JP2000160766A

JP2000160766A - 建築物用構造材

Info

Publication number: JP2000160766A
Application number: JP11200177A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Namiki; 勝義並木; Eisaku Yamayoshi; 栄作山吉; Nobuya Sato; 暢也佐藤; Hisashi Ito; 久伊藤; Fukuhiko Kataoka; 福彦片岡
Original assignee: Iida Industry Co Ltd; Mie Prefecture; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd; Japan Techno Mate Corp
Current assignee: Iida Industry Co Ltd; JFE Engineering Corp; Mie Prefecture; Japan Techno Mate Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼材もしくはそれ以上の強度保証が可能で、
衝撃等による振動が少なく、さらに火災等の高熱にも対
処し、間伐材等並材を強度等級区分をせずに使用して、
鉄骨建設物の構造材への利用を可能とするとともに、彫
刻可能な大断面木質構造材の代替を可能とし、鋼材の強
度，木材の暖かみや調湿機能等、鋼材と木材の長所を兼
ね備え、炭素のストック化による地球環境にも有益な建
築物用構造材を提供する。【解決手段】鋼材からなる軸状の芯部材２と、該芯部
材２の周囲に接着剤４を介在させて接着被覆した木製部
材３とを具備し、且つその端部に芯部材２のみからなる
所定長さの継手部２１を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨建築等で使用
される建築物用構造材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼材は、品質精度が高く強度が安
定しているため、鉄骨建築や橋桁等建設資材に多く使用
されている。また、木材は、入手し易く加工性も良いた
め、家屋等建築物の構造材や内装材として古くから広く
使用され、木橋や屋外建設物等にも多く使用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鋼材は鉄骨建
設資材として多く使用されているが、衝撃等により特有
の振動が発生する欠点がある。例えば、近年の高層マン
ション化で、階上の住人（子供たち）が飛び跳ねたりす
ると、階下の住人が天井等から響いてくる振動音に悩ま
されるケースも出てきている。また、鋼材は、火災等の
高熱にさらされると急激に強度が低下したり、木材のよ
うに暖かみや調湿機能等が無い等の問題もある。一方、
木材には、鋼材に比べて強度的に劣るとともに、強度に
ばらつきが大きいと言う欠点がある。斯る対策として、
例えば、比較的大規模な木造建築物の構造材など強度を
必要とする木製構造材は、断面を大きくしたり強度等級
区分をした木製部材を貼り合わせたりした集成材を利用
するなどして対処してきた。また、より強度をあげるた
めに継手部を除く集成材の中に、鋼材を補強材として埋
め込んだ特開平４−１４３３５２号公報の他、特開
平１１−４４０４４号公報，実用新案登録第３０３５７
９８号公報、実用新案登録第３０３１９２１号公報、
特開昭６３−２２６４３８号公報、特開平９−１４
４１４１号公報等の技術が提案されている。上記の開
示技術は木材の全長に亘って鋼材を目暗状に埋入するか
接合して一体とし、該鋼材端を派出延長して接続部とし
た柱状の建築構築用複合材であり、の技術は複数の形
鋼の溝状部内などに木製角材を嵌込み固定した合成柱で
ある。また、の技術は木製部材の断面中心に棒状鋼材
よりなる引張補強材を貫挿した木製建築部材で、の技
術は鋼鉄その他の強靭な金属のアングルを芯として木質
部分に通したプレカット集成材である。

【０００４】しかしながら、上述の集成材や公報技術は
木造建設物に使用されるものであり、強度計算上も木造
建設資材としての強度評価となり、鉄骨建設物の構造材
としては使用できない問題があった。また、前記公報技
術には外見は木造でありながら実質は鉄骨又は鉄筋の
強力な建築物を建設することが可能になる効果を奏する
としているが、プレカット集成材の強度を保証する手段
が明確にされていない。すなわち、従来の集成材やか
らの公報技術は部材の断面における圧縮，引張，剪断
方向の強度や長さ方向の圧縮，引張，曲げ方向の強度が
鉄骨建築物さらに大規模な木造建築物に適用するには十
分なものといえるものでなかった。そして、集成材を橋
桁として使用する場合には、橋台との取り付け部が地面
と接することがあり、腐朽する欠点があった。また、木
造建築の分野において、社寺仏閣等大型建築物の彫刻を
必要とする大断面木質構造材は、良質大径木の減少によ
り入手も困難になり、価格も高くなっていた。さらに、
現在国家的な課題となっている、大量に生産される間伐
材等並材の需要を拡大するための新たな利用技術，新製
品の開発が強く望まれていた。最近では地球温暖化防止
等の面からも、木材の大量使用による炭素のストック化
が望まれるようになってきている。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決するもので、
鋼材もしくはそれ以上の強度保証が可能で、衝撃等によ
る振動が少なく、さらに火災等の高熱にも対処し、間伐
材等並材を強度等級区分をせずに使用して、鉄骨建設物
の構造材への利用を可能とするとともに、彫刻可能な大
断面木質構造材の代替を可能とし、鋼材の強度、木製材
のもつ柔軟な感触や暖かみ，自然味，素朴さ，優しさな
ど感性の優れた面や調湿機能等、鋼材と木材の長所を兼
ね備え、炭素のストック化による地球環境にも有益な建
築物用構造材を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１記載の発明の要旨は、鋼材からなる軸状の芯部
材と、該芯部材の周囲に接着剤を介在させて接着被覆し
た木製部材とを具備し、且つその端部に芯部材のみから
なる所定長さの継手部を設けてなることを特徴とする建
築物用構造材にある。ここで、「建築物用構造材」には
橋梁，橋桁等の土木・建設資材用構造材も含むものとす
る。また、請求項２の発明たる建築物用構造材は、請求
項１で、芯部材に被覆した木製部材の最外側に、所定厚
みの良質の木質基材を接着剤を介在させて接着被覆して
なることを特徴とする。請求項３の発明たる建築物用構
造材は、請求項１または２で、芯部材が形鋼で造られる
ことを特徴とする。請求項４の発明たる建築物用構造材
は、請求項１〜３で、木製部材が、強度等級区分されて
いない木材，集成材，並材，間伐材のうちの少なくとも
一つであることを特徴とする。請求項５の発明たる建築
物用構造材は、請求項１〜４で、強度が芯部材で保証さ
れたことを特徴とする。請求項６の発明たる建築物用構
造材は、請求項１〜５で、制振特性としての振動減衰比
が前記芯部材単体の５倍以上となることを特徴とする。
請求項７の発明たる建築物用構造材は、請求項１〜６
で、木製部材が火災時の燃え代として確保され、芯部材
の強度低下を防止するようにしたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る建築物用構造
材の実施形態について詳述する。（１）実施形態１図１〜図３は本発明の建築物用構造材の一形態を表し、
図１は建築物用構造材の端部周りの斜視図、図２は図１
のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は図１の建築物用構造材の
側面図を示す。

【０００８】建築物用構造材１は鋼材からなる芯部材２
と、該鋼材の周囲に接着剤４を介在させて接着被覆した
木製部材３と、を具備する。芯部材２を構成する鋼材
は、鉄骨部材たり得る長さがある。芯部材２となる鋼材
はＩ形，Ｈ形，Ｌ形，Ｔ形，コ形，＋形等の形鋼や鋼管
等、構造強度材として使用可能なものであれば、いかな
る形状のものでもよい。

【０００９】木製部材３は所定形状若しくは所定厚みに
加工された木製品で、間伐材等並材で造った角材や板
材，集成材などを含む。該木製部材３で、両端部を除い
た芯部材２の主要部２ａの全てが隠されるように覆着す
る。木製部材３は任意の大きさの直方体，立方体，円
柱，錐体等に形成したものを使用できる。木チップなど
を成形した木質加工材を使用してもよい。木製部材３の
強度に関しては、鋼材で強度保証するため、集成材製作
の際に要する強度等級区分は不要である。

【００１０】木製部材３が被覆されない前記両端部は、
芯部材２のみからなる継手部２１となる。該継手部２１
は建築物用構造材１中を一本で縦通する芯部材２の端部
であり、所定長さを有するこの部分を利用して他の鉄骨
部材等に連結し鉄骨建設物の構造材に供することができ
る。該継手部２１は建物が完成した時点で外観に現われ
ない所となり、建築物用構造材は外部からはあたかも木
製品であるように思わせる構成にある。

【００１１】図１では、Ｉ形鋼からなる芯部材２の主要
部周囲を接着剤４を塗布して複数本（ここでは６本）の
角柱の木製部材３で接着被覆している。該木製部材３は
主要部２ａに全面に亘り密着できるよう部分的に切り欠
かれる。そして、建築物用構造材１の両端部には芯部材
２がむき出しとなる所定長さの継手部２１が設けられ
る。上記芯部材２に木製部材３が被着された建築物用構
造材１の本体部分は、あたかも木製の柱や梁木材として
使える一本の角柱体ごときを呈している。

【００１２】前記木製部材３は芯部材２に接着剤４を用
いて接着被覆されるが、該接着剤としては、一液性自然
硬化タイプあるいは二液性混合タイプ（二成分以上の多
成分混合タイプでも可）を用いることができる。作業工
程，硬化時間，コストおよび各種物性などについて考慮
して選定される。勿論、接着剤は、鋼材および木材に対
して接着性（親和性）を有する成分で構成されることお
よび実使用における耐久性を有することが必要である。
接着剤の主成分としては、ポリウレタン，エポキシ樹
脂，アクリル樹脂樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などの
公知の汎用樹脂を使用することができる。ポリウレタ
ン，ゴム系などの柔軟な接着剤を使用した場合、本発明
の効果の一つである振動減衰効果をさらに高めることが
でき、より好ましくなる。また、高い接着強度で接着さ
せることが可能なエポキシ樹脂，アクリル樹脂，不飽和
ポリエステル樹脂などを使用した場合、屋外で使用して
も優れた耐久性を示す構造材を形成することができ、好
適となる。

【００１３】一般的に、ＪＡＳに定められている構造用
集成材の剪断強度は、スギの常態の場合、５４kgf／cｍ
^２以上，木破率７０％以上であり、この数値よりも高
い値を示す接着剤は全て本発明において使用可能であ
る。また、木材自体の強度が低い場合は、木破率１００
％時の接着強度を考慮して接着剤を選定すればよく、破
断時の強度に大きく依存する必要はない。一液性自然硬
化型接着剤としては、末端イソシアネート基含有のウレ
タンプレポリマーはすべて例外なく使用可能であるが、
接着強度をより高めるために、ポリウレタンを構成する
ソフトセグメントとしてのポリオール成分およびハード
セグメントとしてのイソシアネート成分の含有量を調整
する必要がある。柔軟性のあるポリウレタンとしては、
水酸基価（ＯＨＶ）がおよそ２８〜１５０ｍｇＫＯＨ／
ｇのポリオールと４，４’−ジフェニルメタンジイソシ
アネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤ
Ｉ）などの２官能以上のイソシアネート化合物との反応
物の湿気硬化物を例示することができる。二液性混合型
接着剤としては、汎用のビスフェノール型エポキシ樹脂
とアミン系硬化剤との組み合わせによる接着剤として使
用可能である。具体的な接着剤としてイイダ産業株式会
社製のＯＲＯＴＥＸ４６５０を例示できる。ここで、
鋼材からなる芯部材２に木製部材３を接着する際に、芯
部材表面に研掃工具を用いて下地処理を行い、適当な表
面粗さとなるように面粗しを行い、芯部材表面の錆，汚
れを除去することや、有機溶剤にて芯部材表面の脱脂を
行うと、高い接着強度が得られるので、より好ましい。

【００１４】（２）実施形態２本実施形態は、図２に対応する断面図が図４に示すごと
くの建築物用構造材である。鋼材からなる芯部材２と、
該芯部材２の周囲に接着剤４を介在させて接着被覆した
木製部材３とを具備し、且つその端部に芯部材２のみか
らなる所定長さの継手部２１を設ける基本構成は実施形
態１と同様であるが、さらに前記芯部材２に被覆した木
製部材３の最外側に、彫刻可能な所定厚みの良質の木質
基材５を接着剤を介在させて接着被覆した建築物用構造
材１になっている。良質の木質基材５とは化粧板や彫刻
可能な所定厚みがある高付加価値の木材（例えばケヤ
キ，ヒノキ）をいう。高付加価値は木製部材３より高価
であれば要件を満たす。両端の継手部２１を残して芯部
材の主要部２ａを木製部材が覆着し、さらに該木製部材
の最外側の外周面を木質基材５が覆着する。ここでの木
製部材３は、図４からも判るように、木製部材３が木質
基材５に覆われるために意匠面として現われてこない。
従って、この場合の木製部材３には集成材の他、合板，
パーティクルボード，ファイバーボード等も用いること
ができる。他の構成は実施形態１と同様で、その説明を
省略する。

【００１５】ところで、本発明の建築物用構造材は構造
材としての強度を鋼材からなる芯部材２の部分で保証す
るものである。すなわち、構造材の断面における圧縮，
引張，剪断方向の強度や長さ方向の圧縮，引張，曲げ方
向の強度を芯部材２で保証する。鋼材のバラツキが少な
く且つ安定した高い強度特性を活用するものである。芯
部材２で強度を負担する設計とするので、従来、木質材
料では困難であった大規模建築物や橋梁などに適用でき
る。また、建築物の柱や梁に適用した際に、木材では困
難であった長さが確保でき、木材に比べて柱と柱の間隔
を長くでき、間取りの自由度を増すことができ設計の幅
を広げることができる。また、本発明の建築物用構造材
は構造材としての強度を鋼材からなる芯部材２で保証す
るものである。従って、芯部材２の周囲に被覆する木製
部材３の強度は問われない。強度等級区分されない木
材，集成材，並材，間伐材などから適宜選定すればよい
ことになる。

【００１６】そして、本発明の建築物用構造材は、鋼材
からなる芯部材２の周囲に被覆する木製部材３は衝撃を
受けて振動する芯部材２の振動を吸収し、芯部材単独の
場合に比べて高い制振効果を有する。建築物用構造材の
制振特性としての振動減衰比が軸状の鋼材からなる芯部
材２単体の５倍以上のものとすると、より好ましくな
る。また、本発明の建築物用構造材は、鋼材からなる芯
部材２の周囲に木製部材３を被覆しているので、火災時
には木製部材３が炭化してしまう部分すなわち燃え代と
なる。従って、木製部材３が燃える間、芯部材２への熱
の伝導を遅らせ、火災時においても芯部材２に熱の影響
が及ばないようになっている。木製部材３を形成する木
材の炭化速度は０．６〜０．７ｍｍ／分であるので、木
製部材表面から芯部材２までの被覆厚さを適宜選定する
ことにより芯部材２の温度上昇を防止することができ
る。また、木製部材３が燃えた炭化物が熱伝導を遅らせ
る被覆物として作用する。これらのことにより芯部材２
の温度上昇を防ぎ、高温下における芯部材２の鋼材強度
の低下を防止できる。このように、本発明の建築物用構
造材は、耐火性能が芯部材単独に比べて高いものとなっ
ている。

【００１７】次に本発明品の振動減衰性能比較試験につ
いて説明する。本発明にかかる建築物用構造材を以下の
ように製作し、それぞれについて振動減衰試験を三重県
科学技術振興センター・林業技術センター構内で行っ
た。

【００１８】振動減衰性能比較試験１図５のように、芯部材２としてＩ形鋼２００×１００×
５．５×８の鋼材を使用し、且つ、芯部材２の主要部２
ａに６本の木製部材３を接着剤４を塗布して接着被覆
し、一辺が２６２ｃｍ×１６７ｃｍの長方形断面の建築
物用構造材１を製作した。

【００１９】上記建築物用構造材についてインパルス加
振法による振動減衰特性試験を行った。その結果を表１
に示す。減衰特性は振動減衰比ζが大きいほど大きく、
表１より建築物用構造材は、芯部材２１のみと比較し
て、約４倍の大きな振動減衰効果のあることが認められ
た。

【００２０】

【表１】

【００２１】振動減衰性能比較試験２図６のように、芯部材２としてＩ形鋼３００×１５０×
６．５×９の鋼材を使用し、芯部材２の主要部２ａに１
２本の木製部材３を接着剤４を塗布して接着被覆し、一
辺が３７０ｃｍ×２８２ｃｍの長方形断面の建築物用構
造材１を製作した。

【００２２】上記建築物用構造材についてインパルス加
振法による振動減衰特性試験を行った。その結果を表２
に示す。表２より建築物用構造材は芯部材２２のみと比
較して、少なくとも振動数５６５Ｈｚ〜８０８Ｈｚの領
域で５倍以上（詳しくは約５〜３０倍）の大きな振動減
衰効果のあることが認められた。

【００２３】

【表２】

【００２４】このように構成した建築物用構造材は、前
述の振動減衰性能比較試験からも判るように衝撃等によ
る振動が少ない優れた特性を有する。鋼材の振動に関
し、鋼材の芯部材の周囲を木製部材で被覆するすること
により鋼材の振動を木材が吸収し、高い制振効果が得ら
れる。木材の需要拡大について、従来、木製部材は柱や
梁などの建築物の構造材として利用する場合は木造建設
物に限られていたが、本発明により鉄骨建設物の分野へ
の利用を可能とし、木材の需要拡大に貢献するととも
に、炭素のストック化による地球温暖化防止にも役立
つ。

【００２５】さらに、本建築物用構造材１は、鋼材の強
度と木材の暖かみや調湿機能等の鋼材と木材の各々の長
所を兼ね備えている。すなわち、鋼材を芯部材２とし、
その周囲を接着剤を介在して木製部材３で接着被覆し、
且つ、その端部に芯部材２のみからなる所定長さの継手
部２１を設けて構成しているため、鋼材もしくはそれ以
上の機械的強度が保証される。建築物用構造材の組立に
おける継手部２１の接合方法については、従来の鉄骨建
設物の接合技術がそのまま使用できる。建築物用構造材
は、鋼材からなる芯部材２が一本通って、しかも主要部
２ａに木製部材３を覆着しながらも両端部の継手部２１
を用いて建造物の軸組に締結できるので、鉄骨建築に幅
広く利用できる。そして、建築物用構造材１の意匠面は
木製部材３が現われるので、建造物になったとき、木製
部材３のもつ風合い，色，質感が落ち着きを漂わせる。
橋桁への利用については、橋台への取り付け部となる継
手部２１が鋼材であるため、腐朽等の対策が容易とな
る。加えて、図４のごとく、建築物用構造材の継手部２
１を除く最外側に、彫刻可能な一定厚さのケヤキ等良質
の木質基材５を接着剤を介在して接着被覆すれば、社寺
仏閣等の大断面木質構造材の代替として低コスト提供が
可能となる。

【００２６】尚、本発明においては、前記実施形態に示
すものに限られず、芯部材２，木製部材３，接着剤４，
木質基材５等の形状，大きさ，材質等は用途に合わせて
適宜選択できる。

【００２７】

【発明の効果】以上のごとく、本発明の建築物用構造材
は、鋼材もしくはそれ以上の強度保証が可能で、衝撃等
による振動が少なく、火災等の高熱にも対処し、間伐材
等並材を強度等級区分をせずに使用して、鉄骨建設物の
構造材への利用を可能とするとともに、彫刻可能な大断
面木質構造材の代替を可能とし、鋼材の強度，木材の暖
かみや調湿機能等、鋼材と木材の長所を兼ね備えた建設
資材を提供し、さらには炭素のストック化による地球環
境の保全にも貢献することができるなど多大な効を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の建築物用構造材の端部周りの斜視
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図３】図１の建築物用構造材の側面図である。

【図４】実施形態２の建築物用構造材で、図２に対応す
る断面図である。

【図５】振動減衰性能比較試験１の建築物用構造材で、
図２に対応する断面図である。

【図６】振動減衰性能比較試験２の建築物用構造材で、
図２に対応する断面図である。

【符号の説明】

１建築物用構造材２芯部材２１継手部３木製部材４接着剤５木質基材

フロントページの続き (71)出願人 595098240 株式会社ジャパンテクノメイト三重県津市雲出伊倉津町字14割1187 (72)発明者並木勝義三重県久居市榊原町8176 (72)発明者山吉栄作三重県津市南が丘２丁目27番地５ (72)発明者佐藤暢也愛知県稲沢市北麻積町沼１番５号イイダ産業株式会社内 (72)発明者伊藤久東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者片岡福彦三重県津市雲出伊倉津町字14割1187 株式会社ジャパンテクノメイト内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材からなる軸状の芯部材と、該芯部材
の周囲に接着剤を介在させて接着被覆した木製部材とを
具備し、且つその端部に芯部材のみからなる所定長さの
継手部を設けてなることを特徴とする建築物用構造材。
【請求項２】前記芯部材に被覆した木製部材の最外側
に、所定厚みの良質の木質基材を接着剤を介在させて接
着被覆してなる請求項１記載の建築物用構造材。
【請求項３】芯部材が形鋼で造られる請求項１ないし
２記載の建築物用構造材。
【請求項４】木製部材が、強度等級区分されていない
木材，集成材，並材，間伐材のうちの少なくとも一つで
ある請求項１ないし３記載の建築物用構造材。
【請求項５】強度が芯部材で保証された請求項１ない
し４記載の建築物用構造材。
【請求項６】制振特性としての振動減衰比が前記芯部
材単体の５倍以上となる請求項１ないし５記載の建築物
用構造材。
【請求項７】木製部材が火災時の燃え代として確保さ
れ、芯部材の強度低下を防止するようにした請求項１な
いし６記載の建築物用構造材。