JP2022154206A - 合成構造および施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】柱部分と梁部分とが交差する仕口部分の重量が小さくなる合成構造および施工方法を提供する。
【解決手段】合成構造１０は、木製構造１１と、鋼製構造１２と、木製構造１１と鋼製構造１２とを接続する接続構造１３と、を有する。接続構造１３は、木製構造１１の応力を伝達する耐火性能を備えた耐火応力伝達部材２５と、耐火応力伝達部材２５を介して木製構造１１と鋼製構造１２を接続する鉄骨造の鋼製仕口部材２６と、一端が鋼製仕口部材２６に固定され、他端が木製構造１１に接合され、耐火応力伝達部材２５を貫通する第１接合部材２７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の躯体における木製構造と鋼製構造とが接続構造で接続された合成構造、および、該合成構造を施工する施工方法に関する。

例えば特許文献１のように、建物の躯体を構成する柱部分を木製構造とする場合、躯体のエネルギー吸収性能を確保するために、梁部分を鉄骨などの鋼製構造とする工法が知られている。例えば特許文献１には、柱部分を構成する木製構造と梁部分を構成する鋼製構造とが鋼板を用いたＲＣ製の仕口部材で接続されている。

特開２０１７－１３３２７８号公報

しかしながら、特許文献１においては、木製構造と鋼製構造とを強固に接続することが可能であるものの、柱部分と梁部分とが交差する仕口部分の重量が大きくなる。

上記課題を解決する合成構造は、木製構造と、鋼製構造と、前記木製構造と前記鋼製構造とを接続する接続構造と、を有する合成構造であって、前記接続構造は、前記木製構造の応力を伝達する耐火性能を備えた耐火応力伝達部材と、前記耐火応力伝達部材を介して前記木製構造と前記鋼製構造とを接続する鉄骨造の鋼製仕口部材と、一端が前記鋼製仕口部材に固定され、他端が前記木製構造に接合され、前記耐火応力伝達部材を貫通する接合部材と、を備える。

上記課題を解決する合成構造を施工する施工方法は、木製構造と、鋼製構造と、前記木製構造と前記鋼製構造とを接続する接続構造と、を有する合成構造を施工する施工方法であって、所定の階に前記木製構造を設置する木製構造設置ステップと、前記木製構造に耐火応力伝達部材を設置する耐火応力伝達部材設置ステップと、前記木製構造と前記耐火応力伝達部材とに接続される鉄骨造の鋼製仕口部材を設置する鋼製仕口部材設置ステップと、を有する.
これらによれば、柱部分が木製構造と耐火応力伝達部材とによって構成されるとともに鋼製仕口部材が鉄骨造である。このため、柱部分の耐火性能や柱部分から鋼製仕口部材への応力伝達を確保しつつ、柱部分と梁部分とが交差する仕口部分の軽量化を図ることができる。

上記合成構造において、前記鋼製構造は、梁材であり、前記耐火応力伝達部材は、プレキャスト材であり、前記プレキャスト材に接続され、前記梁材の上方に設けられる上方材を有することが好ましい。プレキャスト材に上方材が接続されることで、上方材の材質についての自由度を向上させることができる。

上記合成構造において、前記鋼製構造は、梁材であり、前記耐火応力伝達部材は、現場打設コンクリート材であり、前記梁材の上方に前記現場打設コンクリート材と一体に設けられる上方材を有することが好ましい。上方材が現場打設コンクリート材であることにより、工期の短縮を図ることができる。

上記合成構造は、前記鋼製構造として複数階の梁材を有し、所定の階の梁が大梁であり、前記所定の階の直上階又は直下階の梁材は、存在しない又は小梁であってもよい。これにより、仕口上下の柱部分の降伏曲げモーメントの和を梁部分の降伏曲げモーメントよりも大きくすることができる。

上記施工方法において、前記鋼製仕口部材設置ステップは、前記木製構造と前記耐火応力伝達部材とに前記鋼製仕口部材が接続される前に、当該鋼製仕口部材に前記鋼製構造を接続する鋼製構造接続ステップを有することが好ましい。鋼製仕口部材設置ステップが鋼製構造接続ステップを有することにより、鋼製仕口部材を設置する前に当該鋼製仕口部材に対して鋼製構造を接続しておくことができる。

上記施工方法において、前記鋼製構造は、梁材であり、前記鋼製仕口部材設置ステップの後に、前記梁材の上方に設けられる上方材を設置する上方材設置ステップを有することが好ましい。これにより、梁材に支持されるように上方材を設置することができる。

上記施工方法は、前記上方材の上に前記所定の階の上階の木製構造を設置する上階木製構造設置ステップを有することが好ましい。これにより、複数階を有する建物の躯体を構築することができる。

合成構造の一実施形態の概略構成を示す分解斜視図。 合成構造の施工方法の一実施形態を示すフローチャート。 耐火応力伝達部材設置ステップの過程を示す断面図。 （ａ）鋼製仕口部材設置ステップの過程を示す断面図、（ｂ）鋼製仕口部材設置ステップが完了した状態を示す断面図。 （ａ）上方材設置ステップが完了した状態を示す断面図、（ｂ）上階木製構造設置ステップが完了した状態を示す断面図。 合成構造が適用された建物の躯体の一例を模式的に示す図。

図１～図６を参照して、合成構造、および、施工方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、合成構造１０は、木製構造１１、鋼製構造１２、および、木製構造１１と鋼製構造１２とを接続する接続構造１３を有している。これら木製構造１１、鋼製構造１２、および、接続構造１３は、建物の躯体を構成する。

木製構造１１は、上下方向に延びる木製柱である。木製構造１１は、例えば矩形状の断面形状を有する。木製構造１１は、その外側面が石膏ボードなどの耐火層によって被覆されていてもよい。また、この耐火層の外側面が木製の仕上げ層などによって被覆されていてもよい。

木製構造１１は、端面１５に開口する複数の接続孔１６を有する。各接続孔１６は、木製構造１１の延在方向に沿って所定の深さだけ延びている。各接続孔１６は、後述する接合部材２７，２８が所定の隙間を空けた状態で挿入可能な大きさに形成されている。接続孔１６の開口は、端面１５における中心部を取り囲むように配列されている。なお、図１において、下側に示されている２つの木製構造１１と上側に示されている２つの木製構造１１とは、別の階の木製構造１１である。

鋼製構造１２は、隣り合う２つの木製構造１１に架設される大梁（梁材）である。鋼製構造１２は、例えば、ウェブと一対のフランジとを有するＨ型鋼である。鋼製構造１２は、第１鋼製構造１７と第２鋼製構造１８とを有する。第１鋼製構造１７は、図１の下側に示される２つの木製構造１１が並ぶ第１水平方向において隣り合う２つの木製構造１１に架設される。第２鋼製構造１８は、第１水平方向に直交する第２水平方向に架設される。第２鋼製構造１８は、第２鋼製構造本体１９と本体連結部２０とで構成されている。第２鋼製構造本体１９と本体連結部２０は、これらを突き合わせた状態で溶接や剛接合、ピン接合などの接合法により連結される。

接続構造１３は、耐火応力伝達部材２５、鋼製仕口部材２６、下側接合部材２７、および、上側接合部材２８を有する。
耐火応力伝達部材２５は、直方体形状を有するセメント組成物であって、例えば製造工場などで製造されたのちに施工現場へと搬入されるプレキャスト材である。耐火応力伝達部材２５は、建物の躯体における柱部分を構成する。耐火応力伝達部材２５は、木製構造１１に対する位置合わせにより、その外側面が木製構造１１の外側面と面一となることが望ましい。セメント組成物の一例は、コンクリートである。セメント組成物の他例は、スリムクリート（登録商標）等、繊維を混合したセメント系材料（繊維補強コンクリート材料）である。

耐火応力伝達部材２５は、下面と上面とに開口して直線状に延びる複数の貫通孔３０を有する。各貫通孔３０は、その内周面との間に所定の隙間を空けた状態で接合部材２７，２８が挿入可能な大きさに形成されている。また、下面および上面における貫通孔３０の開口は、木製構造１１の端面における接続孔１６の開口と同じ配列で形成されている。すなわち、接続孔１６と貫通孔３０は、木製構造１１と耐火応力伝達部材２５との位置を合わせることにより、接合部材２７，２８が挿通可能に構成されている。なお、耐火応力伝達部材２５は、木製構造１１を被覆する耐火層やこの耐火層を被覆する仕上げ層などによって外側面が被覆されてもよい。

耐火応力伝達部材２５は、鋼材よりも熱容量が大きく、鋼材よりも高い耐火性能を有するため、火災時などに鋼製仕口部材２６から木製構造１１への熱の移動を抑えることができる。これにより、鋼製仕口部材２６からの熱伝達に起因した木製構造１１の燃焼を抑えることができる。また、耐火応力伝達部材２５は、木製構造１１よりも機械的な強度が大きいため、木製構造１１に作用した荷重を効率よく鋼製仕口部材２６に伝達することができる。

鋼製仕口部材２６は、各種の鋼材が溶接などの接合法によって連結された鉄骨造である。鋼製仕口部材２６は、本体部３１、下面部３２、および、上面部３３を有する。
本体部３１は、ウェブとフランジとを有する。ウェブは、十字形状の断面形状を有して上下方向に延びている。フランジは、板状の形状を有して上下方向に延びている。フランジは、上面視において各ウェブの先端に連結されている。フランジには、鋼製構造１２のウェブが接合される。ウェブの上端およびフランジの上端は、同一面内に位置している。ウェブの下端およびフランジの下端は、同一面内に位置している。

下面部３２は、本体部３１の下端に連結された矩形状の板材である。本体部３１は、ウェブの交差部分が下面部３２の重心部分に、また、上面視におけるウェブの各先端部が下面部３２の各辺の中点部分に向かって延びるように連結される。下面部３２には、鋼製構造１２における下側のフランジが接合される。

上面部３３は、本体部３１の上端に連結された矩形状の板材である。本体部３１は、ウェブの交差部分が上面部３３の重心部分に、また、上面視におけるウェブの各先端部が上面部３３の各辺の中点部分に向かって延びるように連結される。上面部３３には、鋼製構造１２における上側のフランジが接合される。

下側接合部材２７は、その一端が下面部３２に固定されている。下側接合部材２７は、下面部３２から下方に向かって延びている。下側接合部材２７は、耐火応力伝達部材２５を貫通可能な長さを有している。下側接合部材２７は、下面部３２の中心部を取り囲むように配列されている。

上側接合部材２８は、その一端が上面部３３に固定されている。上側接合部材２８は、上面部３３から上方に向かって延びている。上側接合部材２８は、上面部３３の中心部を取り囲むように配列されている。上側接合部材２８は、鋼製仕口部材２６の上側に配設される耐火応力伝達部材２５を貫通可能な長さを有している。この耐火応力伝達部材２５には、鋼製構造１２の上方に設けられる上方材、例えば木製の床や屋根などが接続される。

下側接合部材２７および上側接合部材２８は、接続孔１６と貫通孔３０との位置合わせが完了した状態において、これら接続孔１６と貫通孔３０とに挿入可能となっている。
図２～図５を参照して、上述した合成構造１０の施工方法について説明する。ここでは、所定の階において木製構造１１と鋼製構造１２とを接続構造１３を介して連結し、その所定の階の上階に木製構造１１を設置するまで工程について説明する。

図２に示すように、合成構造の施工方法は、木製構造設置ステップ（Ｓ１０１）、耐火応力伝達部材設置ステップ（Ｓ１０２）、鋼製仕口部材設置ステップ（Ｓ１０３）、上方材設置ステップ（Ｓ１０５）、上階木製構造設置ステップ（Ｓ１０６）を有する。また、鋼製仕口部材設置ステップ（Ｓ１０３）は、鋼製構造接続ステップ（Ｓ１０４）を有する。

木製構造設置ステップ（Ｓ１０１）では、所定の階において、複数の木製構造１１を各々の設置位置に設置する。
図３に示すように、耐火応力伝達部材設置ステップ（Ｓ１０２）では、設置された木製構造１１の端面１５に対して、耐火応力伝達部材２５を設置する。具体的には、木製構造１１と耐火応力伝達部材２５との位置合わせを行ったのち、木製構造１１の端面１５に対して耐火応力伝達部材２５を載置する。これにより、木製構造１１の接続孔１６と耐火応力伝達部材２５の貫通孔３０とが互いに連通した状態となる。

鋼製仕口部材設置ステップ（Ｓ１０３）では、鋼製仕口部材２６が各位置に設置される。鋼製仕口部材設置ステップ（Ｓ１０３）の鋼製構造接続ステップ（Ｓ１０４）は、鋼製仕口部材２６に対して第１鋼製構造１７が接続される工程である。

第１鋼製構造１７は、例えば工場や施工現場など、鋼製構造１２の設置場所と異なる場所において鋼製仕口部材２６に予め接続されてもよい。第１鋼製構造１７と鋼製仕口部材２６は、ウェブ同士およびフランジ同士が連結される。また、この工程では、鋼製仕口部材２６に対して第２鋼製構造１８の本体連結部２０も連結される。鋼製仕口部材２６に対して第１鋼製構造１７および本体連結部２０が連結されたユニットを架設ユニット４０という。

図４（ａ）に示すように、鋼製仕口部材設置ステップ（Ｓ１０３）では、クレーンなどを用いて架設ユニット４０を木製構造１１の上方に配置する。次に、耐火応力伝達部材２５と鋼製仕口部材２６との位置合わせを行ったのち、鋼製構造１２と鋼製仕口部材２６とを下方へ移動させる。

これにより、図４（ｂ）に示すように、耐火応力伝達部材２５の貫通孔３０および木製構造１１の接続孔１６に下側接合部材２７が挿入される。そして、これら木製構造１１、耐火応力伝達部材２５、および、下側接合部材２７がＧＩＲ（Ｇｌｕｅｄ ｉｎ Ｒｏｄ）接合等により接合される。

鋼製仕口部材設置ステップ（Ｓ１０３）では、架設ユニット４０の配設が各位置において行われる。そして、鋼製仕口部材設置ステップのあとには、図４（ｂ）の紙面奥側において、本体連結部２０に対して第２鋼製構造本体１９が接合される第２鋼製構造接合ステップが実行される。また、第２鋼製構造１８に対して後述する小梁４７（梁材）が接続される小梁接続ステップが実行される。

図５（ａ）に示すように、上方材設置ステップ（Ｓ１０５）では、鋼製構造１２の上方に位置する上方材を設置する。本実施形態では、まず、鋼製仕口部材２６の上側に位置する耐火応力伝達部材２５が設置される。鋼製仕口部材２６に対する耐火応力伝達部材２５の位置合わせを行ったのち、上側接合部材２８が貫通孔３０を通じて耐火応力伝達部材２５を貫通するように、鋼製仕口部材２６に対して耐火応力伝達部材２５が載置される。そして、この耐火応力伝達部材２５に上方材が接続されることにより、鋼製構造１２の上方に上方材が設けられる。

図５（ｂ）に示すように、上階木製構造設置ステップ（Ｓ１０６）では、上記所定の階の上階における木製構造１１が設置される。具体的には、鋼製仕口部材２６の上側接合部材２８と木製構造１１との位置合わせを行ったのち、当該木製構造１１の接続孔１６に上側接合部材２８を挿入する。そして、鋼製仕口部材２６、耐火応力伝達部材２５、および、木製構造１１がＧＩＲ接合等により接合される。以後、耐火応力伝達部材設置ステップ（Ｓ１０２）から上階木製構造設置ステップ（Ｓ１０６）までの各ステップが適宜繰り返されることにより、建物の躯体が構築される。

図６を参照して、合成構造１０が適用された建物の躯体の一例について説明する。
図６に示すように、躯体４５は、複数階を有する。この躯体４５において、上方材は、各階に設置される床スラブ４８である。この床スラブ４８は、現場打設コンクリート材である。床スラブ４８において、木製構造１１と鋼製仕口部材２６の上面部３３との間の部分は耐火応力伝達部材として機能する。また、上方材である床スラブ４８の上に上階の木製構造１１が設置される。

躯体４５は、図６における各階の左右方向において、隣り合う２つの木製構造１１が鋼製仕口部材２６を介して鋼製構造１２（第１鋼製構造１７あるいは第２鋼製構造１８、図６では第１鋼製構造１７）で連結される部分と連結されない部分とを交互に有する。躯体４５の梁部分のうち、鋼製構造１２の部分を大梁部分という。

また、躯体４５は、鋼製構造１２で連結されない部分においては、図６における左右方向で隣り合う２つの第２鋼製構造１８が機械的な強度が弱い小梁４７で接続される。小梁４７は、図６に二点鎖線で示しており、例えばＨ形鋼などの鋼材によって形成される。躯体４５の梁部分のうち、小梁４７で連結されている部分を小梁部分という。

躯体４５においては、大梁部分に対する直上階または直下階には、小梁部分が配設されている。また、小梁部分に対する直上階または直下階には、大梁部分が配設されている。こうした構造の躯体４５においては、仕口部分の上下の柱部分における降伏曲げモーメントの和が梁部分における降伏曲げモーメントよりも大きくなる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）接続構造１３においては、耐火応力伝達部材２５と鋼製仕口部材２６とが各別の部材として構成されている。また、鋼製仕口部材２６が鉄骨造である。これにより、木製構造１１についての耐火性能と応力伝達性能とを確保しながら、柱部分と梁部分とが交差する仕口部分の軽量化を図ることができる。

（２）鋼板を用いたＲＣ製の仕口部材は、鋼板部分の製造場所とコンクリートの打設場所が異なることが一般的である。このため、鋼板部分の製造場所、コンクリートの打設場所、施工現場の順に部材を搬送する必要がある。

上述した合成構造１０においては、耐火応力伝達部材２５と鋼製仕口部材２６とが各別の部材である。このため、耐火応力伝達部材２５および鋼製仕口部材２６を、各々の製造場所から施工現場へと直接搬入することができる。これにより、合成構造１０における運搬コストを低減することができる。

（３）また、ＲＣ製の仕口部材は、仕口部材と木製構造とを接合する接合筋をコンクリート部分で支持している。このため、コンクリート部分の強度を確保するために、接合筋の間隔をある程度確保しなければならない。

これに対して、上述した合成構造１０においては、接合筋である接合部材２７，２８が溶接などの接合法によって鋼製仕口部材２６に固定される。このため、ＲＣ製の仕口部材よりも接合筋の間隔を小さくすることができる。つまり、合成構造１０においては、仕口部材と木製構造とを接合する接合筋の配置についての自由度が向上する。その結果、より多くの接合筋を配設することが可能となるから、木製構造１１と鋼製仕口部材２６とをより強固に接合することができる。

（４）図１～図５に示す合成構造１０においては、鋼製仕口部材２６の上方に位置する耐火応力伝達部材２５に上方材が接続されるため、鋼製仕口部材２６から床スラブへの熱伝達が抑えられる。これにより、床スラブの材質に関する自由度が向上するため、例えば木製の床スラブを採用することができる。

（５）図６に示す躯体４５においては、鋼製仕口部材２６の上側に位置する耐火応力伝達部材として、現場打設コンクリート材である床スラブ４８の一部が機能する。これにより、当該耐火応力伝達部材と床スラブとの接続ステップが不要となることから、工期の短縮を図ることができる。

（６）躯体４５においては、仕口部分の上下の柱部分における降伏曲げモーメントの和が梁部分における降伏曲げモーメントよりも大きくなることから、躯体４５に大きな荷重が作用したときには、木製構造１１よりも先に鋼製構造１２を降伏させることができる。

（７）第２鋼製構造１８は、第２鋼製構造本体１９と、鋼製仕口部材２６に予め連結された本体連結部２０とで構成されている。これにより、鋼製仕口部材２６の本体部３１のフランジに対する第２鋼製構造１８の連結を容易に行うことができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・合成構造１０においては、小梁４７が存在しなくてもよい。こうした構成であっても上記（６）に記載した効果に準ずる効果を得ることができる。

・合成構造１０は、互いに隣り合う２つの木製構造１１の全てが第１鋼製構造１７あるいは第２鋼製構造１８によって接続されていてもよい。こうした構成においても、第１鋼製構造１７および第２鋼製構造１８の機械的な強度を小さくすることにより、上記（６）に記載した効果に準ずる効果を得ることができる。

・鋼製構造接続ステップにおいては、第１鋼製構造１７および第２鋼製構造１８の全てが施工現場において鋼製仕口部材２６に対して連結されてもよい。
・鋼製仕口部材２６の本体部３１は、下面部３２と上面部３３とを連結し、かつ、鋼製構造１２が接合可能であればよい。このため、本体部３１は、例えば、矩形枠状の断面形状を有して上下方向に延びる部材であってもよい。

・耐火応力伝達部材２５は、木製構造１１に一体化された状態で施工現場に搬入されてもよい。この場合、木製構造１１と耐火応力伝達部材２５は、接続孔１６と貫通孔３０との位置を合わせた状態で接着等により一体化される。

・接合部材２７，２８は、一端が鋼製仕口部材２６に固定され、他端が木製構造１１に接合される構成であればよい。このため、接合部材２７，２８は、鋼製仕口部材２６に固定された状態で施工現場に搬入される構成に限らず、例えば、木製構造１１に接合された状態で施工現場に搬入されてもよい。この場合、下側接合部材２７は、鋼製仕口部材２６に対して鋼製仕口部材設置ステップにて固定され、上側接合部材２８は、鋼製仕口部材２６に対して上階木製構造設置工程にて固定される。

１０…合成構造、１１…木製構造、１２…鋼製構造、１３…接続構造、１５…端面、１６…接続孔、１７…第１鋼製構造、１８…第２鋼製構造、１９…第２鋼製構造本体、２０…本体連結部、２５…耐火応力伝達部材、２６…鋼製仕口部材、２７…下側接合部材、２８…上側接合部材、３０…貫通孔、３１…本体部、３２…下面部、３３…上面部、４０…架設ユニット、４５…躯体、４７…小梁、４８…床スラブ。

Claims (8)

1. 木製構造と、
   鋼製構造と、
   前記木製構造と前記鋼製構造とを接続する接続構造と、を有する合成構造であって、
   前記接続構造は、
   前記木製構造の応力を伝達する耐火性能を備えた耐火応力伝達部材と、
   前記耐火応力伝達部材を介して前記木製構造と前記鋼製構造とを接続する鉄骨造の鋼製仕口部材と、
   一端が前記鋼製仕口部材に固定され、他端が前記木製構造に接合され、前記耐火応力伝達部材を貫通する接合部材と、を備える
   合成構造。
2. 前記鋼製構造は、梁材であり、
   前記耐火応力伝達部材は、プレキャスト材であり、
   前記プレキャスト材に接続され、前記梁材の上方に設けられる上方材を有する
   請求項１に記載の合成構造。
3. 前記鋼製構造は、梁材であり、
   前記耐火応力伝達部材は、現場打設コンクリート材であり、
   前記梁材の上方に前記現場打設コンクリート材と一体に設けられる上方材を有する
   請求項１に記載の合成構造。
4. 前記鋼製構造として複数階の梁材を有し、所定の階の梁が大梁であり、
   前記所定の階の直上階又は直下階の梁材は、存在しない又は小梁である
   請求項１～３のいずれか一項に記載の合成構造。
5. 木製構造と、鋼製構造と、前記木製構造と前記鋼製構造とを接続する接続構造と、を有する合成構造を施工する施工方法であって、
   所定の階に前記木製構造を設置する木製構造設置ステップと、
   前記木製構造に耐火応力伝達部材を設置する耐火応力伝達部材設置ステップと、
   前記木製構造と前記耐火応力伝達部材とに接続される鉄骨造の鋼製仕口部材を設置する鋼製仕口部材設置ステップと、を有する
   施工方法。
6. 前記鋼製仕口部材設置ステップは、前記木製構造と前記耐火応力伝達部材とに前記鋼製仕口部材が接続される前に、当該鋼製仕口部材に前記鋼製構造を接続する鋼製構造接続ステップを有する
   請求項５に記載の施工方法。
7. 前記鋼製構造は、梁材であり、前記鋼製仕口部材設置ステップの後に、前記梁材の上方に設けられる上方材を設置する上方材設置ステップを有する
   請求項６に記載の施工方法。
8. 前記上方材の上に前記所定の階の上階の木製構造を設置する上階木製構造設置ステップを有する
   請求項７に記載の施工方法。

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