JP2010112026A - 木造建物における軸組構造 - Google Patents

Abstract

【課題】集成材とすることなく、小径木から得られた角材を用いて十分な強度を有する木造建物を提供する。
【解決手段】この木造建物１は、角形の柱２と、２本の梁材３１Ａ、３１Ｂが合わさって構成される第１乃至第４の合成梁３１、・・・と、複数の締結板材４と、複数の角棒材５と、を備え、第１乃至第４の合成梁３１、・・・は各々順に、両方の梁材３１Ａ、３１Ｂが柱２の外郭を挟んで嵌り込むことで両方の梁材３１Ａ、３１Ｂが互いに接触し、各締結板材４が両方の梁材３１Ａ、３１Ｂに設けられた挿通孔と柱２に設けられた水平溝を挿通し、各角棒材５が梁材３１Ａ、３１Ｂと締結板材４に設けられた挿通孔を挿通することにより、柱２に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱や梁に小径木から得られた角材を用いた木造建物における軸組構造に関する。

近年、木造建物における軸組構造において、断面積の大きな柱や梁を得るべく大径木を用いることは、大径木の減少等の理由から非常に困難になってきている。このため、小径木から得られた角材又は板材を複数枚集成し、接着剤や接合部材（例えば、鋼材）によって固着することにより、断面積の大きな集成材を形成して、木造建物の柱や梁に利用することが広く行われている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００７−２６８７３１号公報 特開２００５−３５２６２号公報

しかしながら、安定した品質の木造建物における軸組構造を得るには、このような集成材は全体に亘ってほぼ均等な固着強度を確保しなければならず、そのために、接着剤をむらがないように塗布したり接合部材を一定距離ごとに配置したりする必要があって、それは必ずしも容易な作業ではない。また、接着剤を用いると、衛生環境上好ましくない場合もあり、鋼材などの接合部材を用いると、美感上好ましくない場合が多い。

本発明は係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、集成材とすることなく、小径木から得られた角材を用いて角形の柱や角形の梁を形成しても、十分な強度を有する木造建物における軸組構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の木造建物における軸組構造は、断面四角形で棒状に伸びるものであって、四角形を構成する各辺が第１乃至第４の鉛直面となり、各鉛直面の隣接部分が所定長さにわたって切除された切り欠けが設けられ、第１の鉛直位置において第２及び第４の鉛直面に、第２の鉛直位置において第１及び第３の鉛直面に、第３の鉛直位置において第２及び第４の鉛直面に、第４の鉛直位置において第１及び第３の鉛直面に、それぞれ２個の切り欠けの間に刻設される水平溝が形成された角形の柱と、断面四角形で棒状に伸びる線対称形状の２個の梁材が結合されるものであって、両梁材は、四角形を構成する各辺が、互いに対向する鉛直面と水平面となり、一の鉛直面に段形状に切除して形成された嵌合凹所、嵌合凹所の両側であって対向する鉛直面間を貫通し、かつ嵌合凹所に連通した２個の締結板挿通孔、両締結板挿通孔に平面的に重なる範囲でもって対抗する水平面間を貫通した２個の角棒挿通孔、を有する第１乃至第４の合成梁と、対抗する水平面間を貫通した２個の角棒挿通孔を有し、前記締結板挿通孔に挿通される複数の締結板材と、前記梁材及び締結板材の両角棒挿通孔に挿通される複数の角棒材と、を備え、第１乃至第４の合成梁は各々順に、両方の梁材の嵌合凹所が柱の外郭を挟んで嵌り込むことで両方の梁材が互いに接触し、各締結板材が両方の梁材の締結板挿通孔と柱の水平溝を挿通し、各角棒材が梁材の角棒挿通孔と締結板材の角棒挿通孔を挿通することにより、柱に固定されていることを特徴とする。

本発明の木造建物における軸組構造によれば、集成材とすることなく、柱や梁に小径木から得られた角材を用いて角形の柱や角形の梁を形成しても、十分な強度を有するので、安定した品質の木造建物を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る木造建物における軸組構造（以下、軸組構造と略称する）１を構成する軸組の接合部近傍を左斜め上から見た斜視図である。同図において、矢印Ｆで示す方向を正面視の方向とする。この軸組構造１では、図に示すように、鉛直方向に延びる角形の柱２に、第１の合成梁３１、第１の合成梁３１に接触してそれと直交方向に位置する第２の合成梁３２、第２の合成梁３２に接触してそれと直交方向に位置する第３の合成梁３３、第３の合成梁３３に接触してそれと直交方向に位置する第４の合成梁３４が、上から順に固定されている。従って、第１の合成梁３１と第３の合成梁３３は平行になっており、第２の合成梁３２と第４の合成梁３４も平行になっている。第１乃至第４の合成梁３１、３２、３３、３４と柱２の固定には、後に詳述するように、締結板材４、４、・・・と角棒材５、５、・・・が用いられている。なお、図１においては、柱２の正面に向かう鉛直面が第１の鉛直面２１、それから反時計回りに、第２の鉛直面２２、第３の鉛直面２３、第４の鉛直面２４となっている。また、図１（後述の図２、３、７も同様）においては全長を描いてはいないが、柱２や第１乃至第４の合成梁３１、３２、３３、３４は、軸組構造１にとって適度なところまで延びている。

図２は柱２の形状を示すものであって、（ａ）が第４の鉛直面２４を示す左側面図、（ｂ）が第１の鉛直面２１を示す正面図である。第２の鉛直面２２を示す右側面図は左側面図と同じであり、第３の鉛直面２３を示す背面図は正面図と同じであるので、これらの図示は省略する。柱２は、断面四角形で棒状に伸びるものであって、四角形を構成する各辺が第１乃至第４の鉛直面２１、２２、２３、２４となり、各鉛直面の中間部における隣接部分が所定長さにわたって切除された切り欠け６０、６０、・・・が設けられる。これら４個の切り欠け６０、６０、・・・の所定長さは、第１乃至第４の合成梁３１、３２、３３、３４の鉛直方向長さの和となる。また、これら４個の切り欠け６０、６０、・・・のうち、それぞれ２個の切り欠けの間に水平溝６１、６１、・・・が形成される。具体的には、第１の鉛直位置Ｖ１において第２及び第４の鉛直面２２、２４に、第２の鉛直位置Ｖ２において第１及び第３の鉛直面２１、２３に、第３の鉛直位置Ｖ３において第２及び第４の鉛直面２２、２４に、第４の鉛直位置Ｖ４において第１及び第３の鉛直面２１、２３に、それぞれ水平溝６１、６１、・・・が刻設されている。

第１乃至第４の合成梁３１、３２、３３、３４の構造は、全て同じであるので、以下、第１の合成梁３１について説明する。第１の合成梁３１は、断面四角形で棒状に伸びる線対称形状の２個の梁材３１Ａ、３１Ｂが結合されるものである。図３（ａ）は、図１のＸ−Ｘで示す面で第１の合成梁３１を切断した平面視断面図である。

図３（ｂ）は梁材３１Ａの平面図、（ｃ）は正面図、（ｃ）は背面図である。底面図は平面図と線対称であるので省略する。梁材３１Ａは、四角形を構成する各辺が、互いに対向する鉛直面３１１、３１３と水平面３１２、３１４となり、一の鉛直面３１１に段形状に切除された嵌合凹所３１ａが形成されている。嵌合凹所３１ａは、開口側の部分３１ａａと、底部側の部分３１ａｂと、により段形状を成し、線対称形状の梁材３１Ｂを結合した状態では、柱２の切り欠け６０、６０、・・・が存在する箇所の断面形状に対応したものとなる。また、梁材３１Ａには、嵌合凹所３１ａの両側であって対向する鉛直面３１１、３１３間を貫通し、かつ嵌合凹所３１ａに連通した２個の締結板挿通孔３１ｂ、３１ｂが形成されている。さらに、梁材３１Ａには、両締結板挿通孔３１ｂ、３１ｂに平面的に重なる範囲でもって対抗する水平面３１２、３１４間を貫通する２個の角棒挿通孔３１ｃ、３１ｃが形成されている。なお、梁材３１Ｂの形状は梁材３１Ａと線対称形状であるので、その説明は省略する。

図４（ａ）、（ｂ）は、締結板材４の平面図、正面図である。この締結板材４は、対抗する水平面４２、４４間を貫通した２個の角棒挿通孔４ｃ、４ｃが設けられている。締結板材４は、上記の両締結板挿通孔３１ｂ、３１ｂに挿通される。この場合、角棒挿通孔４ｃ、４ｃは、梁材３１Ａ、３１Ｂの角棒挿通孔３１ｃ、３１ｃと平面的位置が重合する。

第１乃至第４の合成梁３１、３２、３３、３４と柱２との固定構造は全て同じであるので、以下、第１の合成梁３１と柱２との固定構造について説明する。まず、第１の合成梁３１を構成する梁材３１Ａ、３１Ｂの嵌合凹所３１ａ、３１ａが柱２の外郭を挟んで嵌り込むことで両方の梁材３１Ａ、３１Ｂが互いに接触している。この場合、梁材３１Ａ、３１Ｂの締結板挿通孔３１ｂ、３１ｂと柱２の水平溝６１は、締結板材４が挿通できるような一連の貫通孔になり、これが２個形成されることになる。そして、これら２個の貫通孔に、それぞれ締結板材４、４が挿通している。その状態では、梁材３１Ａ、３１Ｂの角棒挿通孔３１ｃ、３１ｃ、・・・は各々、締結板材４、４、・・・の角棒挿通孔４ｃ、４ｃ、・・・と連続した貫通孔を成し、それらに角棒材５、５、・・・が挿通している。なお、角棒材５、５、・・・は、第１乃至第４の合成梁３１、３２、３３、３を全て挿通するようにしてもよいし、２個に分けてもよいし、合成梁ごとに分けてもよい。

このような軸組構造の強度について実験した結果を以下に示す。図５は、実験用軸組の試験体７を示す正面図である。試験体７は、２本の柱２、２’の間の上部に第２の合成梁３２と第４の合成梁３４が渡され、試験機械に接する下端に土台７Ａ、その少し上側に足固め７Ｂが渡されている。柱２には、上記と同様に、第２及び第４の合成梁３２、３４の他に、それらと垂直方向に、短尺の第１及び第３の合成梁３１、３３が固定されている。柱２’には、第２及び第４の合成梁３２、３４の他に、それらと垂直方向に、短尺の第１及び第３の合成梁３１’、３３’が固定されている。合成梁３１、３１’、３２、３３、３３’、３４及び足固め７Ｂは各々、上記の通り、２本の梁材が合わさることにより構成されている。それらの梁材及び柱２、２’は全て１２０ｍｍ角材を用い、試験体７は幅１８２０ｍｍ×高さ２７３０ｍｍの大きさとした。

実験は、静的加力試験機（鷺宮製作所 ダイナミックサーボ ＳＬＴ−１０Ｓ）を用い、第２の合成梁３２に対し、その長さ方向に正負の荷重を繰り返し加える。そうすると、図５に示すように、２本の柱２、２’の上部は揺動し、柱２、２’と合成梁３１、３１’、３２、３３、３３’、３４との接合部には大きなストレスがかかる。

図６は、実験結果の復元力特性を示すグラフである。縦軸は荷重（ｋＮ）であり、横軸は柱２、２’の鉛直方向からの変形角（ｒａｄ）である。荷重は、変形角が順に、±１／２００ｒａｄ、±１／１５０ｒａｄ、±１／１２０ｒａｄ、±１／１００ｒａｄ、±１／７５ｒａｄ、±１／５０ｒａｄ、±１／３０ｒａｄ、±１／２０ｒａｄ、±１／１５ｒａｄになるまで加えた。図６より、試験体７は、変形が進むにつれて耐力が増加する復元力を示し、十分な強度を有している。これは、合成梁３１、３１’、３２、３３、３３’、３４及び足固め７Ｂの各々を構成する２本の梁材が柱２、２’を両側から挟んだ構造であるため、断面欠損が少なく、また、接触面が広くとれることが特に寄与していると考えられる。

このように、この木造建物における軸組構造１は、集成材とすることなく、断面積の小さな角材、すなわち小径木から得られた角材を用いて角形の柱や角形の梁を形成しても、十分な強度を有するので、安定した品質の木造建物を得ることができる。

以上、本発明の実施形態に係る木造建物における軸組構造について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更や追加が可能である。例えば、柱２とその他の柱との間の距離が長くなる場合は、その中間の位置に、第１及び第３の合成梁３１、３３（又は第２及び第４の合成梁３２、３４）に上記と同様にして接合される図７に示すような短尺の柱状体８を設けることにより、より木造建物１の強度を増すようにすることができる。

本発明の実施形態に係る木造建物における軸組構造の接合部近傍を示す斜視図である。 同上の柱の形状を示す左側面図と正面図である。 （ａ）は同上の第１の合成梁の平面視断面図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれを構成する１つの梁材の平面図、正面図、背面図である。 同上の締結板材を示す平面図と正面図である。 実験用軸組の試験体を示す正面図である。 同上の実験の結果である復元力特性を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る木造建物における軸組構造に追加することができる構造の斜視図である。

符号の説明

１ 木造建物
２ 柱
２１ 第１の鉛直面
２２ 第２の鉛直面
２３ 第３の鉛直面
２４ 第４の鉛直面
３１ 第１の合成梁
３１Ａ 第１の合成梁を構成する１つの梁材
３１Ｂ 第１の合成梁を構成するもう１つの梁材
３１ａ 第１の合成梁の嵌合凹所
３１ｂ 第１の合成梁の締結板挿通孔
３１ｃ 第１の合成梁の角棒挿通孔
３２ 第２の合成梁
３３ 第３の合成梁
３４ 第４の合成梁
４ 締結板材
４ｃ 締結板材の角棒挿通孔
５ 角棒
６０ 切り欠け
６１ 水平溝
Ｖ１ 第１の鉛直位置
Ｖ２ 第２の鉛直位置
Ｖ３ 第３の鉛直位置
Ｖ４ 第４の鉛直位置

Claims (1)

1. 断面四角形で棒状に伸びるものであって、四角形を構成する各辺が第１乃至第４の鉛直面となり、各鉛直面の隣接部分が所定長さにわたって切除された切り欠けが設けられ、第１の鉛直位置において第２及び第４の鉛直面に、第２の鉛直位置において第１及び第３の鉛直面に、第３の鉛直位置において第２及び第４の鉛直面に、第４の鉛直位置において第１及び第３の鉛直面に、それぞれ２個の切り欠けの間に刻設される水平溝が形成された角形の柱と、
   断面四角形で棒状に伸びる線対称形状の２個の梁材が結合されるものであって、両梁材は、四角形を構成する各辺が、互いに対向する鉛直面と水平面となり、一の鉛直面に段形状に切除して形成された嵌合凹所、嵌合凹所の両側であって対向する鉛直面間を貫通し、かつ嵌合凹所に連通した２個の締結板挿通孔、両締結板挿通孔に平面的に重なる範囲でもって対抗する水平面間を貫通した２個の角棒挿通孔、を有する第１乃至第４の合成梁と、
   対抗する水平面間を貫通した２個の角棒挿通孔を有し、前記締結板挿通孔に挿通される複数の締結板材と、
   前記梁材及び締結板材の両角棒挿通孔に挿通される複数の角棒材と、を備え、
   第１乃至第４の合成梁は各々順に、両方の梁材の嵌合凹所が柱の外郭を挟んで嵌り込むことで両方の梁材が互いに接触し、各締結板材が両方の梁材の締結板挿通孔と柱の水平溝を挿通し、各角棒材が梁材の角棒挿通孔と締結板材の角棒挿通孔を挿通することにより、柱に固定されていることを特徴とする木造建物における軸組構造。

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