JP2007169899A - 木造軸組耐力壁 - Google Patents

Abstract

【課題】大地震時においても、建物の内装等が破壊されない強度を有する、特に水平方向の剛性を高めた耐力壁を提供する。
【解決手段】横架部材２Ｂ・２Ｕと柱３・３とをがたつきの無い状態で連結し、該横架部材２Ｂ・２Ｕと該柱３・３とを鋼製の圧縮ブレース４・４及び摩擦ダンパー１２によって連結し、鉄筋コンクリートの基礎１３に定着した異形鉄筋５・５を、接着剤６を介して横架部材２Ｂと柱３・３に挿通させ、接合金物７をボルト８及び接着剤によって横架部材２Ｂ・２Ｕ若しくは柱３・３に固設し、接合金物７に、圧縮ブレース４の長軸方向に長孔を形成し、複数の皿バネ１０・１０・・・を介して、圧縮ブレース４の一端をボルト９により接合金物７に連結することによって、該摩擦ダンパー１２を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、梁や柱が木材で構成された木造軸組建物に備えられる耐力壁の技術に関する。

建築基準法施行令第４６条第４項表１（八）に規定されているように、木造軸組工法耐力壁を有する従来の木造建物は、大地震時の建物の倒壊防止や中地震時の損傷防止が性能目標に掲げられている場合が多い。
住宅等の壁面や軸組等の剛性を向上させる技術としては、梁等の横架部材と柱との接合に棒軸状の接合用部材と接着剤を用いる技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。また、コンクリート造の大規模建物においては、壁面内に鋼製ブレースを配設する等して壁面や軸組の建物強度を高める技術が公知となっている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−３６０４５８号公報 特開２０００−３４８４７号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、木造建物の壁面の剛性をある程度高めることはできるが、中地震時の変形量を抑えることに留まるものであり、大地震時の変形量を抑えられるまでには至っていない。また、上記特許文献２の鋼製ブレースは、コンクリートや鉄筋で構成される大規模な建物や鉄骨住宅に用いられるものであり、一般の木造建物等においては用いられていなかった。そのため、従来の木造軸組建物においては、大地震時に耐力壁が大きく剪断変形してしまい、該耐力壁の変形によって内装が破壊されたり、該建物近隣で火事が生じた場合には変形によって生じた耐力壁の裂け目から建物内部に炎が入り込む虞があった。
そこで、本発明の課題は、大地震時においても建物の内装等が破壊されない剛性を有する、特に水平方向の剛性を高めた耐力壁を提供することにある。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、横架部材と柱とをがたつきの無い状態で連結し、該横架部材と該柱とを鋼製の圧縮ブレース及び摩擦ダンパーによって連結したものである。

請求項２においては、前記摩擦ダンパーを、接合金物をボルト及び接着剤によって前記横架部材若しくは前記柱に固設し、該接合金物に、前記圧縮ブレースの長軸方向に長孔を形成し、該圧縮ブレースの一端を複数の皿バネを介してボルトによって接合金物に連結することにより、構成したものである。

請求項３においては、鉄筋コンクリートの基礎に定着した異形鉄筋を、接着剤を介して横架部材と柱に挿通させたものである。

請求項４においては、前記ブレースの一端を高力ボルトによって接合金物に固設して、該接合金物をボルト及び接着剤によって前記柱若しくは前記横架部材に固設したものである。

請求項５においては、前記ブレースを、前記横架部材の中途部と前記柱の中途部とに連結し、該横架部材と該柱から形成される角部に補強部材を配設し、該補強部材を、異形鉄筋と接着剤によって該横架部材及び鉄筋コンクリート基礎に固設したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、鋼製の圧縮ブレースによって該横架部材と柱の変形強度を高めることができ、木造軸組によって構成された耐力壁であっても、水平方向の力に対して剛性が大きなものとすることができる。
より詳しくは、該耐力壁を構成する横架部材と柱の接合をがたつきのない剛性の大きなものとすることによって、耐力壁の水平剛性を該耐力壁を構成する部材の軸方向剛性によって決定でき、一方、耐力壁の降伏荷重は摩擦ダンパーのすべり荷重によって制御することができるのである。

請求項２においては、ブレースと接合金物とが摩擦ダンパーの役割を担い、皿バネの枚数を調節することによって施工時等に該摩擦ダンパーのすべり荷重を容易に調整することができる。また、ブレースが座屈する前にブレースの端部が接合金物上を滑べることが可能であるため、ブレースや接合金物等の構成部材の破壊を防止することが可能となる。また、風や中地震等の揺れに対しては、ブレースや接合金物を滑らせることなく、ブレースが耐風及び耐震機能を果たすことができる。

請求項３においては、柱と下横架部材と鉄筋コンクリートの連結を遊びの無い、即ちがたつきがない強固なものとすることができる。

請求項４においては、接着剤によって柱と接合金物との間の接着が強固なものとなり、ブレースを介して接合金物にかかる剪断力や、接合金物に対して長手方向に作用する剪断力に対する剛性と強度が高まる。その結果、ボルトのみを用いて固設する場合と比べて、耐力壁内部のがたつきを防止できる。

請求項５においては、異形鉄筋によって横架部材に固設された補強部材によって、柱の横架部材に対する相対変形に対する剛性を向上させることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の木造軸組耐力壁１内部を示す正面図、図２はブレース４・４上端部を示す正面拡大図、図３は接合金物７を示す底面図、図４は図２におけるＡ−Ａ矢視断面図、図５はブレース４・４・４・４側端部を示す正面図、図６は接合金物１７を示す側面図、図７は地震時における柱３の荷重変形関係を示した図である。

本発明の木造軸組耐力壁１は、耐力壁の水平剛性と降伏荷重とを別々に制御できるだけでなく、復元力特性をエネルギー吸収効率の良い弾塑性型にしたものである。詳しくは、本発明の木造軸組耐力壁１は、圧縮ブレースタイプのものであり、該圧縮ブレース４・４・４・４の一端にすべり荷重を調節できる摩擦ダンパー１２・１２・１２・１２を配設することにより、該圧縮ブレース４・４・４・４によって水平剛性を高め、該摩擦ダンパー１２によって降伏荷重を制御するものである。
以下、横架部材２Ｂ・２Ｕとは、木材で構成された建物の基礎や土台や胴差しや梁等を指すものであり、木造建物の躯体を構成するために建物壁面内に横方向に固設された部材をいうものである。一方、柱３・３とは、前記躯体を構成するために建物壁面内に縦方向に固設された部材を指すものである。

図１に示すように、本発明の木造軸組耐力壁１は、鉄筋コンクリート基礎１３と、上横架部材２Ｕと下横架部材２Ｂと、柱３・３と、ブレース４・４と、異形鉄筋５・５・・・等から構成されるものであり、鉄筋コンクリート基礎１３の上面に下横架部材２Ｂが固設され、該下横架部材２Ｂの上面に柱３・３が固設されて、該柱３・３の上面に上横架部材２Ｕが支持されている。

詳しくは、上横架部材２Ｕの下面の柱３・３を接合する位置に、柱３・３の長軸方向に向かって穴２ａ・２ａを穿孔し、同様に柱３の上面にも穴３ａ・３ａを穿孔し、それぞれの穴２ａ・３ａに異形鉄筋５を挿入する。穴２ａ・２ａや穴３ａ・３ａには、異形鉄筋５・５が挿入される際に接着剤６が注入され、異形鉄筋５と穴２ａ、若しくは異形鉄筋５と穴３ａとの接合をがたつきのない（遊びの無い）ものとする。
同様に、下横架部材２Ｂの上面には柱３・３の下面を固設する。この場合は、鉄筋コンクリート基礎１３に接着剤６等を用いて異形鉄筋５・５を立設し、該異形鉄筋５・５及び接着剤６を介すことによって、柱３・３と下横架部材２Ｂと鉄筋コンクリート基礎１３の固設をがたつきがない（遊びの無い）強固なものとする。詳しくは、鉄筋コンクリート基礎１３に固設された異形鉄筋５・５が、横架部材２Ｂを貫通して、柱３・３の下部に到達するように構成されている。
ここで、本実施例における接着剤６・１１とは、エポキシ樹脂系の接着剤等をいうものとする。

そして、図１に示すように、上横架部材２Ｕの左右中途部と柱３・３の上下中途部とが摩擦ダンパー１２・１２を介して上ブレース４・４によって連結されており、下横架部材２Ｂの左右中途部と柱３・３の上下中途部とが摩擦ダンパー１２・１２を介して下ブレース４・４によって連結されている。
ブレース４・４・４・４は、溝型鋼等の鋼製部材によって構成される圧縮ブレースであり、一定の応力範囲において圧縮方向若しくは引張方向に弾性変形するものであって、詳しくは、後述する接合金物７・７・１７・１７を介して横架部材２Ｂ・２Ｕ及び柱３・３と連結されるものである。
本実施例においては、上ブレース４・４と上横架部材２Ｕとが摩擦ダンパー１２・１２を介して連結されており、下ブレース４・４と下横架部材２Ｂとが摩擦ダンパー１２・１２・１２・１２を介して連結されている。

このように、横架部材２Ｂ・２Ｕと柱３・３とをがたつきの無い状態で連結し、該横架部材２Ｂ・２Ｕと該柱３・３とを鋼製の圧縮ブレース４・４及び摩擦ダンパー１２によって連結したので、鋼製の圧縮ブレース４・４によって該横架部材２Ｂ・２Ｕと柱３・３の変形強度を高めることができ、木造軸組によって構成された耐力壁１であっても、水平方向の力に対して剛性が大きなものとすることができる。
より詳しくは、該耐力壁１を構成する横架部材２Ｂ・２Ｕと柱３・３との接合をがたつきのない剛性の大きなものとすることによって、耐力壁１の水平剛性を該耐力壁１を構成する部材２Ｂ・２Ｕ・４・４の軸方向剛性によって決定でき、一方、耐力壁１の降伏荷重は摩擦ダンパー１２のすべり荷重によって制御することができるのである。

また、鉄筋コンクリートの基礎１３に定着した異形鉄筋５・５を、接着剤６を介して横架部材２Ｂと柱３・３に挿通させたので、柱３・３と下横架部材２Ｂと鉄筋コンクリート基礎１３の連結をがたつきがない（遊びの無い）強固なものとすることができる。

以下、上ブレース４・４と上横架部材２Ｕ、下ブレース４・４と下横架部材２Ｂとの連結、即ち前記摩擦ダンパー１２・１２・１２・１２の構成について詳述する。
上横架部材２Ｕに固設される接合金物７は鋼等によって形成され、図２及び図３に示すように、上横架部材２Ｕの長軸方向に長く形成された板状部材７ａの下面に、該板状部材７ａに対して略直角方向に向けて左右リブ７ｂが形成されている。つまり、板状部材７ａと左右リブ７ｂとが、側面視においてＴ字状に形成されている。該左右リブ７ｂ下方には、長孔７ｄ・７ｄが穿孔されている。

そして、接合金物７の強度を高める為に、該板状部材７ａ及び該左右リブ７ｂの直角方向に前後リブ７ｃが形成されており、該板状部材７ａと前後リブ７ｃとが、正面視においてＴ字状となるように構成されている。
接合金物７は、板状部材７ａがコーチボルト８・８・８・８によって上横架部材２Ｕに固設され、該板状部材７ａと上横架部材２Ｕとの接合面には接着剤１１が塗布されている。

図２及び図４に示すように、前記上ブレース４・４の上端部にボルト孔４ａが穿孔され、接合金物７にはブレース４・４の長軸方向に向かって長孔７ｄ・７ｄが形成されており、それぞれの長孔７ｄと前記ボルト孔４ａとに高力ボルト９を挿通することによって、上ブレース４・４が接合金物７を介して上横架部材２Ｕに連結される。

そして、高力ボルト９のボルト頭９ａと上ブレース４との間には、１又は複数の皿バネ１０・１０・・・が挟み込まれており、高力ボルト９の締め具合や挟み込む皿バネ１０・１０・・・の枚数によって、前記接合金物７と上ブレース４との間の最大静止摩擦力を調節することができる。本実施例においては、常に高力ボルト９を限界まで締め付ける構成とし、挟み込む皿バネ１０・１０・・・の枚数によって最大静止摩擦力、つまり高力ボルト９や皿バネ１０・１０・・・等が前記長孔７ｄ内を移動し始める最低応力を調節する構成としている。
具体的には、挟ませる皿バネ１０・１０・・・の枚数を増やすことによって、接合金物７上をブレース４が摺動し難くなり、摺動しない応力の範囲においてはブレース４の耐力によって上横架部材２Ｕと柱３の変形を支える構成となる。

前記接合金物７は、上下逆向きに下横架部材２Ｂの上面にも固設される。該接合金物７の構成と、下横架部材２Ｂへの取付構成は、前記上横架部材２Ｕの場合と同様であり、下ブレース４・４下端と接合金物７との連結方法も上ブレース４・４上端のそれと同様である。

このように、前記摩擦ダンパー１２を、接合金物７をボルト８及び接着剤６によって前記横架部材２Ｂ・２Ｕ若しくは前記柱３・３に固設し、該接合金物７に、前記圧縮ブレース４の長軸方向に長孔７ｄを形成し、該圧縮ブレース４の一端を複数の皿バネ１０・１０・・・を介してボルト９によって接合金物７に連結することにより、構成したので、ブレース４と接合金物７とが摩擦ダンパー１２の役割を担い、皿バネ１０・１０・・・の枚数を調節することによって施工時等に該摩擦ダンパー１２のすべり荷重を容易に調整することができる。また、ブレース４が座屈する前にブレース４端部が接合金物７上を滑べることが可能であるため、ブレース４・４・４・４や接合金物７・７等の構成部材の破壊を防止することが可能となる。また、風や中地震等の揺れに対しては、ブレース４や接合金物７を滑らせることなく、ブレース４が耐風及び耐震機能を果たすことができる。

換言すれば、本発明の木造軸組耐力壁１は、該耐力壁１を構成する横架部材２Ｂ・２Ｕと柱３・３とブレース４・４・４・４との接合をガタのない剛性の大きなものとすることによって、耐力壁１の水平剛性を該耐力壁１を構成する部材２Ｂ・２Ｕ・３・３・４・４の軸方向剛性によって決定でき、一方、耐力壁の降伏荷重は摩擦ダンパー１２のすべり荷重によって制御することができるのである。
例えば、木造軸組構造においての耐力壁は、建築基準法で定められている通常の耐力壁と比べて降伏荷重が１倍から２倍程度であるが、初期水平剛性を１０倍から２０倍程度として、復元力特性をエネルギー吸収効率の良い弾塑性型とすることにより、必要以上に降伏荷重が上昇してブレースが座屈したり、接合部が破壊したりしないようにでき、水平変形の小さな段階から振動エネルギーが吸収できるため、大地震時の柱３・３の水平変形角度を１／２００ｒａｄ．程度とすることが可能となる。

以下、ブレース４・４・４・４と柱３・３との接合について詳述する。
図５及び図６に示すように、柱３に固設される接合金物１７は鋼等から構成されるものであり、柱３の長軸方向に長く形成された板状部材１７ａの側面に、該板状部材１７ａの直角方向に向けて左右リブ１７ｂが形成されている。つまり、板状部材１７ａと左右リブ１７ｂとが、平面視においてＴ字上に形成されている。該左右リブ１７ｂには、ボルト孔１７ｄ・１７ｄが穿孔されている。
接合金物１７の強度を高めるために、該板状部材１７ａ及び左右リブ１７ｂの直角方向に複数の前後リブ１７ｃが形成されている。

上下接合金物７と同様に、左右接合金物１７は、コーチボルト１８・１８・・・によって柱３に固設され、該接合金物１７と柱３との接合面には接着剤１１が塗布されている。
上ブレース４の下端部には、孔４ｂが穿孔されており、それぞれの孔４ｂと前記ボルト孔１７ｄとを高力ボルト１９で摩擦接合することによって、上ブレース４が接合金物１７上部を介して柱３に連結される。

このようにして、左右の上ブレース４・４の下端部が、接合金物１７・１７を介して柱３・３に連結され、同様に、左右の下ブレース４・４の上端部も、該接合金物１７・１７を介して柱３・３に連結される。
以上の説明では、上ブレース４・４の上端部と下ブレース４・４の下端部に摩擦ダンパー１２・１２・１２・１２を配設する構成としたが、上ブレース４・４の下端部と下ブレース４・４の上端部に摩擦ダンパー１２・１２・１２・１２を配設する構成、即ち柱３・３側に皿バネ１０・１０・・・を配設する構成としても良く、限定するものではない。

このように、前記ブレース４・４・４・４の一端を高力ボルト１９・１９・１９・１９によって接合金物１７・１７に固設して、該接合金物１７・１７をコーチボルト１８・１８・・・及び接着剤１１によって前記柱３・３若しくは前記横架部材２Ｂ・２Ｕに固設したので、接着剤１１によって柱３・３と接合金物１７・１７との間の接着が強固なものとなり、ブレース４・４・４・４を介して接合金物１７・１７にかかる剪断力や、接合金物１７・１７に対して長手方向に作用する剪断力に対する剛性と強度が高まる。その結果、ボルト１８・１８・・・のみを用いて固設する場合と比べて、耐力壁内部のがたつきを防止できる。

図１に戻って、正面視において、下横架部材２Ｂと柱３・３との接合部内側には、補強部材２０・２０が固設されており、ブレース４・４・４・４からの鉛直方向の剪断力に対して柱３・３等が変形しにくいように構成されている。
詳しくは、下横架部材２Ｂの上面に、柱３・３の側面に接して柱状の補強部材２０・２０を固設する。該補強部材２０・２０の下面には柱３・３の下面と同様に穴２０ａ・２０ａが形成され、下横架部材２Ｂには該穴２０ａ・２０ａと対応した位置に孔２ｂ・２ｂが穿孔される。そして、それぞれの穴２０ａ・２ｂに接着剤６が注入され、異形鉄筋５・５が挿入されて、がたつきがない（遊びが無い）状態で補強部材２０が下横架部材２Ｂに固設される。

詳しくは、図１に示すように、異形鉄筋５・５は下横架部材２Ｂを貫通して前記鉄筋コンクリート基礎１２にまで達するように構成されている。補強部材２０・２０と柱３・３との接合は、接触面に接着剤等を塗布する等して、より強固なものとすることができる。
また、補強部材２０と柱３を同一部材で構成する、即ち柱の下部を幅広として、該柱の下面に２本の異形鉄筋５・５を挿入する構成としても良い。

このように、前記ブレース４・４・４・４を、前記横架部材２Ｂの中途部と前記柱３・３の中途部とに連結し、該横架部材２Ｂと柱３・３から形成される角部に補強部材２０・２０を配設し、該補強部材２０・２０を、異形鉄筋５・５と接着剤６によって該横架部材２Ｂ及び前記鉄筋コンクリート基礎１３に固設したので、異形鉄筋５・５によって横架部材２Ｂに固設された補強部材２０・２０によって、柱３・３の鉄筋コンクリート基礎１３に対する相対変形に対する剛性を向上させることができる。

以上のように、本発明の木造軸組耐力壁１は、異形鉄筋５・５と接着剤６によって柱３・３と横架部材２Ｂ・２Ｕとの接合の剛性を向上させた上で、上記皿バネ１０・１０・・・の枚数を調節することにより、柱３・３の鉄筋コンクリート基礎１３に対する変形量を抑えるものである。
そして、図７に示すように、本発明の木造軸組耐力壁１（図７において、実線で表示。）は、筋交いに木材を使用した建築基準法施行令第４６条に定められた木造軸組耐力壁（図７において、破線で表示。）や、昭和５６年建告第１１００号に定められた耐力壁（図７中、一点鎖線で表示。）と比べて、柱の変形角度が極めて小さくなる。

つまり、従来の筋交いを設けた木造軸組耐力壁にあっては、中地震時（地動８０ｇａｌ）が生じた場合（図７中、点Ａ）において、柱が横架部材に対して１／１５０ｒａｄ．程度に変形し、関東大震災時の小田原における揺れ（例えば、地動４００ｇａｌ。）が生じた場合（図７中、点Ｂ）には、柱が横架部材に対して１／２０ｒａｄ．程度まで変形してしまうため建物の内装が破壊されたり耐力壁自体が破れてしまう。
本発明の木造軸組耐力壁１においては、大地震時（地動４００ｇａｌの揺れ）に遭遇した場合（図７中、点Ｃ）においても、柱３・３の変形量を１／２００ｒａｄ．以内にまで抑えられるようになり、その結果、大地震が生じても、建物の内装が破壊されたり耐力壁自体が破れてしまうことがなくなる。

即ち、皿バネ１０・１０・・・の枚数や、高力ボルト９・９・９・９の締め付け具合によって、皿バネ１０や高力ボルト９や接合金物７・１７がブレース４・４・４・４上を滑り始める剪断力を変化させて、地動４００ｇａｌの揺れに対しても、柱の変形度合が１／２００ｒａｄ．以下となるように調節すると良いのである。

このように、地動４００ｇａｌの揺れに対して、前記柱３の傾きが１／２００ｒａｄ．以下となるように、前記皿バネ１０・１０・・・の枚数を調節したので、関東大震災時の小田原における揺れ（大地震時の揺れ）と同等の揺れが生じた場合であっても、建物の内装が破壊されたり、耐力壁１が破れたりしないため、建物外部の火が建物内に浸入することを防止でき、その結果大地震時において建物密集地の大火を防ぐことができる。

本発明の木造軸組耐力壁１内部を示す正面図。 ブレース４・４上端部を示す正面拡大図。 接合金物７を示す底面図。 図２におけるＡ−Ａ矢視断面図。 ブレース４・４・４・４側端部を示す正面図。 接合金物１７を示す側面図。 地震時における柱３の荷重変形関係を示した図。

符号の説明

１ 木造軸組耐力壁
２Ｂ・２Ｕ 横架部材
３ 柱
４ ブレース
５ 異形鉄筋
６ 接着剤
７・１７ 接合金物
７ｄ 長孔
８・１８ ボルト（コーチボルト）
９・１９ ボルト（高力ボルト）
１０ 皿バネ
１１ 接着剤
２０ 補強部材

Claims (5)

1. 横架部材と柱とをがたつきの無い状態で連結し、
   該横架部材と該柱とを鋼製の圧縮ブレース及び摩擦ダンパーによって連結したことを特徴とする木造軸組耐力壁。
2. 前記摩擦ダンパーを、
   接合金物をボルト及び接着剤によって前記横架部材若しくは前記柱に固設し、
   該接合金物に、前記圧縮ブレースの長軸方向に長孔を形成し、
   該圧縮ブレースの一端を複数の皿バネを介してボルトによって接合金物に連結することにより、
   構成したことを特徴とする請求項１に記載の木造軸組耐力壁。
3. 鉄筋コンクリートの基礎に定着した異形鉄筋を、接着剤を介して横架部材と柱に挿通させたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の木造軸組耐力壁。
4. 前記ブレースの一端を高力ボルトによって接合金物に固設して、該接合金物をボルト及び接着剤によって前記柱若しくは前記横架部材に固設したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の木造軸組耐力壁。
5. 前記ブレースを、前記横架部材の中途部と前記柱の中途部とに連結し、
   該横架部材と該柱から形成される角部に補強部材を配設し、
   該補強部材を、異形鉄筋と接着剤によって該横架部材及び前記鉄筋コンクリート基礎に固設したことを特徴とする請求項３若しくは請求項４に記載の木造軸組耐力壁。

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