JP2015063795A - 重ね梁の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤やシャチで固定せずに、プレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができる、大きな梁材を製造する方法を提供すること。
【解決手段】、接合すべき複数の素材梁１０の接合面１２に凹凸１４・１６を加工する工程と、複数の素材梁１０を、凹凸１４・１６を互いに嵌め合わせて軸方向剪断ずれをしないように組み合わせる工程（ｓｔｅｐ−２）と、組み合わせた複数の素材梁１０を緊結ボルト３２で一体に緊結する工程とを備える、重ね梁の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、素材梁を重ねて大きな梁材を製造する方法に関し、特に、接着剤やシャチで素材梁を固定せずに梁成の大きな梁材を製造する方法に関する。

木材を利用することにより、森を育て、林業の再生を図るために「公共建築物等における木材の利用の促進に関する法律」（平成２２年法律第３６号）が施行された。同法律は、現在のところ木造率が低くて今後の需要が期待できる公共建築物にターゲットを絞って、木材利用を促進することを目的とする。

公共建築物では一般住宅よりも広い空間が必要になるため、梁成（梁の上端から下端までの寸法）の大きな梁材が必要となる。そのような梁材を無垢材で入手することは困難であり、現状では集成材もしくはトラス方式を使用した梁材を用いるのが主流である。しかし、集成材は接着剤の使用に関する高度な技術が必要で、高価な専用の製造装置を使用する。また、トラス方式の場合も接合部の設計難易度が高く、加えて外観上の違和感を内装材で隠して補う場合が多く、木質感を重視した設計には難点がある。

上記の問題を解決すべく、標準寸法の木材を重ねて梁成の大きな梁材を製造する重ね梁の開発が行われてきた。非特許文献１に記載の方法は、素材梁同士を金属ボルトで緊結して規格寸法の素材梁から梁成の大きい梁を製作する方法であって、接着剤で固定しないで外観上も優れた重ね梁を製作する方法としてある。曲げ剛性を強化するために素材梁接合面に溝を彫り「シャチ」と呼ばれる接合用木片駒を打ち込んで剪断ずれを防止する。

橋爪丈夫、他「シャチ・ボルト接合によるスギ重ね梁の開発」長野県林業総合センター研究報告２００６年２０号１１７〜１３１頁

非特許文献１に記載の方法によれば、素材梁同士を金属性のボルトで緊結後に、曲げ剛性を強化するために「シャチ」を打ち込むことにより、大きな梁成の梁材が出来上がる。ここで、実際の建築物の構造材として使用するためには、使用場所に合った大きさの梁とするために、プレカットマシン等で機械加工を行うことが必要である。しかし、梁材は金属ボルトで緊結されているため、加工前に金属ボルトを一旦取外す必要がある。ところが、シャチを打ち込んでいるだけのために、金属ボルトを外せば、梁相互の固定が緩んでしまう。よって、プレカットマシン等での機械加工を行い難いという問題がある。

そこで、本発明は、接着剤やシャチで固定せずに、プレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができる、梁成の大きな梁材を製造する方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る重ね梁の製造方法は、たとえば図１に示すように、接合すべき複数の素材梁１０の接合面１２に凹凸１４・１６を加工する工程と、複数の素材梁１０を、凹凸１４・１６を互いに嵌め合わせて軸方向剪断ずれをしないように組み合わせる工程（ｓｔｅｐ−２）と、組み合わせた複数の素材梁４０を緊結ボルト３２で一体に緊結する工程とを備える。

第１の態様の重ね梁の製造方法によれば、素材梁の接合面に加工した凹凸を互いに嵌め合わせるので、接着剤やシャチで固定することなく軸方向剪断ずれを防ぐことができる。なお、軸方向剪断ずれとは、複数の素材梁が図１のｘ方向に互いにずれることを言い、重ね梁に荷重が作用したときに曲げ変形することにより生ずるずれと同方向のずれである。よって、荷重が作用した時に十分な強度を有する重ね梁となる。また、凹凸を互いに嵌め合わせることにより素材梁同士を組み合わせている、すなわち仮固定しているので、緊結ボルトで一体に緊結する前に、プレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができる。

また、本発明の第２の態様に係る重ね梁の製造方法は、本発明の第１の態様に係る重ね梁の製造方法において、緊結ボルト３２で一体に緊結する工程の前に、使用寸法とするための加工を組み合わせた複数の素材梁４０に施す工程をさらに備える。
第２の態様の重ね梁の製造方法によれば、使用場所に合った大きさの重ね梁を容易に製造することができる。なお、「使用寸法とするための加工」とは、一体化された梁材を使用する際に使用し易い寸法にする機械加工であって、必ずしも使用寸法と一致させることではない。

また、本発明の第３の態様に係る重ね梁の製造方法は、本発明の第１または第２の態様に係る重ね梁の製造方法において、例えば図１に示すように、組み合わせる工程が、複数の素材梁１０をダボ２２で接合する工程を含む。
第３の態様の重ね梁の製造方法によれば、凹凸を互いに嵌め合わせることに加え、複数の素材梁をダボで接合するので、より確実に仮固定することができ、組み合わせた複数の素材梁の接合面における剥離および嵌め合わせ時の幅方向、すなわち図１のｙ方向の位置ずれが防止される。特に、緊結ボルトで一体に緊結する前にプレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができ、その際の嵌め合わせの狂いも防止される。

また、本発明の第４の態様に係る重ね梁の製造方法は、本発明の第１ないし第３の態様のいずれかに係る重ね梁の製造方法において、例えば図２に示すように、前記凹凸６４・６６が、複数の台形形状で形成される。
第４の態様の重ね梁の製造方法によれば、凹凸が複数の台形形状で形成されるので、複数の素材梁を組み合わせ易い。

また、本発明の第５の態様に係る重ね梁の製造方法は、本発明の第１ないし第３の態様のいずれかに係る重ね梁の製造方法において、例えば図１に示すように、前記凹凸１４・１６が、複数の矩形形状で形成される。
第５の態様の重ね梁の製造方法によれば、凹凸が複数の矩形形状で形成されるので、接合面の軸方向剪断ずれをより確実に防止できる。

また、本発明の第６の態様に係る重ね梁の製造方法は、本発明の第６の態様に係る重ね梁の製造方法において、例えば図３に示すように、凹凸１４・１６の矩形形状の端部に面取りＣを加工する。
第６の態様の重ね梁の製造方法によれば、凹凸の矩形形状の端部に面取りを加工するので、複数の素材梁を組み合わせ易い。

本発明の重ね梁の製造方法によれば、接合すべき複数の素材梁の接合面に凹凸を加工する工程と、複数の素材梁を、凹凸を互いに嵌め合わせて軸方向剪断ずれをしないように組み合わせる工程と、組み合わせた複数の素材梁を緊結ボルトで一体に緊結する工程とを備えるので、接着剤やシャチで固定することなく、十分な強度を有する重ね梁であって、緊結ボルトで一体に緊結する前に、プレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができる大きな梁成の重ね梁を製造することができる。

本発明の実施の形態による重ね梁の製造工程の説明図である。 素材梁の接合面の変形例を示す図である。 素材梁の接合面の別の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１を参照して、本発明に係る重ね梁の製造方法について説明する。図１は、本発明に係る重ね梁５０の製造工程を説明するための斜視図で、（１）は素材梁１０を上下に配列した、組み合わせる直前の様子を、（２）は素材梁１０を組み合わせた様子を、（３）は組み合わせた素材梁１０を緊結ボルト３２で一体に緊結した様子を示し、（４）は（１）におけるＡ−Ａ矢視であり素材梁１０の（１）に示す接合面１２とは別の接合面１２を示す。なお、図１では、３本の素材梁１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）から重ね梁５０を製造しているが、素材梁１０の本数は３本には限られず、２本（中段の素材梁１０ａがない）でも、４本以上（中段の素材梁１０ａが２本以上）でもよい。

図１（１）に示すように、素材梁１０は、日本農林規格（農林水産省告示第１０８３号）に示される標準の寸法の木材を用いてもよく、接合面１２に凹凸１４・１６を加工する。素材梁１０（中段の素材梁１０ａ）は、相対する２面に接合面１２を有するが、組み合わせた際に最上段あるいは最下段に位置する素材梁１０（最上段の素材梁１０ｂ、最下段の素材梁１０ｃ）では、１面にのみ接合面１２を有し、最上段あるいは最下段となる面は平坦なままでよい。

接合面１２には、凹部１４と凸部１６とが形成される。すなわち、接合面１２の凹部１４に相当する部分を切り取りあるいは削り取ることにより、残部が凸部１６となり、１４と凸部１６とが形成される。凹部１４と凸部１６とは、接合する２つの接合面１２の凹部１４と凸部１６とが嵌め合わされるように形成される。典型的には、同じ大きさ（長さ）の、素材梁１０の長手方向断面での断面形状が矩形の凹部１４と凸部１６が交互に形成される。なお、凸部１６の大きさが凹部１４の大きさと同等もしくは僅かに大きく形成され、嵌め合わせたときに軸方向のずれが生じないようになるのが好ましい。嵌め合わされる凹部１４と凸部１６とが上記の関係を満たしていれば、長手方向断面での断面形状において大きさの異なる矩形の凹部１４と凸部１６の組が形成されてもよい。接合する相手方の接合面１２には、同じ大きさと形状を有する凹部１４と凸部１６が、互いに逆に形成される。１つの接合面１２に形成される凹部１４と凸部１６の数は任意であるが、少なくとも２つずつ形成されるのが好ましい。重ね梁が曲げ変形する際に軸方向のずれが防止するためである。ただし、素材梁１０の軸方向長さに対して凹部１４と凸部１６の数が多すぎると、凸部１６の長さ（図１のｘ方向の長さ）が短くなり、凹凸１４・１６の嵌め合わせが煩雑になる。また、重ね梁が曲げ変形する際の素材梁１０同士の軸方向のずれを防止するため、凸部１６の横断面（凹部１４を延長した面）には大きな剪断力が作用する。凸部１６が大きな剪断力を受けても破損しないように、凹凸１４、１６のピッチ（軸方向の長さ）は深さ（高さ）より大きい。たとえば、ピッチは深さの３倍以上である。一例として、９０ｍｍピッチ、深さ１５ｍｍの矩形の凹部１４と凸部１６が繰り返されるのが好ましい。

接合面１２には、図２に示すように、断面形状が台形の凹部６４と凸部６６が形成されてもよい。凹凸６４・６６が台形であると、素材梁１０が嵌め合わせ易くなる。あるいは、図３に示すように、断面が矩形の凹部１４と凸部１６の角に面取りＣを加工してもよい。面取りＣは、凹部１４の窪み始める角あるいは凸部１６の突出した部分の角に設ける。両方に設けてもよい。また、凹部１４の窪んだ底の角あるいは凸部１６の突出し始める部分の角にＲ面取りを加工してもよい。面取りＣを加工することにより、素材梁１０を嵌め合わせ易くし、嵌め合わせた後の軸方向のずれを防止する効果の減少を抑えられる。また、Ｒ面取り加工をすることにより、凹部１４および凸部１６の付け根への応力集中を緩和でき、軸方向の強度を向上できる。

接合面１２の凹部１４あるいは凸部１６の中心に、素材梁１０を重ねる方向（図１のｙ方向）のダボ穴２０を形成する。ダボ穴２０を形成する位置は、凹部１４あるいは凸部１６の中心でなくてもよいが、組み合わされる接合面同士で、同じ位置に形成される必要がある。すなわち、２つの素材梁１０が組み合わされる２つの接合面１２では、片方の接合面１２では凹部１４に、他の接合面では凸部１６にダボ穴２０を形成する。さらに、ダボ穴２０を形成されなかった凸部１６あるいは凹部１４には、ボルト孔３０が重ねる方向（図１のｙ方向）に素材梁１０を貫通する。

ダボ穴２０にはダボ２２を挿入する。ただし、組み合わされる他の接合面１２のダボ穴２２にダボ２０が挿入される場合には、ダボ２０は挿入しない。図１（１）に示す接合面１２では凸部１６のダボ穴２０にダボ２２を挿入し、組み合わされる図１（４）に示す接合面１２では凹部１４のダボ穴２０にダボ２２を挿入しない。ここまでで、図１（１）に示すように、素材梁１０を組み合わせる準備が整う。なお、ダボ穴２０は、たとえば接合面１２の全ての凸部１６（あるいは凹部１４）に形成する必要はない。さらに、ダボ２２は全てのダボ穴２０に装着される必要はない。すなわち、組み合わせ後にダボ２２が挿入されていないダボ穴２０があってもよい。なお、１つの接合部分（接合面１２が組み合わされた部分）に少なくとも２つのダボ２２が装着されると、組み合わされた２つの素材梁１０の相対的な軸と直角方向の移動が阻止される。さらに、素材梁１０同士の位置合わせも容易になり、プレカットマシンによる機械加工に十分に耐える接合強度が得られる。

ダボ２２は、典型的には木製であるが、プラスチック等の材料で形成されてもよい。後述する使用する際に使用し易い寸法にする機械加工の際に、機械加工用の工具に損傷を与えない材料でダボ２２を形成するのが好ましい。ダボ２２を接着剤で素材梁１０に接着してもよい。ダボ２２の接着では、集成材を製造するような高度な技術や専用の製造装置は不要である。また、ダボ２２の断面形状とダボ穴２０の断面形状を円形とすると製作が容易となり、好ましい。しかし、ダボ２２の断面形状を矩形とし、ダボ穴２０の断面形状を円形として、ダボ２２の装着による素材梁１０同士の結合を強固にしてもよい。なお素材梁１０には、ダボ穴２０が形成されず、あるいは、ダボ２２が装着されなくてもよい。

次に、図１（２）に示すように、素材梁１０を組み合わせ、組み合わせた複数の梁４０を形成する。素材梁１０を組み合わせることにより、組み合わされる２つの素材梁１０のそれぞれの接合面１２の凹部１４と凸部１６が嵌め合わされる。よって、組み合わせた複数の梁４０における素材梁１０同士の相対的移動が阻止される。さらに、ダボ１０が素材梁１０のダボ穴２０に装着され、素材梁１０同士の相対的移動がより確実に阻止される。なお、典型的には重ねた素材梁１０を大槌で打ち込んで、凹凸１４を嵌め合わせる。

組み合わせた複数の梁４０を、一体化された重ね梁を使用する際に使用し易い寸法にする機械加工（プレカットマシンによる機械加工）に供してもよい。組み合わせた複数の梁４０は、凹凸１４・１６を嵌め合わせているので、素材梁１０同士の相対的移動が阻止され、すなわち仮固定され、機械加工することができる。さらに、ダボ２２が装着されていれば、より素材梁１０同士の相対的移動が阻止され、機械加工しやすい。また、組み合わせた複数の梁４０には、ボルト等の金属が用いられていないので、機械加工を施し易い。

なお、一体化された重ね梁を使用する際に使用し易い寸法とは、典型的には重ね梁を使用する寸法である。しかし、後述のように緊結ボルト３２で一体に緊結した重ね梁を加工して使用する場合もある。例えば、緊結ボルト３２で緊結していることが影響しないような加工であれば、重ね梁に加工を施すことが可能である。特に、重ね梁に一体化した後に加工した方が高い精度が得られるので、細かな加工は重ね梁に一体化した後に施されることが好ましい。

次に、図１（３）に示すように、組み合わせた複数の梁４０のボルト孔３０に緊結ボルト３２を通し、ナット３４で締め、組み合わせた複数の梁４０を緊結して一体化する。緊結ボルト３２をナット３４で締めることを、緊結ボルト３２で緊結するあるいは一体化するともいう。なお、緊結ボルト３２としては、頭付きボルトに限られず、両ねじボルトあるいは長ねじボルトでよく、両ねじボルトあるいは長ねじボルトの場合には、梁４０の両側からナット３４で締める。緊結ボルト３２とナット３４で組み合わせた複数の梁４０を締める場合には、ボルトの頭あるいはナット３４と梁４０との間にワッシャを挟み、ボルトの頭あるいはナット３４から梁４０に加わる圧力が低くなるようにすることが好ましい。また、緊結ボルト３２に伸びボルトを用いて、経年変化のためワッシャから圧力を受けて梁４０が窪んでくる等、緊結ボルト３２に締められる梁４０長さが縮んできても、緊結する力が低減しないようにしてもよい。さらに、緊結ボルト３２の中間部分をばねで形成して、すなわち、伸縮ボルトにおいて軸を細くした部分に代えてばねを用いることにより、より伸縮し易い緊結ボルト３２としてもよい。

組み合わせた複数の梁４０を一体化するのに緊結ボルト３２を用いるので、経年変化により緊結ボルト３２に緩み（ナット３４の緩み）が生じても、増し締めすることにより、緩みなく緊結され一体化された重ね梁とすることができる。

組み合わせた複数の梁４０を、緊結ボルト３２で緊結して一体化することにより得られた重ね梁５０は、荷重（図１のｙ方向の荷重）の作用により生ずる曲げ変形（図１のｚ軸回り）を生じる際、接合面１２に形成された凹凸１４・１６により素材梁１０同士の軸方向（図１のｘ方向）のずれが抑えられる。すなわち、重ね梁５０全体で荷重を受けることになる。したがって、大きな梁成の梁として機能する。

上記のように、本発明の重ね梁の製造方法によれば、汎用の標準寸法の木材を用いて、接着剤やシャチで固定せずに、プレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができ、外観に優れた、大きな梁成の梁材５０を、安価に製造することができる。さらに、中段の素材梁１０ａの本数を変更することで、必要な梁成の梁を容易に製造できる。

なお、断面が矩形の木材を素材梁１０に用いる場合に、重ね梁５０の高さ方向に矩形の長辺を用いると、少ない素材梁１０で大きな梁成の重ね梁５０を製造できる。また、重ね梁５０の幅方向（図１のｚ方向）に矩形の長辺を用いると、大きな梁幅の重ね梁５０を製造できる。

また、より外観を良くするために、重ね梁５０の最上部および最下部から緊結ボルト３２やナット３４が突出しないように、最上段の素材梁１０ｂの上面のボルト孔３０および最下段の素材梁１０ｃの下面のボルト孔３０の周囲を表面より掘り下げてもよい。緊結ボルト３２を緊結後に掘り下げたところに木栓で蓋をして、緊結ボルト３２やナット３４、ボルトの頭を隠してもよい。

なお、組み合わせた複数の梁４０における凹凸１４・１６の嵌め合いやダボ２２の装着による仮止め効果を確実に得るために、必要に応じて緊結ボルト３２で一旦緊結し、その後、使用し易い寸法にする機械加工（プレカットマシンによる機械加工）の前に緊結ボルト３２を外してもよい。

これまでの説明では、素材梁１０を高さ方向（図１のｙ方向）にのみ重ね合わせるものとして説明したが、幅方向（図１のｚ方向）にも、同様の構造で素材梁１０を組み合わせて、一体に緊結してもよい。梁成に加え、梁幅の大きな重ね梁を、汎用の標準寸法の木材を用いて、接着剤やシャチで固定せずに、プレカットマシンによる機械加工を容易に行うことができ、外観に優れた、大きな梁成と梁幅の梁材５０を、安価に製造することができる。

１０ 素材梁
１０ａ 中段の素材梁
１０ｂ 最上段の素材梁
１０ｃ 最下段の素材梁
１２ 接合面
１４ 凹部
１６ 凸部
２０ ダボ穴
２２ ダボ
３０ ボルト孔
３２ 緊結ボルト
３４ ナット
４０ 組み合わせた複数の梁
５０ 緊結した梁（重ね梁）
６４ 台形の凹部
６６ 台形の凸部
Ｃ 面取り
Ｒ Ｒ面取り

Claims (6)

1. 接合すべき複数の素材梁の接合面に凹凸を加工する工程と、
   前記複数の素材梁を、前記凹凸を互いに嵌め合わせて軸方向剪断ずれをしないように組み合わせる工程と、
   前記組み合わせた複数の素材梁を緊結ボルトで一体に緊結する工程とを備える、
   重ね梁の製造方法。
2. 前記緊結ボルトで一体に緊結する工程の前に、使用寸法とするための加工を前記組み合わせた複数の素材梁に施す工程をさらに備える、
   請求項１に記載の重ね梁の製造方法。
3. 前記組み合わせる工程が、前記複数の素材梁をダボで接合する工程を含む、
   請求項１または２に記載の重ね梁の製造方法。
4. 前記凹凸が、複数の台形形状で形成される、
   請求項１ないし３のいずれか1項に記載の重ね梁の製造方法。
5. 前記凹凸が、複数の矩形形状で形成される、
   請求項１ないし３のいずれか1項に記載の重ね梁の製造方法。
6. 前記凹凸の矩形形状の端部に面取りをした、
   請求項５に記載の重ね梁の製造方法。

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