JP2012077483A - 木造建築物の仕口部補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木造建築物の仕口部を補強する場合に、大規模な変形に対し、仕口部に十分な靭性を確保することが可能であると共に、小規模な変形に対しても、仕口部の初期剛性や最大耐力を増大させることが可能な木造建築物の仕口部補強構造を提供する。
【解決手段】木造建築物の仕口部補強構造であって、縦向き及び横向き木製構造材１，２にそれぞれ取り付けられる第１取付部６と、第１取付部の間で、縦向き及び横向き木製構造材の仕口部３に位置させて設けられ、仕口部の小変形に抵抗する平坦面部７とを有する第１補強部材４と、縦向き及び横向き木製構造材にそれぞれ取り付けられる第２取付部１２と、第２取付部の間で、縦向き及び横向き木製構造材の仕口部に位置させて設けられ、仕口部の変形の増大に従って変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収部１３とを有する第２補強部材５とを備え、これら第１及び第２補強部材を並列に並べて仕口部に設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、木造建築物の仕口部を補強する場合に、大規模な変形に対し、仕口部に十分な靭性を確保することが可能であると共に、小規模な変形に対しても、仕口部の初期剛性や最大耐力を増大させることが可能な木造建築物の仕口部補強構造に関する。

縦向き木製構造材と横向き木製構造材とが接合される木造建築物の仕口部には通常、平板状の鋼材からなる補強部材が用いられている。この種の平板状の鋼材からなる補強部材は、初期剛性が高く、また最大耐力が高い一方で、エネルギー吸収性能の点で劣り、小規模の変形の範囲内であれば、大いに補強機能を発揮するが、大規模な変形の場合には、ほとんど機能し得ない。

大規模な変形に対して補強機能を十分に発揮し得るエネルギー吸収性能に優れた補強部材が知られている。例えば、特許文献１の「仕口ダンパー」は、木造軸組構造の仕口部に固定する仕口ダンパーであって、柱に固定する柱固定部を有する第１硬質板と横架材に固定する横架材固定部を有する第２硬質板と第１硬質板と第２硬質板の間に接着積層されたシートの粘弾性材とからなり、粘弾性材はせん断弾性率Ｇが２００〜１０００ｋＰａ，ｔａｎδが０．３以上、最大せん断変形歪みが３００％〜６００％であり、粘弾性材のシートの厚さをｄ（ｃｍ）、柱固定部の柱当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離又は前記横架材固定部の横架材当接面から前記粘弾性材の遠隔端部までの距離の短い方をＬ（ｃｍ）とした場合、Ｌ／９０≦ｄ≦Ｌ／４５である仕口ダンパーとするものである。

特許文献２の「建築物の制振構造及び制振工法」は、軸組を構成する枠体の内側に、所定方向に外力が作用する場合とその反対方向に外力が作用する場合とで異なる大きさの抵抗力を発生するダンパーが取り付けられる。このダンパーは、枠体を構成する縦材及び横材間に架け渡され、それらの接合角度が減少する方向に枠体が変形したときに、所定の振動エネルギーを吸収するための抵抗力が発生する一方、前記接合角度が増大する方向に枠体が変形したときに、前記抵抗力よりも小さい抵抗力が発生する向きで取り付けられる。このような構造は、開口部にも適用可能となるものである。

特許文献３の「仕口補強用具」は、水平部材と垂直部材を略直角に接合する仕口部に取付ける仕口補強用具を両側の取付部とそれらの取付部を連結する連結部とから構成し、その連結部に設ける変形部を、仕口部の内側の隅部を中心としてほぼ放射状に延びる複数の屈曲線に沿って交互に屈曲して蛇腹状に形成し、かつ各屈曲部の高さが隅部に近い方から外側へ向けて漸増するように構成する。変形部の幅を狭くして外力による変形を変形部に集中させたり、隣接して設置した対をなす仕口補強用具の間からブレースをとるように構成してもよいというものである。

特開２００５−２２０６１４号公報 特開２００８−１４４３６２号公報 特開２０１０−０３１６３０号公報

これら特許文献の補強部材は、仕口部に生じる変形に常に追随して変形することを前提として、変形に従ってエネルギー吸収作用を発揮するものであることから、大規模変形に対してのみ、十分な補強効果が得られるが、初期剛性や、最大耐力が低く、小規模変形に対しては十分な補強機能を得ることができないという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、木造建築物の仕口部を補強する場合に、大規模な変形に対し、仕口部に十分な靭性を確保することが可能であると共に、小規模な変形に対しても、仕口部の初期剛性や最大耐力を増大させることが可能な木造建築物の仕口部補強構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造は、
縦向き木製構造材と横向き木製構造材とを接合した仕口部を補強部材で補強するようにした木造建築物の仕口部補強構造であって、これら縦向き及び横向き木製構造材にそれぞれ取り付けられる第１取付部と、これら第１取付部の間で、該縦向き及び横向き木製構造材の上記仕口部に位置させて設けられ、該仕口部の小変形に抵抗する平坦面部とを有する第１補強部材と、これら縦向き及び横向き木製構造材にそれぞれ取り付けられる第２取付部と、これら第２取付部の間で、該縦向き及び横向き木製構造材の上記仕口部に位置させて設けられ、該仕口部の変形の増大に従って変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収部とを有する第２補強部材とを備え、これら第１及び第２補強部材を並列に並べて上記仕口部に設けたことを特徴とする。

本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造にあっては、大規模な変形に対し、仕口部に十分な靭性を確保することができると共に、小規模な変形に対しても、仕口部の初期剛性や最大耐力を増大させることができる。

本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造が適用される仕口部の例を説明する説明図である。 本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造の好適な一実施形態を示す正面図である。 図２に示した木造建築物の仕口部補強構造に適用される第１補強部材を説明する説明図である。 図２に示した木造建築物の仕口部補強構造に適用される第２補強部材の側断面図である。 図２に示した木造建築物の仕口部補強構造における第１及び第２補強部材の並設状態を示す側断面図である。 本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造の変形例を示す正面図である。 図６に示した変形例に適用される第２補強部材の側断面図である。 本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造の他の変形例を示す正面図である。 図８に示した変形例に適用される第２補強部材の側面図である。 本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造のさらに他の変形例を示す正面図である。

以下に、本発明にかかる木造建築物の仕口部補強構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。木造建築物では一般に、図１（Ａ）の側面図に示すように、柱材などの縦向き木製構造材１と土台や梁材などの横向き木製構造材２とを縦横に突き合わせて接合した箇所に仕口部３が形成される。また、図１（Ｂ）の側面図に示すように、柱材間に架け渡される横桟も横向き木製構造材２であって、柱材に横桟を突き合わせて接合した箇所にも、仕口部３が形成される。仕口部３では、縦向き木製構造材１の縦側面１ａと横向き木製構造材２の横平面２ａとがほぼ直角をなす関係で互いに面するように、縦向き及び横向き木製構造材１，２が接合される。

本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強構造は、上述したような縦向き木製構造材１と横向き木製構造材２とを接合して形成される仕口部３であれば、どのような仕口部３に対しても適用可能である。仕口部３は、以下に説明するような補強部材４，５によって補強される。

本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強構造には、第１補強部材４と第２補強部材５とが用いられる。第１補強部材４はステンレス鋼などの金属製であって、図２にその取付状態を示すと共に、図３（Ａ）にその平面図を、図３（Ｂ）にその正面図を示すように、縦向き木製構造材１の縦側面１ａ及び横向き木製構造材２の横平面２ａにそれぞれ取り付けられる第１取付部６と、これら第１取付部６の間に、縦向き及び横向き木製構造材１，２の縦側面１ａと横平面２ａとの間に位置させて設けられる平坦面部７とを有する。

本実施形態にあっては、第１補強部材４の平坦面部７は、外周縁及び内周縁がほぼアーチ状をなす扇状形態で形成される。内周縁がアーチ状に形成されることで、仕口部３の入隅との干渉が防止される。平坦面部７には、その下端縁及び側端縁から同じ向きに向かってほぼ直角に折り曲げて、第１取付部６が一体形成される。

下端縁の第１取付部６は横向き木製構造材２の横平面２ａに当接され、側端縁の第１取付部６は縦向き木製構造材１の縦側面１ａに当接される。第１取付部６には、木製構造材１，２にねじ込まれるビス８を通すビス孔９が形成される。また、平坦面部７には、必要に応じて当該平坦面部７に取り付けられるブレース１０を固定するためのビス穴１１が形成される。

第１補強部材４は、第１取付部６をそれぞれ縦向き及び横向き木製構造材１，２の縦側面１ａと横平面２ａに当接させ、ビス孔９を通してビス８を木製構造材１，２にねじ込むことにより、仕口部３に取り付けられる。第１補強部材４は金属製の平坦面部７が仕口部３に位置され、この平坦面部７が仕口部３に生じる小変形に抵抗するようになっている。

第２補強部材５は、図２にその取付状態を示すと共に、図４にその側断面図を示すように、縦向き木製構造材１の縦側面１ａ及び横向き木製構造材２の横平面２ａにそれぞれ取り付けられる第２取付部１２と、これら第２取付部１２の間に、縦向き及び横向き木製構造材１，２の縦側面１ａと横平面２ａとの間に位置させて設けられるエネルギー吸収部１３とを有する。

本実施形態にあっては、第２補強部材５のエネルギー吸収部１３は、高減衰ゴム１４を備えた粘性ダンパーで構成される。第２補強部材５の外形形態も、第１補強部材４と同様に、外周縁及び内周縁がほぼアーチ状をなす扇状形態で形成され、内周縁がアーチ状に形成されることで、仕口部３の入隅との干渉が防止される。

エネルギー吸収部１３を構成する粘性ダンパーは、一方のプレート状第２取付部１２に接合された中央板１５と、他方のプレート状第２取付部１２に一対並行に接合され、中央板１５を両側から挟み込む２枚の側板１６と、各側板１６と中央板１５との間の隙間に設けられる高減衰ゴム１４とから構成される。粘性ダンパーは、速度の速い地震動などによる変形に好適なものである。

一方の第２取付部１２に接合した中央板１５は、他方の第２取付部１２に到達しない寸法に形成されると共に、他方の第２取付部１２に接合した側板１６は、一方の第２取付部１２に到達しない寸法に形成され、これにより、仕口部３の変形に際し入隅内で、中央板１５と側板１６とが相対的に動くことができ、この動きを高減衰ゴム１４が減衰してエネルギー吸収するようになっている。

第２取付部１２のいずれか一方は横向き木製構造材２の横平面２ａに当接され、他方の第２取付部１２は縦向き木製構造材１の縦側面１ａに当接される。第２取付部１２には、木製構造材１，２にねじ込まれるビス１７を通すビス孔１８が形成される。第２取付部１２は、第１取付部６よりも強固に木製構造材１，２に取り付けられる。第２補強部材５は、第２取付部１２をそれぞれ縦向き及び横向き木製構造材１，２の縦側面１ａと横平面２ａに当接させ、ビス孔１８を通してビス１７を木製構造材１，２にねじ込むことにより、仕口部３に取り付けられる。

第２補強部材５はエネルギー吸収部１３が仕口部３に位置され、このエネルギー吸収部１３は、仕口部３の変形の増大に従って変形エネルギーを吸収するようになっている。

これら第１補強部材４及び第２補強部材５は、並列に並べて仕口部３に設けられる。並列の形態としては例えば図２に示すように、入隅に対し、内側・外側に並べる形態とされる。これ以外にも、木製構造材１，２の幅方向（図５中、Ｗで示す）に横並びに並べる形態であってもよい。

あるいは、仕口部３において縦向き及び横向き木製構造材１，２がＬ字状をなす側面部分（図１中、Ｌで示す）に当接するように第１及び第２取付部６，１２を形成し、縦向き及び横向き木製構造材１，２の側面部分にこれら第１及び第２補強部材４，５を並列に並べて設けるようにしてもよい（図５中、二点鎖線参照）。さらには、第１及び第２補強部材４，５のいずれか一方を入隅に設置し、他方を側面部分に設置するようにしてもよい。

図２に示した並列配置の例に従って説明すると、これら第１及び第２補強部材４，５は、仕口部３に変形が生じた際、当該仕口部３にねじれが生じないように、図５に示すように、第１及び第２取付部６，１２の取付中心６ｃ，１２ｃが縦向き及び横向き木製構造材１，２の芯Ｃに沿って配置される（図５中、点線参照）。並列形態の上記変形例にあっても、第１及び第２補強部材４，５の性能を測定するなどして勘案し、変形力が木製構造材１，２の芯Ｃに沿って作用するように第１及び第２取付部６，１２の取付位置を設定するようにしてもよい。

本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強構造の作用について説明する。木造建築物に変形外力が入力し、仕口部３に変形が生じる際、第１補強部材４と第２補強部材５は、最初に第１補強部材４が小変形を阻止するように機能し、変形が増大して第１補強部材４の当該阻止機能が次第に喪失されていく途中で、第２補強部材５が変形エネルギーの吸収作用を開始し、第１補強部材４が機能しなくなった後も、第２補強部材５が継続して変形エネルギーを吸収するようになっている。

具体的には、仕口部３の変形が小さい場合には、最大耐力の高い平坦面部７を備えた第１補強部材４が仕口部３の初期剛性を確保して、当該小変形に対して抵抗することができる。この際、エネルギー吸収部１３を備えて変形に追従する第２補強部材５は、変形が小さいことから、ほとんど機能することがない。

変形が大きい場合や変形が次第に増大していく場合は、第１取付部６のビス８が木製構造材１，２から抜け出して第１補強部材４の木製構造材１，２に対する取り付けが緩んだり、ビス８や第１補強金物４が変形してしまうなど、第１補強部材４で変形に抵抗し得なくなる状況に移行すると、仕口部３のこの大きな変形によって第２補強部材５の中央板１５と側板１６とが互いに相対移動し、高減衰ゴム１４によって変形エネルギーを吸収することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強構造にあっては、上述した第１及び第２補強部材４，５を仕口部３に並列に並べて設けるようにしたので、大規模な変形に対し、エネルギー吸収部１３を備える第２補強部材５によって仕口部３に十分な靭性を確保することができると共に、小規模な変形に対しても、平坦面部７を備える第１補強部材４によって仕口部３の初期剛性や最大耐力を増大させることができ、小変形から大変形に至る幅広い変形域で第１及び第２補強部材４，５が確実に機能して仕口部強度を向上することができる。

仕口部強度が向上することにより、木造建築物の水平方向力に対する耐力の向上や、建築物の自重によって生じる転倒モーメントへの抵抗力の向上を確保することができ、建物の倒壊する角度がより大きくなって、倒壊を遅延させたり、さらには倒壊の危険性を低減することができる。

また、一つの補強部材で小変形から大変形に至るまでの耐力をカバーすることは困難であると共に、製作にあたっても、コストや加工性・作業性の面で著しく不利であるが、本実施形態では、変形に応じて適した第１及び第２補強部材４，５を併用することで、同程度以上の性能を期待できると共に、製作にあたっても、コストや加工性・作業性の面で有利である。

図６及び図７には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例は、第２補強部材５のエネルギー吸収部１３を、ばね座金を用いた摩擦系ダンパーで構成して、第１補強部材４に並設したものである。

摩擦系ダンパーは、一方の第２取付部１２に接合された弧状長孔２１を有する第１平板１９と、他方の第２取付部１２に接合され、第１平板１９に重ね合わされる弧状長孔２１を有する第２平板２０と、第１及び第２平板１９，２０の弧状長孔２１を貫通して締結されるボルト・ナット２２と、ナット側もしくはボルト側に、平板１９，２０との間に挟み込んで設けられ、平板１９，２０同士を摩擦接触させるばね座金（図示せず）とから構成される。

一方の第２取付部１２に接合した第１平板１９は、他方の第２取付部１２に到達しない寸法に形成されると共に、他方の第２取付部１２に接合した第２平板２０は、一方の第２取付部１２に到達しない寸法に形成され、これにより、仕口部３の変形に際し入隅内で、第１及び第２平板１９，２０が相対的に動くことができ、この動きを摩擦作用で減衰してエネルギー吸収するようになっている。

弧状長孔２１は、平板１９，２０の移動方向に沿って形成される。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図８及び図９には、上記実施形態の他の変形例が示されている。この変形例は、エネルギー吸収部１３を、履歴系ダンパーで構成して、第１補強部材４に並設したものである。

履歴系ダンパーは、例えば鉛などの素材により、アーチ形態の板状部材２３として形成され、中央部に降伏部分２４が形成される。この板状部材２３の下端縁及び側端縁に第２取付部１２が形成される。履歴系ダンパーは、仕口部３の変形の増大に伴って、降伏部分２４が塑性ヒステリシスに従って、エネルギーを吸収するようになっている。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図１０には、上記実施形態のさらに他の変形例が示されている。この変形例は、エネルギー吸収部１３を、オイルダンパーで構成して、第１補強部材４に並設したものである。オイルダンパーは、その回転自在な両端部２５が第２取付部１２を介して縦向き及び横向き木製構造材１，２に連結され、仕口部３の変形に際し、入隅内で伸縮動作して、エネルギー吸収するようになっている。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

１ 縦向き木製構造材
２ 横向き木製構造材
３ 仕口部
４ 第１補強部材
５ 第２補強部材
６ 第１取付部
７ 平坦面部
１２ 第２取付部
１３ エネルギー吸収部

Claims (1)

1. 縦向き木製構造材と横向き木製構造材とを接合した仕口部を補強部材で補強するようにした木造建築物の仕口部補強構造であって、
   これら縦向き及び横向き木製構造材にそれぞれ取り付けられる第１取付部と、これら第１取付部の間で、該縦向き及び横向き木製構造材の上記仕口部に位置させて設けられ、該仕口部の小変形に抵抗する平坦面部とを有する第１補強部材と、
   これら縦向き及び横向き木製構造材にそれぞれ取り付けられる第２取付部と、これら第２取付部の間で、該縦向き及び横向き木製構造材の上記仕口部に位置させて設けられ、該仕口部の変形の増大に従って変形エネルギーを吸収するエネルギー吸収部とを有する第２補強部材とを備え、
   これら第１及び第２補強部材を並列に並べて上記仕口部に設けたことを特徴とする木造建築物の仕口部補強構造。

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