JP2023031321A - 建築部材及び建築部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木材の損傷を抑制することができる建築部材を提供する。
【解決手段】それぞれ貫通孔２１が形成された２つの木材２０と、２つの木材２０により挟まれる板状の鋼材１０と、一方の端部が鋼材１０と接するとともに他方の端部が貫通孔２１から突出する複数の中空のコネクタ３０と、を備え、コネクタ３０の他方の端部が面取りされ、コネクタ３０の面取りされた部位の一部が、貫通孔２１の周方向の全周にわたって貫通孔２１の内部に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築部材及び建築部材の製造方法に関する。

木製部材と鋼製部材からなる複合部材において、木製部材（木材）の貫通穴より僅かに外形を大きくしたシア部材（コネクタ）を配置し、鋼製部材（鋼材）に当接配置した上で、ボルトにて緊結して鋼製部材と摩擦接合する構造が開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第４２５２０２９号公報

本発明は、木材の損傷を抑制することができる建築部材を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る建築部材は、それぞれ貫通孔が形成された２つの木材と、前記２つの木材により挟まれる板状の鋼材と、一方の端部が前記鋼材と接するとともに他方の端部が前記貫通孔から突出する複数の中空のコネクタと、を備え、前記コネクタの前記他方の端部が面取りされ、前記コネクタの前記面取りされた部位の一部が、前記貫通孔の周方向の全周にわたって前記貫通孔の内部に位置することを特徴とする。

本発明によれば、木材の損傷を抑制することができる建築部材を提供することができる。

本発明の建築部材における軸方向の断面図である。 図１に示すＩＩ部の拡大図である。 図１に木目栓及び緩衝部材を設けた変形例である。 本発明の建築部材における木材にコネクタを挿入する工程を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る建築部材１００を説明する。
図１に示すように、建築部材１００は、鋼材１０と、木材２０と、コネクタ３０と、トルク管理締結ボルト４０と、押さえプレート５０と、を備える。建築部材１００は、建築物に用いられる、いわゆる複合部材である。

鋼材１０は、鋼製の板状部材である。鋼材１０は、建築部材１００の主構造となり、強度を担保する。鋼材１０は、例えば、帯状鋼板から成形される。鋼材１０は、例えば、厚さ６ｍｍ～２８ｍｍ、幅１３０ｍｍ～５７５ｍｍ、長さ１５００ｍｍ～７５００ｍｍの範囲が好適に用いられる。上記以外の寸法であっても、必要に応じ適宜寸法を決定してもよい。また、鋼材１０の厚さ方向Ｄ１には、トルク管理締結ボルト４０が貫通するためのボルト孔１１が設けられている。ボルト孔１１の大きさは、木材２０に設けられるコネクタ３０と接する摩擦面１２を確保することを前提に、トルク管理締結ボルト４０が貫通するための必要最小限の大きさであってもよいし、バラツキを吸収するために大きめに設定してもよい。

木材２０は、厚さ方向Ｄ１の側面に設けられる。本実施形態における木材２０は、図１に示すように、厚さ方向Ｄ１の両側面に設けられる。これにより、木材２０は鋼材１０の面外方向（弱軸方向）の剛性を高める。木材２０には、厚さ方向Ｄ１に貫通する貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１には、コネクタ３０が配置される。貫通孔２１は、コネクタ３０の外径よりもわずかに小さい内径を備える。貫通孔２１の内径の大きさは、コネクタ３０を圧入可能な程度とする。

貫通孔２１に加えて、木材２０には座繰穴２２が設けられていてもよい。座繰穴２２を設ける場合、座繰穴２２の内径は押さえプレート５０の外径よりも大径であるとする。座繰穴２２を設ける場合、図３に示すように、トルク管理締結ボルト４０が木材２０に設けられた座繰穴２２の内部に収納された状態で、座繰穴２２を木目栓２３で塞いでもよい。 木材２０には、例えば、集成材が好適に用いられる。

コネクタ３０は、筒状の部材である。コネクタ３０は、貫通孔２１の内部に配置される。コネクタ３０は、木材２０の長手方向において、端部周辺に設けられていてもよいし、間隔をあけて複数設けられていてもよい。木材２０の貫通孔２１や、鋼材１０のボルト孔１１についても同様とする。コネクタ３０は、高さ３０ｍｍ～５０ｍｍ、外径５０ｍｍ、内径２２ｍｍのものが好適に用いられる。コネクタ３０の高さは、厚さ方向Ｄ１の寸法である。また、コネクタ３０の高さは、木材２０の貫通孔２１の軸方向の寸法に合わせて適宜決定する。コネクタ３０は、前記筒状の側面が木材２０に接し、一方の端面が鋼材１０に接し、他方の端面が押さえプレート５０に接する。コネクタ３０を木材２０の貫通孔２１の内部に配置する際は、圧入が好適に用いられる。これにより、木材２０とコネクタ３０との間にガタが生じることを確実に防止する。本実施形態において、コネクタ３０は円筒形であるとする。前記円筒形の内部には、トルク管理締結ボルト４０が配置される。トルク管理締結ボルト４０を配置する領域を確保できれば、コネクタ３０は、円筒形でなくてもよく、多角筒状であってもよい。コネクタ３０にはＳＳ４００が好適に用いられる。

コネクタ３０を木材２０の貫通孔２１の内部に配置するとき、コネクタ３０の一方の端部が鋼材１０と接するとともに、他方の端部が貫通孔２１から突出する。また、コネクタ３０の一方の端部は、木材２０と面一となるように配置される。これにより、木材２０を厚さ方向Ｄ１の側面に配置したとき、コネクタ３０は、筒状の一方の端部が鋼材１０と接する。コネクタ３０と鋼材１０との接する側面を摩擦面１２と呼称する。摩擦面１２のすべり係数は、０．４以上であるとする。

コネクタ３０における押さえプレート５０の側の端部は、面取りされている。以下、当該部位を面取部３１と呼称する。コネクタ３０に面取部３１が設けられていない場合は、押さえプレート５０との接触面積を確保することができるが、木材２０にコネクタ３０を挿入する際にコネクタ３０の端縁が木材２０の貫通孔２１の内部に干渉して貫通孔２１の内周面を損傷することがある。面取部３１を設けることによりこの問題を回避する。

図２に示すように、面取部３１は、少なくとも一部が貫通孔２１の内部に位置する。言い換えれば、その他の部位は木材２０の貫通孔２１から突出している。これにより、図２に示すように、押さえプレート５０におけるコネクタ３０と接する側の面である第１面Ｂ１と、貫通孔２１の端面（木材２０の表面）である第２面Ｂ２との間に空隙が形成される。以下において、前記空隙を緩衝領域Ｂと呼称する。

図２又は図３に示すように、緩衝領域Ｂは、木材２０の表面である第２面Ｂ２と、押さえプレート５０の表面におけるコネクタ３０と接する側の面である第１面Ｂ１との間の全面にわたって設けられる。本実施形態において、緩衝領域Ｂは、上述のように木材２０の貫通孔２１からコネクタ３０の端部が突出し、前記端部と押さえプレート５０とが接することによって構成される。これにより、木材２０と抑えプレート５０とが干渉して木材２０が損傷することを防ぐ。緩衝領域Ｂにおいて、第１面Ｂ１と第２面Ｂ２との間の寸法の大きさは、厚さ方向Ｄ１において０．５ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であるとする。緩衝領域Ｂには、木材２０の損傷回避をより確実に担保するために、ゴム、スポンジ等の弾性体をはじめとする緩衝部材Ｃを配置してもよい。緩衝部材Ｃは、緩衝領域Ｂの全部に配置してもよい。緩衝部材Ｃは、緩衝領域Ｂの一部のみに配置されてもよい。

トルク管理締結ボルト４０は、コネクタ３０の筒状の内部及び鋼材１０のボルト孔１１に配置される。具体的には、図１に示すように、トルク管理締結ボルト４０は、鋼材１０のボルト孔１１およびコネクタ３０を厚さ方向Ｄ１に貫通し、鋼材１０とコネクタ３０とを厚さ方向Ｄ１に挟む。この状態で、ナットＮによってトルク管理締結ボルト４０を締め付けることで、木材２０と鋼材１０とを固定し一体化する。

トルク管理締結ボルト４０は、量産される公知のボルトについて、特にトルク係数が一定に管理されたものをいう。トルク管理締結ボルト４０には、例えば、高力ボルトが好適に用いられる。これにより、建築部材１００の量産工程について、木材２０のコネクタ３０と鋼材１０との締結力を常に一定の範囲に管理する。建築部材１００において木材２０と鋼材１０とを確実に一体化し、ずれが生じることを確実に防ぐ。

押さえプレート５０は、厚さ方向Ｄ１においてコネクタ３０の他方の端部とトルク管理締結ボルト４０との間に配置される。押さえプレート５０は、コネクタ３０の端面と接することで、トルク管理締結ボルト４０の軸力をコネクタ３０の端面全体で受けることができるようにする。押さえプレート５０の外径は、少なくともコネクタ３０の端面の外径よりも大きく設定する。押さえプレート５０を木材２０の座繰穴２２の内部に配置する場合は、押さえプレート５０の外径が座繰穴２２の内径よりも小さく設定する。押さえプレート５０の厚さは、４．５ｍｍのものが好適に用いられる。

上述の構成を備える建築部材１００において、地震、強風、あるいは建築物の自重によって建築部材１００に負荷が生じたとき、前記荷重は木材２０及び鋼材１０に負荷される。特に木材２０に負荷された荷重は、木材２０の貫通孔２１の内周面から、貫通孔２１に配置されたコネクタ３０の筒状の側面に伝達される。このときの、コネクタ３０の側面と木材２０との間に生じる力を、支圧力と呼称する。コネクタ３０に伝達された支圧力は、摩擦面１２を介して鋼材１０に伝達される。この力が鋼材１０によって受け止められることで、建築部材１００の強度を担保する。摩擦面１２において鋼材１０とコネクタ３０との間に生じる摩擦力は、コネクタ３０の側面と木材２０との間に生じる支圧力よりも高いものとする。これにより、建築部材１００における鋼材１０と木材２０との一体性を確保する。

（建築部材の製造方法）
次に、本実施形態に係る建築部材１００の製造方法を説明する。
本実施形態に係る製造方法は、面取り固定と、仮置き工程と、圧入工程と、突出量確認工程と、締結工程と、を備える。
面取り工程において、コネクタ３０の面取りを行う。このとき、コネクタ３０の面取りは、押さえプレート５０の側の端部にのみ行う。

仮置き工程において、コネクタ３０を木材２０に仮置きする。コネクタ３０を木材２０の貫通孔２１に圧入する際は、図４に示すように、木材２０における鋼材１０に面する側から挿入するものとする。また、貫通孔２１の開口に対して、コネクタ３０の面取部３１が形成された側から挿入する。これにより、コネクタ３０が木材２０に挿入された後、面取部３１は、木材２０における鋼材１０に面しない側に位置する。これによりコネクタ３０の端部が貫通孔２１の内周面に干渉して貫通孔２１の内周面が損傷することを防ぐことに加え、押さえプレート５０とコネクタ３０の面取り部との位置関係が上述の構成となることを担保する。

圧入工程において、コネクタ３０を木材２０に圧入機で圧入する。このとき、コネクタ３０の筒状の中心軸と木材２０の貫通孔２１の中心軸とが常に平行となることに留意する。
突出量確認工程において、コネクタ３０の木材２０の表面からの突出量を確認する。これにより、コネクタ３０の端部と木材２０の表面との位置関係により、押さえプレート５０が配置された時に緩衝領域Ｂが形成されることを担保する。

締結工程において、コネクタ３０が圧入された木材２０と鋼材１０と締結部材（例えば、トルク管理締結ボルト４０）で締め付ける。締結工程は、締結部材の締結力を所定のトルク量で管理する第一次締結工程と、締結部材の締め付け量を所定の回転角度で管理する第二次締結工程と、を含む。第一次締結工程によってトルク管理締結ボルト４０を所定のトルクにより締め付けることで、トルク管理締結ボルト４０に負荷する軸力を管理する。第二次締結工程によって締付量を管理する。

上記の第一次締結工程と第二次締結工程による、建築部材１００における品質管理の具体例は、下記のようになる、すなわち、まず、コネクタ３０を介して木材２０を貫通したトルク管理締結ボルト４０の先端にナットＮを取り付け、所定の締結トルクにより一次締めを行う（第一次締結工程）。これにより、建築部材１００の量産工程においてトルク管理締結ボルト４０に負荷される軸力を一定とする。次に、所定の回転角により本締めを行う（第二次締結工程）。所定の回転角は、例えば１２０°である。これにより、建築部材１００において設計上必要な軸力を確保する。上記工程により、建築部材１００を製造する。

以上説明したように、本実施形態に係る建築部材１００によれば、押さえプレート５０におけるコネクタ３０と接する側の面である第１面Ｂ１と、貫通孔２１の端面である第２面Ｂ２との間の全面にわたって緩衝領域Ｂが設けられている。このことで、押さえプレート５０と木材２０の表面が干渉することを防ぐ。これにより、トルク管理締結ボルト４０による導入軸力が木材２０に作用することを防ぐ。よって、トルク管理締結ボルト４０による締結力を、確実にコネクタ３０を介して鋼板に伝達することができる。つまり、コネクタ３０と鋼板との摩擦力を確保することができる。よって、トルク管理締結ボルト４０による木材２０と鋼材１０との固定力を確保することができる。
また、木材２０と鋼材１０との固定にトルク管理締結ボルト４０を用いることで、トルク管理締結ボルト４０による締結力を確実に管理することができる。よって、設計上想定する導入軸力を確保し、より確実に木材２０と鋼材１０を固定することができる。これらから、木材２０と鋼材１０の一体性を向上することができる。

ここで、木材２０の内部にコネクタ３０を挿入して配置するとき、コネクタ３０の端部が木材２０に干渉し、木材２０に設けた孔の内壁が損傷することがある。これにより、挿入後のコネクタ３０と木材２０の内壁との密着度が低下することがある。このことは、木材２０とコネクタ３０との間における応力伝達に影響を及ぼしたり、コネクタ３０が木材２０から抜け出す原因となったりすることがある。

これに対し、コネクタ３０における押さえプレート５０の側が面取りされている。コネクタ３０を面取りされている側から木材２０へ挿入することで、挿入作業を容易にすることができる。更に、木材２０の孔の内壁を損傷することを防ぎ、コネクタ３０と木材２０との密着力が低下することを防ぐことができる。

コネクタ３０における押さえプレート５０の側を面取りして、コネクタ３０における押さえプレート５０の側の端面と木材２０の表面とを面一とすると、次の問題が生じる。すなわち、押さえプレート５０が木材２０に干渉する原因となる。面取りの分だけ押さえプレート５０が接触する面積のうちコネクタ面積の割合が小さくなる。よって、トルク管理締結ボルト４０による導入軸力が木材側に作用しやすくなる原因となる。

これらの問題は、コネクタ３０における面取りされた部分を、木材２０の表面から突出させることで解消可能である。具体的には、木材２０の表面からコネクタ３０の端部を突出させることで、コネクタ３０の木材２０に対する挿入方向におけるコネクタ３０の端部と木材２０の表面との間の領域を緩衝領域Ｂとすることができる。よって、押さえプレート５０と木材２０の表面が接触することを防ぐことができる。更に、コネクタ３０における面取りされた部分を木材２０の表面から突出させ、面取りされた部分が木材２０の孔の内壁と面する割合を少なくすることで、木材２０とコネクタ３０との接触面が減少することを防ぐことができる。

鋼材１０と木材２０との密着を確保するために、コネクタ３０における鋼材１０の側の端部は、木材２０と面一である必要がある。これに対して、コネクタ３０における鋼材１０の側は、面取りされていない。つまり、コネクタ３０との鋼材１０との接触面は面取りによって減少しない。よって、コネクタ３０と鋼材１０との摩擦力が低下することはない。
コネクタ３０における押さえプレート５０の側のみが面取りされることで、その他特別な対策を施すことを必要とせず、上記複数の作用効果をもたらすことができる。

また、コネクタ３０の面取りされた部位の少なくとも一部が、貫通孔２１の内部に位置する。言い換えれば、コネクタ３０の面取りされた部位のその他の部位が、木材２０の表面から突出している。これにより、コネクタ３０の他方の端部に押さえプレート５０が接した時、押さえプレート５０と木材２０の表面とが直接接することを防ぐことができる。よって、木材２０の表面の損傷を防ぐことができる。

また、緩衝領域Ｂは空隙である。つまり、押さえプレート５０と木材２０の表面との間に特別な部材等を有さない。よって、必要最小限の構成で効率的に本発明に係る課題の解決をすることができる。

また、緩衝領域Ｂに緩衝部材Ｃを配置する。よって、より確実に木材２０の表面と押さえプレート５０との干渉を防ぐことができる。

また、緩衝領域Ｂにおいて、第１面Ｂ１と第２面Ｂ２との間の寸法が０．５ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下である。干渉領域が０．５ｍｍ以上であることで、締結力によって各部品が変形した場合における、押さえプレート５０と木材２０の表面との干渉を防ぐことができる。緩衝領域Ｂが３ｍｍ以下であることで、コネクタ３０と木材２０との間にがたつきが生じることを防ぐことができる。

また、トルク管理締結ボルト４０が木材２０に設けられた座繰穴２２の内部に収納され、座繰穴２２を木目栓２３で塞ぐ。これにより、木材２０の表面における意匠性を向上することができる。よって、建築部材１００の用途を幅広くすることができる。

また、鋼材１０とコネクタ３０との間に生じる摩擦力が、コネクタ３０の側面と木材２０との間に生じる支圧力より高い。建築部材１００において、外力や自重等による負荷によって、コネクタ３０と木材２０との間に支圧力が生じる。この支圧力は、コネクタ３０から、コネクタ３０と鋼材１０との接触面を介して、摩擦力として鋼材１０に伝達される。
コネクタ３０との間に生じる摩擦力が、コネクタ３０の側面と木材２０との間に生じる支圧力より低いと、木材２０の許容荷重に達する前にコネクタ３０及び木材２０と鋼材１０との間にすべりが生じ、木材２０の耐力を最大限活かすことができない。
コネクタ３０との間に生じる摩擦力が、コネクタ３０の側面と木材２０との間に生じる支圧力より高いことで上述の問題が発生することを防ぎ、木材２０の耐力を最大限活かすことができる。

また、コネクタ３０の鋼材１０と接する側面に摩擦面１２が構成され、摩擦面１２のすべり係数が０．４以上である。これにより、コネクタ３０及び鋼材１０において、特別な材質を用いたり、特別な施工管理などを行ったりすることを必要とせずに、鋼材１０とコネクタ３０との間にすべりが発生することを確実に防ぐことができる。

また、締結工程においてコネクタ３０が圧入された木材２０と鋼材１０と締結部材で締め付ける。つまり、木材２０と鋼材１０とはコネクタ３０を介して締結される。木材２０を締結部材によって直接締結しないことで、木材２０が損傷することを防ぐことができる。
更に、突出量確認工程において、コネクタ３０の木材２０からの突出量と確認する。コネクタ３０が木材２０から突出していることで、コネクタ３０を介して木材２０と鋼材１０とを締結する際、締結部材と木材２０とが接触することを防ぐことができる。よって、より確実に木材２０が損傷することを防ぐことができる。

また、締結部材の締結力を所定のトルク量で管理する第一次締結工程と、締結部材の締め付け量を所定の回転角度で管理する第二次締結工程と、を備える。締結部材により締結を、トルク量と回転角度の２要素で管理することにより、より精度の高い締結とすることができる。よって、より精度を向上した高品質の建築部材１００を提供することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、面取部３１は、その全体が木材２０の貫通孔２１から突出していてもよい。 緩衝領域Ｂは、木材２０の貫通孔２１からコネクタ３０が突出すること以外の構造によって設けられてもよい。例えば、コネクタ３０の端部と押さえプレート５０との間に、ワッシャ等の部材が設けられていてもよい。
木材２０において、座繰穴２２が設けられていなくてもよい。つまり、トルク管理締結ボルト４０及びは、木材２０から露出していてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０ 鋼材
１２ 摩擦面
２０ 木材
２１ 貫通孔
２２ 座繰穴
２３ 木目栓
３０ コネクタ
４０ トルク管理締結ボルト
５０ プレート
１００ 建築部材
Ｂ 緩衝領域
Ｃ 緩衝部材

Claims (12)

1. それぞれ貫通孔が形成された２つの木材と、
   前記２つの木材により挟まれる板状の鋼材と、
   一方の端部が前記鋼材と接するとともに他方の端部が前記貫通孔から突出する複数の中空のコネクタと、
   を備え、
   前記コネクタの前記他方の端部が面取りされ、
   前記コネクタの前記面取りされた部位の一部が、前記貫通孔の周方向の全周にわたって前記貫通孔の内部に位置することを特徴とする、
   建築部材。
2. 前記コネクタの外径が前記貫通孔の内径より大きく、前記コネクタの前記一方の端部が面取りされていないことを特徴とする、
   請求項１に記載の建築部材。
3. 前記コネクタの前記他方の端部に配置される押さえプレートを更に備え、
   前記押さえプレートの面であって前記コネクタと対向する第１面と、前記木材の面であって前記押さえプレートと対向する第２面と、の間に緩衝領域が設けられることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の建築部材。
4. 前記押さえプレート、前記コネクタ及び前記鋼材を貫通し、前記木材を前記鋼材に前記コネクタを介して締結するトルク管理締結ボルトを更に備えることを特徴とする、
   請求項３に記載の建築部材。
5. 前記緩衝領域は空隙であることを特徴とする、
   請求項３または４に記載の建築部材。
6. 前記緩衝領域に、緩衝部材を配置することを特徴とする、
   請求項３から５のいずれか１項に記載の建築部材。
7. 前記緩衝領域において、前記第１面と前記第２面との間の寸法が０．５ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であることを特徴とする、
   請求項３から６のいずれか１項に記載の建築部材。
8. 前記トルク管理締結ボルトが前記木材に設けられた座繰穴の内部に収納され、前記座繰穴を木目栓で塞ぐことを特徴とする、
   請求項４に記載の建築部材。
9. 前記鋼材と前記コネクタとの間に生じる摩擦力が、前記コネクタと前記木材との間に生じる支圧力より高いことを特徴とする、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の建築部材。
10. 前記コネクタの前記一方の端部に、前記鋼材と接する摩擦面が構成され、前記摩擦面のすべり係数が０．４以上であることを特徴とする、
    請求項９に記載の建築部材。
11. 請求項４に記載の建築部材を製造する方法であって、
    前記コネクタの面取り工程と、
    前記コネクタを前記木材に仮置きする仮置き工程と、
    前記コネクタを前記木材に圧入機で圧入する圧入工程と、
    前記コネクタの前記第２面からの突出量を確認する突出量確認工程と、
    前記コネクタが圧入された前記木材と前記鋼材とを前記トルク管理締結ボルトで締め付ける締結工程と、
    を備えることを特徴とする、
    建築部材の製造方法。
12. 前記締結工程は、
    前記トルク管理締結ボルトの締結力を所定のトルク量で管理する第一次締結工程と、
    前記トルク管理締結ボルトの締め付け量を所定の回転角度で管理する第二次締結工程と、
    を含むことを特徴とする、
    請求項１１に記載の建築部材の製造方法。

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