JP2014129691A - 木造家屋における耐震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】上下の横架材間に、上下方向の引っ張りに対抗する力を付与して、地震力により土台から柱が抜けたり、柱の上から梁が引き上げられたりすることを防止し、また仕口部の補強をして耐震化する。
【解決手段】梁５や土台３と柱４で形成される空間部に筋交いを設けた木造家屋において、梁５とその下の柱４とその下の土台３の間に、梁５と柱４を接合する金具１０と、柱４と土台３を接合する金具２０とを設けるとともに、金具１０と金具２０とを中間金具１７で連結した。これらの各金具１０、１７、２０は、柱４における筋交い７とは反対側の面に配設する。
【選択図】図２

Description

この発明は、木造家屋において地震時に横架材と柱との接合部の抜け及び破損を防止する耐震構造に関する。

従来から、木造家屋においては水平方向の剛性を上げるために、梁や土台からなる上下の横架材とこれらの間の２本の柱に囲まれて壁になる部分に筋交いを入れることが行なわれている。この筋交いが入っている壁は、地震力の入力時に、一方の柱側が上下方向の圧縮側になり他方の柱側が上下方向の伸張側になる。この圧縮側と伸張側は往復の揺れに伴って両柱間で交互に繰り返される。このとき、上下方向の圧縮側では柱が圧縮力に対抗するため揺れに対して筋交いが有効に抵抗するが、上下方向の伸張側では引っ張り力が作用して、柱に、その下の土台から上に引き抜かれる力が加わり、また梁に、柱の上から引き上げられる力が加わる。これは、傾斜している筋交いが地震力（横力）により起き上がる方向に姿勢を変えたときに、土台と上の梁との間隔を拡げる力が作用するからである。こうして、土台から柱が抜けたり、柱の上から梁が引き上げられたり、さらに仕口部が損壊して、これらの反復により、柱と上下の横架材との接合が失われることで木造家屋が倒壊するに至ることが知られている。

かかる不具合を解決するために、特許文献１に記載されるような補強金具が提供されている。すなわち、この補強金具は、土台と梁とこれらの間の２本の柱で形成される四角の空間部に設置されて、ここに形成される壁の内部に埋め込まれるものである。具体的には、柱の内側に沿う垂直方向の金具と土台の上側と梁の下側に沿う水平方向の金具とで金具の四角い枠を形成してある。この金具の枠には、上下方向の中間部にさらに水平金具が架設されたうえ、枠の対角線上に筋交いが交差して設置されている。かかる補強金具は、四隅において土台と梁と柱にボルト止めされる。この補強金具によれば、地震力によっても四角の枠と中間の水平金具と筋交いで構成される補強金具全体で地震力に抵抗するため、土台と上の梁との間隔が拡がるのを抑制することができる。

特開平１０−２５８３８号公報

しかしながら、上記の従来技術は、壁を構成する柱間に四角の枠状をなす補強金具を設置するものであるから、前記の四角の枠と中間の水平金具と交差する筋交いとをセットとして予め作成しておき、これを建築現場で柱間に設置しボルトで固定するものである。したがって補強するための構造が大がかりになって製造、運送、設置の各コストが嵩むとともに、過剰な強度になるおそれもある。また、上記の従来技術では、柱と柱の間に、筋交いを含む枠状の補強金具を建て込むのであるから、すでに壁ができている家屋を補強する場合には、その壁を撤去して柱と柱の間を大きく解放しなければ、補強金具を建て込むことができないという不具合もある。

そこで、この発明は、上下の横架材間に、上下方向の引っ張りに対抗する力を付与して、地震力により土台から柱が抜けたり、柱の上から梁が引き上げられたりすることを防止して耐震化することに限定したものである。このため、従来の工法と同様に柱間に筋交い自体を現場で個別に建て込む木造家屋においても適用でき、しかもコストを抑制できる耐震構造を得ることを目的としている。

この木造家屋における耐震構造の発明の第１の態様は、梁や土台からなる上下の横架材とこれらの間の２本の柱で形成される空間部に筋交いを設けた木造家屋において、前記上側の横架材の上側に上端が固定されてこの横架材を下方に貫通する上側貫通金具とこれの下端を前記柱に固定する上側固定金具とにより、前記柱の上端とこれに接する前記上側の横架材とを接合する上側接合金具を構成するとともに、前記下側の横架材の下側に下端が固定されてこの横架材を上方に貫通する下側貫通金具とこれの上端を前記柱に固定する下側固定金具とにより、前記柱の下端とこれに接する前記下側の横架材とを接合する下側接合金具を構成し、前記上側貫通金具及び下側貫通金具を前記柱における前記筋交いのある空間部とは反対側に設置し、前記上側接合金具と下側接合金具とを連結してこれらの間隔が拡がるのを防止する中間金具を、前記柱における前記上側貫通金具と下側貫通金具が設置された面に沿って配置したものである。

また、この発明の第２の態様は、梁や土台からなる上下の横架材とこれらの間の２本の柱で形成される空間部に筋交いを設けた木造家屋において、前記上側の横架材の上側に上端が固定されてこの横架材を下方に貫通する上側貫通金具とこれの下端を前記柱に固定する上側固定金具とにより、前記柱の上端とこれに接する前記上側の横架材とを接合する上側接合金具を構成するとともに、前記下側の横架材の下側に下端が固定されてこの横架材を上方に貫通する下側貫通金具とこれの上端を前記柱に固定する下側固定金具とにより、前記柱の下端とこれに接する前記下側の横架材とを接合する下側接合金具を構成し、前記上側貫通金具及び下側貫通金具を前記柱における前記筋交いのある空間部の側に設置し、前記上側接合金具と下側接合金具とを連結してこれらの間隔が拡がるのを防止する中間金具を、前記柱における前記上側貫通金具と下側貫通金具が設置された面に沿って配置したものである。

この第２の態様において前記第１の態様との相違点は、上側接合金具と、下側接合金具と、これらを連結する中間金具とを、第２の態様においては、柱における筋交いのある空間部側に設置した点である。これにより、各金具を壁内に埋め込むことができる。 前記木造家屋が２階建て又は３階建てであって、下の階と上の階の間の梁に貫通金具を上下に貫通させ、前記貫通金具の上端を上の階の柱に下側固定金具で固定し、前記貫通金具の下端を下の階の柱に上側固定金具で固定することにより、下の階の柱の上端と上の階の柱の下端とこれらの間にある前記梁とを固定して、前記貫通金具に前記下側貫通金具と上側貫通金具を兼ねさせるとよい。

また、前記横架材が小屋梁からなり、この小屋梁を上下に貫通する前記上側貫通金具の上端を前記小屋梁の上面に固定し、前記上側貫通金具の下端を前記小屋梁下の柱に前記上側固定金具で固定して前記上側接合金具としてもよい。
さらに、前記横架材が土台からなり、この土台を上下に貫通する前記下側貫通金具の下端を前記土台の下側の基礎に埋め込み、前記下側貫通金具の上端を１階の柱に前記下側固定金具で固定して前記下側接合金具とすることもできる。

上下の横架材間で圧縮に対しては従来通りに柱で対抗し、同じく上下の横架材間では本発明により、引っ張りに対抗する。こうして圧縮と引っ張りのそれぞれに対抗する力を柱と金具に分担させて、本発明においては引っ張りに対抗する力だけが付与されるから、地震力により土台から柱が抜けたり、柱の上から梁が引き上げられたりし、また仕口部が破損することを防止してこの点での耐震化を達成する。このため、従来の工法と同様に柱間に筋交い自体を現場で個別に建て込む木造家屋においても適用でき、しかもコストを抑制できる耐震構造とすることができる。

第１の実施形態を示す正面図。 図１の要部拡大図。 上側接合金具又は下側接合金具を構成する金具の説明図。 中間金具を構成する金具の説明図。 第２の実施形態を示す正面図。

図１は、この発明の耐震構造の一実施形態を示す図であり、木造３階建ての家屋を建築するための架構を示している。
この架構は、基礎２の上に横架材の一種である土台３を敷設し、その上に１階部分の柱４を立設し、その上に横架材の一種である２階の床受梁５を架設してある。この２階の床受梁５の上に２階部分の柱４、その上に横架材の一種である３階の床受梁５、その上に３階部分の柱４と建て込まれて、この柱４の上に横架材の一種である小屋梁６が架設されている。かくして、土台３と床受梁５と小屋梁６はいずれも横架材をなすものであるから、以下においてはこれらを単に横架材３、４、６と総称することもある。前記小屋梁６の上には追って小屋組が形成されたうえ屋根が葺かれる。図１において左右一対の柱４の間には筋交い７が建て込まれている。

図２は図１における最も左側にある上下３本の柱４の部分を拡大した図であり、上下方向において、３階の床受梁５とその下の２階の柱４の殆どを省略して図示したから、この図２においては、図１の３階建てではなく、２階建ての架構として説明する。つまり、図２において図示された床受梁５は２階のものであり、その上に２階の柱４が立設されて、さらにその上に小屋梁６が架設されたものとする。

図３には、この実施形態で使用される金具類が示される。図３（ａ）は所謂アンカーボルトであって、この実施形態では下側貫通金具１１である。この下側貫通金具１１は、下端１１ａがコンクリートの基礎２内に埋め込まれ、中間部分が土台３を貫通して、上端１１ｂが雄ねじをなしていて１階部分の柱４の下部側面に臨んでいる。

図３（ｂ）は下側固定金具１２であって、下部のサドル部分１２ａと、これから上に連続する平板状の柱固定部分１２ｂとからなる。サドル部分１２ａは、下側貫通金具１１の上端を貫通させる穴１２ｃが開設され且つそこに金具１１の上端が下から貫通してサドル部分１２ａ上でナットを螺合させることにより当該金具１１を固定する部分である。柱固定部分１２ｂは、柱４に貫通させるボルトを通す穴１２ｄが開設されて、その穴１２ｄを通ったボルトにナットを螺合することにより柱４に固定される部分である。前記の穴１２ｄも従来の金物の穴の数より減らして、柱４の強度を下げることなく柱４に固定できるようになっている。

図３（ｃ）は、上側及び下側兼用の固定金具１３であって、前記下側固定金具１２と同じく穴１３ｃがあるサドル部分１３ａと、穴１３ｄがある柱固定部分１３ｂとからなる。ただ、この兼用の固定金具１３は柱固定部分１３ｂの上下方向の長さが前記下側固定金具１２よりも短い。

図３（ｄ）は、所謂羽子板金具であって、上側貫通金具１４と上側固定金具１５とが一体をなしている。この上側貫通金具１４は、上部に雄ねじ部分１４ａがある棒状であり、これは、小屋梁６を貫通して上端に小屋梁６の上面でナットが螺合する部分である。上側固定金具１５は上側貫通金具１４の下端に溶接された板状をなし、柱４に貫通させるボルトを通す穴１５ａが開設されて、その穴１５ａを通ったボルトにナットを螺合することにより柱４に固定される部分である。以上の図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）に記載された各金具は前記説明とは上下を逆にして使用されてもよい。その場合には、各金具の名称に付された「上」「下」の語が上下逆になることは勿論である。

図３（ｅ）は、兼用の貫通金具１６であって１本で上側貫通金具と下側貫通金具とを兼用している。したがって、これが床受梁５を上下に貫通して上下端が各階の柱に下側固定金具をなす兼用の固定金具１３と上側固定金具をなす兼用の固定金具１３によりそれぞれ固定されるものである。この実施形態ではこの貫通金具１６は１本の螺杆からなるが、１本の丸棒の上下部分に雄ねじを形成したものであってもよい。

以上の上側貫通金具１４とこれの下端を柱４に固定する上側固定金具１５とにより上側接合金具１０が構成される。また兼用の貫通金具１６と兼用の固定金具１３を上側用の各金具として使用したときには、これらによっても上側接合金具１０が構成される。一方、前記下側貫通金具１１とこれの上端を柱４に固定する下側固定金具１２とにより下側接合金具２０が構成される。また、兼用の貫通金具１６と兼用の固定金具１３を下側用の各金具として使用したときには、これらによっても下側接合金具２０が構成される。なお、図３に示した各金具及び図示されない金具であっても前記同様に使用される金具であれば、いずれも上側接合金具１０ないし下側接合金具２０が構成されることは勿論である。

以上の図３に示した各金具は横架材３、５、６と柱４とを接合する金具であるが、図４に示した金具は、前記上側接合金具１０と下側接合金具２０を連結して、これらの間隔が拡がるのを防止する中間金具である。図４（ａ）の中間金具１７は、金属管の両端内側に雌ねじが形成されていて、上側接合金具１０及び下側接合金具２０の雄ねじ、例えば前記貫通金具１６の下端と前記下側貫通金具１１の上端にそれぞれ螺合することにより、両接合金具１０、２０を連結するものである。また図４（ｂ）の中間金具１８は、長板の左右両側を折り曲げることにより立ち上がり部１８ａを形成して断面Ｕ字状にするとともに、両端に穴１８ｂを開設したものである。この中間金具１８は、上側接合金具１０及び下側接合金具２０を柱４に固定するボルトを穴１８ｂに通して、このボルトを介して中間金具１８と上下の接合金具１０、２０を連結するものである。このようにして両接合金具１０、２０を連結できる金具であれば図４に示した金具以外のものであってもよく、金棒やチェンなども使用することができる。

次に、図２に基づいて耐震構造を具体的に説明する。この説明に使用される各金具については図３、４を参照されたい。まず、基礎２に下端が埋め込まれた下側貫通金具１１は、中間が土台３を上下に貫通し、上端が下側固定金具１２の穴１２ｃを下から貫通して、下側固定金具１２のサドル部分１２ａの上面でナット２１止めされている。下側固定金具１２は、柱４における筋交い７のある部分とは反対側の面に、柱４を貫通するボルト２２により固定されている。この状態で、１階の柱４と土台３と基礎２が、下側貫通金具１１と下側固定金具１２とからなる下側接合金具２０により接合されている。

また、２階の床受梁５には上側及び下側兼用の貫通金具１６が上下に貫通している。この螺杆からなる貫通金具１６の下端が、１階の柱４の側面で、上側固定金具をなす兼用の固定金具１３の穴１３ｃを上から貫通して、そのサドル部分１３ａの下面でナット２３止めされている。この兼用の固定金具１３は、１階の柱４における筋交い７のある部分とは反対側の面に柱４を貫通するボルト２４により固定されている。また、貫通金具１６の上端は、２階の柱４の側面で、上側固定金具をなす兼用の固定金具１３の穴１３ｃを下から貫通している。この２階の柱４に取り付けられる兼用の固定金具１３は、１階に用いた兼用の固定金具１３とは上下逆になっていて、そのサドル部分１３ａの上面でナット２５止めされている。この兼用の固定金具１３は、２階の柱４における筋交い７のある部分とは反対側の面に柱４を貫通するボルト２６により固定されている。

かくして、１階の固定金具１３と貫通金具１６とからなる上側接合金具１０と、２階の固定金具１３と前記１階と兼用の貫通金具１６とからなる下側接合金具２０によって、２階の床受梁５を挟んで１階と２階の上下の柱４が接合され、以て、床受梁５と上下の柱４とがいずれも接合されている。

また、最上部の小屋梁６には、２階の柱４における筋交い７のある面とは反対側の面に配置された上側接合金具１０の上側貫通金具１４が下から貫通し、その上端が小屋梁６上面でナット２７止めてされている。また、上側接合金具１０をなす上側固定金具１５の穴１５ａには、２階の柱４における筋交い７のある面からその反対側の面に貫通するボルト２８により固定されている。こうして、２階の柱４の上端に小屋梁６が接合されている。かくして、１階と２階の柱４は、それらの上下の各横架材３、５、６と、前記の各上側接合金具１０と下側接合金具２０とによって接合され、また上下の各接合金具１０、２０の耐引っ張り剛性により、各柱４とこれに接合している横架材３、５、６との接合が維持され、柱から横架材３、５、６が上下に離れることが防止される。

さらに、１階の下側接合金具２０をなす下側貫通金具１１の上端と、１階の上側接合金具１０をなす兼用の貫通金具１６の下端には、図４（ａ）に示された中間金具１７が螺合されていて、この中間金具１７により下側接合金具２０と上側接合金具１０とが連結されていて、これら接合金具２０、１０間が拡がることが防止されている。また、２階の下側接合金具２０をなす兼用の固定金具１３の柱固定部分１３ｂと、２階の上側接合金具１０をなす上側固定金具１５には、これらを柱４に固定するボルト２６、２８により、図４（ｂ）に示された中間金具１８が連結されていて、２階の下側接合金具２０と上側接合金具１０との間が拡がることが防止されている。

かくして、最上の小屋梁６と、その下の２階の柱４と、その下の２階の床受梁５と、その下の１階の柱４と、その下の土台３と、その下の基礎２は、上から下までが、２階の上側接合金具１０、中間金具１８、２階の下側接合金具２０、１階の上側接合金具１０、中間金具１７、１階の下側接合金具１０によって、一連に接合されている。

このため、最上の小屋梁６から最下の基礎２までのうち上下に接するいずれの部材間も上下に開くことが防止され、地震力によりこれらの上下の部材間を拡げる力が架構に入力されても、前記の上下一連の金具に引っ張り力が発生して、前記の部材間を拡げる力に対抗する。よって、上下の横架材３、５、６間に、地震により、筋交い７が起き上がる方向の力が作用して、下の横架材３、５に対して柱４が浮き上がる力や、柱４に対してその上の横架材５、６が浮き上がる力が発生しても、柱４と横架材３、５、６との間が上下に離れることが防止される。

このように、上下の一連の金具によって木造家屋の耐震性が向上するが、この耐震性は一連の金具に発生する引っ張り力（柱４と横架材３、５、６との間を上下に離そうとする力に対抗して、これらが離れないよう維持する力）により生じるものである。したがって、地震時に柱４と横架材３、５、６間に発生する上下方向の圧縮力に対しては、各柱４によって対抗するものとしているから、この発明の耐震構造では木造家屋に過剰な剛性を与えておらず、できるだけ簡単な構造で必要な耐震性を得ることができる。

しかも、この耐震構造に必要な上下の接合金具１０、２０と、これらの間を結合する中間金具１７、１８は、第１の実施形態においては、いずれも柱４における筋交い７とは反対側の面に配置されるから、筋交い７のある壁の部分は従来のままの構造とすることができる。このため、この発明が適用できる木造家屋は従来の工法をそのまま利用したうえ、前記金具類を追加して施工することで構築することができる。したがって、この発明の耐震構造を既設の家屋の補強にも適用することができる。この場合に、筋交い７が入った壁の部分をそのまま保存して耐震補強するために、前記柱４を貫通させているボルト２２、２４、２６、２８に代えて、柱４のうちの金具１０、２０側の面からのみ施工できる周知の固着手段を採用することもできる。

図５は、この発明の第２の実施形態を示す正面図である。この実施形態では、上側接合金具１０と下側接合金具２０と、これらをつなぐ中間金具１７、１８の位置が、柱４における、筋交い７のある空間側の面に配置されている。これにより、各金具１０、１７、１８、２０は筋交い７とともに左右の柱４間に形成される壁に埋め込まれるから、筋交い７のない柱間に金具が表れることがない。したがって見栄えもよいし生活の邪魔になることがない。

また、この第２の実施形態では、柱４と横架材３、５、６との間を補強する補強金物３０を使用している。この補強金物３０を、柱４と横架材３、５、６との接合部の正面又は背面にあてがったうえ、柱４及び横架材３、５、６にボルト止めしてある。これにより、補強金物３０を介して柱４といずれかの横架材３、５、６との間の結合強度を上げ、地震力によって、柱４のほぞと横架材３、５、６端部の局部損傷を防止するようになっている。この補強金物３０は前記第１の実施形態には使用していないが、第１の実施形態において採用することができるのは勿論である。なお、第２の実施形態における他の構成と作用効果については第１の実施形態と同一である。

２ 基礎
３ 土台
４ 柱
５ 床受梁
６ 小屋梁
７ 筋交い
１０ 上側接合金具
１１ 下側貫通金具
１２ 下側固定金具
１３ 兼用の固定金具
１４ 上側貫通金具
１５ 上側固定金具
１６ 兼用の貫通金具
１７ 中間金具
１８ 中間金具
２０ 下側接合金具

Claims (5)

1. 梁や土台からなる上下の横架材とこれらの間の２本の柱で形成される空間部に筋交いを設けた木造家屋において、
   前記上側の横架材の上側に上端が固定されてこの横架材を下方に貫通する上側貫通金具とこれの下端を前記柱に固定する上側固定金具とにより、前記柱の上端とこれに接する前記上側の横架材とを接合する上側接合金具を構成するとともに、
   前記下側の横架材の下側に下端が固定されてこの横架材を上方に貫通する下側貫通金具とこれの上端を前記柱に固定する下側固定金具とにより、前記柱の下端とこれに接する前記下側の横架材とを接合する下側接合金具を構成し、
   前記上側貫通金具及び下側貫通金具を前記柱における前記筋交いのある空間部とは反対側に設置し、前記上側接合金具と下側接合金具とを連結してこれらの間隔が拡がるのを防止する中間金具を、前記柱における前記上側貫通金具と下側貫通金具が設置された面に沿って配置したことを特徴とする木造家屋における耐震構造。
2. 梁や土台からなる上下の横架材とこれらの間の２本の柱で形成される空間部に筋交いを設けた木造家屋において、
   前記上側の横架材の上側に上端が固定されてこの横架材を下方に貫通する上側貫通金具とこれの下端を前記柱に固定する上側固定金具とにより、前記柱の上端とこれに接する前記上側の横架材とを接合する上側接合金具を構成するとともに、
   前記下側の横架材の下側に下端が固定されてこの横架材を上方に貫通する下側貫通金具とこれの上端を前記柱に固定する下側固定金具とにより、前記柱の下端とこれに接する前記下側の横架材とを接合する下側接合金具を構成し、
   前記上側貫通金具及び下側貫通金具を前記柱における前記筋交いのある空間部の側に設置し、前記上側接合金具と下側接合金具とを連結してこれらの間隔が拡がるのを防止する中間金具を、前記柱における前記上側貫通金具と下側貫通金具が設置された面に沿って配置したことを特徴とする木造家屋における耐震構造。
3. 前記木造家屋が２階建て又は３階建てであって、下の階と上の階の間の梁に貫通金具を上下に貫通させ、前記貫通金具の上端を上の階の柱に下側固定金具で固定し、前記貫通金具の下端を下の階の柱に上側固定金具で固定することにより、下の階の柱の上端と上の階の柱の下端とこれらの間にある前記梁とを固定して、前記貫通金具に前記下側貫通金具と上側貫通金具を兼ねさせたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木造家屋における耐震構造。
4. 前記横架材が小屋梁からなり、この小屋梁を上下に貫通する前記上側貫通金具の上端を前記小屋梁の上面に固定し、前記上側貫通金具の下端を前記小屋梁下の柱に前記上側固定金具で固定して前記上側接合金具としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の木造家屋における耐震構造。
5. 前記横架材が土台からなり、この土台を上下に貫通する前記下側貫通金具の下端を前記土台の下側の基礎に埋め込み、前記下側貫通金具の上端を１階の柱に前記下側固定金具で固定して前記下側接合金具としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の木造家屋における耐震構造。

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