JP2013087543A - 木造家屋の補強構造および木造家屋 - Google Patents

Abstract

【課題】地震等により柱にせん断力が作用してもその水平力に抵抗して柱の転倒を防止できる木造家屋の補強構造を提供すること。
【解決手段】柱脚部３ａの両側では、それぞれ、下端部６ａが基礎１に埋設され上端部６ｂが土台２から突出したアンカーボルト６が設けられており、そのアンカーボルト６の上端部６ｂにジョイントナット７を介してタイロッド８を連結する。また、柱頭部３ｂの両側では、それぞれ、上端部９ｂが座金９２を介してナット９１により梁４の上側面に固定されている一方、下端部９ａが梁４の下側面から突出した通しボルト９が設けられており、その通しボルト９の下端部９ｂにターンバックル１０を介してタイロッド８を連結して、柱３の両側において土台２と梁４とに連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、木造家屋を構成する基礎や柱、および梁の構造材を補強する木造家屋の補強構造および木造家屋に関する。

従来、木造家屋を構成する基礎や柱、および梁の構造材を補強する木造家屋の補強構造として、柱の片側において土台と梁とを鉄筋や緊締ロッドなどの連結部材により連結することにより、地震など発生した際の柱の転倒を防止する構造が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

実用新案登録第３０２１６５２号公報 特開２００２−２３５３７７号公報

しかし、上述の特許文献１，２に記載された木造家屋の補強構造では、柱の片側でのみ鉄筋や緊締ロッドの連結部材により土台と梁とを連結しているため、図８（ａ），（ｂ）に示すように、地震等により梁４が基礎１および土台２に対し水平方向にずれ、柱３にせん断力（水平力）が作用して、柱３が片方側へ倒れようとした場合、梁４が撓み、連結部材１００に緊張力が作用しなくなり、柱がそのまま転倒する、という問題がある。

本発明は、地震等により柱にせん断力が作用しても、そのせん断力に抵抗して柱の転倒を防止できる木造家屋の補強構造および木造家屋を提供することを目的とする。

前記目的を達成すため、請求項１記載の発明に係る木造家屋の補強構造は、基礎の上に土台、柱および梁を配置した木造家屋の補強構造において、柱の両側に沿って設けた連結部材により柱脚部および柱頭部をそれぞれ相手方部材と連結したことを特徴とする。この構造によると、柱の両側に沿って設けた連結部材により柱を支持するので、地震等により柱にせん断力（水平力）が作用しても、その水平力に抵抗して梁の持ち上がりを防止することにより、柱の転倒を防止できる。
また、請求項２記載の発明に係る木造家屋の補強構造は、請求項１記載の木造家屋の補強構造において、前記連結部材は、基礎と土台を貫通しその上端部が土台の上側面から突出したアンカーボルトと、梁に上端部が固定され梁の下側面からその下端部が突出した通しボルトと、それらアンカーボルトと通しボルト間を、接続金具を介して中継するタイロッドとからなり、柱脚部と柱頭部に跨って設置したことを特徴とする。この構造によると、柱に引き寄せ金物等を設けずに柱の両側において、柱脚部と柱頭部間に鉛直方向に連続して設けられた連結部材により柱を支持できる。また、その連結部材としては、市場で流通している既存のアンカーボルトやタイロッド、それらを接続する接続金具としてのターンバックルやジョイントナット等を組み合わせて使用しているので、経済的である。
また、請求項３記載の発明に係る木造家屋の補強構造は、請求項２記載の木造家屋の補強構造において、前記柱の上端部の両側における梁の上側面からそれぞれ前記通しボルトの上端部が突出しており、それらの上端部に傾斜面同士を対向して当接させ、かつ、中央に前記通しボルトを貫通させる貫通孔が形成された上下一対のテーパー座金を設けてナットにより前記梁の上側面に固定すると共に、両側それぞれの上下一対のテーパー座金のうち一方のテーパー座金を弾性部材が付勢して他方のテーパー座金を鉛直方向に変位させることを特徴とする。この構造によると、地震等により大きなせん断力が柱に作用して、連結部材が降伏し伸びても、例えば、弾性部材が下側のテーパー座金を付勢して上側のテーパー座金を上方へ押し、連結部材の伸びによって生じた隙間を吸収する。この場合、上側のテーパー座金を押して下側のテーパー座金を下方に移動させるようにしてもよい。そのため、連結部材が降伏し伸びても、ナット下面と梁の上側面との間に隙間が空くことがなくなるので、次に到来する地震等のせん断力に対して抵抗できる状態が自動的に確保される。
また、請求項４記載の発明に係る木造家屋の補強構造は、請求項１記載の木造家屋の補強構造において、前記連結部材は、アンカーボルトと、通しボルトと、引き寄せ金物とからなり、柱脚部ではその両側において引き寄せ金物を介し基礎および土台と柱とをアンカーボルトにより連結する一方、柱頭部ではその両側において引き寄せ金物を介し柱と梁とを通しボルトにより連結することにより、柱脚部と柱頭部にそれぞれ個別に設置したことを特徴とする。この構造によると、柱の両側において引き寄せ金物とアンカーボルトおよび通しボルトにより連結部材により柱の転倒を防止でき、また市場で流通している既存の引き寄せ金物やアンカーボルト、通しボルトを使用できるので経済的である。
また、請求項５記載の発明に係る木造家屋の補強構造は、請求項４記載の木造家屋の補強構造において、前記引き寄せ金物と前記アンカーボルトまたは通しボルトとの連結部分に、傾斜面同士が対向して当接し、かつ、前記アンカーボルトまたは通しボルトを貫通させる貫通孔が形成された上下一対のテーパー座金を設け、一方のテーパー座金を弾性部材が付勢して他方のテーパー座金を鉛直方向に変位させることを特徴とする。この構造によると、地震等により大きなせん断力が柱に作用して、アンカーボルトまたは通しボルト材が降伏し伸びても、アンカーボルトまたは通しボルトに螺合していたナットとテーパー座金との間に隙間が空くことがなくなるので、特に補修作業等を施すことなく、次の地震等にそのまま対応できる。
また、請求項６記載の発明に係る木造家屋は、請求項１〜請求項５のいずれか一の請求項に記載の木造家屋の補強構造により土台と柱と梁とを補強したことを特徴とする。この構成によれば、経済的に木造家屋を補強することができる。

本発明の木造家屋の補強構造および木造家屋によれば、柱の両側に沿って設けた連結部材により柱の柱脚部および柱頭部をそれぞれ基礎、土台、梁などの相手方部材に連結したので、柱の両側において柱を強固に支持できる。そのため、地震等により柱にせん断力が作用しても、その水平力に抵抗して梁の持ち上がりを防止し、柱の転倒を防止できる。

本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態１を示す図である。 実施形態１において柱の転倒を防止する挙動を示す図である。 本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態２を示す図である。 実施形態２で使用するテーパー座金等の分解斜視図である。 一対のテーパー座金が存在する場合と存在しない場合の挙動の違いを示す図である。 本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態３を示す図である。 本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態４を示す図である。 従来の木造家屋の補強構造において柱が転倒する際の梁の状態を示す図である。

以下、本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態１〜４を、いわゆる木質（木造）ラーメン構法に適用して説明する。都市部では土地は貴重であり同時に高価で、建物も土地の有効利用を考えざるを得ない。木造家屋の建築構法は、大きく分けて、「在来軸組構法」、「壁式枠組構法（いわゆる２×４構法）」、「伝統構法」、「その他（ログハウス、ラーメン構法）」に分類できる。この中で、現在建築される住宅は、「在来軸組構法」と「壁式枠組構法」がほとんどである。これらの構法は、壁で地震力や風圧力などの外力に抵抗する構造で、大きな壁を建物の中にバランス良く配置する必要がある。一方、最近の都市部では土地が高価であるため、１Ｆを店舗利用し、２Ｆや３Ｆを住居として利用するケースがあるが、１Ｆの商用スペースに壁が入ってくるため、道路からの間口が狭く、窮屈な印象を与えていた。このような問題を解決する構法として、柱と梁で外力に抵抗する木質ラーメン構法がある。木質ラーメン構法は、柱と梁で外力に抵抗するため大きな壁を必要とせず、間口（開口部）を大きく取ることができると共に、自由な間取りが可能な近代的な構法である。その反面、木質ラーメン構法は大きな間口を有するため、地震等には弱いという弱点があった。そこで、本発明に係る木造家屋の補強構造を木質ラーメン構法に適用して補強したものである。

実施形態１．
図１は、本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態１を示す図である。図１に示す木質ラーメン構法は、基礎１の上に土台２および柱３を固定し、柱の３の上に梁４を固定して構成されるもので、土台２と柱３、および柱３と梁４との間には、それぞれ、ピンまたはボルト形状やプレート形状の鋼製のせん断力保持部材５ａ，５ｂが埋設され、せん断力保持部材５ａ，５ｂにより柱３に生じるせん断力を受けるように構成されている。土台２と基礎１とは、図示しない複数のアンカーボルトにより固定されている。柱３としては、例えば、１２０ｍｍ×２４０ｍｍ〜４００ｍｍ程度の無垢の木材または集成材を使用する。そして、実施形態１では、柱３の左右両側または前後両側、すなわち柱３を介し１８０度の位置において、連結部材を構成するアンカーボルト６、ジョイントナット７（接続金具）、タイロッド８、ターンバックル１０（接続金具）および通しボルト９により、土台２と梁４とを連結したことを特徴とする。

つまり、柱脚部３ａの両側には、それぞれ、下端部６ａが基礎１に埋設され上端部６ｂが土台２を貫通してその上側面から突出したアンカーボルト６が埋設されており、その上端部６ｂはジョイントナット７を介してアンカーボルト６とほぼ同径のタイロッド８に連結されている。一方、柱頭部３ｂの両側には、それぞれ、上端部９ｂが座金９２を介してナット９１により梁４の上側面に固定されている一方、下端部９ａが梁４を貫通しその下側面から突出した通しボルト９が設けられており、その通しボルト９の下端部９ｂにターンバックル１０を介してタイロッド８を連結している。これにより、図上、柱３の左右両側において、基礎１および土台２と梁４とが連結部材であるアンカーボルト６、ジョイントナット７、タイロッド８、ターンバックル１０および通しボルト９により連結される。ここで、ターンバックル１０を回転させることにより、アンカーボルト６、通しボルト９およびタイロッド８等の長さを調整して緊張力を付与することができるが、これらの連結部材に緊張力を付与することは必須でなく、連結部材に遊びが生じない程度に長さを調整すれば良い。なお、柱３の両側においてアンカーボルト６、通しボルト９およびタイロッド８等にかける緊張力をかける場合、なるべく同じ力で対称的にかけることが望ましい。このことは次の実施形態２でも同様である。

そのため、地震などが発生して、基礎１および土台２に対し梁４が相対的に水平移動して、柱３にせん断力が作用した場合、まず、せん断力保持部材５ａ，５ｂがそのせん断力に抵抗して、柱３の転倒等を防止する。そして、柱３に作用するせん断力が大きくなり、せん断力保持部材５ａ，５ｂの抵抗力以上になると、柱３が土台２や梁４の長手方向、例えば、図２に示すように図上右方向に傾く。すると、柱脚部３ａの左下端部３ａ２が基礎１の上側面から浮く一方、柱頭部３ｂの右上端部３ｂ１が梁４の下側面から離れ、転倒（回転）しようとする。その結果、基礎１には柱３の右下端部３ａ１が当る一方、梁４には柱３の左上端部３ｂ２が当ることになるので、梁４が上方に持ち上がろうとする。

しかし、実施形態１では、柱３の左右両側において、土台２と梁４とをアンカーボルト６、ジョイントナット７、タイロッド８、ターンバックル１０および通しボルト９により柱３を支持するので、梁４の持ち上がりに対して柱３の左右両側（または前後両側）のアンカーボルト６および通しボルト９およびタイロッド８が抵抗する。そのため、梁４の持ち上がりが防止され、柱３の転倒を防止できる。なお、柱３の両側に連結部材であるアンカーボルト６、通しボルト９およびタイロッド８を配置する場合においても、なるべく柱３の近傍に配置した方が、梁４の弾性変形が小さくなり、柱３の転倒抑止効果を向上させることができるので、柱３の近傍に配置する。

また、この構造によれば、連結部材として市場で流通している既存のアンカーボルト６および通しボルト９や、ジョイントナット７、タイロッド８、ターンバックル１０を使用しているので、経済的である。

なお、本実施形態１では、アンカーボルト６、通しボルト９とタイロッド８との連結に、それぞれ、接続金具としてのジョイントナット７やターンバックル１０を用いて説明したが、ジョイントナット７を用いずターンバックル１０を２つ使用して連結しても良いし、またはジョイントナット７やターンバックル１０を使用せずに溶接により連結したり、さらにはアンカーボルト６、通しボルト９とタイロッド８とを一本の連結部材により一体的に構成しても良い。以上のことは、実施形態２でも同様である。

実施形態２．
図３は、本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態２を示す図である。実施形態１では、柱頭部３ｂの両側における梁４の上側面から突出する通しボルト９の上端部９ｂを、座金９２を介してナット９１により固定していたが、実施形態２では、図３に示すようにその座金９２とナット９１の間に、上下一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂとスプリング１２等を設けたことを特徴とする。

つまり、柱頭部３ｂの両側において通しボルト９の上端部９ｂを梁４に固定する座金９２とナット９１との間に、図４に示すように、傾斜面１１ａ１，１１ｂ１同士を対向して当接させ、かつ、中央に通しボルト９の上端部９ｂを貫通させる貫通孔１１ａ２，１１ｂ２が形成された上下一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂを設ける。上側（ナット９１側）のテーパー座金１１ｂは、通しボルト９の軸線方向（長手方向）に沿って上方へ移動できれば十分であるので、その貫通孔１１ｂ２は、丸孔である。これに対し、下側（梁４側）のテーパー座金１１ａは、通しボルト９の軸線方向（長手方向）に対し垂直方向、すなわち梁４の長手方向と平行に移動する必要があるので、その貫通孔１１ａ２は、長孔である。また、左右両側の下側（梁４側）のテーパー座金１１ａには、それぞれ、梁４の長手方向と平行な貫通孔１１ａ３が形成されており、その貫通孔１１ａ３に１本の案内用ロッド１３が通されている。そして、案内用ロッド１３の両端部には、それぞれ、外端部を留めた弾性部材としてのスプリング１２が設けられ、その内端部がテーパー座金１１ａに当接しており、スプリング１２の弾性力により両テーパー座金１１ａを柱３の方向に付勢して、上側のテーパー座金１１ｂを上方へ押すように構成している。なお、案内用ロッド１３は、柱３の左右両側に独立して設けて良いし、あるいは省略しても良い。要は、柱３の左右両側の下側（梁４側）のテーパー座金１１ａを梁４の長手方向と平行に移動して、上側（ナット９１側）のテーパー座金１１ｂを上方へ移動できれば良い。また、弾性部材も、スプリング１２に限らず、板バネ等でも良く、要は、両テーパー座金１１ａを付勢できれば良い。さらに、上下一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂの関係を逆にし、上側のテーパー座金１１ｂをスプリング１２で付勢して下側のテーパー座金１１ａが下方に変位するようにしてもよい。

そのため、図５（ａ）に示すように、座金９２とナット９１の間にテーパー座金１１ａ，１１ｂおよびスプリング１２を設けていない場合には、柱３に大きなせん断力が作用して傾き、梁４がいったん浮いて戻ると、図５（ｂ）に示すように、柱３の両側においてアンカーボルト６および通しボルト９やタイロッド８が降伏し伸びて、アンカーボルト９の上端部９ｂを固定していたナット９１および座金９２が梁４の上側面から浮く虞がある。このようになると、ナット９１等と梁４の上側面との間に隙間が空くことになるので、次の地震において、再び柱３が傾いて隙間が無くなるまでは水平力に抵抗できず、その結果、柱３の傾斜が大きくなってしまう。

これに対し、図５（ｃ）に示す実施形態２のように座金９２とナット９１の間に上下一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂおよびスプリング１２を設けている場合は、アンカーボルト６および通しボルト９やタイロッド８が降伏し伸びても、図５（ｄ）に示すようにスプリング１２が下側（梁４側）のテーパー座金１１ａを常時付勢しているので、上側（ナット９１側）のテーパー座金１１ｂを上方へ移動させる。これにより、アンカーボルト６、通しボルト９やタイロッド８の伸びを吸収するので、ナット９１と梁４の上側面との間に隙間が空くことを防止できる。その結果、地震等により大きなせん断力が柱３に作用して、アンカーボルト６や通しボルト９が降伏して伸びた場合でも、ナット９１と梁４の上側面との間に隙間が空くことがなくなるので、そのまま次の地震に対応することができる。

実施形態３．
図６は、本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態３を示す図である。実施形態３では、土台２および梁４に固定されたアンカーボルト６および通しボルト９を、ジョイントナット７やタイロッド８およびターンバックル１０を使用せずに、それぞれ引き寄せ金物１４を使用して、柱３の柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂの両側において土台２と梁４に連結したことを特徴とする。つまり、実施形態３では、図６に示すように、柱１本当り、４つの引き寄せ金物１４を使用し、柱脚部３ａではその両側において引き寄せ金物１４を介し基礎１および土台２と柱３とをアンカーボルト６により連結する一方、柱頭部３ｂではその両側において引き寄せ金物１４を介し柱３と梁４とを通しボルト９により連結する。

そのため、地震などが発生して、基礎１および土台２に対し梁４が相対的に水平移動し、せん断力保持部材５ａ，５ｂの抵抗力以上のせん断力が柱３に作用しても、柱３の柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂの両側において引き寄せ金物１４およびアンカーボルト６および通しボルト９が抵抗するため、実施形態１と同様に梁４の持ち上がりを防止して、柱３の転倒を防止できる。

なお、本実施形態３では、上下階の同じ位置で，上下階別の柱３を、梁４を介さずに接合する場合、上下階の柱３それぞれに引き寄せ金物１４を取り付け、上下階別の柱３同士を２つの引き寄せ金物１４と１本の通しボルト９により直接連結することも可能である。なお、このことは、引き寄せ金物１４を使用する次の実施形態４でも同様である。

実施形態４．
図７は、本発明に係る木造家屋の補強構造および木造家屋の実施形態４を示す図である。実施形態４では、図６に示す実施形態３の木造家屋の補強構造に対し、柱３の柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂの左右両側（または前後両側）の引き寄せ金物１４に、一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂと、スプリング１２とを追加したことを特徴とする。

つまり、この実施形態４では、図７に示すように、柱３の柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂの両側に固定した引き寄せ金物１４のナット９１と座金９２との間に、図４に示すような実施形態２のものと同様の上下一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂおよびスプリング１２を設ける。そして、各テーパー座金１１ａ，１１ｂのうち、柱脚部３ａでは下側（土台２側）のテーパー座金１１ａをスプリング１２により柱３の方向に付勢するとともに、柱頭部３ｂでは上側（梁４側）のテーパー座金１１ａをスプリング１２により柱３の方向に付勢して、テーパー座金１１ｂをナット９１側へ押すようにする。なお、柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂの両側に固定した引き寄せ金物１４において、上下一対のテーパー座金１１ａ，１１ｂの関係は、上記実施形態２と同様に逆にしてもよい。

すなわち、実施形態３のように引き寄せ金物１４のナット９１と座金９２との間にテーパー座金１１ａ，１１ｂおよびスプリング１２を設けていない場合には、地震等により大きなせん断力が柱３に作用して、アンカーボルト６および通しボルト９が降伏し伸びたとき、ナット９１と引き寄せ金物１４との間に隙間が空き、次の地震において、柱３の傾きがより大きくなってしまう。これに対し、実施形態４のように柱３の柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂにおける両側の各引き寄せ金物１４において座金９２とナット９１の間にテーパー座金１１ａ，１１ｂおよびスプリング１２を設けている場合には、アンカーボルト６または通しボルト９が降伏し伸びても、スプリング１２がテーパー座金１１ａを常時付勢しているので、アンカーボルト６または通しボルト９の伸びを吸収する。その結果、再度の地震等により大きなせん断力が柱３に作用した場合には、直ちに水平力に抵抗するので、柱３の傾きを小さくすることができる。

なお、上記実施形態１〜４において、柱３の柱脚部３ａおよび柱頭部３ｂと土台２または梁４との当接部分を鉄板などで補強することにより、柱３の回転に伴う圧縮変形（めり込み）をさらに少なくするようにしても良い。また、上記実施形態１〜４では、本発明に係る木造家屋の補強構造を木質ラーメン構法に適用して説明したが、本発明では、木質ラーメン構法に限定されず、在来軸組構法等、土台と柱と梁とを使用する木造家屋の建築構法であれば適用可能である。

１…基礎、２…土台、３…柱、３ａ…柱脚部、３ｂ…柱頭部、４…梁、５ａ，５ｂ…せん断力保持部材、６…アンカーボルト（連結部材）、７…ジョイントナット（連結部材・接続金具）、８…タイロッド（連結部材）、９…通しボルト（連結部材）、９１…ナット、９２…座金、１０…ターンバックル（連結部材・接続金具）、１１ａ，１１ｂ…テーパー座金、１１ａ１，１１ｂ１…傾斜面、１１ａ２，１１ｂ２…貫通孔、１２…スプリング（弾性部材）、１３…案内用ロッド、１４…引き寄せ金物（連結部材）。

Claims (6)

1. 基礎の上に土台、柱および梁を配置した木造家屋の補強構造において、柱の両側に沿って設けた連結部材により柱脚部および柱頭部をそれぞれ相手方部材と連結したことを特徴とする木造家屋の補強構造。
2. 請求項１記載の木造家屋の補強構造において、
   前記連結部材は、基礎と土台を貫通しその上端部が土台の上側面から突出したアンカーボルトと、梁に上端部が固定され梁の下側面からその下端部が突出した通しボルトと、それらアンカーボルトと通しボルト間を、接続金具を介して中継するタイロッドとからなり、柱脚部と柱頭部に跨って設置したことを特徴とする木造家屋の補強構造。
3. 請求項２記載の木造家屋の補強構造において、
   前記柱の上端部の両側における梁の上側面からそれぞれ前記通しボルトの上端部が突出しており、それらの上端部に傾斜面同士を対向して当接させ、かつ、中央に前記通しボルトを貫通させる貫通孔が形成された上下一対のテーパー座金を設けてナットにより前記梁の上側面に固定すると共に、両側それぞれの上下一対のテーパー座金のうち一方のテーパー座金を弾性部材が付勢して他方のテーパー座金を鉛直方向に変位させることを特徴とする木造家屋の補強構造。
4. 請求項１記載の木造家屋の補強構造において、
   前記連結部材は、アンカーボルトと、通しボルトと、引き寄せ金物とからなり、柱脚部ではその両側において引き寄せ金物を介し基礎および土台と柱とをアンカーボルトにより連結する一方、柱頭部ではその両側において引き寄せ金物を介し柱と梁とを通しボルトにより連結することにより、柱脚部と柱頭部にそれぞれ個別に設置したことを特徴とする木造家屋の補強構造。
5. 請求項４記載の木造家屋の補強構造において、
   前記引き寄せ金物と前記アンカーボルトまたは通しボルトとの連結部分に、傾斜面同士が対向して当接し、かつ、前記アンカーボルトまたは通しボルトを貫通させる貫通孔が形成された上下一対のテーパー座金を設け、一方のテーパー座金を弾性部材が付勢して他方のテーパー座金を鉛直方向に変位させることを特徴とする木造家屋の補強構造。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一の請求項に記載の木造家屋の補強構造により土台と柱と梁とを補強したことを特徴とする木造家屋。

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