JP2003239383A - ハイブリッドラーメンフレーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的小規模な木造建築に適した集成材構法を
実現するため、その構造耐力要素のひとつとなるハイブ
リッドラーメンフレームを提供する。 【解決手段】本発明のハイブリッドラーメンフレーム１
は、柱１１および梁１２の少なくとも一方が、鋼板から
なる芯材１３１，１３２の両側面を一対の中断面集成材
１５，１６で挟み込んだ複合材であり、柱１１と梁１２
とが芯材１３１を介して剛接合されたものである。芯材
１３１は、柱１１と梁１２との接合部にまたがるように
配置され、ボルト１８やドリフトピン１９により、集成
材１５，１６と一体に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、住宅をはじめとす
る比較的小規模な木造建築に好適な、集成材を利用した
ラーメンフレームに関する。

【０００２】

【従来の技術】木造建築の基本的な構法種別としては、
いわゆる在来軸組構法、枠組壁構法、丸太組構法などが
ある。これらの構法は、従来より、建築基準法や同法施
行令、建設省告示などによって、構造部材の材種、寸
法、配置、接合形態その他の仕様が詳細かつ具体的に規
定されていた。また、木造建築の構法としては、床組や
壁組などの構造耐力要素を予め工場で一括生産して現場
で組み立てるプレファブ構法やパネル構法などもある。
かかる構法のうち在来軸組構法や枠組壁構法を基本形式
とするものについては前記建築基準法などの仕様規定が
適用されるが、法規上、想定されていない特殊な構造に
かかる構法については、個別に建設大臣の認定を受ける
必要があった。

【０００３】しかし、阪神淡路大震災の教訓と規制緩和
の観点を踏まえて平成１２年に建築基準法が大改正さ
れ、建築物の構造的性能や防火性能に関する規定が大幅
に変更されることとなった。この法改正では、前記従来
のような「仕様規定」ではなく、建築物が必要とする性
能を明示する「性能規定」を導入することによって、新
規な構法や新規な材料に柔軟に対応できる仕組みが法制
化された。併せて、性能規定を有効ならしめるためのサ
ブシステムとして、建設大臣（国土交通大臣）による新
たな認定制度のほか、型式適合認定制度や型式部材等製
造者認証制度が新たに設けられた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記のような建築基準
法とその関連法規の改正により、木造住宅に利用しうる
構法や材料のバリエーションも拡大することとなった。

【０００５】具体的には、例えば構造躯体の一部に構造
用集成材を利用した建築物について、旧法による仕様規
定では大断面集成材を利用した大断面木造の仕様は基準
化されていたものの、量産を前提とするプレファブ住宅
などの構造躯体に中断面以下の集成材を利用する構法は
原則として認められていなかった。しかし、前記法改正
により部材断面の寸法規制なども緩和され、構造躯体に
中断面以下の集成材を利用した構法についても、一定の
性能基準さえ満たせば型式適合認定や型式部材等製造者
認証を受けられる可能性が生まれた。

【０００６】ラミナを積層接着して形成される集成材
は、天然製材に比べて強度や寸法安定性に優れるととも
に、高い意匠性や造形性も備え、また森林資源の有効活
用に寄与する効果も大きい。そのため、近年では需要も
増加しており、この集成材の長所を十分に活かした木造
住宅の新規な構法の開発が求められているところであ
る。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、住宅をはじめとする比較的小規模な木造建築に適し
た新規な構法として、ラーメン構造を基本形式とする構
造躯体に中断面以下の構造用集成材を利用した集成材構
法を提供することを目的とする。そのために本発明は、
かかる集成材構法の構造耐力要素のひとつとして、集成
材を利用したハイブリッドラーメンフレームの具体的構
成を開示することを解決課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のハイブリッドラーメンフレームは、柱およ
び梁の少なくとも一方が、鋼板からなる芯材の両側面を
一対の中断面または小断面の集成材で挟み込んだ複合材
であり、前記柱と梁とが前記芯材を介して剛接合された
ことを特徴とする。

【０００９】さらに本発明は、柱と梁との接合部に配置
される芯材が、柱および梁のそれぞれに対して、材端か
ら材幅の２倍以上の長さにわたって挟み込まれたことを
特徴とする。

【００１０】すなわち本発明のハイブリッドラーメンフ
レームは、鋼材と集成材との複合材を柱または梁に使用
してなるもので、異種材料のそれぞれの構造的特性を融
合することにより、構造躯体の耐力要素として十分な強
度および剛性を確保しようとするものである。鋼材から
なる芯材は、柱や梁の材長全体にわたって挟み込まれて
も良いが、ラーメンフレームにおいて特に曲げ剛性を確
保すべき部分に限定して配置されても良く、後者のほう
がより経済的である。

【００１１】ハイブリッドラーメンフレームの架構形態
としては、門形ラーメンだけでなく山形ラーメンや台形
ラーメンも可能であり、また２〜３層の複層ラーメンと
することもできる。このようなハイブリッドラーメンフ
レームを複数組、組み合わせて結合することにより、高
い強度や耐震性を備えた構造躯体を構築することができ
る。これにより、空間設計の自由度が大きくなり、大ス
パン、大開口部、大空間などの設計も可能となる。

【００１２】なお、集成材には構造用集成材と造作用集
成材があるが、本発明のハイブリッドラーメンフレーム
に用いられるのは構造用集成材である。構造用集成材の
規格については、平成８年農林水産省告示第１１１号を
もって従前の「構造用集成材の規格」と「構造用大断面
集成材のＪＡＳ」とが一本化され、新たに「構造用集成
材のＪＡＳ」として制定されている。この規格では、
「大断面集成材」とは、断面の短辺が１５ｃｍ以上、か
つ断面積が３００平方ｃｍ以上のものをいい、「中断面
集成材」とは、断面の短辺が７．５ｃｍ以上、長辺が１
５ｃｍ以上であって、大断面集成材以外のものをいう。
また、「小断面集成材」とは、断面の短辺が７．５ｃｍ
未満または長辺が１５ｃｍ未満のものをいう。本発明
は、この規格に基づいて構造用集成材の断面サイズを定
義づける。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。

【００１４】本発明のハイブリッドラーメンフレーム
は、ラーメン構造を基本形式とする構造躯体の一部を構
成するもので、柱および梁の少なくとも一方は、鋼材と
中断面または小断面の集成材との複合材によって形成さ
れる。このハイブリッドラーメンフレームを複数組、組
み合わせることによって、あるいはこのハイブリッドラ
ーメンフレームと他の形態にかかる構造躯体とを複合的
に組み合わせることによって、本発明が目的とするとこ
ろの集成材構法を実現することができる。

【００１５】他の形態にかかる構造躯体としては、本出
願人が並行して開発している集成材ラーメンフレームが
ある。この集成材ラーメンフレームは、柱および梁が中
断面以下の集成材の単材によって形成されるものであ
る。

【００１６】これらのラーメンフレームは、建物の形態
に応じて適宜、組み合わせられる。ラーメンフレームの
形状は、門形、山形、台形などが可能であり、また、単
層でも複層でも可能である。

【００１７】また、ラーメンフレームと連結あるいは置
換しうる構造躯体として、高い壁倍率を有する面材耐力
壁も必要に応じて設けられる。以下、これら構造耐力要
素の具体的な形態を例示する。

【００１８】＜ハイブリッドラーメンフレーム＞図１〜
図３は、本発明にかかるハイブリッドラーメンフレーム
の構成例を示す。例示のハイブリッドラーメンフレーム
１は、スパン３．５ｍ程度の梁勝ち門形ラーメンであ
る。このハイブリッドラーメンフレーム１を構成する柱
１１および梁１２は、鋼板からなる芯材１３１，１３
２，１３３の両側面を一対の中断面集成材１５，１６で
挟み込んだ複合材となっている。

【００１９】例示の形態において各芯材１３１，１３
２，１３３はいずれも厚さ４．５ｍｍの鋼板で、それら
の両側面を挟み込む集成材１５，１６は厚さ１０５ｍｍ
×幅３３０ｍｍの中断面集成材である。ただし、芯材１
３１，１３２，１３３や集成材１５，１６の断面寸法は
これに限定されるものではない。スパンが小さい場合に
は、中断面集成材に替えて小断面集成材を利用すること
もできる。また、実用的なスパンの大きさとしては概ね
８ｍ位まで可能である。

【００２０】柱１１の脚部に配置された芯材１３１は柱
脚金物１４と一体に形成され、この柱脚金物１４が基礎
に埋設された複数本のアンカーボルト１７にナット締結
されている。また、柱１１と梁１２との接合部に配置さ
れた芯材１３２は、柱１１と梁１２の双方に跨がるよう
に中間でＬ字形に屈折した形状を有し、柱１１の集成材
１５および梁１２の１６によって略半分ずつ挟持されて
いる。

【００２１】これらの芯材１３１，１３２は、複数本の
ボルト１８またはドリフトピン１９を介して集成材１
５，１６と一体に結合されている。ボルト１８およびド
リフトピン１９は、いずれもその剪断耐力によって結合
部の強度を担保するが、ボルト１８はナットと締結され
ることにより、対をなす集成材１５，１６を材幅方向に
締め付けるという機能も発揮する。

【００２２】このように、例えば柱１１と梁１２との接
合部において、対をなす集成材１５，１６の間に鋼材か
らなる芯材１３２をサンドイッチ状に挟み込み、この芯
材１３２を接合される相手側の部材にまたがるようにし
て一体に結合することにより、柱１１と梁１２との接合
部に作用する曲げモーメントに対する高い剛性が得られ
る。とくに芯材１３２を、柱１１や梁１２の端面から、
材幅（この例では柱幅および梁せい）の２倍ないし３倍
程度の長さにわたるように配置することにより、接合部
が広い範囲にわたって補強され、きわめて優れた曲げ剛
性が得られることとなる。柱１１の脚部についても同様
に、芯材１３２を柱１１の下端面から柱幅の２倍ないし
３倍程度の長さにわたる範囲まで配置することにより、
柱脚部に作用する曲げモーメントに対して剛性が得られ
る。

【００２３】なお、例示の実施の形態において柱１１お
よび鍼１２の中間部分にそれぞれ配置された短冊状の芯
材１３３は、位置的に曲げモーメントに対向するもので
はなく、対をなす集成材１５，１６の間隔を一定に保持
するためのスペーサーとして機能している。ラーメンフ
レームの剛性を確保するためには、このように、芯材を
各部材の必要な位置にのみ配置するのが経済的である
が、芯材を材長全体にわたって連続するように配置する
ことも可能である。その実施の形態を図４に示す。

【００２４】図４に示すハイブリッドラーメンフレーム
１は、梁１２が傾斜した梁勝ち台形ラーメンである。こ
のハイブリッドラーメンフレーム１においては、柱１１
の芯材１３４は柱１１の材長全体にわたって連続するよ
うに配置され、その上端部が梁１２側に延長されて梁１
２との接合部を一体に形成している。このような形態で
は、柱１２を構成する集成材１５と芯材１３４のそれぞ
れの力学的特性が複合されるとともに、集成材１５が芯
材１３４の面外座屈を拘束することとなり、集成材や形
鋼の単材からなる部材に比べて、小さい外形寸法でも高
い強度や剛性が得られる。また、耐火性能に優れた集成
材１５が鋼材からなる芯材１３４の耐火被覆を兼ねるも
のとなり、防火性能も向上する。

【００２５】ところで、このように部材の端部や接合部
を鋼材で強化する接合形態としては、図５に示すよう
に、柱１１および梁１２の端部にスリットを形成して接
合プレート９を挿入する形態も知られている。このよう
な接合形態は、大断面集成材を用いた構法において従来
より実施されている。しかしながら、このような接合形
態では、スリットを加工するために大径（直径１ｍ前
後）の丸鋸が必要になり、加工のためのコストや手間が
嵩む。したがって、互いに接合される各部材の材長方向
にわたって接合プレート９を十分な長さで配置するには
限界があり、接合部に作用する曲げモーメントに対して
完全な剛接合とするのが困難であった。

【００２６】これに対して本発明のハイブリッドラーメ
ンフレーム１は、対にした集成１５，１６材の間に鋼材
からなる芯材１３１，１３２を挟み込んでいるので、芯
材１３１，１３２を各部材の材長方向に沿って十分な長
さで挟み込むことができる。そして、ボルト１８やドリ
フトピン１９をバランス良く配置することにより、きわ
めて剛性の高い接合構造を得ることができる。また、部
材の端部にスリットを形成する手間が不要となるので、
部材の製作コストも抑えることができる。さらに、芯材
１３１，１３２と集成材１５，１６とがボルト１８やド
リフトピン１９で結合されているので、柱１１や梁１２
の一部が損壊したような場合でも、部分的に解体や交換
をすることが可能になる。

【００２７】＜集成材ラーメンフレーム＞図６〜図７
は、集成材ラーメンフレームの構成例を示す。例示の集
成材ラーメンフレーム２は、スパン３ｍ程度の梁勝ち門
形ラーメンであって、柱２１には断面１２０ｍｍ×３３
０ｍｍの中断面集成材、梁２２には断面１２０ｍｍ（梁
幅）×３９０ｍｍ（梁せい）の中断面集成材をそれぞれ
単材で利用している。ただし、この集成材ラーメンフレ
ーム２についても、各部材の断面寸法やスパンは適宜変
更可能である。

【００２８】柱２１の脚部は、鋼製の柱脚金物２３によ
って、土台を介さずに基礎２４と直結される。柱２１と
梁２２との接合部は、例えば、鋼板製の接合プレート２
５を介して接合される。柱２１の頂部と、これに当接す
る梁２２の下部には、それぞれほぼ同じ深さを有するス
リット２１１，２２１が形成され、これら各スリット２
１１，２２１に接合プレート２５が挿入される。柱２１
と梁２２に跨がって挿入された接合プレート２５は、柱
２１および梁２２の側面から挿入される複数本のボルト
２６およびドリフトピン２７を介して、柱２１および梁
２２と一体に接合される。

【００２９】＜面材耐力壁＞図６〜図８は、前記ラーメ
ンフレーム１，２と併用される面材耐力壁の構成例を示
す。例示の面材耐力壁３は集成材からなる上下の梁材３
１と一体に接合されたもので、上下の横桟材３２１と、
左右両側部の側柱３２２、中央の半柱３２３、側柱３２
２と半柱３２３との間に配置された間柱３２４とによっ
て枠体３２が形成され、この枠体３２の片面に構造用合
板３３が釘打ちされ、他面に石こうボード３４がビス止
めされたものである。

【００３０】例示の形態にかかる面材耐力壁３の大きさ
は、壁長２０００ｍｍ×高さ（梁間）２６１０ｍｍ程度
である。梁材３１は断面１０５ｍｍ（梁幅）×２７０ｍ
ｍ（梁せい）の中断面集成材で、側柱３２２は断面１０
５ｍｍ角の製材、半柱３２３は断面１０５ｍｍ×４５ｍ
ｍの製材である。ただし、この面材耐力壁３について
も、壁長や高さ、各部材の断面寸法は適宜変更可能であ
り、梁材３１には小断面集成材を利用することもでき
る。

【００３１】側柱３２２の上端および下端は、スリット
挿入型の鋼板とほぞパイプとを一体化した連結金物３５
およびドリフトピン３６を介して、上下の梁材３１にそ
れぞれ接合されている。

【００３２】構造用合板３３は厚さ７．５ｍｍ（「構造
用合板のＪＡＳ」適合品）で、側柱３２２、半柱３２３
および横桟材３２１に対しては釘ピッチ７５ｍｍ、梁材
３１および間柱３２４に対しては釘ピッチ１５０ｍｍ
で、ＣＮ５０タイプの釘３７により固定されている。ま
た、石こうボードは厚さ１２．５ｍｍ（ＪＩＳ・Ａ６９
０１適合品）で、梁材および枠体に対し、ビスピッチ１
５０ｍｍでビス止めされている。

【００３３】この種の大壁造面材耐力壁の場合、従来の
建築基準法では、筋違いを設けた場合でも壁倍率の上限
値は５倍と規定されていたが、性能規定が導入された改
正法では、許容応力度設計等による認定を受ければ、５
倍を超える壁倍率も認められるようになった。この面材
耐力壁３は、釘ピッチを従来の仕様規定に定められた１
５０ｍｍから７５ｍｍ、あるいは５０ｍｍ程度まで細か
くするとともに、柱頭・柱脚を高強度の連結金物３５で
強化することにより、実質的な壁倍率を５〜８倍程度ま
で高めることができる。

【００３４】なお、平成１３年４月より施行された「住
宅の品質確保の促進等に関する法律（品確法）」によっ
て、構造体の耐震性能に関しても、より厳しい等級が導
入された。この品確法では、等級３（いわゆる耐震ラン
ク３）を満たす壁倍率の基準耐力を、壁長１ｍにつき
１．９６ｋＮ（２００ｋｇｆ）と定めており、従来の建
築基準法に規定されていた基準耐力である１．２７５ｋ
Ｎ（１３０ｋｇｆ）の約１．５倍の性能を要求してい
る。しかし、本発明の集成材構法に用いる面材耐力壁３
は、この品確法の等級３における壁倍率５倍以上を満足
する高強度耐力壁となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明のハイブリッドラーメンフレーム
は、鋼板からなる芯材の両側面を一対の集成材で挟み込
んだ複合材によって、柱または梁が形成されている。芯
材は、柱や梁において大きな曲げモーメントが作用する
位置に必要な長さにわたって配置され、集成材の割裂や
破壊を防止する。そのため、このハイブリッドラーメン
フレームを組み合わせて構築される構造躯体は、天然製
材を用いて構築される一般的な在来軸組構法に比して強
度や剛性に優れるものとなる。したがって、柱や耐力壁
の配置に関する設計の自由度が増大するとともに、筋違
いや方杖、火打などの補強部材を省略することが可能に
なり、大スパンの空間や間口の大きい開口部を形成する
のが容易になる、また、曲面壁を有する空間や、下層階
と上層階とで柱位置の異なる空間などを形成することも
可能になる。

【００３６】また、柱や梁に用いる中断面集成材は、意
匠性に優れ、天然製材とは異なる趣を備えるので、この
集成材を建物の外観や内観にあらわし仕上げとすること
により、木質素材の温かい風合いと、骨太で力強い印象
を兼ね備えた個性的な空間を形成することができる。

【００３７】また、本発明のハイブリッドラーメンフレ
ームを構成する複合材は、板状の芯材と矩形断面の中断
面集成材とを結合して構成されるので、両材を組み合わ
せるための複雑な加工は特に必要なく、部材製作のため
の手間やコストを低く抑えることができる。

【００３８】また、本発明のハイブリッドラーメンフレ
ームは、柱と梁との接合部に芯材を延長させ、この芯材
をボルトやドリフトピンによって柱・梁と結合すること
ができるので、接合部の加工および組み立てが容易であ
り、加工精度も高い。これにより、現場での施工時間を
短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるハイブリッドラー
メンフレームの正面図である。

【図２】前記ハイブリッドラーメンフレームの上面図で
ある。

【図３】前記ハイブリッドラーメンフレームの側面図で
ある。

【図４】本発明の他の実施の形態にかかるハイブリッド
ラーメンフレームの正面図である。

【図５】集成材からなる部材の接合形態の従来例を示す
正面図である。

【図６】集成材構法を構成する集成材ラーメンフレーム
の正面図である。

【図７】前記集成材ラーメンフレームの側面図である。

【図８】集成材構法を構成する面材耐力壁の正面図であ
る。

【図９】前記面材耐力壁の図８におけるＡ−Ａ’断面図
である。

【図１０】前記面材耐力壁の側面図である。

【符号の説明】

１ ハイブリッドラーメンフレーム １１ 柱 １２ 梁 １３１ 芯材 １３２ 芯材 １３３ 芯材 １５ 中断面集成材 １６ 中断面集成材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田畑 治 大阪市北区大淀中一丁目１番88号 積水ハ ウス株式会社内 Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AA14 AB12 AC24 AG03 AG12 AG31 BA52 BB02 BB08 BB22 BD01 BE07 BE08 BF06 BF08 CA05 CA14 CA77

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱および梁の少なくとも一方が、鋼板か
   らなる芯材の両側面を一対の中断面または小断面の集成
   材で挟み込んだ複合材であり、前記柱と梁とが前記芯材
   を介して剛接合されたことを特徴とするハイブリッドラ
   ーメンフレーム。
2. 【請求項２】 柱と梁との接合部に配置される芯材は、
   柱および梁のそれぞれに対して、材端から材幅の２倍以
   上の長さにわたって挟み込まれたことを特徴とする請求
   項１に記載のハイブリッドラーメンフレーム。