接合部１０Ｂの鉛直方向の仮想中心線を基準にした左右対称位置に、外側通過穴１８Ａと内側通過穴１８Ｂがそれぞれ形成されている。この通過穴１８は、柱脚１０と柱を接合する際に、連結ピンＰＩＮを通過させる貫通穴である。なお、接合部の下部には、通過穴１８より大きい開口穴１９が形成されているが、これは軽量化のために設けられている。

続いて、実施例の柱脚１０の使用方法を確認的に説明する。図２に示すように、接合対象となる柱２には、接合部１０Ｂを受け入れる作業溝５０ａと、接合部１０Ｂの通過穴１８に対応するピン穴５０ｂとが予め形成されている。なお、柱２のピン穴５０ｂは、必ずしも、図示例のように４個設ける必要はなく、場合によっては２個であっても良い。

一方、コンクリート基礎１からは、本体部１０Ａの取付穴ＨＯの位置に対応して、４本のアンカーボルトＢＴが突出している。そこで、先ず、アンカーボルトＢＴを取付穴ＨＯに通過させて、柱脚１０をコンクリート基礎１の上に配置する。しかる後、本体部１０Ａの前後に設けられた矩形状の開口部や、頂部１２に設けられた作業穴ＷＲを利用して、アンカーボルトＢＴの頭部にナットＮＴを締着して、基礎１の上に柱脚１０を強固に固定する。

このようにして柱脚１０の固定作業が終われば、柱脚１０の上に柱２を降下させて柱脚１０の上に柱２を配置する。この場合、接合部１０Ｂが作業溝５０ａの中に進入するように柱２を降下させる。そして、その後、連結ピンＰＩＮをピン穴５０ｂに打ち込むことによって、柱２を柱脚１０に固定する。

図７は、左右の柱２Ａ，２Ｂに梁３を固定する接合金具２０を図示したものである。この接合金具２０も鋳鋼品であり、略矩形状の板状本体部２１と、板状本体部の一端側に連設され、本体部に対して互いに逆方向に突出する一対の略円筒部２２，２３とが一体成形されて構成されている。

板状本体部２１の先端側には、上下対称形状の導入溝２４が形成されている。この導入溝２４は、梁３に挿入した連結ピンＰＩＮ（図７（ａ））を、その状態のまま滑り込ませるための溝である。また、導入溝２４に近接して、３つのピン挿入穴２５が形成され、板状本体部２１の中央には、軽量化のための開口２６が形成されている。

一対の円筒部２２，２３は、略正方形の取付部２２ｂ，２３ｂと、取付部２２ｂ，２３ｂの上下で円弧状の外周縁を形成するフランジ部２２ａ，２３ａと、をそれぞれ有している。この接合金具２０では、肉厚のフランジ部２２ａ，２３ａを有するので、単なる板材の場合より取付強度が改善される。

一対の円筒部２２，２３には、それぞれ取付穴ＨＯが設けられており、この取付穴ＨＯを通してボルトＢＴが柱に挿通されることになる。また、円筒部２３は、そのフランジ部２３ａの最上面が、板状本体部２１の最上面に一致する位置に設けられている。一方、円筒部２３は、その取付穴ＨＯが、板状本体部２１の上下中央にほぼ一致する位置に設けられている。したがって、この接合金具を上下反転させれば、同一の木材の隣接する側面に、同一の接合金具を取付けることが可能となる。

この接合金具２０を使用する場合、柱２には、柱２を水平方向左右に貫通する貫通穴と、この貫通穴の長さ方向両端に設けた大径の円筒穴とを予め形成しておく。また、梁３には、板状本体部２１を受け入れる作業溝６０ａと、ピン挿入穴２５に対応するピン穴（不図示）とを予め形成しておく。更に、上側に配置する接合金具２０Ａ，２０Ｃの、上部導入溝２４（の底部）に対応する位置に、ピン穴を形成すると共に、そのピン穴に連結ピンＰＩＮを挿入しておく。

そして、接合金具２０の円筒部２２，２３を、柱２の円筒穴に配置し、円筒部２２，２３の取付穴ＨＯ及び柱２の貫通穴にボルトＢＴを通し、ボルトＢＴの先端をナットＮＴで締める。この状態で、梁３を降下させて、作業溝６０ａを板状本体部２１に滑り込ませる。その後、ピン挿入穴２５に連結ピンを打ち込めば、柱と梁との接合が完了する。
＜試験例（図９〜図１６参照）＞
図１に示す木質ラーメン架構ＳＴＲのせん断試験の内容は、図９〜図１５に記載の通りである。試験体は、図９の通りであり、図１の構成と全く同一である。

試験方法は、日本住宅・木材技術センター（企画編集）「木造軸組工法住宅の許容応力度設計」の２章「木造軸組工法住宅の各部要素の試験方法と評価方法」における、１令第４６条第４項表１の（八）に基づく木造軸組耐力壁の試験法、評価法／１．２面内せん断試験の方法（１）柱脚固定式（無載荷式）２）加力方法の(1)に準じている（図１０参照）。

試験結果は図１１に示す通りであり、降伏耐力、終局耐力、最大荷重、特定変形時耐力（１／１２０ｒａｄ，１／１５０ｒａｄ）によって、本発明の有効性が確認される。

試験例１と同様に試験によると、柱脚１０のバネ常数が１．３６×１０^３ＫＮ・ｍ／ｒａｄであると算出された。また、接合金具２０のバネ常数が０．６８×１０^３ＫＮ・ｍ／ｒａｄであると算出された。その数値に基づいて解析ソフトを動作させると水平耐力が算出される（図１６）。

この数値と、上記試験例１の試験成績（図１１参照）とに基づいて検討すると、最悪値でも評価しても、水平耐力は、層間変位角１／１２０で８．７４ＫＮであり、層間変位角１／１５０では７．００ＫＮとなる。

また、層間変位角が１／１２０又は１／１５０の場合について、壁倍率を検討すると、スパン２７００ｍｍ，３６００ｍｍ（図１６参照）において、壁倍率が１．０２〜１．７２と算出され、筋違や耐力壁を省略できることを示している。

以上実施例について具体的に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。例えば、図１の原理図は、許容せん断耐力の評価試験に実際に供した構造を、そのまま図示したものであり、そこに使用した幅広の柱や梁について、その大きさや形状は何ら限定的なものではなく、適宜に変更可能である。同様に、接合金具や柱脚の材料・形状・大きさについても、適宜に変更できるのは勿論である。

実施例に係る木質ラーメン架構を説明する図面である。 柱脚の取付け状態を示す図面である。 柱脚の構成を説明する斜視図である。 柱脚の平面図と底面図である、 柱脚の正面図と側面図である、 柱脚のＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図である、 接合金具の取付け状態を示す図面である。 接合金具の構成を示す図面である。 試験例の構成を示す図面である。 試験例の試験方法を示す図面である。 試験例の試験結果を示す図面である。 試験例の試験結果を示す図面である。 試験例の試験結果を示す図面である。 試験例の最終破壊状況を示す図面である。 試験例の最終破壊状況を示す図面である。 試験例の検討内容を示す図面である。 本発明の作用を説明する図面である。

符号の説明

ＳＴＲ 木質ラーメン架構
２Ａ，２Ｂ 柱部材
３ 梁
２０ 接合金具
２０Ａ〜２０Ｄ 接合金具
１０Ａ〜１０Ｄ 柱脚

Claims (4)

1. 上下対称形状の導入溝が先端側に形成された略矩形状の板状本体部と、自らを柱部材に固定するための取付穴が設けられ、互いに逆方向に突出する一対の略円筒部とが連設されて構成され、上下方向に配列された二個同一の接合金具のみによって、左右の柱部材と梁部材の左右端部とを接合すると共に、左右方向に連続して基礎に固定された二個同一の柱脚のみによって、左右の柱部材各々を基礎に固定して耐震性を向上させた木質ラーメン架構であって、
   前記柱脚は、基礎に固定される略ボックス状の本体部と、本体部の頂部から直立する接合部とが一体的に形成された鋳鋼品であり、
   前記本体部は、頂部と、底部と、頂部及び底部に直交する左右一対の側部と、これら４つの部分に直交して、前記本体部の内部空間を前後に遮蔽する中央壁とを備えて、前方及び後方を開口させて構成され、前記中央壁は、前後方向に設けられた三角板状の補強リブに連結され、
   前記梁部材に打ち込まれた連結ピンを、前記柱部材に固定された前記接合金具の前記導入溝に滑り込ませた後、前記梁部材に別の連結ピンを打ち込んで、前記板状本体部に設けられたピン挿入穴の中を通過させることで、前記柱部材と前記梁部材とを接合する一方、
   前記柱部材に連結ピンを打ち込んで、前記柱脚の接合部に設けられた通過穴の中を通過させることで、前記基礎と前記柱部材とを接合するようにした木質ラーメン架構。
2. 前記接合金具の略円筒部には、略正方形の取付部と、前記取付部の上下で円弧状の外周縁を形成する、前記取付部より肉厚のフランジ部と、をそれぞれ有している請求項1に記載の木質ラーメン架構。
3. 請求項１又は２に記載の木質ラーメン架構で使用される柱脚。
4. 請求項１又は２に記載の木質ラーメン架構で使用される接合金具。