JP2018199936A - 木質部材の接合方法および接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することのできる簡易な木質部材の接合方法および接合構造を提供する。【解決手段】互いに突き合わせ配置した木質部材１２Ａ、１２Ｂを接合する方法であって、それぞれの木質部材１２Ａ、１２Ｂの端面１４Ａ、１４Ｂに所定の深さの先孔を形成するステップと、先孔の壁にネジ形状の溝１８Ａ、１８Ｂを形成して挿入孔１６Ａ、１６Ｂを形成するステップと、双方の挿入孔１６Ａ、１６Ｂに、外周面に突起を備える金属製の棒状部材２０を挿入配置して、木質部材１２Ａ、１２Ｂの端面１４Ａ、１４Ｂを互いに突き合わせ配置するステップと、棒状部材２０と挿入孔１６Ａ、１６Ｂの間の隙間に耐熱性の接着剤２２を充填するステップとを備えるようにする。【選択図】図３

Description

本発明は、木質部材の接合方法および接合構造に関するものである。

従来、木材を構造部材として使用した木質構造建築物において、木質部材どうしを異種部材（例えば金物や鋼棒など）で軸方向に接合した構造を用いることがある。構造部材を現しとして使用する場合、木質部材どうしを接合する部分（例えば仕口や継手など）で異種部材が表面に現れないように工夫することが求められる。その手法の一つとして、図７に示すようなＧＩＲ（Ｇｌｕｅｄ ｉｎ Ｒｏｄ）接合方法が知られている。これは、接合する二つの木質部材１Ａ、１Ｂの双方に軸方向（繊維方向）の先孔２Ａ、２Ｂを開けて鋼棒３を挿入し、それを樹脂接着剤４で包埋することによって木質部材１Ａ、１Ｂを接合するものである。

このＧＩＲ接合の終局破壊性状としては、（１）木材の割裂破壊、（２）鋼棒または木材と接着剤の界面破壊、（３）木材のせん断破壊、（４）鋼棒の降伏後の破断の４パターンがある。常温下では破壊性状（４）は比較的高靭性となるが、破壊性状（１）、（２）、（３）を生じると脆性的な破壊となることがある。

上記（２）、（３）を解決する手法として包埋する長さを長くする手法がある。また、上記の破壊性状（２）を解決する従来の手法として、例えば特許文献１、２に記載の技術が検討されているが、いずれも煩雑な加工方法・施工方法や特殊な工具が必要になるという問題がある。また破壊性状（１）を解決する有効な手法は知られていない。

さらに、ＧＩＲ接合は火災などによって温度が上昇すると、樹脂接着剤や木材が軟化するため、図８に示すように破壊性状（２）や（３）によって鋼棒が早期に引抜けるという問題がある。高温時のこうした問題を解決する有効な手法についても知られていない。

特開２００３−１９３５７０号公報 特許第６０４８９０４号公報

このため、上記の破壊性状（１）と高温時の破壊性状（２）、（３）を防ぐことのできる簡易な接合技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することのできる簡易な木質部材の接合方法および接合構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る木質部材の接合方法は、軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合する方法であって、それぞれの木質部材の端面に所定の深さの先孔を形成するステップと、形成した先孔に対して外周面にネジ山を備えるネジ部材をねじ込んで、先孔の壁にネジ形状の溝を形成することにより、ネジ形状の溝を備える挿入孔を形成するステップと、双方の挿入孔に対して外周面に突起を備える金属製の棒状部材を挿入配置して、双方の木質部材の端面を突き合わせ配置するステップと、棒状部材と挿入孔の間の隙間に耐熱性の接着剤を充填するステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の木質部材の接合方法は、上述した発明において、棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であることを特徴とする。

また、本発明に係る木質部材の接合構造は、軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合してなる構造であって、それぞれの木質部材の端面に設けられた所定の深さの挿入孔と、この挿入孔の壁の少なくとも一部に設けられたネジ形状の溝と、双方の挿入孔に挿入配置され、外周面に突起を備える金属製の棒状部材と、棒状部材と挿入孔の間の隙間に充填された耐熱性の接着剤とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の木質部材の接合構造は、上述した発明において、棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であることを特徴とする。

本発明に係る木質部材の接合方法によれば、軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合する方法であって、それぞれの木質部材の端面に所定の深さの先孔を形成するステップと、形成した先孔に対して外周面にネジ山を備えるネジ部材をねじ込んで、先孔の壁にネジ形状の溝を形成することにより、ネジ形状の溝を備える挿入孔を形成するステップと、双方の挿入孔に対して外周面に突起を備える金属製の棒状部材を挿入配置して、双方の木質部材の端面を突き合わせ配置するステップと、棒状部材と挿入孔の間の隙間に耐熱性の接着剤を充填するステップとを備えるので、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の木質部材の接合方法によれば、棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であるので、安価に製作することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る木質部材の接合構造によれば、軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合してなる構造であって、それぞれの木質部材の端面に設けられた所定の深さの挿入孔と、この挿入孔の壁の少なくとも一部に設けられたネジ形状の溝と、双方の挿入孔に挿入配置され、外周面に突起を備える金属製の棒状部材と、棒状部材と挿入孔の間の隙間に充填された耐熱性の接着剤とを備えるので、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の木質部材の接合構造によれば、棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であるので、安価に製作することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る木質部材の接合構造の実施の形態を示す断面図である。 図２は、本発明に係る木質部材の接合方法の実施の形態の加工手順の一例を示す図である。 図３は、本発明に係る木質部材の接合方法の実施の形態の施工手順の一例を示す図である。 図４は、木材に生じる応力の説明図である。 図５は、高温（８０℃温度下）での荷重変形関係を示す図である。 図６は、常温（２５℃温度下）での荷重変形関係を示す図である。 図７は、従来のＧＩＲ接合の一例を示す断面図である。 図８は、従来のＧＩＲ接合の終局破壊状況を示す図であり、左図は常温時、右図は高温時（８０℃）である。

以下に、本発明に係る木質部材の接合方法および接合構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（木質部材の接合構造）
まず、本発明の実施の形態に係る木質部材の接合構造について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る木質部材の接合構造１０は、軸方向Ｃに互いに突き合わせ配置した木質部材１２Ａ、１２Ｂを接合してなる構造である。この接合構造１０は、それぞれの木質部材１２Ａ、１２Ｂの端面１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ設けられた挿入孔１６Ａ、１６Ｂと、孔壁に形成されたネジ形状の溝１８Ａ、１８Ｂと、双方の挿入孔１６Ａ、１６Ｂに挿入配置された異形鉄筋２０（棒状部材）と、異形鉄筋２０と挿入孔１６Ａ、１６Ｂの間の隙間に充填された耐熱性の接着剤２２とを備える。

木質部材１２Ａ、１２Ｂは、木質構造建築物の梁などの構造部材として使用される木材であり、例えばカラマツなどの木材により構成される。木質部材１２Ａ、１２Ｂを構成する木材の繊維方向は軸方向Ｃと平行になっている。

挿入孔１６Ａ、１６Ｂは、軸方向Ｃに延びる円形断面の孔であり、孔径は異形鉄筋２０の径よりも若干大きくなっている。挿入孔１６Ａ、１６Ｂの長さ（深さ）は同じであり、両者の和は異形鉄筋２０の長さよりも若干長くなっている。ネジ形状の溝１８Ａ、１８Ｂは、挿入孔１６Ａ、１６Ｂの全長に亘って所定のピッチでそれぞれ形成されている。耐熱性の接着剤２２としては、例えばエポキシ系接着剤を用いることができる。

木質部材１２Ａ、１２Ｂの端面１４Ａ、１４Ｂは当接配置されており、異形鉄筋２０は挿入孔１６Ａ、１６Ｂに埋め込まれて外部から見えないようになっている。接合用の異形鉄筋２０が表面に現れないので意匠性に優れている。このため、本実施の形態の接合構造１０は木質部材を現しとして使用するのに好適である。

このように、本実施の形態の接合構造１０は、一般的なＧＩＲ接合（例えば図７を参照）において、孔壁にネジ形状の溝１８Ａ、１８Ｂを設けるとともに、異形鉄筋２０と孔壁との間の隙間に耐熱性の接着剤２２を設けたものに相当する。

本実施の形態によれば、後述する割裂力の低減作用などによって、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することができる。このため、一般的なＧＩＲ接合の仕様に比べて高耐力・高靭性の接合構造を提供することができる。また、一般的なＧＩＲ接合の仕様に比べて高温時の耐力が高いため、本実施の形態の接合構造を採用した建物では、火災時などに建物が崩壊する事態を未然に防止することができる。また、特殊な加工や工具が不要なため、加工工場を選ばず、安価に製作できる。木材表面に生じる加工は最小限であり、意匠性にも優れている。

上記の実施の形態において、外周面に突起を備える金属製の棒状部材が異形鉄筋２０である場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、外周面に突起を備える金属製の棒状部材であればいかなる部材を使用してもよく、例えば、異形鉄筋２０の代わりに外周面にネジ形状の突起を有する鋼棒や、鋼製の全ネジを使用してもよい。このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。

また、上記の実施の形態において、ネジ形状の溝１８Ａ、１８Ｂが挿入孔１６Ａ、１６Ｂの全長に亘って形成される場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、ネジ形状の溝１８Ａ、１８Ｂが挿入孔１６Ａ、１６Ｂの全長ではなく、孔奥側のみなど部分的に形成されていてもよい。

（木質部材の接合方法）
次に、本発明の実施の形態に係る木質部材の接合方法について説明する。

まず、木質部材１２Ａ、１２Ｂに挿入孔１６Ａ、１６Ｂを加工形成する。それぞれの加工手順は同じのため、以下では木質部材１２Ａの場合を例にとり説明する。

図２（１）に示すように、ドリル工具２４を用いて、木質部材１２Ａの端面１４Ａに所定の深さの先孔２６を開ける。先孔２６の孔径Ｄは、施工性を考慮して、後工程で挿入配置する異形鉄筋２０（不図示）の最外径より大きい径とすることが好ましい。

続いて、図２（２）に示すように、この先孔２６に、外周面にネジ山２８Ａが形成されたネジ部材２８をねじ込む。このネジ部材２８の内径Ｄ１は先孔２６の孔径Ｄと同じかもしくは小さい径で、かつ、ネジ部材２８の外径Ｄ２は先孔２６の孔径Ｄよりも大きい径であることが好ましい。

その後、ネジ部材２８を逆回転させながら木質部材１２Ａから抜く。これにより、図２（３）に示すように、先孔２６の壁にネジ形状の溝１８Ａが形成される。こうしてネジ形状の溝１８Ａを備える挿入孔１６Ａが完成する。木質部材１２Ｂについても同様の加工手順で挿入孔１６Ｂを形成しておく。

次に、図３（１）に示すように、木質部材１２Ａの端面１４Ａと、木質部材１２Ｂの端面１４Ｂを軸方向Ｃに対向配置し、挿入孔１６Ａ、１６Ｂに異形鉄筋２０を挿入する。なお、各木質部材１２Ａ、１２Ｂには、挿入孔１６Ａ、１６Ｂの最深部付近と繋がるように接着剤注入口３０、排出口３２をそれぞれ設けておく。

次に、図３（２）に示すように、端面１４Ａ、１４Ｂどうしを当接して密着状態に保持する。この状態で接着剤注入口３０から接着剤２２を注入する。その後、図３（３）に示すように、接着剤２２が他端の接着剤排出口３２から漏れ出ることを確認する。これにより、異形鉄筋２０と挿入孔１６Ａ、１６Ｂの間の隙間に接着剤２２が充填したことを確認する。最後に図３（４）に示すように、接着剤注入口３０、排出口３２に栓３４をして施工を終える。

このように、本実施の形態の接合方法によれば、木質部材１２Ａ、１２Ｂはドリル工具２４とネジ部材２８があれば容易に挿入孔１６Ａ、１６Ｂを形成することができる。また、木質部材１２Ａ、１２Ｂ表面の加工を最小限とすることができるため意匠性にも優れている。

次に、本実施の形態の作用効果を説明する。
木質部材１２Ａ、１２Ｂは同じ構造のため、木質部材１２Ａの場合を例にとり説明する。

図４は、本実施の形態で用いる木質部材１２Ａに生じる応力を示したものであり、（１）はＸ−Ｙ断面図、（２）は断面斜視図、（３）は（２）の部分拡大図である。図中Ｚ方向に異形鉄筋２０を引張ると、接着剤２２を介して木質部材１２ＡにはＸ方向、Ｙ方向に木材を押し広げる力Ｐが生じる。この力が過大となり、木材の強度を超えるときに割裂破壊を生じる。そこで本実施の形態のように、木質部材１２Ａの挿入孔１６Ａにネジ形状の溝１８Ａを設けることで木材を割裂させる方向の分力Ｐ１が低減されるため、木材の割裂破壊を抑制することができる。

図５は、挿入孔にネジ形状の溝を設けた試験体と溝を設けない試験体の、高温（８０℃温度下）での荷重変形特性を比較したものである。図６は、常温（２５℃温度下）での荷重変形特性を比較したものである。なお、試験体の差異は溝の有無だけで、その他は同一条件で実験を実施している。すなわち各試験体の木質部材にはカラマツ、異形鉄筋にはＤ２５、接着剤には耐熱性のあるエポキシ系接着剤を用いた。一方の木質部材に対する異形鉄筋の埋め込み長さは２５０ｍｍとした。また、溝形成用のネジ部材の内径Ｄ１は３２ｍｍ、外径Ｄ２は３６ｍｍ、ネジ山の軸方向のピッチは１０ｍｍ、軸方向に対するネジ山の傾斜角度は６０°とした。溝の形状はこれに対応した形状である。また、木質部材の表面から挿入孔の軸心までの長さは７５ｍｍ、接着剤注入口・排出口の径φは９ｍｍとした。

試験体はいずれも木材が割裂して耐力が低下した。図５に示すように、高温（８０℃温度下）での溝あり試験体の最大耐力は８７．６ｋＮ、溝なし試験体の最大耐力は３８．２ｋＮであった。また、図６に示すように、常温（２５℃温度下）での溝あり試験体の最大耐力は１７２ｋＮ、溝なし試験体の最大耐力は１４９ｋＮであった。以上の結果から、ネジ形状の溝を設けることによって木材の割裂が抑制されて最大耐力が向上することがわかる。

したがって、本実施の形態によれば、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊の抑制することができる。このため、一般的なＧＩＲ接合の仕様に比べて高耐力・高靭性の接合構造を提供することができる。また、一般的なＧＩＲ接合の仕様に比べて高温時の耐力が高いため、本実施の形態を採用した建物では、火災時などに建物が崩壊する事態を未然に防止することができる。また、特殊な加工や工具が不要なため、加工工場を選ばず、安価に製作できる。木材表面に生じる加工は最小限であり、意匠性にも優れている。

以上説明したように、本発明に係る木質部材の接合方法によれば、軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合する方法であって、それぞれの木質部材の端面に所定の深さの先孔を形成するステップと、形成した先孔に対して外周面にネジ山を備えるネジ部材をねじ込んで、先孔の壁にネジ形状の溝を形成することにより、ネジ形状の溝を備える挿入孔を形成するステップと、双方の挿入孔に対して外周面に突起を備える金属製の棒状部材を挿入配置して、双方の木質部材の端面を突き合わせ配置するステップと、棒状部材と挿入孔の間の隙間に耐熱性の接着剤を充填するステップとを備えるので、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することができる。

また、本発明に係る他の木質部材の接合方法によれば、棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であるので、安価に製作することができる。

また、本発明に係る木質部材の接合構造によれば、軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合してなる構造であって、それぞれの木質部材の端面に設けられた所定の深さの挿入孔と、この挿入孔の壁の少なくとも一部に設けられたネジ形状の溝と、双方の挿入孔に挿入配置され、外周面に突起を備える金属製の棒状部材と、棒状部材と挿入孔の間の隙間に充填された耐熱性の接着剤とを備えるので、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制することができる。

また、本発明に係る他の木質部材の接合構造によれば、棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であるので、安価に製作することができる。

以上のように、本発明に係る木質部材の接合方法および接合構造は、接合部分の異種部材が表面に現れないように木質部材どうしを接合するのに有用であり、特に、木材の割裂破壊、高温時の接着剤の界面破壊、木材のせん断破壊を抑制するのに適している。

１０ 木質部材の接合構造
１２Ａ，１２Ｂ 木質部材
１４Ａ，１４Ｂ 端面
１６Ａ，１６Ｂ 挿入孔
１８Ａ，１８Ｂ ネジ形状の溝
２０ 異形鉄筋（棒状部材）
２２ 接着剤
２４ ドリル工具
２６ 先孔
２８ ネジ部材
２８Ａ ネジ山
３０ 接着剤注入口
３２ 接着剤排出口
３４ 栓
Ｃ 軸方向

Claims (4)

1. 軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合する方法であって、
   それぞれの木質部材の端面に所定の深さの先孔を形成するステップと、形成した先孔に対して外周面にネジ山を備えるネジ部材をねじ込んで、先孔の壁にネジ形状の溝を形成することにより、ネジ形状の溝を備える挿入孔を形成するステップと、双方の挿入孔に対して外周面に突起を備える金属製の棒状部材を挿入配置して、双方の木質部材の端面を突き合わせ配置するステップと、棒状部材と挿入孔の間の隙間に耐熱性の接着剤を充填するステップとを備えることを特徴とする木質部材の接合方法。
2. 棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であることを特徴とする請求項１に記載の木質部材の接合方法。
3. 軸方向に互いに突き合わせ配置した木質部材どうしを接合してなる構造であって、
   それぞれの木質部材の端面に設けられた所定の深さの挿入孔と、この挿入孔の壁の少なくとも一部に設けられたネジ形状の溝と、双方の挿入孔に挿入配置され、外周面に突起を備える金属製の棒状部材と、棒状部材と挿入孔の間の隙間に充填された耐熱性の接着剤とを備えることを特徴とする木質部材の接合構造。
4. 棒状部材は、ネジ形状の突起を有する部材または異形鉄筋であることを特徴とする請求項３に記載の木質部材の接合構造。