JP2022077458A - 木質系材料用の吊り用固定具、吊り具付き天井、天井構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木質系床材などに適する吊り用の固定具及び、木製の天井構造を提供する。
【解決手段】埋設プレート部２とハンガー部３を備えた木質系材料用の吊り用固定具１１、１２、１３であって、埋設プレート部とハンガー部が直線ないしは屈曲している木質系材料用の吊り用固定具。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質系の床材などの材料に対して、他の部材を取り付けるための技術に関する。

木材は、人類にとってなじみがある素材であって、古来より住宅などの建築に利用されてきており、近年では戦後造林された森林資源も充実してきている。一方、木材は、可燃性材料であって、単木では品質のばらつきがあることなど建築材料としては使いにくい点がある。
集成材などにして、均一性の高い木質系素材も開発され、大型建築にも利用可能となっている。 可燃性対策も各種検討されている。集成材の他、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber）、ＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）など耐荷重性に優れた材料が用いられるようになり、柱、梁、床、壁などの構造材などに使われるようになっている。さらに、平成２２年に「公共建築物等における木材の利用の促進に関する法律」が施行されたことに伴い、中大規模建築物への木材利用の機運が高まっている。

天井構造は、鉄筋コンクリート製の建物では床材（上階の床スラブなど）の下面がむき出しとなっている天井は少なく、化粧用天井を吊り下げたシステム天井となっている例が多い。システム天井には空調ダクト、電気配線、通信線、電気機器、空調機器など機器類が取り付けられる。これらのシステム天井を構築する基本部材が吊り部材であって、コンクリート床などでは、埋め込みアンカーに吊り部材が取り付けられている。
特許文献１（特開平６－９３６７６号公報）には、天井スラブから垂下される吊りボルトにて吊持される天井下地材間に取付下地部材を架設固定し、取付下地部材の下面と天井パネルの裏面との間に間仕切レール取付部材を固定したシステム天井（図１１参照）が提案されている。
特許文献２（特開平６－３０７０００号公報）には、二階床パネル等の横架材（コ字状フレーム材など）のフランジに挿入して挟持する挟持部とこの挟持部の下部に連設し、一階側天井パネルを支持する吊垂片とより成る取付金物を用いて天井パネルを支持する構成が開示されている。
特許文献３（特開２０００－１７０３１１号公報）には、木造建物の上下階間の梁に固着する取付け板と取付け板から垂下させた帯金を有する天井の高さ調節が行える天井吊金具（図１０（ｂ）参照）が提案されている。

特開平６－９３６７６号公報 特開平６－３０７０００号公報 特開２０００－１７０３１１号公報

本発明は、木質系床材などに適する吊り用の固定具を開発し、木製の天井構造を提供することを目的とする

本発明者は、乾燥収縮などによって、ネジなどが緩みやすい木質系の材に対しても、安定性の高い固定具を開発した。本発明の主な構成は次のとおりである。
１．埋設プレート部とハンガー部を備えた木質系材料用の吊り用固定具であって、埋設プレート部とハンガー部は直線ないしは屈曲していることを特徴とする木質系材料用の吊り用固定具。
２．床が木質系材料で形成された建物において、上階の床である木質系天井材に１．記載の木質系材料用の吊り用固定具が取り付けられた吊り具付き天井であって、
木質系天井材にスリットを設け、該スリットに埋設プレート部を挿入し、埋設プレート部の穴に天井材の表面から線状定着具を通して取付けられて、天井表面にハンガー部が露出している吊り具付き天井。
３．２．に記載された吊り具付き天井であって、木質系材料用の吊り用固定具のハンガー部に天井構造材や天井部に設置される設備機材用の連結材を設けたことを特徴とする天井構造。
４．木質系材料で形成された梁に１．記載の木質系材料用の吊り用固定具が取り付けられた吊り具付き梁。

１．本発明は、木質系床材や木質系梁材などに適する吊り用固定具を開発することができた。この吊り用固定具を木製の天井などに取り付けることにより、長期の引張応力に対して脆性破壊などの危険が少なく安全に抵抗できる。本発明の吊り用固定具を用いることにより、木質系床材においても、システム天井などを構築することができる。
２．本発明の吊り用固定具には、木質系材料に挿入される埋設プレートと木質材料の表面に露出するハンガー部が設けられている。埋設プレートは、Ｖ字状、コ字状、Ｕ字状、Ｉ字状などの形状をしている。埋設プレートを貫通する釘やボルトなどの線状の定着具で固定しているので、吊り荷重によってハンガー部に印加された鉛直荷重がかかってもせん断抵抗もしくは曲げ抵抗によって負担させることができる。スクリューボルト（ビス）を木質材料に打ち込んだアンカーの場合は、長期間の間にネジに接した木材の接合部の脆性破壊が進み、抜け落ちる危険が生ずるようなリスクを防止できる。定着具は、埋設プレートを突き刺して貫通するか、埋設プレートに設けられた穴を通過している。
３．本発明の吊り用固定具は、荷重試験では、十分な吊り荷重に耐えること、十分な変形性能を有することが確認できた。

吊り用固定具の埋設プレート部の例を示す図 Ｖ字状吊り用固定具の例を示す図 Ｉ字状吊り用固定具の例を示す図 Ｕ字状吊り用固定具の例を示す図 コ字状吊り用固定具の例を示す図 吊り具付き天井の例を示す図 システム天井の例を示す図 吊り用固定具の引き抜き試験の概略を示す図 引っ張り試験結果を示す図 吊り用固定具の従来例を示す図 特許文献１に記載されたシステム天井の例を示す図

本発明は、木質系用の吊り用固定具に関する発明である。さらに、この吊り用固定具を用いて構成した天井及び天井構造を実現した発明である。埋設プレート部とハンガー部を備えた木質系材料用の吊り用固定具であって、埋設プレートとハンガーは直線ないしは屈曲している。
本発明の吊り用固定具は、例えば、埋設プレート部は、ノ字状、Ｖ字状、コ字状、Ｕ字状、Ｉ字状である。埋設プレート部は木質材中に挿入される部分であり、ハンガー部は木質材から露出している部分である。
木質系材料の下面に設けたスリットに埋設プレートを挿入し、埋設プレートを貫通するように線状の定着具を打ち込んで吊り用固定具を取り付ける。ハンガー部が木質系材料の下面に露出している。このハンガー部に吊りボルトなどの吊り材が取り付けられる。
本発明は、スリットに挿入された面状の埋設プレートと埋設するプレートを貫通する線状の定着具によって、長期の引張応力を負担することになる。これは、せん断抵抗もしくは曲げ抵抗によって、長期引張応力に抵抗することになり、接合部の脆性破壊を避け、安全に設備等を吊ることができるものである。また、斜めに埋設された埋設プレート部が木質系部材の断面内で曲げ変形で抵抗して、吊り用固定具が抜け出すことがなく、高い定着性を発揮する。

なお、図１０に示す打ち込んだスクリューボルトの頭に直接に引っ張りをかけると、数年～数十年の長期間の間にスクリューボルトのネジ部と木材の間で脆性破壊が進むので、建築物の寿命や改修時期に耐えることができない場合がある。
鉄筋コンクリート製などの建築物では、上階のコンクリート床スラブの下面にアンカーを固定して天井材や照明などを取り付ける吊りボルトなどを設けて構成したシステム天井が一般化している。
本発明は、近年、高層建築物の構造材として利用可能なＣＬＴ材など木質系材の下面に照明や空調機器などを取り付けるためのアンカーとなる吊り用固定具を開発したものである。
従来の固定具には図１０（ａ）に示すスクリューボルトを木質材の下面に打ち込む方法がある。この方法では、スクリューボルトなどに長期の引張応力が付加され、木材とビスとの界面でのせん断破壊により、脆性的に破壊し、重量物が落下する危険がある。図１０（ｂ）に示すように上階の梁に取付け板を固定して、吊りボルトなどを取り付ける方法では、取り付け箇所が梁の側面に制限される問題がある。

埋設プレート部とハンガー部は連続体又は別部材を接続して一体化して形成される。埋設プレート部とハンガー部は、直線状あるいは屈曲して形成することができる。別部材の接合には、溶接あるいはヒンジ結合などを採用することができる。
埋設プレート部が両側に開いた形状のＶ字状、コ字状、埋設プレートが片側に傾斜しハンガー部が垂下している形状のノ字状、埋設プレート部とハンガー部が一直線である形状のＩ字状などの形態がある。
図１に主な埋設プレート部の例を示す。埋設プレート部２がＶ字状の吊り用固定具１１（ａ）、埋設プレート部２がＩ字状の吊り用固定具１２（ｂ）、埋設プレート部２がＵ字状の吊り用固定具１３（ｃ）、埋設プレート部２がコ字状の吊り用固定具１４（ｄ）である。なお、埋設プレート部２の下にはそれぞれハンガー部３がある。
埋設プレート部とハンガー部の素材は、金属材であって、鉄系、ステンレス、ＳＵＳ、真鍮、銅などを用いることができる。

埋設プレート部は、１枚あるいは２枚以上設けることができる。埋設プレート部の厚みは、穴を設けない場合、０．４～２．０ｍｍ程度が適している。埋設プレート部の大きさは、長さ２０～８０mm×高さ３０～１００mm程度である。ただし、このサイズは吊り用固定具が負担する荷重に応じて設計される。また、木質材の性質、厚みによっても変化する。埋設プレート部には、線状の定着具が貫通する穴を設けるが、薄い場合は定着具が打ち抜くことができるので貫通用の穴を設けなくても良い。例えば、ＣＮ釘を手打ちする場合や、インパクトドライバーによるビス打ちを行う場合は、埋設プレート部の厚みは、１．５ｍｍ以下が適している。釘の場合、埋設プレート部の厚みは、１．０ｍｍ以下が適している。
埋設プレート部の表面は平滑の他、粗面、毛羽立ち（とげ状突起）面に形成することができる。エンボスなどの粗面やとげ状の突起を設けることにより、摩擦が大きくなり抜けにくくなる。
埋設プレート部に穴を設けていない場合は、天井などに固定する場合に現場で定着具の打ち込み位置を決めることができる。穴を設ける場合に比べて加工数が減るので、コストも減る。

ハンガー部は木質材の外部に露出している部分であって、吊りボルトなどを繋なぐ機能を果たす。ハンガー部には、吊りボルトなどを係止するための穴などを設ける。穴以外に、Ｊ型の折り返しなどの機構でも良い。ハンガー部は埋設プレート部に対して、角度が固定されている場合と、揺動できるように設けることができる。揺動できるようにした場合は、連結する吊りボルトなどの吊り材を斜めにすることもできる。
ハンガー部は、吊りボルトなどを取り付けることができる大きさと強度を有する。また、ハンガー部は、吊りボルトなどを兼用する長さにすることもできる。

木質系材料は、集成材、ＣＬＴ、ＬＶＬなどの厚さと大きさを適宜調整できる材が適している。例えば、出願人はＣＬＴ床材を提案している。コンクリート床だと１８０ミリの厚さが必要なところ、厚さ１５０ミリのＣＬＴを用いることで遮音性に優れた床・天井構造を実現できている。吊り用固定具が取り付けられる木質系材料としては、木質系床材の他、木質系梁などの木質系横架材があげられる。

線状の定着部材は、埋設プレートを貫通するように木質材に打ち込まれる部材である。ＣＮ釘、ビス（スクリューボルト、ラグスクリューボルトも含む）、ドリフトピン、ボルトなどがあげられる。

さらに本発明は、ＣＬＴなどで構成された上階の木質系床の下面にスリットを形成して、プレート部を挿入して線状の定着部材を打ち込んで、ハンガー部が天井面に露出した吊り用固定具が所定箇所に取り付けられた吊り具付き天井である。
吊り用固定具の取り付け作業は、床施工後に行うこともできるが、床用のＣＬＴ材などにあらかじめ吊り用固定具を取り付けたのちに床を施工することもできる。ＣＬＴ材などに、あらかじめスリットを形成して吊り用固定具を取り付ける作業を行うことは、作業が容易であり、効率的である。
ＣＬＴなどを使用した木質系天井は、化粧用天井材を設けずに露出させることもあり、また、不燃ボードなどの化粧材を取り付けた天井とすることもできる。

また、本発明は、吊り具付き天井面に露出している吊り用固定具のハンガー部に天井面材や照明、空調設備などの非構造部材を取り付けるための連結材を設けた天井構造である。連結材は吊りボルト等従来使用されている部材を利用することができる。システム天井として普及している天井構造に適用される。システム天井の例を図７に示す。
連結材に取り付けられる機器や部材は、野縁受材、野縁材、照明機材、空調機器、ダクト、通信ケーブル、消防用機器、ラックなど天井裏に装備される機器類があげられる。また、収納棚、内装壁材、外装壁材もあげられる。

図２に吊り用固定具１の例としてＶ字状吊り用固定具１１を示す（（ａ）参照）。
２枚の埋設プレート２１をＶ字状設けて埋設プレート部２を形成する。埋設プレート部２の屈曲部から下方にハンガー部３が取り付けられている。吊り用固定具は金属板製である。
埋設プレート２１には、線状材が貫通する穴２３が設けられている。穴２３の数は、一つあるいは複数設ける。また、埋設プレートを線状材が打ち抜くことができれば、穴を設けなくてもよい。インパクトドライバーを用いる場合は、１．０mm以下の厚みさ金属板であれば、穴がなくても打ち抜くことができる。なお、実施例２に示すようなとげ状突起などを埋設プレートに形成することもできる。
ハンガー部３には、連結材を接続するための係止孔３１が設けられている。接続用の機構としては、Ｊ形の折り返しやフックなども例示できる。

ＣＬＴ製などの木質系天井材（上階の床材４１）４２にスリット４３をＶ字状に形成する（（ｂ））。スリットの幅は、埋設プレート２１の厚さと略同じとする。

このスリット４３に埋設プレート２１を挿入し、木質系天井材４２の表面から線状材からなる定着具６を埋設プレート２１の孔２３を貫通するように打ち込む。これによって、木質系天井材４２にハンガー部３を露出させた状態に吊り用固定具１を取り付けた吊り具付き天井５（（ｃ））を形成する。

図３にＩ字状の吊り用固定具１２を示す。（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
Ｉ字状の吊り用固定具１２は、平板状に形成されており、上部が埋設プレート部２２、下部がハンガー部３を形成している。埋設プレート部２２には穴２３、ハンガー部３には係止孔３１が形成されている。この穴２３と係止孔３１は、実施例１と同様に設けない場合もある。
本例では、とげ状突起２４を埋設プレート部２２に設けてある。とげ状突起２４はスリットからの抜け出し防止機能であって、エンボス加工によって形成された粗面やパンチングによるバリなどでも形成することができる。
このＩ字状の吊り用固定具１２は、長い平板を折り返して形成することもできる。長い平板にあらかじめ穴２３、係止孔３１、とげ状突起２４を形成したのちに、折り返すことも可能である。

図３（ｃ）にスリット４３を形成した木質系天井材４２を示す。Ｉ型吊り用固定具１２の埋設プレート部２２が挿入されるように垂直にスリット４３を形成する。スリットの幅は埋設プレート部２２と同程度であって、とげ状突起が引き起こされて抜け止め効果を発揮するように形成される。

図３（ｄ）にＩ字状吊り用固定具１２を取り付けた吊り具付き天井５を示す。このスリット４３に埋設プレート部２２を挿入し、木質系天井材４２の表面から線状材からなる定着具６を埋設プレート２１の穴２３を貫通するようにクロスに打ち込む。これによって、木質系天井材４２にハンガー部３を露出させた状態に吊り用固定具１を取り付けた吊り具付き天井５が形成される。

図４にＵ字状の吊り用固定具１３を示す。
Ｕ字状の吊り用固定具１３は、ハンガー部３を横に設け、このハンガー部の左右端から傾斜した埋設プレート２１を設けている。ハンガー部３には、係止孔３１を設けてある。
Ｕ字状の吊り用固定具１３のハンガー部３は、木質系天井材４２の表面と隙間があるように取り付けられる。取り付けは、木質系天井材にスリットを設け、埋設プレート２１の下端が出るように挿入し、定着具６を打ち込んで固定される。
吊ボルトなどの連結材７の上端をハンガー部３の係止孔３１に挿入し、ナット７２で止める。このナット７２はあらかじめ係止孔３１の上部に溶接などにより固定することもできる。ナットを使用せずに連結材７の上端部にフックを形成し、ひっかけることもできる。

図５にコ字状の吊り用固定具１４を示す。
埋設プレート２１がコ字状に形成されており、連結材を接続するための係止孔３１が形成されたハンガー部３が中央下部に取り付けられている。（ａ）は埋設プレート部がメクラ板で示されたコ字状の吊り用固定具１４ある。（ｂ）は埋設プレート２１ｂに線状材が貫通する穴２３が設けられたコ字状の吊り用固定具１４ｂを示す。穴２３の数は、一つあるいは複数設ける。穴２３の有無は、実施例１と同様に、埋設プレートを線状材が打ち抜くことができれば、穴を設けなくてもよい。なお、実施例２に示すようなとげ状突起などを埋設プレートに形成することもできる。
ＣＬＴ製などの木質系天井材（上階の床材４１）４２にスリット４３を平行に形成する（（ｃ））。スリットの幅は、埋設プレート２１（２１ｂ）の厚さと略同じとする。
このスリット４３に埋設プレート２１（２１ｂ）を挿入し、木質系天井材４２の表面から線状材からなる定着具６が埋設プレート２１（２１ｂ）を貫通するように打ち込む。これによって、木質系天井材４２にハンガー部３を露出させた状態に吊り用固定具１を取り付けた吊り具付き天井５（（ｄ））を形成する。

＜吊り具付き天井及び天井構造＞
吊り用固定具１を木質系天井材４２に取り付けた状態の吊り具付き天井５の例を図６に示す。（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ―Ａ断面図である。木質系天井材４２は、単位大きさのＣＬＴ材などの木質材を組み合わせて構成されている。この例では、単位となる木質材を４２－１・・・・・と表している。吊り用固定具１はＶ字状吊り用固定具である。
単位となる木質材にあらかじめスリット形成して、Ｖ字状吊り用固定具を取り付けて準備し、床（天井）を施工する。鉄筋コンクリート製の床スラブでは、コンクリート打設時あるいは打設後に吊りボルト用のアンカーを設ける必要があるが、木質系床材では、予め仕組むことができる。

この吊り具付き天井５に取り付けられている吊り用固定具１のハンガー部３に吊りボルトなどの連結材７を取り付けて天井構造を構成する。連結材７は、取り付ける機材の種類や地震対応などに応じた種類を使用する。図７に示すシステム天井を採用することもできる。

コ字状の吊り用固定具を用いて引張試験を行った。試験の概略を図８に示す。（ａ）は試験に用いたコ字状固定具、（ｂ）は引張試験の概略である。
１．試験仕様
木質材：５層ＣＬＴ材
固定具：形状、サイズ、素材
コ字状の連結プレートのサイズ 長さ４０ｍｍ、巾２１ｍｍ、高さ６５ｍｍ、
材質 鋼板、厚み０．６ｍｍ、１．２ｍｍ
定着材：ビス１（パネリュードII）、ビス２（ＣＰＱ７５）、
釘１（ＣＮ６５）、釘２（ＣＮ９０）

２．試験方法
（ａ）ＣＬＴ材にコ字状の連結プレートが挿入できる溝を平行に形成し、連結プレートを挿入する。
（ｂ）ＣＬＴの表面から斜めに連結プレートを打ち抜くように定着材を打ち込み、連結プレートを定着材が貫通するか確認する。
（ｃ）定着材が貫通した試験体のハンガー部に引っ張り荷重を負荷して、破壊するまでの変化を計測した。変化は、荷重と抜け出し変位である。従来の吊り金物の強度を参考にして、引抜き強度の設計値を１．２ｋＮに設定した。

３．試験結果
試験結果の概要を表１に示す。
（１）定着材の貫通結果
（ａ）ビス１、ビス２とも、厚み０．６ｍｍ、１．２ｍｍの鋼板を打ち抜いて、連結プレートをＣＬＴ材に固定することができた。
（ｂ）釘１（ＣＮ６５）、釘２（ＣＮ９０）は、厚み０．６ｍｍの鋼板を打ち抜くことはできたが、１．２ｍｍの鋼板を打ち抜くことができなかった。
（２）引張試験の結果
（ａ）定着材が連結プレートを貫通した６種類について、引張試験をした。ビス２を用いたコ字状の吊り用固定具では、ＣＬＴが割裂破壊した。他の５種類のコ字状の吊り用固定具では、連結プレートを構成する鋼板が断裂する鋼板支圧破壊が生じた。
これらの破壊はいずれも、設計値１．２ｋＮを超えていた。
（ｂ）鋼板支圧破壊を示した３種類について引張試験の結果を図９に示す。
ビス１－１（鋼板厚０．６ｍｍ）、ビス１－２（鋼板厚１．２ｍｍ）、ビス２－１（鋼板厚０．６ｍｍ）の３種類である。
ビス１－１、ビス１－２、ビス２－１の破壊強度を示す荷重は、約１０ｋＮ、約６．５．０ｋＮ、約７ｋＮ、約３ｋＮであり、十分に設計強度を満足する。

４．考察
この試験から、本発明の木質系材料を対象とする吊り用固定具は、十分な耐久性を示すことが確認された。埋設プレートに０．６ｍｍ厚程度の鋼板を用いた場合は、釘でも十分に貫通することができ、１．２ｍｍ厚の鋼板ではビスでは貫通することができることが確認された。したがって、穴を設けない埋設プレートの鋼板として、２．０ｍｍ以下を使用できると見込まれる。

１ 吊り用固定具
１１・・Ｖ字状吊り用固定具
１２・・Ｉ字状の吊り用固定具
１３・・Ｕ字状の吊り用固定具
１４・・コ字状の吊り用固定具
２、２２ 埋設プレート部
２１・・埋設プレート
２３・・穴
２４・・とげ状突起
３ ハンガー部
３１・・係止孔
４ 吊り具付き天井
４１・・上階の床材
４２・・木質系天井材
４３・・スリット
５ 吊り具付き天井
６ 定着具
７ 連結材
７２・・ナット

Claims (4)

1. 埋設プレート部とハンガー部を備えた木質系材料用の吊り用固定具であって、
   埋設プレート部とハンガー部は直線ないしは屈曲していることを特徴とする木質系材料用の吊り用固定具。
2. 床が木質系材料で形成された建物において、上階の床である木質系天井材に請求項１記載の木質系材料用の吊り用固定具が取り付けられた吊り具付き天井であって、
   木質系天井材にスリットを設け、該スリットに埋設プレート部を挿入し、埋設プレート部の穴に天井材の表面から線状定着具を通して取付けられて、天井表面にハンガー部が露出している吊り具付き天井。
3. 請求項２に記載された吊り具付き天井であって、木質系材料用の吊り用固定具のハンガー部に天井構造材や天井部に設置される設備機材用の連結材を設けたことを特徴とする天井構造。
4. 木質系材料で形成された梁に請求項１記載の木質系材料用の吊り用固定具が取り付けられた吊り具付き梁。

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