JP2004100303A

JP2004100303A - 木造建造物の補強構造及びその補強方法

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Publication number: JP2004100303A
Application number: JP2002264536A
Authority: JP
Inventors: Susumu Mio; 三尾　享; Akira Mio; 三尾　彰
Original assignee: KENCHIKU SHIRYO KENKYUSYA CO L; KENCHIKU SHIRYO KENKYUSYA CO Ltd; Maruwa Biochemical Co Ltd
Current assignee: KENCHIKU SHIRYO KENKYUSYA CO L; KENCHIKU SHIRYO KENKYUSYA CO Ltd; Maruwa Biochemical Co Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP3884685B2

Abstract

【課題】木造建造物の接合部分を容易かつ低コストで補強し、地震や台風等の外力に対して木造建造物の強度や剛性を十分に確保できるようにする。
【解決手段】ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布１にエポキシ樹脂剤を含侵させから、土台３と柱４の接合部分の表面に接着して接合部分を補強する。エポキシ樹脂剤で鉄板２を接合部分の表面に接着した上から、エポキシ樹脂剤を含侵させた不織布１を接合部分に重ねて接着することにより、更に補強強度を増強すると共に補強強度のバラツキを抑えることができる。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木造建造物の接合部分の補強構造及びその補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から大規模の地震や台風のたびに木造建造物に大きな被害が出ているが、その原因の大半は、建造部材同士の接合部分や耐力壁の破損によって引き起こされている。このため従来から、次のような補強手段が提案されている。すなわちその１は、柱等の連結や組合せ部分に、種々の形状をした補強金具を取り付けて補強するものがある。その２は、高強度の繊維強化シートを使用するもので、例えばアラミド繊維シート（例えば特許文献１及び２参照。）、ガラス繊維シート（例えば特許文献１及び２参照。）、ビニロン繊維シート（例えば特許文献１参照。）あるは炭素繊維シート（例えば特許文献１、２及び３参照。）を、エポキシ樹脂剤により構造物の接合部分の表面に接着するものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３７４８３号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開２００１−９０２５５号公報（第４−５頁）
【特許文献３】
特開平９−１９５５２４号公報（第１頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の補強金具を使用する手段では、しばしば、この補強金具自体が荷重により変形すること、また接合部材にこの補強金物の取付用の孔を開けるために、かなりの断面欠損が生じること、さらにこの補強金具の製造コストや多大な取付コストが掛かるという問題がある。また第２の繊維強化シートを使用する手段では、接合部分の変形や、取付用の孔による断面欠損は防止できるものの、この素材繊維自体がきわめて高価であるために、木造建造物には採用され難いのが実情である。
【０００５】
そこで本発明の目的は、木造建造物に掛かる地震や台風等の外力に対して、強度や剛性を十分に確保することができる、安価な木造建造物の補強構造、及びその補強方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明による木造建造物の補強構造の第１の特徴は、エポキシ樹脂剤を含侵させた、熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布を、木造建造物の接合部分の表面に接着してあることにある。また本発明による木造建造物の補強構造の第２の特徴は、前記特徴１に記載した熱可塑性樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリルのいずれかの１であることにある。なお、ここに記載する木造建造物の接合部分には、筋交い部材の端部の接合部分も含まれる。
【０００７】
このような熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布は、強度も十分で、かつ上述した繊維強化シートに比べて安価であるが、伸び率が６０％と大きいために、従来は木造建造物の補強構造に使用されなかった。しかるに、この不織布にエポキシ樹脂剤を含侵させてコンポシットを形成することによって、延び率を減少させることができ、エポキシ樹脂剤の強力な接着力と相俟って、木造建造物の接合部分のズレ、変形および破損等を防止できることが実験によって判明した。したがって、このような安価な補強構造によって、木造建造物の強度と剛性を高めることができるため、地震や台風等の大きな外力が加わった場合に、木造建造物全体の過大な揺れや破損を防止することができる。
【０００８】
また、この不織布は、幅の大きな原反を容易に製造できるので、接合部分が広い耐力壁や床等の補強構造にも利用できる。さらにこの不織布は、ハサミやカッターで、容易に所定の形状に切断することができ、これにエポキシ樹脂剤を塗って含浸させ、木造建造物の接合部分に貼り付けるだけで補強することができるので、容易かつ短時間で補強することができる。また木造建造物の改修工事等おいて、床下等の作業スペースが狭いところにある接合部分であっても、現場で容易かつ確実に補強することができる。
【０００９】
本発明による木造建造物の補強構造の第３の特徴は、前記特徴１〜２のいずれかに記載したエポキシ樹脂剤を含侵させた不織布に、金属板を重ね合わせて木造建造物の接合部分の表面に接着してあることにある。
【００１０】
すなわち、このように不織布と金属板とを重ね合わせて、接合部分に接着すると、不織布だけを接着した場合よりも、補強強度のばらつきが少なくなると共に、更に補強強度が増大することが実験によって判明した。また熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂剤は、鉄板の発錆を防止するため、特に海岸近辺や湿気の多い地域等での使用に対して、十分な耐力性を確保することができる。なお、不織布と金属板との重ね合わせは、不織布の片面上に金属板を接着する場合に限らず、金属板を挟んで、その両面上に不織布を重ね合わせる場合も含まれる。
【００１１】
本発明による木造建造物の補強構造の第４の特徴は、前記特徴１〜３のいずれかの１に記載した接合部分が、耐力壁の周辺の接合部分であることにある。ここで、耐力壁とは、縦支柱等と横支柱等とで組立てた矩形形状等の枠組に、矩形形状等の構造用面材を嵌め込んだものを意味する。
【００１２】
このように発明を構成することにより、耐力壁と周辺の枠組構造部材との接合部分変形やズレが防止できるので、枠組構造の強度および剛性を高めることができる。したがって地震や台風等の大きな外力が加わった場合の、木造建造物の横揺れや破損を大幅に低減することができる。
【００１３】
本発明による木造建造物の補強方法の第１の特徴は、熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布にエポキシ樹脂剤を含侵させる工程と、この不織布を木造建造物の接合部分の表面に接着する工程とを有することにある。
【００１４】
このように発明を構成することにより、上述した木造建造物の補強構造の第１の特徴に記載したものと同様な作用効果を得ることができる。
【００１５】
本発明による木造建造物の補強方法の第２の特徴は、木造建造物の接合部分の表面にエポキシ樹脂剤によって金属板を接着する工程と、熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布にエポキシ樹脂剤を含侵させる工程と、この不織布を、金属板の表面を覆うようにして木造建造物の接合部分の表面に接着する工程とを有することにある。
【００１６】
このように発明を構成することにより、上述した木造建造物の補強構造の第３の特徴に記載したものと同様な作用効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に示す不織布１は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンを素材とする長繊維１ａを、ランダム方向に順次積層したものを、ローラーで加熱圧縮して、シート状に形成したものである。なお、木造建造物の補強構造として使用する場合には、シート状に形成したものを複数枚重ね合わせて使用する。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレンの他、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリルを使用することもできる。
【００１８】
図２は、土台３に柱４の端部を蟻構造仕口にして、Ｔ字型に組み付けた木造建造物の接合部分の補強構造を示している。この補強構造は、まず接合部分に矩形形状をした鉄板２をエポキシ樹脂剤で接着する。次に、鉄板２よりややサイズの大きい不織布１に、エポキシ樹脂剤を塗布して含浸させ、このエポキシ樹脂剤が固化しない間に、この鉄板を覆うようにして接合部分の表面に接着したものである。
【００１９】
図３は、上述したＴ字型に組み付けた木造建造物の接合部分の表面に、まずＴ字型の鉄板１２をエポキシ樹脂剤で接着し、その上を覆うようにエポキシ樹脂剤を含浸させた横長矩形形状を有する不織布１１ａ，１１ｂを、エポキシ樹脂剤が固化しない間に、それぞれ接着させた補強構造を示している。なお上述したいずれの補強構造についても、まずエポキシ樹脂剤を含浸させた不織布１等に鉄板２等を接着し、この鉄板にエポキシ樹脂剤を塗布して、この不織布と鉄板とを、接合部分に接着してもよい。
【００２０】
このように接合部分を補強することによって、過大な外力が加わった場合にも、土台３等と、柱４等の接合部分のズレや破損を防止でき、この接合部分の剛性と強度とを増強することができる。
【００２１】
図４は、土台２３ａと土台２３ｂとを、蟻構造継手２３ｃによって連結した、木造建造物の接合部分の補強構造を示している。すなわちエポキシ樹脂剤を含浸させた不織布２１を、蟻構造継手２３ｃ部分の周囲に巻きつけて接着したものである。
【００２２】
したがって、過大な外力が加わった場合にも、蟻構造継手２３ｃがいわゆる口をあけるような変形や破損を防止でき、この接合部分の剛性と強度とを増強することができる。
【００２３】
図５は、筋交部材３５の両端部の接合部分の補強構造を示している。筋交部材３５は、土台３３ａと、胴差３３ｂと、柱３４ａ，３４ｂとで形成された矩形形状の空間に、対角線状に斜めに組み付けたものである。図中左上に位置する筋交部材３５の一端は、胴差３３ｂと、柱３４ａとの交点に組み付けてあり、まずこの３本の柱の接合部分に、矩形形状をした鉄板３２ａを、エポキシ樹脂剤によって接着する。そしてエポキシ樹脂剤を含侵させた縦長の不織布３１ａ，３１ｂ，３１ｃを、各々の柱に沿って、鉄板３２ａを覆うように接着させて、筋交部材３５の端部の接合部分を補強する。
【００２４】
一方図中右下に位置する筋交部材３５の他端は、他の手段による補強構造を示している。すなわちこの部分の補強構造は、まず矩形形状をした鉄板３２ｂ，３２ｃを、エポキシ樹脂剤によって、それぞれ筋交部材３５と柱３４ｂとが、土台３３ａに接合する部分に接着する。次にエポキシ樹脂剤を含侵させた縦長の不織布３１ｄ，３１ｅを、ぞれぞれ筋交部材３５と柱３４ｂとに沿って、鉄板３２ｂ，３２ｃを覆うように接着させる。そして最後に、エポキシ樹脂剤を含侵させた縦長の不織布３１ｆを、土台３３ａに沿って、不織布３１ｄ，３１ｅの上から接着してこの筋交部材の端部の接合部分を補強する。
【００２５】
このようにして筋交部材３５の両端部の接合部分を補強することによって、この接合部分の変形やズレを防止できるので、この筋交い構造の剛性と強度を増加させることができる。したがって地震や台風等によって大きな外力が加わった場合にも、木造建造物の過大な揺れや破損を回避することができる。
【００２６】
図６は、土台４３ａと、胴差４３ｂと、柱４４ａ，４４ｂとで形成された矩形形状の空間に、構造用面材からなる耐力壁４６を嵌め込み、この耐力壁の周囲と、これらの柱との接合部分を補強した補強構造を示している。すなわち、まず耐力壁４６を、土台４３ａと、胴差４３ｂと、柱４４ａ，４４ｂとで形成された矩形形状の内側に嵌合するように挿入し、四隅の接合部分にＬ字型の鉄板４２ａ〜４２ｄを、エポキシ樹脂材で接着する。そして、エポキシ樹脂材を含侵させた帯状に形成した不織布４１ａ〜４１ｄを、Ｌ字型の鉄板４２ａ〜４２ｄを覆うようにして、耐力壁４６の周辺端と土台４３ａ等との接合部分に接着して補強する。
【００２７】
したがって、このように耐力壁４６の周辺の接合部分を補強することによって、この耐力壁の剛性と強度を増加させることができ、地震や台風等によって大きな外力が加わった場合にも、木造建造物の過大な揺れや破損を回避することができる。なお上述したように、耐力壁４６の四隅の接合部分にＬ字型の鉄板４２ａ〜４２ｄを接着する代わりに、この耐力壁４６の四辺を全て覆うように縦長の鉄板を、それぞれ接着することにより、耐力壁の強度と剛性とをさらに増加することができる。
【００２８】
【実施例】
本発明による木造建造物の補強構造の強度等について、財団法人　ベターリビングの筑波建設試験センターにおいて実験を行った。図７〜図８に、土台と柱とをＴ字型に連結した部分について、その補強構造の引張強度を比較した実験結果を示す。図７は、この実験に供試した三種の補強構造を示しており、杉材からなる１０５ｍｍ角の土台の中央位置にほぞ穴加工を施し、このほぞ穴に、短ほぞ加工した杉材からなる１０５ｍｍ角の柱を、垂直に取り付けたものである。そして、図（Ａ）に示す補強構造は、従来から使用されてきたＴ字型金具（ＣＰ・Ｔ　１０−Ｚｎ６５）をビス止めして、この接合部分を補強したものである。
【００２９】
図（Ｂ）に示す補強構造は、エポキシ樹脂剤を含浸させた縦長の不織布を接着して、この接合部分を補強したものである。なおこの不織布は、デュポン社製のＴｙｐａｒ　Ｓ３７（登録商標）を使用しており、このＴｙｐａｒ　Ｓ３７は、ポリプロピレンの長繊維を素材とする厚さ０．４３ｍｍの不織布を、二層重ね合わせたものである。図（Ｃ）に示す補強構造は、図（Ａ）に示すＴ字型金具を、エポキシ樹脂剤で接合部分に接着し、その上から図（Ｂ）に示すエポキシ樹脂剤を含浸させた不織布を接着して補強したものである。
【００３０】
図８は、上述した柱を油圧ジャッキ垂直方向に引っ張った時の、最大耐力を示す。なお、この最大耐力は、それそれ３つの供試体について行った実験結果の平均値である。図８から明らかなように、エポキシ樹脂剤を含浸させた不織布を接着した補強構造（Ｂ）は、従来のＴ字型金具による補強構造（Ａ）に比較すると、最大耐力は、７．８８ＫＮ／８．８３ＫＮ＝０．８９と、１０％程度低下する程度で、ほぼ同等の耐力を有する。したがって、補強金具のように変形によるガタが生じないこと、また取り付け作業の容易さ等も考慮すると、補強構造（Ｂ）は、地震や台風に対して、有効な対抗手段となる。またＴ字型金具と、エポキシ樹脂剤を含浸させた不織布とを接着した補強構造（Ｃ）は、従来のＴ字型金具による補強構造（Ａ）に比較すると、最大耐力は、１７．０９ＫＮ／８．８３ＫＮ＝１．９４と、約２倍程度に増加する。したがって、強度および取り付け作業の点で、補強構造（Ｃ）は、地震や台風に対して、極めて有効な対抗手段となる。
【００３１】
次に、図９〜図１０に、耐力壁の周辺の接合部分の補強構造の効果を比較した実験結果を示す。図９は、この実験に供試した耐力壁の三種の補強構造を示しており、土台と胴差と左右の柱によって形成した、横幅１８２０ｍｍ、高さ２６２５ｍｍの枠組内に、厚さ９．５ｍｍの４級構造用パネルを嵌合させ、このパネルの周辺を、周囲を形成する左右の柱と、土台および胴差とに、釘打ちして固定したものである。そして、図（Ａ）に示す補強構造は、従来から使用されてきた角金具（ＣＰ−７）を、パネルの周辺接合部分の四隅にビス止めして、この接合部分を補強したものである。図（Ｂ）に示す補強構造は、パネルの四周辺の接合部分に、エポキシ樹脂剤を含浸させた帯状の不織布を接着したものである。そして、図（Ｃ）に示す補強構造は、図（Ａ）に示す角金具（ＣＰ−７）を、パネルの周辺接合部分の四隅にエポキシ樹脂剤で接着し、その上から図（Ｂ）に示すエポキシ樹脂剤を含浸させた帯状の不織布を接着したものである。
【００３２】
図１０は、上述した耐力壁に横加重を加えた場合に、この耐力壁が破損する直前の最大せん断力を示す。なお、この最大せん強度は、それぞれ３つの供試体について行った実験結果の平均値である。図１０から明らかなように、エポキシ樹脂剤を含浸させた不織布を接着した補強構造（Ｂ）は、従来の角金具による補強構造（Ａ）に比較すると、１５．６１ＫＮ／８．２２ＫＮ＝１．９０と、２倍弱の最大せん断力を有する。また、角金具とエポキシ樹脂剤を含浸させた不織布とを接着した補強構造（Ｃ）は、従来の角金具による補強構造（Ａ）に比較すると、１８．１５ＫＮ／８．２２ＫＮ＝２．２１と、２倍強の最大せん断力を有する。したがって、安価、強度の増加および取り付け作業が容易である等の点で、補強構造（Ｂ）と、補強構造（Ｃ）とは、地震や台風等に対して、極めて有効な対抗手段となる。
【００３３】
図１１〜図１２に、実際の木造家屋の耐力壁に、従来の補強構造と、本発明による補強構造とを適用した場合の、動的耐震実験の比較を示す。すなわち従来の補強構造は、耐力壁の四辺を釘打ちにだけにより、周囲の枠組み部材に固定したものである。また比較する本発明による補強構造は、上記釘打した耐力壁の四辺の接合部に、エポキシ樹脂剤を含浸した帯状の不織布を接着したものである。図１１は、木造家屋の耐力壁の位置と、加速度計の取り付け位置を示す。そして、加振器をこの木造家屋のほぼ中央位置の天井部に設置し、東西および南北方向に、それぞれ１〜２０Ｈｚの正弦波で加振し、三箇所に設置した加速度計で応答加速度を計測した。
【００３４】
図１２に、それぞれの加速度計の設置位置における最大変位量と、その減少率とを示す。図１２から明らかなように、耐力壁の四辺を釘打ち止めした従来の補強構造に比べると、この上からエポキシ樹脂剤を含侵させた不織布を接着した補強構造は、最大変位量がほぼ半減した。したがって、地震や台風によって大きな外力が加わった場合に、木造建造物の横揺れが大幅に低減でき、破損も防止できる。なお、測点３−Ｂ（西側）の変位は、２５％と減少が少ない結果となっているが、これは、計測点が既存の建物と接している部分に近いため、応答変位が抑えられたものと推定される。
【００３５】
【発明の効果】
木造建造物の接合部分に、安価な不織布に強力な接着力を有するエポキシ樹脂剤を含侵させて接着することによって、接合部分の強度と剛性を高めることができるため、地震や台風等の大きな外力が加わった場合に、接合部分の変形やズレを防止でき、木造建造物全体の過大な揺れや破損を防止することができる。また、この不織布は、幅の大きな原反を容易に製造できるので、接合部分が広い耐力壁や床等の補強構造にも利用できる。
【００３６】
さらにこの不織布は、ハサミやカッターで、容易に所定の形状に切断することができ、これにエポキシ樹脂剤を塗って含浸させ、木造建造物の接合部分に貼り付けるだけで補強することができるので、容易かつ短時間で補強することができる。また木造建造物の改修工事等おいて、床下等の作業スペースが狭いところにある接合部分であっても、現場で容易かつ確実に補強することができる。
【００３７】
接合部分に、エポキシ樹脂剤によって金属板を接着し、その上からエポキシ樹脂剤を含侵させた不織布を重ね合わせて接着することによって、補強強度を大幅に増加させ、強度のバラツキを抑えることができる。また、耐力壁の周辺を、エポキシ樹脂剤を含侵させた不織布を接着して補強することによって、この耐力壁構造の強度と剛性とを高めることができるので、地震や台風等の大きな外力に対して、木造建造物の過大な横揺れや破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】不織布の一部拡大構造図である。
【図２】Ｔ字型仕口の接合部分の補強構造図である。
【図３】Ｔ字型仕口の接合部分の他の補強構造図である。
【図４】柱と柱とを長手方向につなぐ蟻構造継手の部分の補強構造図である。
【図５】筋交部材の両端接合部分の補強構造図である。
【図６】耐力壁の周辺接合部分の補強構造図である。
【図７】引張り実験に供試したＴ字型仕口の接合部分の補強構造図である。
【図８】Ｔ字型仕口の接合部分の補強構造の引張り実験結果を示す表である。
【図９】横荷重実験に供試した耐力壁の周辺接合部分の補強構造図である。
【図１０】耐力壁の周辺接合部分の補強構造の横荷重実験結果を示す表である。
【図１１】動的耐震実験に供試した木造建造物の耐力壁と加振器と加速度計の位置を示す断面図である。
【図１２】動的耐震実験結果を示す表である。
【符号の説明】
１，１１ａ〜４１ｄ　　　　　　不織布
２，１２，３２ａ〜４２ｄ　　　鉄板（金属板）
３，１３，２３ａ〜４３ａ　　　土台
３３ｂ，４３ｂ　　　　　　　　胴差
４，１４，３４ａ〜４４ｂ　　　柱
３５　　　　　　　　　　　　　筋交部材
４６　　　　　　　　　　　　　耐力壁

Claims

エポキシ樹脂剤を含侵させた熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布を、木造建造物の接合部分の表面に接着してあることを特徴とする木造建造物の補強構造。
請求項１において、前記熱可塑性樹脂がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリルのいずれかの１であることを特徴とする木造建造物の補強構造。
請求項１〜２のいずれかにおいて、前記エポキシ樹脂剤を含侵させた不織布に金属板を重ね合わせて木造建造物の接合部分の表面に接着してあることを特徴とする木造建造物の補強構造。
請求項１〜３のいずれかの１において、前記接合部分が耐力壁の周辺の接合部分であることを特徴とする木造建造物の補強構造。
熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布にエポキシ樹脂剤を含侵させる工程と、
上記不織布を木造建造物の接合部分の表面に接着する工程とを有する
ことを特徴とする木造建造物の補強方法。
木造建造物の接合部分の表面にエポキシ樹脂剤によって金属板を接着する工程と、
熱可塑性樹脂の長繊維を素材とする不織布にエポキシ樹脂剤を含侵させる工程と、
上記不織布を、上記金属板の表面を覆うようにして上記木造建造物の接合部分の表面に接着する工程とを有する
ことを特徴とする木造建造物の補強方法。