JP2021038506A - 木材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高い接合強度を有する木材の接合構造を提供する。【解決手段】木材の構造は、第一鋼板４が設けられる梁２と、第二鋼板５が設けられる柱３とを接合されたものであり、第一鋼板４は、第一貫通孔６が形成された底板７と、底板７から延設される一対の側板８とを有し、かつ第二鋼板５は、第二貫通孔１５が形成された底板７と、底板７から延設される一対の側板８とを有し、第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７とが面接触するように、第一貫通孔６及び第二貫通孔１５に挿入されたボルト１０Ａにより締め付けられることで、接合部の応力が、ボルト１０Ａの引張り力、及び第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７との接触面圧の圧縮力による曲げの力、締結部材と第一底部と第二底部の接触面圧の摩擦力による剪断力として生じ、これらの応力が、第一鋼板４の側板８から梁２に伝達され、かつ第二鋼板５の側板８から柱３に伝達される構成をとる。【選択図】図４

Description

本発明は、高い強度を有する木材の接合構造に関するものである。

現在の木材を使用した構造物は、自然木の良性部分を集成して材料の強度を高めることに加え、金物を木材の接合部位に設けることで強度が高められている。金物を木材の接合部位に設けた構造物として、構造物の柱梁接合部において、木梁と直交するように金属のピンを木梁肉内に打ち込み、木柱を貫通させたネジ棒を木梁に打ち込まれたピンに固定し、柱梁接合部の強度を高めるものがある（例えば、特許文献１）。

上記のネジ棒は、木柱の延設方向に対して直交するように配置され、一端を木柱の外壁部分に固定し、他端を木柱内部に貫通してピンと接合させている。また、ネジ棒を通した木梁肉部に割裂破壊や剪断破壊が生じないように、複数のビスが打ち込まれている。このビスによる補強は、局部的に効果を生じさせるもので、ネジ棒が通されている部位に生じる応力を分散させるものではない。

特開２００７−９２４１８号公報

従来の木材の接合構造では、木材と金物の協働によって接合部位の強度（接合強度）が決定される。木材は、接合部に用いる金物よりも強度が低く、さらに、木材の種類による木材の特性の不均一性や繊維の異方性によって、木材の各部の強度に優劣が生じる。そのため、特許文献１のように、ビスを用いて、木材の特性の割裂破壊や剪断破壊を防ごうとしても、ビスで補強した部材に応力が集中し、木材の特性のめり込みや割裂が発生し、木材同士の接合強度を向上させることは困難である。この従来の木材の接合部では、木材（母材）の強度以上にはならず、２、３割程度になっている。
そのため、高層建築物では、高い接合強度を有する鉄骨構造が採用されている。しかし、環境の観点から、木材を活かした大規模高層建築物が望まれており、そのため、木材の接合部が、木材（母材）強度より高い、接合構造の開発が必要である。

そこで、本発明は、高い接合強度を有する木材の接合構造を提供することを目的とする。

本発明に係る木材の接合構造は、第一金具が設けられる一方の木材と、第二金具が設けられる他方の木材とを接合したものであり、第一金具は、第一貫通孔が形成された第一底部と、第一底部から延設される一対の第一側壁部とを有し、かつ第二金具は、第二貫通孔が形成された第二底部と、第二底部から延設される一対の第二側壁部とを有し、第一底部と第二底部とが面接触するように、第一貫通孔及び前記第二貫通孔に挿入された締結部材により締め付けられることで、接合部の応力が、締結部材の引張り力、及び第一底部と第二底部との接触面圧の圧縮力による曲げの力、締結部材と第一底部と第二底部の接触面圧の摩擦力による剪断力として生じ、これらの応力が第一側壁部から一方の木材に伝達され、かつ第二側壁部から他の木材に伝達されることを特徴とする。

本発明に係る木材の接合構造は、第一側壁部と一方の木材との間、及び第二側壁部と他の木材との間に、接着樹脂層が設けられ、応力が接着樹脂層を介して、一方の木材及び他の木材に伝達されることを特徴とする。

本発明に係る木材の接合構造は、第一金具、及び第二金具が、コの字状に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る木材の接合構造は、第一金具の第一底部と第二金具の第二底部とが面接触するように、締結部材により締め付けられ、接合部の応力が、締結部材の引張り力、及び第一底部と第二底部との接触面圧の圧縮力による曲げの力として生じる。また締結部材と第一底部と第二底部の接触面圧の摩擦力による剪断力も生じる。そして、その応力が、第一側壁部から一方の木材に伝達され、かつ第二側壁部から他の木材に伝達されるため、木材の特性の影響を受けずに、応力を木材に伝達することができる。したがって、接合強度が格段に高くなり、木材の接合部の強度を母材である木材の強度よりも高くすることができる。
よって、本発明に係る木材の接合構造を木造の建築物に適用することで、鉄骨構造と同じ高強度、高靭性の構造とすることができ、高層の木材建築物の発展につながる。

本発明の実施形態に係る木材の接合構造を構成する第一金具（第二金具）を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の実施形態に係る木材の接合構造の木材を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）は一方の木材（梁）、（ｃ）及び（ｄ）は他方の木材（柱）である。 本発明の実施形態に係る木材の接合構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る木材の接合構造の平面図である。

本実施形態に係る木材の接合構造は、木材同士を、金具を利用して、接合したものである。以下、本実施形態に係る木材の接合構造１を、梁（一方の木材）２と柱（他方の木材）３を、第一鋼板（第一金具）４及び第二鋼板（第二金具）５を使用して接合した例について、図１から図４を参照し説明する。

［鋼板］
第一鋼板４と第二鋼板５の構成は同じであり、梁２と柱３を接合する際の使用状態が異なる。そのため、以下、第一鋼板４を詳述し、第二鋼板５の説明は省略する。
第一鋼板４は、図１（ａ）に示すように、ボルト１０Ａを挿通するための第一貫通孔６が中央に形成された底板（底部）７と、底板７の左右から略垂直に延設された一対の側板（側壁部）８とを有し、略コの字状に形成されている。

底板７は四角形状であり、この底板７には、側板８が延設された側とは反対側に突出する半円球状の嵌合凸部９が形成されている。また、底板７には、図１（ｂ）に示すように、第一鋼板４と対向して設けられる第二鋼板５の底板７に形成された嵌合凸部９を嵌め込むための嵌合孔１１が形成されている。嵌合孔１１は、接着樹脂注入孔としても使用される。嵌合凸部９は、図１（ｃ）に示すように、対角上に設けられている（図１（ｃ）上、左上、右下）。また、嵌合孔１１も対角上に設けられている（図１（ｃ）上、右上、左下）。

側板８の厚みは、底板７の厚みよりも薄く設計され、側板８の先端の角部は、Ｒ状に形成されている。この側板８の表側及び裏側には、半円球状の凸部１３が形成されている。この凸部１３の相互の高さは、後述するスリット２３，３３の幅よりも若干大きくなるように形成されている。また、側板８の内側の所定の位置には、絶縁テープ１４が設けられている。この絶縁テープ１４は、後述する接着樹脂４０を注入する際に、漏れがないようにするために設けられている。

第二鋼板５は、第一鋼板４を反転したものであるため、第一鋼板４と同じ構成であり、底板（底部）７には、第二貫通孔１５が形成されている。
なお、第二鋼板５は、第二貫通孔１５以外、第一鋼板４と同じ符号を付し、説明する。

［木材］
梁２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、側壁２０を有し、梁２の上端部及び下端部には、両側壁２０の間に嵌合溝２１が形成されている。この嵌合溝２１には、第一鋼板４が嵌合される。
嵌合溝２１には、段差部材２２が設けられており、段差部材２２と両側壁２０との間には、スリット２３がそれぞれ形成されている。この段差部材２２は、締結部材（締結工具）を取り付けるスペースを確保するために、嵌合溝２１の長さよりも短く設計されている。スリット２３には、第一鋼板４の側板８が嵌め込まれる。さらに、嵌合溝２１に嵌め込まれた第一鋼板４の底板７は、梁２の接合面と略同一面となる。
また、両側壁２０には、接着樹脂４０を注入するための注入口２４がそれぞれ形成されている。

柱３は、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、側壁３０を有し、柱３には、梁２の嵌合溝２１と対応する位置（嵌合溝２１と同位置）に、両側壁３０の間に嵌合溝３１が形成されている。この嵌合溝３１には、第二鋼板５が嵌合される。
嵌合溝３１には、段差部材３２が設けられており、段差部材３２と両側壁３０との間には、スリット３３がそれぞれ形成されている。これらのスリット３３には、第二鋼板５の側板８が嵌め込まれる。段差部材３２の先端には、溝３４が形成され、この溝３４には、締結部材であるボルト１０Ａの頭部が挿入される。段差部材３２は、嵌合溝３１よりも若干短く設計され、嵌合溝３１に嵌め込まれた第二鋼板５の底板７は、柱３の接合面と略同一面となる。

次に、梁２と柱３の製作方法及び接合方法について、説明する。なお、締結部材として、ボルト１０Ａとナット１０Ｂを使用する。

［製作方法］
第二鋼板５は、ボルト１０Ａの頭部を溝３４に挿入して、柱３の嵌合溝３１に嵌め込む。この際、スリット３３の幅よりも若干大きく形成された、複数の凸部１３が両側壁３０及び段差部材３２にめり込み、嵌合溝３１における第二鋼板５の位置が固定され、第二鋼板５が柱３に取り付けられる。そして、第二鋼板５の底板７に形成されている嵌合孔１１から接着樹脂４０を注入する。そうすると、側壁３０と側板８との間の空隙、及び側板８と段差部材３２との間の空隙が接着樹脂４０によって充填され、接着樹脂４０は硬化後、接着樹脂層４０となる。

次に、梁２の嵌合溝２１に第一鋼板４を取り付け、梁２の側壁２０に形成された注入口２４から接着樹脂４０が注入される。そうすると、側壁２０と側板８との間の空隙、及び側板８と段差部材２２との間の空隙が、接着樹脂４０によって充填され、接着樹脂４０は硬化後、接着樹脂層４０となる。

［接合方法］
次に、上述した方法で製作された梁２と柱３を接合する接合方法について説明する。
第二貫通孔１５から突出しているボルト１０Ａを第一貫通孔６に挿入すると共に、図３に示すように、嵌合部凸９を嵌合孔１１に嵌め込み、第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７とを面接触させ、梁２の接合面と柱３の接合面を合せる。最後に、段差部材２２と底板７との間に形成されたスペースからナット１０Ｂをボルト１０Ａに螺合させ、締め付ける。

ナット１０Ｂを締め付けると、接合部の応力として、ボルト１０Ａの引張り力が生じ、接合部の応力として、第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７との接触面圧の圧縮力による曲げの力と剪断力が生じ、これらの力に抵抗できる。
これらの応力は、第一鋼板４の側板８から接着樹脂層４０を介して梁２に伝達され、かつ第二鋼板５の側板８から接着樹脂層４０を介して柱３に伝達される。

このように接合された木材の接合構造１は、図４に示すように、第一鋼板４が取り付けられた梁２と、第二鋼板５が取り付けられた柱３とを接合したものであり、第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７は、面接触（メタルタッチ）され、第一鋼板４の側板８と梁２との間、及び第二鋼板５の側板８と柱３との間には接着樹脂層４０が設けられている。

次に、本実施形態に係る木材の接合構造１の作用効果について、説明する。

本実施形態に係る木材の接合構造１は、第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７とが面接触するように、ボルト１０Ａにより締め付けられる。
この接合構造１で生じる引張り力は、ボルト１０Ａ、第一鋼板４の底板７、第一鋼板４の側板８、接着樹脂層４０、梁２の順に、かつボルト１０Ａ、第二鋼板５の底板７、第二鋼板５の側板８、接着樹脂層４０、柱３の順にそれぞれ伝達される。また、第一鋼板４の底板７と第二鋼板５の底板７との接触面圧により生じる圧縮力による曲げの力、締結部材と第一底部と第二底部の接触面圧の摩擦力による剪断力は、第一鋼板４の側板８、接着樹脂層４０、梁２の順に、かつ第二鋼板５の側板８、接着樹脂層４０、柱３の順にそれぞれ伝達される。

この木材の接合構造１の作用効果は、締結金属部材が木材に直接当接された場合と比較すると、木材の特性の影響を受けずに、力を伝達することができる。そのため、従来の木材の接合構造と比較し、接合強度が格段に高くなる。
したがって、本実施形態に係る木材の接合構造を木造の建物に適用した場合、鉄骨造と同じ高強度、高靭性の構造とすることができる。木造の建物が、鉄骨造と同程度の高強度、高靭性を有することは、今後の木材建築の発展につながる。

また、本実施形態に係る木材の接合構造１は、コの字状の極めて単純な構造の金属部材（第一鋼板４、第二鋼板５）を使用するだけでよく、複雑な構造の金属材料を必要としない。そのため、安価な材料を用いて、梁２と柱３の接合強度を容易に向上させることができる。

以上、本実施形態について説明したが、これ以外にも、接合構造１の作用効果を発揮できれば、上記実施の形態で挙げた構成は取捨選択を行い、他の構成に適宜変更することが可能である。例えば、金具としてコの字状の鋼板（第一鋼板４、第二鋼板５）を使用した例について説明したが、接合構造１の作用効果を有して、所望の強度が得られれば、金具の形状は鋼板に限定されず、鋼管や鋼棒などでもよく、また鋼以外の材料にすることも可能である。

また、本実施形態では、接着樹脂層４０を設けた例を示したが、金具から木材に全応力を伝達できるものであれば、接着樹脂層４０を設けなくてもよい。例えば、金具の側面を連続する刃状とし、この刃状部分を直接木材に食い込ませてもよい。
また、接着樹脂層４０は、金具の全面に設けても、金具の一部に設けてもよい。また、接着樹脂層４０の形状も適宜変更することができる。

１ 木材の接合構造
２ 梁（一方の木材）
３ 柱（他方の木材）
４ 第一鋼板（第一金具）
５ 第二鋼板（第二金具）
６ 第一貫通孔
７ 底板（底部）
８ 側板（側壁部）
９ 嵌合凸部
１０Ａ ボルト
１０Ｂ ナット
１１ 嵌合孔
１３ 凸部
１４ 絶縁テープ
１５ 第二貫通孔
２０ 側壁
２１ 嵌合溝
２２ 段差部材
２３ スリット
２４ 注入口
３０ 側壁
３１ 嵌合溝
３２ 段差部材
３３ スリット
３４ 溝
４０ 接着樹脂（接着樹脂層）

Claims (3)

1. 第一金具が設けられる一方の木材と、第二金具が設けられる他方の木材とを接合した木材の接合構造であって、
   前記第一金具は、第一貫通孔が形成された第一底部と、前記第一底部から延設される一対の第一側壁部とを有し、かつ前記第二金具は、第二貫通孔が形成された第二底部と、前記第二底部から延設される一対の第二側壁部とを有し、
   前記第一底部と前記第二底部とが面接触するように、前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔に挿入された締結部材により締め付けられることで、
   接合部の応力が、前記締結部材の引張り力、及び前記第一底部と前記第二底部との接触面圧の圧縮力による曲げの力、前記締結部材と前記第一底部と前記第二底部の接触面圧の摩擦力による剪断力として生じ、
   前記応力が、前記第一側壁部から前記一方の木材に伝達され、かつ前記第二側壁部から前記他の木材に伝達される、
   ことを特徴とする木材の接合構造。
2. 前記第一側壁部と前記一方の木材との間、及び前記第二側壁部と前記他の木材との間に、接着樹脂層が設けられ、
   前記応力が、前記接着樹脂層を介して、前記一方の木材及び前記他の木材に伝達される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の木材の接合構造。
3. 前記第一金具、及び前記第二金具は、コの字状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木材の接合構造。

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