JP2011162938A - 木造建築における耐震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震の発生時に、楔又は第１木材が圧縮変形されても、第１木材と第２木材との締結力が低減するおそれを抑制することができる木造建築における耐震構造を提供する。
【解決手段】第１木材としての縦材１１の長さ方向と直交する方向に形成された貫通孔１２に第２木材としての横材１３を挿通する。その貫通孔１２と横材１３との楔打ち込み空間に楔１４を打ち込む。楔１４に対して打ち込み方向に付勢力を作用させるためのバネ１９を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、耐震性能に優れた木造建築における耐震構造に関するものである。

従来、木材締結装置において、垂直に起立する第１木材としての縦材に対して、貫や虹梁等の第２木材としての横材を組み付ける場合には、例えば図９に示すような構成が採用されている。この木材締結装置においては、縦材３１に貫通孔３２が水平方向に形成され、その貫通孔３２に横材３３が挿通されている。貫通孔３２の上部の傾斜面と、横材３３の上面との間に形成された楔打ち込み空間には、一対の木製の楔３４が互いに接近するように打ち込まれている。そして、この楔３４の打ち込みにより、横材３３が貫通孔３２の下面に圧接されて、縦材３１と横材３３とが締結されている。

しかしながら、従来の木材締結装置においては、縦材３１の貫通孔３２と横材３３との楔打ち込み空間に楔３４を打ち込むという単純な構成となっている。このため、地震の発生時に、前記横材３３が水平状態のまま縦材３１が横方向に揺動すると、横材３３の上面と楔３４の上下面とに大きな圧縮力が作用し、この圧縮力によって楔３４の上面が縦材３１により減り込み応力を受けて圧縮された形に変形し、楔３４としての機能が減衰される。この結果、楔３４による縦材３１と横材３３との締結力が著しく低減し、地震によって前記縦材３１と横材３３に作用するエネルギーを吸収する能力が低減し、耐震性能が低下するという問題があった。

一方、木材締結装置において、２本の木材を平行に又は交差するように重ね合わせた状態でボルト及びナットにより締め付け固定する締め付け構成としては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるような構成が従来から提案されている。

特許文献１に記載の従来構成においては、重ね合わされた二本の木材に形成された貫通孔にボルトが貫通され、該ボルトに螺合されたナットと、一方の木材との間に楔フランジがボルトを貫通するように介在されている。前記楔フランジと木材との間には、楔ワッシャがボルトの半径方向へ移動可能に介装されている。前記楔ワッシャはバネ部材によって食い込み方向に付勢されている。そして、木材が乾燥して収縮した場合に、楔ワッシャの食い込みにより、ボルト及びナットの緩みが防止されるようになっている。

又、特許文献２に記載の従来構成においては、重ね合わされた二本の木材に形成された貫通孔にボルトが貫通され、該ボルトに螺合されたナットにより木材が締結されている。木材とボルトの頭部との間には、折り返した板バネの二つの基端部が前記ボルトを挿通するように介在されている。前記板バネの基端部間には、一対の楔片がボルトの軸部両側から挿入配置されている。一方の楔片と板バネとの間には、一方の楔片を他方の楔片側に移動付勢するためのコイルバネが介装されている。そして、木材が乾燥して収縮した場合に、楔片の食い込み移動により、ボルト及びナットの緩みが防止されるようになっている。

特開平１０−３７９３５号公報（明細書の段落００１２〜００１９及び図１） 特開２００３−２７８２８０号公報（明細書の段落００５及び図１）

特許文献１及び特許文献２に記載の従来構成では、重合状態の２本の木材をボルト及びナットにより締め付け固定する構成において、木材が収縮した際に、楔ワッシャ又は楔片の食い込み作用により、ボルト及びナットの締め付け状態に緩みが生じるのを防止するようになっている。ところが、上記従来の緩み防止構造は、地震が発生した際に、互いに重合された２本の木材がボルトを剪断する方向に反対方向への外力を受けても、２本の木材及び楔片が圧縮されることはなく、地震エネルギーを吸収する効果は発揮されないという問題があった。

又、従来の緩み防止構造は、ボルト及びナットによって２本の木材を締め付ける構成のため、図９に示す互いに直交する縦材と横材の締結装置には適用できない。
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、地震の発生時に、第１木材又は楔が圧縮変形されても、第１木材と第２木材との楔による締結力が低減されるのを抑制することができる木造建築における耐震構造を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１木材に対し、その長手方向と直交する方向に貫通孔を形成し、その貫通孔に対し、第２木材を挿通するとともに、前記貫通孔のうち第２木材の貫通する部分を除いた余剰部分を楔打ち込み空間とし、打ち込んだ楔に対して常時打ち込み方向の付勢力を作用させるための付勢手段を設けたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の木造建築における耐震構造において、前記楔は貫通孔の両端部から中心部に向かって一対打ち込まれ、両楔に形成されたボルト挿通孔には、共通の締付ボルトが挿通され、前記締付ボルトの一端部又は両端部に設けられた係止部材と、楔との間には、バネが介装されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の木造建築における耐震構造において、前記両楔には締付ボルトの両端部、係止部材及びバネを収容する収容孔が形成され、両収容孔の開口端部には蓋が嵌着されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の木造建築における耐震構造において、前記締付ボルト、係止部材及びバネは、耐腐蝕性材料により形成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の木造建築における耐震構造において、前記楔は貫通孔の両端部から中心部に向かって一対打ち込まれ、付勢手段は、前記一対の楔の対向端面に連結され、かつ両楔を磁気力によって互いに接近する方向に付勢する第１及び第２永久磁石により構成されていることを要旨とする。

（作用）
この発明においては、常に付勢手段により、楔が貫通孔と第２木材との楔打ち込み空間に対する打ち込み方向に付勢された状態にある。よって、地震の発生時に、第１木材に作用する横揺れ荷重によって、第１木材又は楔が圧縮変形しても、付勢手段によって楔が楔打ち込み空間内に押し込まれて、楔の本来の機能を発揮することができ、第１木材と第２木材との締結力が低減するおそれを抑制することができる。

この発明によれば、地震の発生時に、第１木材と第２木材に作用するモーメント荷重によって、第１木材又は楔が圧縮されて変形されても、楔を正規の楔打ち込み空間に押し込むことができ、楔による第１木材と第２木材との締結力が低減するのを抑制することができる。

この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第１実施形態を示す要部縦断面図。 図１の２−２線における要部断面図。 （ａ）は図１の木造建築における耐震構造における荷重と水平変位との関係を示す特性図、（ｂ）は従来の木造建築における耐震構造の荷重と水平変位との関係を示す特性図。 第２実施形態の木造建築における耐震構造を示す要部縦断面図。 第３実施形態の木造建築における耐震構造を示す要部縦断面図。 第４実施形態の木造建築における耐震構造を示す要部縦断面図。 第５実施形態の木造建築における耐震構造を示す要部縦断面図。 第６実施形態の木造建築における耐震構造を示す要部縦断面図。 従来の木造建築における耐震構造を示す要部縦断面図。

（第１実施形態）
以下に、この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第１実施形態を、図１〜図３に従って説明する。

図１に示すように、木造建築における耐震構造において、垂直に起立する第１木材としての縦材１１には、貫通孔１２が縦材１１の長さ方向と直交する水平方向に延びるように形成されている。縦材１１の貫通孔１２には、貫や虹梁等の第２木材としての横材１３が挿通されている。図２に示すように、貫通孔１２の幅ｗ１は、横材１３の幅ｗ２とほぼ同一となるように形成され、貫通孔１２の高さｈ１は、横材１３の高さｈ２の約１．２〜１．３倍となるように形成されている。

図１に示すように、前記貫通孔１２と横材１３との下側接合部には、互いに係合可能な凸部１２ａ及び凹部１３ａが形成されている。そして、この凸部１２ａと凹部１３ａとの係合により、横材１３が貫通孔１２に対する所定の挿通位置に位置決めされている。貫通孔１２の上部内頂面には、その両端部から中心部に向かって次第に低くなる二つの傾斜面１２ｂが形成されている。

図１及び図２に示すように、前記縦材１１の貫通孔１２上部空間と、横材１３の上面との間の楔打ち込み空間には、一対の木製の楔１４が該空間の両端部から中心部に向かって打ち込まれている。各楔１４の内外両端部間には、断面円形状のボルト挿通孔１４ａ及び断面四角状の収容孔１４ｂが水平方向に貫通形成されている。両楔１４間には、両端にネジ部１５ａを有する締付ボルト１５が収容孔１４ｂからボルト挿通孔１４ａを介して挿通されている。

図１及び図２に示すように、前記各楔１４の収容孔１４ｂ内において、締付ボルト１５の両端部には各一対の座金１６，１７が嵌挿されている。各楔１４の収容孔１４ｂ内において、締付ボルト１５の両端ネジ部１５ａには係止部材としてのナット１８が螺合されている。各一対の座金１６，１７間には、圧縮バネ１９が介装されている。そして、この圧縮バネ１９により、常に両楔１４に対して打ち込み方向への付勢力が付与され、横材１３が縦材１１の貫通孔１２の底面に圧接されて、縦材１１と横材１３とが締結されている。この実施形態では、前記締付ボルト１５、座金１６，１７、ナット１８及び圧縮バネ１９によって、前記両楔１４を楔打ち込み空間に押し込む付勢手段が構成されている。前記締付ボルト１５、座金１６，１７、ナット１８及び圧縮バネ１９としては、錆に強いステンレス鋼等の耐腐蝕性材料の金属が用いられている。

図１に示すように、前記各楔１４の収容孔１４ｂ内に締付ボルト１５、座金１６，１７、ナット１８及び圧縮バネ１９が収容された状態で、収容孔１４ｂの開口端部には木製の蓋２０が嵌着されている。これにより、金属製の締付ボルト１５、座金１６，１７、ナット１８及び圧縮バネ１９が外部に露出することなく、木製の楔１４の内部に隠蔽されている。

次に、前記のように構成された木造建築における耐震構造の作用を説明する。
さて、この木造建築における耐震構造においては、圧縮バネ１９の付勢力が締付ボルト１５を介して両楔１４に付与されて、それらの両楔１４が常に打ち込み方向に移動付勢されている。このため、両楔１４の楔作用により、横材１３が貫通孔１２の底面に圧接されて、縦材１１と横材１３とが強固に締結された状態にある。よって、地震の発生により縦材１１が横方向に揺動されてモーメント荷重が作用し、楔１４の上面が圧縮された形に変形した場合に、楔１４が圧縮バネ１９によって楔打ち込み空間に押し込まれ、常に適正な打ち込み位置に維持される。

ちなみに、図１に示す実施形態の木造建築における耐震構造について、縦材１１に地震に相当する横揺れ荷重を繰り返し掛けた場合の縦材１１の水平変位と、楔１４が分担する荷重とを測定したところ、図３（ａ）の特性図に示すような結果が得られた。又、図９に示す従来の木材締結装置について、同様の測定を行ったところ、図３（ｂ）の特性図に示すような結果が得られた。両特性図を比較すれば明らかなように、この実施形態の木材締結装置によれば、図３（ａ）に示す１サイクルの履歴ループ特性の面積Ｓ１が、図３（ｂ）に示す従来の同じ履歴ループ特性の面積Ｓ２よりも広く、つまり履歴消費エネルギーが大きくなって、優れた耐震性を発揮することが判明した。

従って、第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１実施形態においては、第１木材としての縦材１１の長さ方向と直交する方向に形成された貫通孔１２に、第２木材としての横材１３が挿通されている。貫通孔１２と横材１３との楔打ち込み空間には、楔１４が打ち込まれている。そして、楔１４に対して打ち込み方向に付勢力を作用させるためのバネ１９が設けられている。このため、常に楔１４がバネ１９により、貫通孔１２と横材１３との楔打ち込み空間に対する打ち込み方向に付勢された状態にある。よって、地震の発生により縦材１１が横方向に揺動されて縦材１１に横揺れ荷重が作用し、楔１４の上面が圧縮された形に変形した場合に、楔１４が楔打ち込み空間に押し込まれて楔作用が維持され、地震のエネルギーを効果的に吸収することができる。

（２）第１実施形態においては、一対の楔１４が貫通孔１２の両端部から中心部に向かって打ち込まれ、両楔１４間に締付ボルト１５が挿通されている。そして、締付ボルト１５の端部と楔１４との間に、一対の圧縮バネ１９が介装されている。このため、一対の楔１４と一対の圧縮バネ１９との協働作用により、縦材１１と横材１３とを強固に締結することができる。

（３）第１実施形態においては、楔１４に締付ボルト１５及びバネ１９を収容するための収容孔１４ｂが形成され、その収容孔１４ｂの開口端部に蓋２０が嵌着されている。このため、金属製の締付ボルト１５及びバネ１９を楔１４の内部に隠蔽することができて、木材締結装置の美感を保つことができる。

（第２実施形態）
次に、この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

さて、この第２実施形態においては、図４に示すように、一対の楔１４のうちで、一方の楔１４と締付ボルト１５の一端部との間のみに、圧縮バネ１９が介装されている。そして、この圧縮バネ１９により、締付ボルト１５を介して両楔１４が打ち込み方向に移動付勢されている。

従って、この第２実施形態においては、部品点数を低減することができるが、その他の効果は、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様である。
（第３実施形態）
次に、この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第３実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

さて、この第３実施形態においては、図５に示すように、前記第１実施形態の圧縮バネ１９に代えて、両楔１４と締付ボルト１５の端部との間に付勢手段としての皿バネ２４が介装されている。

従って、この第３実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（第４実施形態）
次に、この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第４実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

さて、この第４実施形態においては、図６に示すように、締付ボルト１５が２つに分割され、その分割された締付ボルト１５の内端部間に付勢手段としての引張バネ２５が掛装されている。そして、この引張バネ２５により、締付ボルト１５を介して両楔１４が打ち込み方向に移動付勢されている。

従って、この第４実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
次に、この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第５実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

この第５実施形態においては、図７に示すように、楔１４が一箇所にのみ打ち込まれている。楔１４に形成されたボルト挿通孔１４ａには、ボルト２６が貫通され、該ボルト２６の頭部２６ａが前記楔１４の外端面に係止されている。前記ボルト２６の先端部には、引張り圧縮バネ１９ａの一端が係止されている。前記縦材１１の側面には、金属製の係止板２７が当接され、該係止板２７に貫通した係止ボルト２８に前記引張り圧縮バネ１９ａの他端が係止されている。前記係止ボルト２８にはナット２９が螺合されている。

従って、この第５実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（第６実施形態）
次に、この発明を具体化した木造建築における耐震構造の第６実施形態を、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

この第６実施形態においては、図８に示すように、一対の対向する楔１４，１４の先端面に永久磁石２１，２２を嵌入固定し、両永久磁石２１，２２の磁気力の吸引力により楔１４，１４を互いに接近する方向に常時付勢するようにしている。

従って、この第６実施形態においては、第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができるとともに、付勢手段の部品点数を低減して構造を簡素化し、製造を容易に行いコストを低減することができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記第２実施形態において、圧縮バネ１９に代えて、第３実施形態と同様の皿バネ２４を設けること。

・ 前記各実施形態において、楔１４を合成樹脂又は金属等の他の材料により形成すること。
・ 前記各実施形態において、楔１４を、金属製の本体の外面に木製の被覆材を貼着して構成すること。

・縦材１１又は横材１３と、楔１４とに前記縦材３１、貫通孔３２を取り付けること。
・ 前記各実施形態を、例えば水平面内において直交状態で組み付けられる第１木材と第２木材との連結構造等の他の構成に適用して具体化すること。

１１…第１木材としての縦材、１２…貫通孔、１３…第２木材としての横材、１４…楔、１４ａ…ボルト挿通孔、１４ｂ…収容孔、１５…締付ボルト、１８…ナット、１９…付勢手段としての圧縮バネ、２０…蓋、２４…付勢手段としての皿バネ、２５…付勢手段としての引張バネ。

Claims (5)

1. 第１木材に対し、その長手方向と直交する方向に貫通孔を形成し、その貫通孔に対し、第２木材を挿通するとともに、前記貫通孔のうち第２木材の貫通する部分を除いた余剰部分を楔打ち込み空間とし、打ち込んだ楔に対して常時打ち込み方向の付勢力を作用させるための付勢手段を設けたことを特徴とする木造建築における耐震構造。
2. 前記楔は貫通孔の両端部から中心部に向かって一対打ち込まれ、両楔に形成されたボルト挿通孔には、共通の締付ボルトが挿通され、前記締付ボルトの一端部又は両端部に設けられた係止部材と、楔との間には、バネが介装されていることを特徴とする請求項１に記載の木造建築における耐震構造。
3. 前記両楔には締付ボルトの両端部、係止部材及びバネを収容する収容孔が形成され、両収容孔の開口端部には蓋が嵌着されていることを特徴とする請求項２に記載の木造建築における耐震構造。
4. 前記締付ボルト、係止部材及びバネは、耐腐蝕性材料により形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の木造建築における耐震構造。
5. 前記楔は貫通孔の両端部から中心部に向かって一対打ち込まれ、付勢手段は、前記一対の楔の対向端面に連結され、かつ両楔を磁気力によって互いに接近する方向に付勢する第１及び第２永久磁石により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の木造建築における耐震構造。

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