JP2022122012A - 接合構造および接合構造の構築方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】木質柱と鉄骨梁とを容易に接合できる接合構造等を提供する。【解決手段】木質柱2と鉄骨梁3との接合構造が、本体11と、本体11の上下に設けられたダイアフラム12と、を備えた仕口部材1を有する。木質柱2の端面から突出する棒材22が、ダイアフラム12に設けられた孔121に挿通され、棒材22の孔121からの突出部分に形成されたネジにナット25が締め込まれる。鉄骨梁3のフランジ31がダイアフラム12に接合され、鉄骨梁3のウェブ32が、ボルト33を用いて本体11に接合される。【選択図】図2
Description
本発明は、木質柱と鉄骨梁の接合構造およびその構築方法に関する。
近年、環境負荷低減や建物利用者のウェルネスの観点から、建物への木質材料の利用が推奨されトレンドとなりつつある。集成材等の木質材料は軽量で強度が高いという特徴があり、建物の重量低減にもつながるが、靭性能が低く割裂などの脆性的な破壊を起こしやすい。
そのため、フレーム架構に木質材料を採用する場合には、柱を木質材料とし梁を鉄骨造として、鉄骨梁が先行降伏するように設計することで、変形性能や地震エネルギー吸収能力を確保することが考えられる。
例えば特許文献1には、木質柱と鉄骨梁との接合部にネジ部と異形鉄筋部とからなる鋼棒を用い、鋼棒のネジ部を上側柱部材および下側柱部材に付着固定し、鋼棒の異形鉄筋部を木材より硬質の材料からなる仕口部材内で鉄筋継手に接合することが記載されている。
しかしながら、特許文献1記載の接合構造は、異形鉄筋部とネジ部を有する鋼棒やスリーブ系の鉄筋継手等を用いた複雑な構成であり、作業工程が複雑で施工費用が嵩み、生産性が低いという問題点があった。
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、木質柱と鉄骨梁とを容易に接合できる接合構造等を提供することである。
前述した目的を達成するための第1の発明は、木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造である。
第1の発明の接合構造では、仕口部材と木質柱との接合を、木質柱から突出し、且つ仕口部材のダイアフラムの孔に通された棒材を用いて容易に行える。また仕口部材と鉄骨梁との接合もボルト等を用いた簡易なものであり、木質柱や鉄骨梁を仕口部材を介して容易に接合でき、生産性が高い。
前記本体は、鋼管の内部にコンクリートが充填されたものであることが望ましい。
これにより、仕口部材の鋼材量を少なくしつつ、高い耐力を確保することができ、コストを抑えることができる。
これにより、仕口部材の鋼材量を少なくしつつ、高い耐力を確保することができ、コストを抑えることができる。
前記仕口部材に、前記ダイアフラムの補強部材が設けられてもよい。
補強部材によりダイアフラムを補強することで、柱の曲げに伴うダイアフラムの面外曲げの防止、仕口部材の軸耐力の向上等の効果を得ることができる。
補強部材によりダイアフラムを補強することで、柱の曲げに伴うダイアフラムの面外曲げの防止、仕口部材の軸耐力の向上等の効果を得ることができる。
第2の発明は、第1の発明の接合構造の構築方法であって、下階の前記柱を建て込む工程と、下階の前記柱の上に前記仕口部材を設置し、当該柱と前記仕口部材の本体の下側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合する工程と、上階の前記柱と前記仕口部材の本体の上側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合して上階の前記柱を建て込む工程と、を具備し、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが前記本体にボルトを用いて接合されることを特徴とする接合構造の構築方法である。
本発明によれば、木質柱と鉄骨梁とを容易に接合できる接合構造等を提供できる。
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
(1.仕口部材1、木質柱2、鉄骨梁3)
図1(a)は、本発明の実施形態に係る接合構造で用いる仕口部材1を示す図である。仕口部材1は、木質柱2と鉄骨梁3の接合に用いる部材である。図1(b)は木質柱2の棒材22付近の鉛直断面を示す図であり、図1(c)は仕口部材1の本体11の高さにおける水平断面を示す図である。
図1(a)は、本発明の実施形態に係る接合構造で用いる仕口部材1を示す図である。仕口部材1は、木質柱2と鉄骨梁3の接合に用いる部材である。図1(b)は木質柱2の棒材22付近の鉛直断面を示す図であり、図1(c)は仕口部材1の本体11の高さにおける水平断面を示す図である。
仕口部材1は、本体11とダイアフラム12等を有する。
本体11は、矩形状断面の鋼管111の内部にコンクリート112を充填したものである。本体11の各側面には、接合板(シアープレート)113が固定される。各接合板113は、板面を鉛直方向に合わせて本体11の側面の法線方向に突出するように配置される。なお鋼管111の断面は矩形に限らず、円形でもよい。
ダイアフラム12は、鉄骨梁3のフランジ31と接合される部分であり、本実施形態では本体11の上下に設けられた矩形状の鋼板である。ダイアフラム12の外周部は鋼管111より外側に位置し、当該外周部には木質柱2の接合に用いる複数の孔121が設けられる。なおダイアフラム12の平面形状も矩形に限らず、円形でもよい。
上下のダイアフラム12の一方には、コンクリート112の充填に用いる開口122が、鋼管111より内側の位置で形成される。必要に応じて、コンクリート112の充填時の空気抜き孔(不図示)も開口122と併せて形成される。開口122は、ダイアフラム12の中央部に設けられるが、これに限らない。
木質柱2は、集成材等の木質材料を用いた柱体であり、柱軸方向の端面21から棒材22が突出する。棒材22は、木質柱2の端面21に形成された孔23に挿入され、孔23に接着剤等の充填材24を充填することによって木質柱2に固定される。棒材22は例えば鉄筋や全ネジ棒であり、少なくとも端面21からの突出部分の一部または全体がネジ加工されている。
鉄骨梁3には、上下のフランジ31とウェブ32とを有するH形鋼が用いられる。鉄骨梁3は、ウェブ32の梁軸方向の端部がフランジ31から張り出すように加工される。ただしこれに限ることはなく、例えば接合板113がダイアフラム12より外側に突出している場合(後述する図4(a)の例など)、ウェブ32の梁軸方向の端部はフランジ31から張り出さなくてもよい。
(2.仕口部材1を用いた接合構造の構築方法)
次に、図2等を参照し、仕口部材1を用いた接合構造の構築方法について説明する。
次に、図2等を参照し、仕口部材1を用いた接合構造の構築方法について説明する。
本実施形態では、図2(a)に示すように下階の木質柱2の建て込みを行った後、図2(b)に示すように木質柱2の上に仕口部材1を設置する。この際、木質柱2の端面(上端面)21から突出した棒材22を、仕口部材1の下側のダイアフラム12の孔121に挿通し、孔121から突出する棒材22の突出部分にナット25を締め込む。
ここで、ダイアフラム12の外縁は、木質柱2の外縁と同位置または木質柱2の外縁より外側に位置する。ダイアフラム12の外縁を木質柱2の外縁より内側とすると、後述する鉄骨梁3のフランジ31とダイアフラム12の溶接作業が難しくなるためである。ただし、木質柱2の側面を一部切り欠くことで、ダイアフラム12の外縁を木質柱2の外縁(の切欠部を除く部分)の内側に位置させつつ、当該切欠部において溶接を行うことは可能である。
また、仕口部材1は、工場において鋼管111にコンクリート112を充填したプレキャスト部材として製作し、これを現場搬入して用いることが望ましいが、現場で鋼管111にコンクリート112を充填してもよい。前者の場合、上側のダイアフラム12の開口122からコンクリート112を充填して製作した仕口部材1を、現場で上下反転して設置することで、下側のダイアフラム12に開口122が位置することとなる場合もある。
棒材22についても、事前に工場で木質柱2に固定してもよく、現場で木質柱2に固定してもよい。ただし、孔23内での棒材22の位置調整や充填材24の温度管理を現場で行うことはやや困難であり、この点では前者の方が好ましい。
図2の説明に戻る。本実施形態では、次に、図2(c)に示すように、鉄骨梁3のウェブ32の梁軸方向の端部を仕口部材1の接合板113に重ね、ボルト33を用いてウェブ32の当該端部と接合板113とを接合する。ボルト33には高力ボルトが用いられる。また、鉄骨梁3のフランジ31の梁軸方向の端部は、突き合わせ溶接によりダイアフラム12に接合する。これにより、仕口部材1と鉄骨梁3が接合される。
その後、図2(d)に示すように、仕口部材1の上に上階の木質柱2を建て込む。当該木質柱2の端面(下端面)にも、前記と同様に棒材22が設けられており、当該棒材22が仕口部材1の上側のダイアフラム12の孔121に挿通され、孔121から突出する棒材22の突出部分にナット(不図示)が締め込まれる。
以上の工程により、木質柱2と鉄骨梁3を仕口部材1により接合した接合構造が構築される。仕口部材1には鉄骨梁3が平面において十字状に接続されるが、図2(c)、(d)では、説明のため、仕口部材1の手前側に接合される鉄骨梁3の図示を省略している。
以上説明したように、本実施形態では、仕口部材1と木質柱2との接合を、木質柱2の端面から突出し、且つ仕口部材1のダイアフラム12の孔121に通された棒材22を用いて容易に行える。また仕口部材1と鉄骨梁3との接合もボルト33等を用いた簡易なものであり、木質柱2や鉄骨梁3を仕口部材1を介して容易に接合でき、生産性が高い。
また、仕口部材1により木質柱2と鉄骨梁3とが剛接合されるので、鉄骨梁3に生じるモーメントを木質柱2に伝達させてエネルギー吸収能力を確保し、靭性能に優れた架構とすることができる。また、木質柱2を採用することで建物重量を低減でき、地震力の低減、基礎構造の簡略化、施工時の揚重量の低減による生産性向上効果が期待できる。
しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では仕口部材1のダイアフラム12の各辺に鉄骨梁3を接合するが、一部の辺のみに鉄骨梁3を接合してもよい。
また、棒材22の木質柱2への固定方法も前記に限らない。例えば棒材22を頭付きのボルトとし、仕口部材1のダイアフラム12の孔121に挿通した当該ボルトの軸部を、木質柱2に予め埋設したラグスクリューボルト(雌ねじ)に螺合させてもよい。
また仕口部材1の構成も上記したものに限らない。例えば本体11を、鋼管111内にコンクリート112を充填したものとせず、H型鋼を十字に組み合わせたものとしてもよい。ただし、木質柱2と鉄骨梁3の接合部には主にせん断耐力と軸耐力とが求められ、特に軸耐力に対してはコンクリート112の寄与が大きい。そのため、本体11を鋼管111にコンクリート112を充填したものとすることで、鋼材量を少なくしつつ高い耐力を確保することができ、コストを抑えることができる。
その他、図3(a)の仕口部材1aに示すように、ダイアフラム12の本体11と反対側の面に、ダイアフラム12から突出する突起(シアーコッター)14を固定してもよい。木質柱2と仕口部材1aとの接合時には、図3(b)に鉛直断面を示す木質柱2のように、木質柱2の端面21に形成した凹部26に突起14を挿入し、ダイアフラム12と当該端面21との間にモルタル等の充填材4を充填する。これにより、木質柱2と鉄骨梁3の接合部に作用するせん断力に対する補強を行うことができる。
なお、図3(a)、(b)は本体11の上側のダイアフラム12の突起14を上階の木質柱2との接合に利用する例であるが、本体11の下側のダイアフラム12にも同様の突起14が設けられ、下階の木質柱2が図3(b)と同様に接合される。
また、第1の実施形態では開口122がダイアフラム12の中央部に設けられるが、図3(a)の例では、強度等の面を考慮し、開口122を、仕口部材1aに接続される鉄骨梁3の中心線の位置を避けて設けている。この例では仕口部材1aに平面十字状に鉄骨梁3が接続されるものとし、それらの中心線を避けた位置で複数(図の例では4つ)の開口122が設けられる。
また、図3(c)の仕口部材1bに示すように、ダイアフラム12の各辺の中央部に外側へと突出する突出片123を設け、鉄骨梁3と仕口部材1bとの接合時に、鉄骨梁3のフランジ31をこの突出片123に溶接するようにしてもよい。これにより木質柱2から離れた位置で溶接作業を行うことができ、作業が容易になる。またダイアフラム12の平面寸法を小さくし、突出片123を除く部分の外縁を、木質柱2の外縁と同位置または木質柱2の外縁より内側に位置させることも可能である。
さらに、図4(a)に側面を示す仕口部材1cのように、接合板113aを上下のダイアフラム12同士を連結するように設けることにより、接合板113aをダイアフラム12の補強部材として機能させることも可能である。接合板113aは、木質柱2の曲げに伴うダイアフラム12の面外変形に抵抗し、また仕口部材1cの軸耐力も向上させることができる。
また、図4(b)に側面を示す仕口部材1dのように、三角形状の補強部材であるリブ15を、本体11と下側のダイアフラム12との隅部に固定してもよい。この場合も、リブ15によりダイアフラム12の面外変形に抵抗させることができる。リブ15は本体11と上側のダイアフラム12との隅部に固定してもよい。リブ15の形状や数等は特に限定されず、リブ15の平面位置も、接合板113と干渉しない位置であれば特に限定されない。
また、図4(c)に側面を示す仕口部材1eのように、柱状の補強部材16を上下のダイアフラム12を連結するように固定してもよい。図4(d)は本体11の高さにおける仕口部材1eの水平断面を示す図であり、補強部材16はダイアフラム12の四隅に設けられる。補強部材16により仕口部材1eの軸耐力が向上し、ダイアフラム12の面外変形も抑制される。なお補強部材16の形状や数は特に限定されない。また補強部材16の平面位置もダイアフラム12の四隅に限らない。
さらに、図5(a)に示すように、仕口部材1fの本体11とダイアフラム12から外側に突出するようにブラケット17を固定してもよい。ブラケット17には、上下のフランジ171とウェブ172とを有するH形鋼が用いられる。ブラケット17は、フランジ171をダイアフラム12に、ウェブ172を本体11に溶接することにより工場で予め固定される。
仕口部材1fと鉄骨梁3との接合時には、図5(b)に示すように、鉄骨梁3のフランジ31とブラケット17のフランジ171を一対の添接板18で挟み込み、これらの添接板18とフランジ31、171とをボルト19を用いて締結する。ボルト19には高力ボルトが用いられる。鉄骨梁3のウェブ32についても同様に、鉄骨梁3のウェブ32とブラケット17のウェブ172を一対の添接板18で挟み込み、これらの添接板18とウェブ32、172とをボルト19を用いて締結する
前記のようにダイアフラム12に鉄骨梁3のフランジ31を溶接する場合、木質柱2が燃えるのを防ぐために火花養生が必要となるが、ブラケット17を用いてボルト接合することにより、養生を省略できる。ただし、ブラケット17のフランジ171と鉄骨梁3のフランジ31を溶接により接合することも可能である。
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f:仕口部材
2:木質柱
3:鉄骨梁
4、24:充填材
11:本体
12:ダイアフラム
14:突起
15:リブ
16:補強部材
17:ブラケット
18:添接板
19、33:ボルト
21:端面
22:棒材
23、121:孔
25:ナット
26:凹部
31、171:フランジ
32、172:ウェブ
111:鋼管
112:コンクリート
113、113a:接合板
122:開口
123:突出片
2:木質柱
3:鉄骨梁
4、24:充填材
11:本体
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22:棒材
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111:鋼管
112:コンクリート
113、113a:接合板
122:開口
123:突出片
Claims (4)
- 木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、
本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、
前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、
前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造。 - 前記本体は、鋼管の内部にコンクリートが充填されたものであることを特徴とする請求項1記載の接合構造。
- 前記仕口部材に、前記ダイアフラムの補強部材が設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の接合構造。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の接合構造の構築方法であって、
下階の前記柱を建て込む工程と、
下階の前記柱の上に前記仕口部材を設置し、当該柱と前記仕口部材の本体の下側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合する工程と、
上階の前記柱と前記仕口部材の本体の上側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合して上階の前記柱を建て込む工程と、
を具備し、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが前記本体にボルトを用いて接合されることを特徴とする接合構造の構築方法。
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