JP2012132262A - 木造建築物の仕口部補強金物 - Google Patents

Abstract

【課題】板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することが可能であると共に、ブレースとの干渉や面外変形の発生を防止することも可能な木造建築物の仕口部補強金物を提供する。
【解決手段】荷重Ｆの作用方向に対し傾きをもった斜面で山部９と谷部１０を反復形成して構成され、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部５を備えて、構造材を接合して形成した仕口部に設けられる木造建築物の仕口部補強金物であって、板状屈曲部が、複数の屈曲部群５Ａ，５Ｂと、これら屈曲部群を順次連結する平坦な連結部１１とから構成され、隣接する２つの屈曲部群相互で、谷部から測った山部の高さが、荷重の作用方向に沿って高低変更されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することが可能であると共に、ブレースとの干渉や面外変形の発生を防止することも可能な木造建築物の仕口部補強金物に関する。

木造建築物において、柱と梁や土台などの木製構造材を互いに接合して形成した仕口部に設けられる仕口部補強金物であって、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部を備えたものが特許文献１に開示されている。

特許文献１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ものである。

特開２０１０−３１６３０号公報

板状屈曲部を有する仕口部補強金物は、一般的な仕口部補強金物と比較して、屈曲部による伸縮作用を得ることができて、変形吸収性能に優れている。しかしながら、屈曲部が伸縮変形する段階では、入力荷重を負担してエネルギー吸収する作用に乏しく、このエネルギー吸収能力の面で改善の余地がある。エネルギー吸収能力を向上するには、仕口部補強金物全体の板厚を増加させるなど、剛性を高めることが考えられる。

板状屈曲部を有する仕口部補強金物の作用は詳細には、当該屈曲部に変形を生じさせる荷重（以下、「変形荷重」という）よりも大きな荷重が入力されると、屈曲部を構成する一様に形成された山部及び谷部がすべて同時に、同程度の変形を生じる。他方、変形荷重よりも小さな荷重に対しては、仕口部補強金物全体として僅かに弾性変形するに止まる。

上述したように、エネルギー吸収作用を考慮して剛性を高めるようにすると、すなわち仕口部補強金物を強くし過ぎると、変形荷重が大きくなってしまい、仕口部での荷重負担が増大して、屈曲部に変形が生じる前に、仕口部に損傷を発生させてしまうおそれがあるという課題があった。

また、板状屈曲部は、仕口部に設けられる仕口部補強金物を立体化した形状とするため、仕口部のスペースを狭めることとなり、仕口部にブレースを取り付ける場合に、当該ブレースと干渉してしまう場合があった。

また、板状屈曲部については、山部及び谷部を多数連続的に形成することで変形吸収性能を向上できるが、間断なく形成すると却って、面外へ向けて変形し易くなってしまうという面もあり、改善が望まれていた。

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、板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することが可能であると共に、ブレースとの干渉や面外変形の発生を防止することも可能な木造建築物の仕口部補強金物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金物は、荷重の作用方向に対し傾きをもった斜面で山部と谷部を反復形成して構成され、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部を備えて、構造材を接合して形成した仕口部に設けられる木造建築物の仕口部補強金物であって、上記板状屈曲部が、複数の屈曲部群と、これら屈曲部群を順次連結する平坦な連結部とから構成され、隣接する２つの上記屈曲部群相互で、上記谷部から測った上記山部の高さが、荷重の作用方向に沿って高低変更されていることを特徴とする。

前記屈曲部群それぞれで、前記谷部から測った前記山部の高さが、荷重の作用方向に沿って、高低変更されている。

本発明にかかる仕口部補強金物にあっては、板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することができると共に、ブレースとの干渉や面外変形の発生を防止することができる。

本発明にかかる木造建築物の仕口部補強金物の好適な実施形態を示す、仕口部への取付状態の斜視図である。 図１中、Ａ部を拡大して示す、仕口部補強金物の板状屈曲部の側断面図である。 図２に示した板状屈曲部の各屈曲部群の変形例を説明するための説明図である。

以下に、本発明にかかる木造建築物の仕口部補強金物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。図１に示すように、木造建築物では一般に、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。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金物４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に対しても用いることができる。

本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強金物４は、ステンレス鋼などの金属製の板材から形成される。仕口部補強金物４は、蛇腹状に形成される板状屈曲部５と、屈曲部５の両側に形成される一対の平坦な板状の荷重入力部６と、各荷重入力部６の外側にほぼ直角に折り曲げて形成され、仕口部補強金物４を仕口部３へ設置するため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に取り付けられる取付部７とを備え、これらが一体形成されて構成される。

屈曲部５の伸縮方向両端に位置する各荷重入力部６は、適宜幅寸法で、屈曲部５から木製構造材１，２の長さ方向に入隅外方へ向かって延出され、これにより木製構造材１，２の長さ方向に沿う側縁部６ａが長く形成される。このように、荷重入力部６の側縁部６ａの長さ寸法を木製構造材１，２の長さ方向へ長く形成することにより、当該荷重入力部６による屈曲部５と木製構造材１，２に接合される取付部７との間での効果的な荷重伝達が確保される。

各荷重入力部６の、入隅に面する内縁６ｂは、屈曲部５の内縁５ａに一連に連続させて弧状に形成される。従って、仕口部補強金物４と仕口部３の角隅との間には、扇状の隙間Ｃが形成される。

各荷重入力部６には、それらの側縁部６ａから連続して、かつ当該側縁部６ａの全長にわたって、取付部７が一対形成される。換言すれば、取付部７は、荷重入力部６を介して、屈曲部５の伸縮方向両端にそれぞれ一体的に形成される。各取付部７は、２つの木製構造材１，２それぞれに接合するためにそれらに面するように、荷重入力部６からＬ字状に立ち上がるように折り曲げられる。

一対の取付部７はともに、互いに面するように、荷重入力部６に対してその表面側もしくは裏面側のいずれか一方の側へ折り曲げて形成される。すなわち、取付部７はともに、同じ向きに折り曲げられる。

これにより、反対向きに折り曲げた場合に比べ、仕口部補強金物４は、屈曲部５を横切る左右横向きのせん断作用に対し、左右どちらの方向に対しても効果的に抵抗しつつ、木製構造材１，２から取付部７に入力される荷重を、荷重入力部６及び屈曲部５へ効率よく伝達することができる。図示例にあっては、取付部７は、略四角形状の外形輪郭で形成されているけれども、取付箇所のスペースに応じてどのような形態で形成しても良い。

取付部７には、これを木製構造材１，２に取り付けるネジを挿通するための複数のネジ孔８が形成される。ネジ孔８に挿通したネジで取付部７を木製構造材１，２に取り付けることで、仕口部補強金物４は、２つの木製構造材１，２間の仕口部３に設置され、木製構造材１，２同士を連結しつつ、当該仕口部３を補強するようになっている。

板状屈曲部５は、取付部７を介して木製構造材１，２から荷重Ｆを入力する荷重入力部６に連設されている。屈曲部５は図１及び当該図１のＡ部を拡大して示す図２の側断面で理解されるように、板材を、荷重入力部６からの荷重Ｆの作用方向に対し傾きをもった斜面で山部９と谷部１０を反復形成して、例えば断面が正弦波形状となるように形成して、波状に屈曲させて構成される。このように波状に屈曲させることにより、屈曲部５は、蛇腹状であって、山部９及び谷部１０が並ぶ方向に向かって伸縮変形して変形エネルギーの吸収が可能とされる。伸縮変形可能な屈曲部５は、その伸縮方向に変形荷重よりも小さな荷重Ｆが作用しても殆ど伸縮変形せず、変形荷重以上の荷重Ｆが入力されると伸縮変形し、この伸縮変形により、弾塑性域においてヒステリシスループを描くエネルギ吸収作用を発揮して、当該入力荷重Ｆを吸収するようになっている。変形荷重は、設計的に適宜に設定される。

屈曲部５は、荷重入力部６の表面側もしくは裏面側のいずれか一方の側に寄せて一対の取付部７の間に位置するように、荷重入力部６に対して、取付部７の折り曲げ側へ屈曲させて形成される。取付部７が荷重入力部６の表面側へ折り曲げて形成されている場合、屈曲部５の波状の山部９及び谷部１０は、荷重入力部６の板面を基準として、裏面側へは屈曲形成されずに、表面側へ向かってのみ屈曲形成される。なお、屈曲部５は、荷重入力部６の表面側及び裏面側にそれぞれ屈曲形成したものでも良いことは言うまでもない。

屈曲部５を荷重入力部６の表面側へ寄せて形成することで、屈曲部５は圧縮変形時、荷重入力部６を基準として、おおよそ表面側外方へのみ迫り出すように変形される。また、取付部７間に位置するように形成することで、屈曲部５及びこれを変形させるスペースが、取付部７間に確保される。

板状屈曲部５は図２に示すように、複数の屈曲部群５Ａ，５Ｂと、これら屈曲部群５Ａ，５Ｂを順次、荷重Ｆの作用方向に沿って連結する平坦な連結部１１とから構成される。連結部１１は荷重Ｆの作用方向に沿って平坦面で形成される。各屈曲部群５Ａ，５Ｂは、上記山部９と谷部１０とから形成される。そして、各屈曲部群５Ａ，５Ｂは、隣接する２つの当該屈曲部群５Ａ，５Ｂ相互で、谷部１０から測った山部９の高さが、荷重Ｆの作用方向に沿って、高低変更されて形成される。図示例にあっては、簡略化のために、各屈曲部群５Ａ，５Ｂそれぞれで、２つの山部９とこれら山部９で挟まれる１つの谷部１０が示されている。谷部１０の底部１０ａを基準として、左側の第１屈曲部群５Ａの山部９の頂部の高さＨａが、右側の第２屈曲部群５Ｂの山部９の頂部９ａの高さＨｂよりも高く設定されている（図中、第２屈曲部群５Ｂの山部９について、二点鎖線で示した第１屈曲部群５Ａの山部９との相違を参照）。このように山部９の高さを変更することは、山部９の両側端縁９ｂ（図中、一方は谷部１０の底部１０ａとなる）間のピッチＰが同一ある場合はもちろん、異なる場合であっても、谷部１０の底部１０ａと山部９の頂部９ａとの間の斜辺の長さＬａ，Ｌｂも長短変更されると共に、また山部９の頂部９ａの角度θａ，θｂ（頂角）も広狭変更されることになり、２つの山部９は互いに異なる変形性能を発現することになる。図示例にあっては、２つの屈曲部群５Ａ，５Ｂが示されているが、屈曲部群５Ａ，５Ｂの数は、２つに限らず、３つ以上であってもよく、各屈曲部群５Ａ，５Ｂ相互間に連結部１１が設けられる。

次に、本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強金物４の作用について説明する。仕口部補強金物４は、一対の取付部７それぞれを２つの木製構造材１，２に対し接合することで、板状屈曲部５をこれら木製構造材１，２で挟んだ形態で、仕口部３に設置される。地震などの外力の作用により建物に反復する揺れが生じ、これにより、木製構造材１，２同士の間に、入隅を開いたり閉じたりする角度変化を生じさせる荷重が加わると、その荷重の一部が取付部７から仕口部補強金物４に入力される。

仕口部補強金物４は、仕口部３を大きく変形させる入力荷重Ｆが入力されると、板状屈曲部５が伸縮変形し、弾塑性ヒステリシスループを描くエネルギ吸収作用で、入力荷重Ｆに対しこれを緩衝しつつ吸収し、これにより仕口部３を補強することができる。

特に、本実施形態では、板状屈曲部５を、第１及び第２屈曲部群５Ａ，５Ｂと、これら屈曲部群５Ａ，５Ｂを順次、荷重Ｆの作用方向に沿って連結する平坦な連結部１１とから構成し、隣接する２つの第１及び第２屈曲部群５Ａ，５Ｂ相互で、それらの谷部１０から測った山部９の高さを、荷重Ｆの作用方向に沿って、高低変更して形成したので、板状屈曲部５を構成する山部９及び谷部１０がすべて同時に、同程度の変形を生じることはなく、設定した山部９の高さの高低に従って、順次変形を生じることになる。言い換えれば、徐々に抵抗力を増大することができる。図２の例であれば、入力荷重Ｆで第１屈曲部群５Ａが先行して変形しても、山部９の高さが低い第２屈曲部群５Ｂは変形せず、より大きな入力荷重Ｆの作用で、第２屈曲部群５Ｂも変形する。そして、板状屈曲部５において、先行する変形が生じることにより変形性能を確保している状態で、依然、変形に移行しない部分が存在し、当該部分によりエネルギー吸収作用を確保することができて、変形吸収性能とエネルギー吸収性能とを共に両立させて優れた補強性能を確保することができる。すなわち、荷重Ｆの作用方向に沿って並ぶ屈曲部群５Ａ，５Ｂの山部９の高さを高低変更することによって、板状屈曲部５全体を同時に伸縮変形させないようにし、これによりいずれかの屈曲部群５Ａで変形作用を確保することができると共に、他の屈曲部群５Ｂでエネルギー吸収作用を確保することができる。

また、板状屈曲部５に、平坦な連結部１１を備えたので、この連結部１１位置を通してブレースを配置することができ、仕口部補強金物４とブレースとの干渉を防止することができる。さらに、多数の山部９及び谷部１０を備える場合であっても、平坦な連結部１１を備えて板状屈曲部５を複数の屈曲部群５Ａ，５Ｂに分割するようにしていて、個々の屈曲部群５Ａ，５Ｂは面外変形し難いので、板状屈曲部５全体として、面外変形を生じ難くなり、仕口部補強金物４が面外へ座屈変形することを防止できる。例えば、仕口部補強金物４を仕口部３に２つ並設する場合には、これら仕口部補強金物４の連結部１１同士をボルト締結等で拘束することにより、一層強固に構成することができて、確実に仕口部補強金物４の面外変形を防止することができる。

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金物４にあっては、単に板状屈曲部５全体の剛性を高く設定するのとは異なり、平坦な連結部１１で連結するようにして複数に分割形成した屈曲部群５Ａ，５Ｂの隣接するもの同士で、それらの山部９の高さを荷重Ｆの作用方向に沿って変化させるようにしていて、これにより先行して変形する部分と後行して変形する部分を共に確保して、板状屈曲部５に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部５が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することができる。また、平坦な連結部１１を設けたので、ブレースとの干渉や面外変形の発生を防止することができる。

図３には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例では、各屈曲部群５Ａ，５Ｂそれぞれにおいて、谷部１０から測った山部９の高さが、荷重Ｆの作用方向に沿って、高低変更されて形成される。図示例にあっては上記実施形態と同様に、簡略化のために、２つの山部９とこれら山部９で挟まれる１つの谷部１０が示されている。谷部１０の底部１０ａを基準として、左側の山部９の頂部９ａの高さＨ１が、右側の山部９の頂部９ａの高さＨ２よりも高く設定されている（図中、右側の山部９について、二点鎖線で示した左側の山部９との相違を参照）。このように山部９の高さを変更することは、上述したように、山部９の両側端縁９ｂ（図中、一方は谷部１０の底部１０ａとなる）間のピッチＰが同一である場合はもちろん、異なる場合であっても、谷部１０の底部１０ａと山部９の頂部９ａとの間の斜辺の長さＬ１，Ｌ２も長短変更されると共に、また山部９の頂部９ａの角度θ１，θ２（頂角）も広狭変更されることになり、２つの山部９は互いに異なる変形性能を発現することになる。

このような変形例にあっては、屈曲部群５Ａ，５Ｂそれぞれにおいても、山部９及び谷部１０がすべて同時に、同程度の変形を生じることはなく、設定した山部９の高さの高低に従って、順次変形を生じさせることができる。すなわち、各屈曲部群５Ａ，５Ｂにおいても徐々に抵抗力を増大することができる。図３の例であれば、入力荷重Ｆで左側の山部９が先行して変形しても、右側の山部９は変形せず、より大きな入力荷重Ｆの作用で、右側の山部９も変形する。従って、各屈曲部群５Ａ，５Ｂ個々においても、変形吸収性能とエネルギー吸収性能とを共に両立させて優れた補強性能を確保することができる。

上記実施形態にあっては、山部９の高さで規定して説明したが、山部９や谷部１０の変形作用は、それら周りに発生するモーメントと関連することから、上述したように山部９の頂部角度θ（頂角）や斜辺の長さＬ、さらに谷部１０の開き角度などで規定しても良いことはもちろんである。また、上記実施形態では、２つの山部９に１つの谷部１０を挟んだ形態の板状屈曲部５を例示して説明したが、山部９及び谷部１０の数を問わないことはもちろんである。

１，２ 縦向き及び横向き木製構造材
３ 仕口部
４ 仕口部補強金物
５ 板状屈曲部
５Ａ，５Ｂ 屈曲部群
９ 山部
１０ 谷部
１１ 連結部
Ｆ 荷重

Claims (2)

1. 荷重の作用方向に対し傾きをもった斜面で山部と谷部を反復形成して構成され、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部を備えて、構造材を接合して形成した仕口部に設けられる木造建築物の仕口部補強金物であって、
   上記板状屈曲部が、複数の屈曲部群と、これら屈曲部群を順次連結する平坦な連結部とから構成され、
   隣接する２つの上記屈曲部群相互で、上記谷部から測った上記山部の高さが、荷重の作用方向に沿って高低変更されていることを特徴とする木造建築物の仕口部補強金物。
2. 前記屈曲部群それぞれで、前記谷部から測った前記山部の高さが、荷重の作用方向に沿って、高低変更されていることを特徴とする請求項１に記載の木造建築物の仕口部補強金物。

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