JP2022162430A - 横架材及び建築構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】材料の使用量を減らしつつ十分な強度を有する横架材、及びこの横架材を組合せて構成された建築構造体を提供する。【解決手段】建築物１００に用いられる横架材１であって、正面視において直線状に形成され、互いに平行に配置されるとともに一対の板状部材１０ａ、１０ｂにより構成された複数の補強材１０と、前記複数の補強材１０と直交する方向に並列に配置され、前記複数の補強材１０同士を連結する複数の連結部材２０とを備え、前記複数の連結部材２０は、それぞれ前記一対の板状部材１０ａ、１０ｂに挟まれた状態で配置され、前記複数の補強材１０及び前記複数の連結部材２０は、木材により形成され、前記複数の補強材１０と前記複数の連結部材２０とにより、複数の貫通孔４０が形成されることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、横架材及び建築構造体に関し、特に建築物に使用される横架材、及びこの横架材を複数組合せて形成される建築構造体に関する。

従来から、建造物に使用される構造物について、剛性を向上させるために様々な手法がとられている。剛性を向上させるための一つの手法としては、縦板（垂直部材）と横板（水平部材）とを組合せることにより、鉛直方向及び水平方向の合成を高めることができるフレーム構造がある。

例えば、特許文献１には、並列に配置された複数のアーチ状の弦材と、平面視でこの弦材に対して斜めに且つ格子状に配置され、格子の交点部が弦材に接合された複数の斜材と、を備えた屋根架構が開示されている。弦材は、上下に間隔をあけて配置されたアーチ状の上弦材とアーチ状の下弦材とで構成され、斜材は、前記上弦材と前記下弦材との間に挟まれて接合されている。更に、上弦材と下弦材とは貫穴に貫が挿通され接合されている。これにより、上弦材及び下弦材が組み合わされた構造となり、剛性が更に向上する。

また、特許文献２には、複数の鋼製の柱材と複数の鋼製の梁材とを組んで形成された骨組み構造である外周架構が開示されている。外周架構は、建物の外周に相当する部位に沿って配置され、外周架構の上部を屋根材で覆い、側部に外壁材や窓枠を設置等することにより建物が完成する。

特開２０１８－１９７４６２号公報 特開２０１２－２４６６２８号公報

ところで、上記特許文献１、２に記載の建築物の構造は、建築物の強度を向上させるために採用された構造である。建築物の強度が不足している場合には、例えば梁せいの断面積を大きくする、構造物自体の素材を強固なものに変更することにより強度を向上させることができる。しかしながら、強度の向上を図るため、例えば梁せいを大きくすると、梁自体の体積が増加せざるを得ないという不都合があった。また、強度が弱い素材に代えて十分な強度を有する素材に変更する場合、強度の観点では問題がなくても、コストや生産性を考慮すると選択肢に限度があるという事情もあった。更に、Ｉジョイストのような部材を使用することも考えられるが、ウェブ部分に開口が形成されていないため、屋内の使用を目的としても、配管を通せない等の不都合があった。

そこで、本発明は材料の体積の増加を回避しつつ十分な強度を確保することができる横架材、及びこの横架材を組合せて構成された建築構造体を提供することを目的とする。

本発明は、建築物に用いられる横架材であって、正面視において直線状に形成され、互いに平行に配置されるとともに一対の板状部材により構成された複数の補強材と、前記複数の補強材と直交する方向に並列に配置され、前記複数の補強材同士を連結する複数の連結部材とを備え、前記複数の連結部材は、それぞれ前記一対の板状部材に挟まれた状態で配置され、前記複数の補強材及び前記複数の連結部材は、木材により形成され、前記複数の補強材と前記複数の連結部材とにより、複数の貫通孔が形成されることを特徴とする。

本発明に係る横架材において、前記複数の補強材のそれぞれは単板積層材により形成されるものとしてもよい。

本発明に係る横架材において、前記複数の補強材の曲げヤング係数の値が、ＪＡＳ規格の曲げヤング係数区分の６０Ｅに規定される範囲にあることとしてもよい。

さらに、本発明は、前記横架材を組み合わせて四角形状に形成される建築構造体であって、前記四角形状部分の内側には、いずれかの辺に平行な状態で複数の前記横架材が配置される。

本発明に係る建築構造体では、各階の水平構面において、前記複数の横架材の梁せいを同じ寸法にしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、材料の体積の増加を回避しつつ十分な強度を確保することができる横架材、及びこの横架材を組合せて構成された建築構造体を提供することができる。また、強度の低い素材を使用した場合であっても、横架材に十分な強度を確保することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る横架材の模式的な斜視図である。 図２（ａ）は、実施形態に係る横架材の模式的な正面図であり、図２（ｂ）は、実施形態に係る横架材の模式的な上面図であり、図２（ｃ）は、実施形態に係る横架材の模式的な側面図である。 図３（ａ）は、第１変形例に係る横架材の模式的な正面図であり、図３（ｂ）は、第２変形例に係る横架材の模式的な正面図であり、図３（ｃ）は、第３変形例に係る横架材の模式的な正面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る建築構造体を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係る建築物を示す図である。 図６（ａ）は、従来の梁を使用した場合の施工を模式的に示す図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施形態に係る横架材を使用した場合の施工を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る横架材１の模式的な斜視図である。また、図２（ａ）は、横架材１の模式的な正面図であり、図２（ｂ）は、横架材１の模式的な上面図であり、図２（ｃ）は、横架材１の模式的な側面図である。横架材１は、例えば建築物に梁（あるいは根太）として用いられるものであり、長尺状に形成された板状の補強材１１～１４と、連結部材２１～２５とを備える。以下においては、説明の便宜上、補強材１０が延びる方向をＸ方向と規定し、補強材１０の板厚方向をＹ方向と規定し、Ｘ方向及びＹ方向の双方に直交する方向をＺ方向と規定する。なお、以下の説明では、各補強材１１～１４を区別しない場合には、単に補強材１０として説明し、各連結部材２１～２５を区別しない場合には、単に連結部材２０として説明する。

図１乃至図２に示すように、各補強材１１、１２、１３、１４は、正面視において直線状に形成された、Ｘ方向に延びる長尺状の板状部材である。補強材１１、１２は、横架材１において上側に配置され、補強材１３、１４は、横架材１において下側に配置されている。各補強材１１、１２、１３、１４は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。上側に配置された補強材１１、１２と、下側に配置された補強材１３、１４は、連結部材２０を介して、上下に離間した状態で互いに平行に配置されている。補強材１０同士の間隔（Ｚ方向における離間距離）は、特に限定されるものではない。

各補強材１０は、一対の板状部材１０ａ、１０ｂから構成されている。例えば、図２（ｂ）に示すように、補強材１１は板状部材１１ａ、１１ｂから構成され、補強材１２は板状部材１２ａ、１２ｂから構成されている。板状部材１０ａ、１０ｂは、それぞれ同形状に形成され、連結部材２０を挟んで互いに対向配置されている。なお、補強材１０は、長さの異なる板状部材１０ａ、１０ｂが、前後あるいは上下において互い違いに配置されていればよい。また、板状部材１０ａ及び板状部材１０ｂは、同じ木材から形成されてもよい。

図２（ａ）に示すように、連結部材２０の高さ（Ｚ方向における長さ）を変更することにより、横架材１の梁せいｈ（Ｚ方向における寸法）を変更することができる。補強材１０の全長は、配置される場所に応じて決定される。上側の補強材１０（補強材１１、１２）の長さは、下側の補強材１０（補強材１３、１４）の長さよりも長く形成されている。このため、横架材１の両側における下方側にスペースが形成される。このスペースには、横架材１を下方側から支持する梁や柱等の部材等が配置される。

補強材１０を構成する各板状部材１０ａ、１０ｂは、木材により形成され、例えばＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber：単板積層材）により形成されているが、これに限定されるものではなく、製材等の木材や鋼材により形成されていてもよい。ＬＶＬとは、単板が複数積層された層構造を有するものであり、例えば単板同士を熱圧接着することにより得られる。単板が複数積層されていることにより、補強材１０の強度を向上させ、長さ方向における反りや曲がりが発生することを抑制することができる。

板状部材１０ａ、１０ｂ（補強材１０）の素材は特に限定されるものではないが、補強材１０が杉等の比較的柔らかい木材等であってもよい。但し、杉等の木材に限られず、曲げヤング係数の値が、ＪＡＳ規格の曲げヤング係数区分の６０Ｅに規定される範囲にある素材であればいかなるも木材であってもよい。

連結部材２０は、平面視四角形状に形成された板状の部材である。連結部材２０は、上下の補強材１０（上弦材と下弦材との間）に挟まれるように配置され、複数の補強材１０同士を連結する。具体的には、連結部材２０は、図１乃至図２に示すように、第１連結部材２１、第２連結部材２２、第３連結部材２３、第４連結部材２４、第５連結部材２５により構成され、第１連結部材２１、第２連結部材２２、第３連結部材２３、第４連結部材２４、第５連結部材２５がこの順で補強材１１及び１２と補強材１３及び１４との間に挟まれた状態でＸ方向に沿って等間隔に配置され、補強材１０同士を連結する。なお、連結部材２０同士の間隔は、等間隔に限定されない。また、連結部材２０の個数は、５個に限られず特に限定されるものではない。

図２に示すように、各連結部材２０は、Ｙ方向において一対の板状部材１０ａ、１０ｂに挟まれた状態で、Ｘ方向において一定の間隔を隔てて配置されている。なお、各連結部材２０は同じ大きさに形成されているが、一部の連結部材２０の寸法が異なっていてもよい。例えば、横架材１の長手方向における両側に位置する第１連結部材２１及び第５連結部材２５のみが、第２連結部材２２、第３連結部材２３、第４連結部材２４よりも幅が狭く形成されてもよい。

連結部材２０の厚みは、板状部材１０ａ、１０ｂと同程度であればよく、横架材１に要求される強度に応じて、適宜変更すればよい。連結部材２０の高さ（Ｚ方向における寸法）は、例えば２０～４０センチメートル程度であるが、横架材１が配置される場所を考慮して、適宜変更可能である。連結部材２０の高さが変わることに応じて、横架材１の梁せいｈも変更される。連結部材２０は木材により形成され、補強材１０と同じ素材により形成されていてもよく、異なる素材により形成されていてもよい

連結部材２０の四隅には、補強材１０を連結部材２０に対して固定する固定部材３０が配置されている。具体的には、ビス等の固定部材３０は、連結部材２０の四隅近傍の位置で、板状部材１０ａ側から連結部材２０を貫通し、板状部材１０ｂに至るまで差し込まれて固定される。なお、固定部材３０は、板状部材１０ｂ側から連結部材２０を貫通し、板状部材１０ａに至るまで差し込まれて固定されてもよい。

このように、補強材１０が連結部材２０の四隅に対して固定されることで、横架材１の強度を高めることができる。なお、固定部材３０が配置される箇所は、連結部材２０の四隅に限られず、補強材１０が連結部材２０に対して固定されるのであれば、いかなる場所であってもよい。また、固定部材３０は、ビスに限られず、例えばボルトとナットの組合せ、釘、リベット、接着剤等補強材１０と連結部材２０とを固定する機能を有するのであればいかなる構成のものであってもよい。

横架材１には、複数の補強材１０と複数の連結部材２０とにより複数の貫通孔４０が形成されている。具体的には図１乃至図２に示すように、横架材１のＸ方向に沿って、貫通した複数の貫通孔４０が一列に形成されている。各貫通孔４０は、平面視四角形状に形成され、それぞれがほぼ同じ大きさに形成されている。図１及び図２（ａ）に示すように、貫通孔４０の幅は、連結部材２０の幅とほぼ同じ長さに形成されている。これは、連結部材２０が、Ｘ方向において連結部材２０の幅方向の寸法を隔てて等間隔に配置されているためである。なお、連結部材２０は、等間隔に配置されている必要はなく、貫通孔４０が形成される程度の間隔を隔てて配置されていればよい。

このように、横架材１には、横方向に延びる複数の補強材１０と上下方向に延びる複数の連結部材２０との組合せにより複数の貫通孔４０が形成される。即ち、横架材１が、縦方向及び横方向に板状の部材を組合せるとともに、板状の部材間に隙間が形成されたフィーレンディール（Vierendeel）梁状に形成されている。このため、隙間の分だけ材料の使用量を減らすことができ、横架材１の軽量化を図ることができる。また、横架材１に隙間（貫通孔４０）が複数形成されていることにより、横架材１内に配管やパイプ等を通し易くすることができる。これにより、建築物の外周のみならず、内部構造にも適用することができる。更に、連結部材２０が、一対の板状部材１０ａ、１０ｂに挟まれた状態で固定されるため、横架材１の素材が木材であっても、十分な強度を確保することができる。

図３（ａ）は第１変形例に係る横架材１ａの正面図であり、図３（ｂ）は第２変形例に係る横架材１ｂの正面図であり、図３（ｃ）は第３変形例に係る横架材１ｃの正面図である。なお、以下の説明では、上記の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、第１変形例に係る横架材１ａは、例えば全長４．５メートル程度に形成され、幅が異なる貫通孔４１、４２、４３、４４（貫通孔４０）が形成されている。具体的には、第１連結部材２１と第２連結部材２２とにより形成される貫通孔４１及び第４連結部材２４と第５連結部材２５とにより形成される貫通孔４４は、第２連結部材２２と第３連結部材２３とにより形成される貫通孔４２及び第３連結部材２３と第４連結部材２４とにより形成される貫通孔４３よりも短い幅に形成されている。このように、連結部材２０同士の間隔を変更することにより、同じ幅を有する連結部材２０を使用した場合でも、異なる幅を有する貫通孔４０が形成された横架材１ａの強度を調整することができる。

図３（ｂ）に示すように、第２変形例に係る横架材１ｂは、補強材１０の長さが短い点、３つの連結部材２０が配置されている点で上記の実施形態と異なっている。即ち、上記の実施形態と異なり、長さの短い補強材１０が使用されることにより、横架材１ｂが例えば全長３メートル程度に形成され、この補強材１０間に同じ寸法の３つの連結部材２０が配置されている。このように、補強材１０の長さに応じて、配置される連結部材２０の個数を調整することで、同じ大きさの連結部材２０を使いながら、横架材の全長を調整することができる。

図３（ｃ）に示すように、第３変形例に係る横架材１ｃは、異なる幅を有する連結部材２０が配置されている点で上記の実施形態と異なっている。即ち、上記の実施形態と同じ長さの補強材１０に対して、幅が異なる複数の連結部材２０が配置されている。幅の広い連結部材２０を使用すればそれだけ横架材１ｃの上下方向における強度は向上するが、その分貫通孔４０の寸法は小さくなる。従って、横架材１ｃに要求される強度及び貫通孔４０を通る部材の寸法を考慮して、連結部材２０の幅を決定すればよい。

このように、横架材１には、様々な寸法、重量の補強材１０、連結部材２０を使用することができるとともに、連結部材２０の個数も適宜決定することができる。そのため、横架材１に要求される強度、貫通孔４０の寸法を考慮の上、補強材１０及び連結部材２０の寸法、配置される連結部材２０の個数を決定すればよい。

図４（ａ）に建築構造体５０を示す。建築構造体５０は、横架材１を組み合わせて平面視四角形状に形成されている。四角形状の各辺に相当する部分が横架材１により構成されている。なお、建築構造体５０の各辺のうち、少なくとも１つの辺に横架材１が使用されていればよく、他の辺には開口が形成されていない四角形断面等の横架材が配置されてもよい。また、建築構造体５０の強度を向上させるために、図４（ａ）に示すように、Ｘ方向における中央部分及びＹ方向における中央部分にそれぞれ横架材１を配置してもよい。

図４（ｂ）に、建築構造体５０ａを示す。建築構造体５０ａは、複数の横架材１と一対の四角形断面等の横架材６０を組み合わせて平面視四角形状に形成されている。具体的には、Ｘ方向に沿って複数の横架材１が間隔を隔てて平行に配置され、これらの横架材１を挟むように横架材６０が間隔を隔てて平行に配置された上で、横架材１のＸ方向における両側の端部が横架材６０を支持している。四角形状部分の内側には、複数の横架材１が間隔を隔てて平行に配置されている。四角形状部分の内側に配置される横架材１の個数は特に限定されるものではないが、配置される横架材１の個数が多ければ多いほど、換言すれば、横架材１の密度が高ければ高いほど、建築構造体５０の強度が向上する。なお、各階の水平構面において、各横架材１の梁せい（Ｚ方向における高さ）は、同じ寸法であることが望ましい。なお、横架材６０に代えて、横架材１が配置されてもよい。

建築構造体５０又は建築構造体５０ａの使用例を図５に示す。図５には、説明の便宜上、建築物の骨組等の最小限の構成を示す。図５に示すように、建築構造体５０は、例えば建築物１００の１階の天井と２階の床との間、２階の天井部分のうちの任意の部分に使用されている。横架材１の強度を考慮して、横架材１は床のみを受ける単純梁として使用され、上の階の柱を支持すること、直交する横架材１を支持することは抑制される。具体的には、横架材１の端部が、上下方向に延びる柱７０により支持され、それ以外の部分には柱７０等の横架材１を上下方向から支持する部材は配置されないようにされているが、これに限定されるものではない。

建築構造体５０を構成する横架材１に貫通孔４０が形成されているため、建築構造体５０に配管を挿通することができる。また、梁せいが統一された建築構造体５０を用いることで、天井あるいは床の仕上げを迅速・ローコストで進めることができる。なお、異なる部分に配置される建築構造体５０の梁せいは、異なっていてもよい。更に、建築物１００において、建築構造体５０はＸＹ平面上に複数個配置されてもよい。

図６（ａ）は、従来の梁を使用した場合の施工を模式的に示す図である。図６（ａ）に示すように、例えばフローリング１１１と下地合板１１２により構成されている上の階の床部材１１０と下の階の天井部材１２０との間に横架材１等を配置する場合、梁せいが異なる梁１０１と梁１０２が使用される場合がある。梁１０１と天井部材１２０との間に横架材１等を配置する、梁１０２と天井部材１２０との間には、それぞれ隙間Ｇａと隙間Ｇｂが生じる場合があるが、この隙間Ｇａ、Ｇｂを埋めるために吊木や野縁等の部材を連結することにより天井の枠組みを形成する必要がある。即ち、梁せいが異なる梁１０１と梁１０２を使用する場合には、梁以外の部材が必要である。

図６（ｂ）は、実施形態に係る横架材１を使用した場合の施工を模式的に示す図である。予め梁せいが同じ寸法に設計されている横架材１を複数準備し、これらの横架材１を上の階の床部材１１０と下の階の天井部材１２０との間に配置する。梁せいが統一された複数の横架材１を配置することにより、吊木や野縁等の部材を別途設ける手間を省略することができる。図６（ａ）の形態において、梁せいを揃えることは、必要以上の高さの梁を採用することにより不経済であるのに対し、図６（ｂ）の形態では、必要高さが最大の梁に全ての高さを揃えたとしても、図１に示す連結部材２０の高さのみが大きくなるだけなので、図６（ａ）の様に使用材料が大きく増加することはない。

なお、上記のように本発明の一実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、横架材及び建築構造体の構成も本発明の一実施形態及び実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 横架材、１０、１１～１４ 補強材、１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ 板状部材、１１ａｆ、１１ｂｆ 対抗面、２０、２１～２５ 連結部材、２１ｆ１ 第１対抗面、２１ｆ２ 第２対抗面、３０ 固定部材、４０、４１～４４ 貫通孔、５０、５０ａ 建築構造体、６０ 横架材、７０ 柱、１００ 建築物

Claims (5)

1. 建築物に用いられる横架材であって、
   正面視において直線状に形成され、互いに平行に配置されるとともに一対の板状部材により構成された複数の補強材と、
   前記複数の補強材と直交する方向に並列に配置され、前記複数の補強材同士を連結する複数の連結部材とを備え、
   前記複数の連結部材は、それぞれ前記一対の板状部材に挟まれた状態で配置され、
   前記複数の補強材及び前記複数の連結部材は、木材により形成され、
   前記複数の補強材と前記複数の連結部材とにより、複数の貫通孔が形成されることを特徴とする横架材。
2. 前記複数の補強材のそれぞれは単板積層材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の横架材。
3. 前記複数の補強材の曲げヤング係数の値が、ＪＡＳ規格の曲げヤング係数区分の６０Ｅに規定される範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の横架材。
4. 請求項１に記載の横架材を組み合わせて四角形状に形成される建築構造体であって、
   前記四角形状部分の内側には、いずれかの辺に平行な状態で複数の前記横架材が配置されることを特徴とする建築構造体。
5. 各階の水平構面において、前記複数の横架材の梁せいが同じ寸法に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の建築構造体。

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