JP2023057883A - 接合構造および接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】木質材による構造部材を他の構造部材と接合した接合構造を容易且つ高精度に形成できる接合構造等を提供する。【解決手段】壁１は、複数の板状の木質材１０を面外方向に重ねて構成される構造部材である。これらの木質材１０は互いの対向面に溝１１１を有し、溝１１１の組み合わせによって複数の木質材１０に跨る孔１１が形成される。他の構造部材である梁３から突出する鉄筋４を、孔１１内に位置させ、孔１１に充填材７を充填することで、壁１と梁３とが接合される。【選択図】図２

Description

本発明は、木質材による構造部材を対象とした接合構造および接合方法に関する。

LVL(Laminated Veneer Lumber)やCLT(Cross Laminated Timber)などの木質材は、軽量且つ高強度であり、建物の架構に多く用いられている。例えば特許文献１には、木質系の壁材を引きボルトを用いて木質系の床材に接合した架構が開示されている。

一方で、木質材は靭性能が低く割裂などの脆性的な破壊を起こしやすいという欠点も有する。そのため、架構中に採用する場合には、変形性能や地震エネルギーの吸収能力の確保の面で課題が残る。

そこで、木質材と架構との接合構造として、架構から突出した鉄筋を木質材に設けた孔に挿入し、孔に接着材を注入して定着させるGIR（グルード・イン・ロッド）接合を用いる場合がある。GIR接合を用いれば、鉄筋を降伏させ、変形能力のある鉄筋に損傷を集中させることで、架構の靭性能を向上させることができる。

特開2019－27020号公報

GIR接合では、木質材への孔の形成等に高い精度が求められる。例えば、GIR接合が十分な耐力を発揮して鉄筋が降伏するためには鉄筋の定着長を大きくすることが好ましいが、そのために木質材に長尺の孔を形成しようとすると長い穿孔ドリルが必要となり、鉛直性の精度確保が困難となる。また穿孔ドリルの長さにより、形成できる孔の長さに限界が生じる。

さらに、一般的なGIR接合では、木質材を鉄筋の軸方向に移動させて孔に鉄筋を挿入する必要があり、移動用のスペースを確保するため施工に制約が生じることがある。この点、特許文献１では、壁材の壁面に開放溝を形成することで、壁材を引きボルトの軸直交方向に移動させて開放溝内に引きボルトを配置できるようにしているが、開放溝には接着材を充填できず、同様の構成をGIR接合に適用することができない。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、木質材による構造部材を他の構造部材と接合した接合構造を容易且つ高精度に形成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、木質材による構造部材と、他の構造部材とを接合する接合構造であって、前記木質材による構造部材は、複数の木質材を重ねて構成され、前記複数の木質材は、互いの対向面に溝を有し、前記溝の組み合わせにより前記複数の木質材に跨る孔が形成され、前記他の構造部材から突出する棒材が、前記孔内に位置し、前記孔に充填材が充填されたことを特徴とする接合構造である。

本発明では、複数の木質材を重ねて構造部材が構成され、その際、複数の木質材の互いの対向面に形成された溝を組み合わせて複数の木質材に跨る孔が形成される。この孔に他の構造部材から突出する棒材を挿入し、孔に充填材を充填することで、構造部材同士のGIR接合を行うことができる。溝は木質材の表面を切削等することで形成できるので、所望の断面や長さの溝を高い精度で形成できる。また実際の施工時には、溝の位置を棒材に合わせて複数の木質材を重ねればよく、これらの木質材は棒材の軸直交方向に移動させて配置できるので、施工が容易で施工時の制約も少ない。

前記木質材による構造部材は例えば壁であり、複数の板状の木質材を面外方向に重ねて構成される。
これにより、木質壁を容易に施工できる。

前記孔の内側面に凹部が形成されてもよい。
これにより、棒材の引抜きに対する抵抗力を高めることができる。そのため、孔の長さや棒材の定着長を短くできる可能性がある。

前記孔は、終端に向かって漸増的に拡幅してもよい。
これによっても、棒材の引抜きに対する抵抗力を高めることができる。また、施工誤差が比較的大きくなりやすい棒材の先端付近において孔の断面が大きくなるので、棒材の施工誤差を吸収して孔内に棒材を配置しやすい。

前記棒材に、前記充填材への定着のための拡幅部が形成されることも望ましい。
これにより、拡幅部による支圧効果を期待できるため、棒材の充填材への定着性を向上させることができる。

第２の発明は、木質材による構造部材と、他の構造部材とを接合する接合方法であって、前記木質材による構造部材を、前記他の構造部材から突出する棒材が前記木質材による構造部材の孔内に位置するように配置する工程と、前記孔に充填材を充填する工程と、を具備し、前記木質材による構造部材は、複数の木質材を重ねて構成され、前記複数の木質材は、互いの対向面に溝を有し、前記孔は、前記溝の組み合わせにより前記複数の木質材に跨るように形成されることを特徴とする接合方法である。

本発明によれば、木質材による構造部材を他の構造部材と接合した接合構造を容易且つ高精度に形成できる接合構造等を提供できる。

建物の架構の一部を示す図。 壁１と梁３の接合構造を示す図。 壁１と梁３の接合方法を示す図。 溝１１１ａ、１１１ｂを示す図。 溝１１１ａの形成方法について説明する図。 鉄筋４の拡幅部４１と付着除去部４２を示す図。 規制部材１１３を示す図。 木質材による構造部材と他の構造部材との組み合わせの例。 ３つの木質材２０の溝２１１により孔２１を形成する例。

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．接合構造）
図１は、本発明の実施形態に係る接合構造が適用される建物の架構の一部を示す図である。図１に示すように、本実施形態では、左右の柱２と上下の梁３による枠状のフレーム内に、木質材による壁１（木質壁）が設置され、壁１と上下の梁３とが後述する接合構造により接合される。

壁１は、木質材により構成される構造部材である。柱２、梁３は、例えばRC（鉄筋コンクリート）造やS（鉄骨）造、SRC（鉄骨鉄筋コンクリート）造、木造等の構造部材である。

図２（ａ）は、壁１と梁３の接合構造Ｃを示す図であり、壁１の面外方向の断面を見たものである。面外方向は壁面と直交する方向であり、図１の紙面法線方向に対応する。これに対し、壁面と平行な方向を面内方向と呼ぶものとする。

この接合構造Ｃでは、壁１に設けられた鉛直方向の孔１１内に、梁３から鉛直方向に突出する棒材である鉄筋４が配置される。鉄筋４は孔１１の中心に位置する。孔１１には充填材７が注入され、これにより孔１１が充填材７で充填される。充填材７はエポキシ樹脂等の接着材であるが、これに限定されない。なお、壁１と梁３との隙間には、セメント系の固化材であるモルタル８が設けられる。

壁１は、２枚の板状の木質材１０を、板面同士が対向するように重ね合わせて形成される壁体である。木質材１０にはCLTやLVLなどの木質系の材料を用いることができる。CLT、LVLについては既知であり、説明を省略する。２枚の木質材１０は、略同じ厚さであることが望ましいが、異なる厚さであってもよい。これら２枚の木質材１０は、重ね合わせた状態で、ビスやボルト等の連結材（不図示）、または接着材等により一体化される。

２枚の木質材１０は、互いの対向面に溝１１１を有し、前記の孔１１は、２枚の木質材１０を重ね合わせた時に、溝１１１が組み合わさることによって２枚の木質材１０に跨るように形成される。

図２（ｂ）は、木質材１０の溝１１１を示す図である。溝１１１は、図示しない切削刃を木質材１０に対し溝１１１の長さ方向に相対移動させながら、切削刃により木質材１０を切削することで形成できる。本実施形態では、溝１１１の断面が略半円形であり、終端（図２（ｂ）の奥側の端部を指す）付近を除き、ほぼ全長に亘って深さＤと幅Ｗが一定である。

そのため、本実施形態では、溝１１１の組み合わせにより、孔１１の長さ方向と直交する方向の断面（以下単に断面という）が円形となり、孔１１の中心に位置する鉄筋４と孔１１の内側面との離隔が孔１１の全周で等しくなる。また断面の径も孔１１のほぼ全長に亘り一定であり、応力集中による破壊が起きにくい。

（２．壁１と梁３の接合方法）
壁１と梁３を接合する際は、一方の木質材１０を、図３（ａ）の矢印ｄ１に示すように鉄筋４に向かって面外方向に移動させ、溝１１１の位置を鉄筋４の位置に合わせて梁３上の所定箇所に配置する。また他方の木質材１０を、図３（ａ）の矢印ｄ２に示すように同じく鉄筋４に向かって面外方向に移動させ、溝１１１の位置を鉄筋４の位置に合わせて梁３上の所定箇所に配置する。

このようにして、２枚の木質材１０を板面同士が対向するように重ね合わせ、壁１の配置を行う。この時、２枚の木質材１０の溝１１１が組み合わされて孔１１が形成され、この孔１１内に鉄筋４が配置される。これら２枚の木質材１０は、前記の連結材や接着材で一体化する。その後、壁１と梁３との隙間にモルタル８を打設し、孔１１内に充填材７を充填することで、壁１と梁３とが接合される。充填材７は、いずれかの木質材１０に予め設けた注入孔（不図示）から孔１１内に注入することができる。

なお、上記の鉄筋４は、図１に示すように壁１の四隅に配置され、地震時に壁１に生じる面内の回転モーメントに伴う引張力を負担する。一方、図１の符号５は、地震時に壁１と梁３の間に生じる水平方向のせん断力を負担する鉄筋であり、梁軸方向の両側の鉄筋４の間に配置される。この鉄筋５も梁３から鉛直方向に突出し、壁１に設けた孔１１内に配置され、図２（ａ）の接合構造Ｃと同様の接合構造を構成する。ただし、鉄筋５の定着長や孔１１の長さは図２（ａ）の例よりも小さい。

このように、本実施形態では、木質壁である壁１が複数の木質材１０を重ねて構成され、その際、複数の木質材１０の互いの対向面に形成された溝１１１を組み合わせて複数の木質材１０に跨る孔１１が形成される。この孔１１に梁３から突出する鉄筋４を挿入し、孔１１に充填材７を充填することで、壁１と梁３のGIR接合を行うことができる。

前記したように、穿孔ドリルで孔を穿孔する場合には、穿孔できる孔の長さに限界があり穿孔の精度確保も困難であるが、本実施形態の溝１１１は、木質材１０の表面を切削等することで形成できるので、所望の断面や長さの溝１１１を高い精度で形成できる。

また実際の施工時には、溝１１１の位置を鉄筋４に合わせて複数の木質材１０を重ねればよく、これらの木質材１０は面外方向（鉄筋４の軸直交方向に対応する）に移動させて配置できるので、施工が容易で施工時の制約も少ない。例えば、左右の柱２と上下の梁３による枠状のフレームを構築した後であっても、後追いで壁１を施工することが可能である。また場合によっては、現場に合わせて木質材１０の加工を行い、溝１１１のサイズの修正を行うことも可能である。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば溝１１１の形状が図２（ｂ）の例に限定されることはなく、切削刃の形状等に応じて、溝１１１の断面形状が矩形や台形となる場合もある。

また図４（ａ）に示すように、溝１１１ａの内側面に凹凸を形成することで、孔１１ａの内側面に１又は複数の凹部１１２を設けることも可能である。溝１１１ａの凹凸は、例えば木質材１０の切削加工時に、木質材１０に対して相対移動中の切削刃を木質材１０側に押し込むことで容易に形成できる。切削刃の形状によっては、図５に示すように、切削刃９を木質材１０側に押し込むことで溝１１１ａの深さＤだけでなく幅Ｗも大きくなることがあり、この場合は孔１１ａの全周に亘る凹部１１２が形成できる。また加工方法によっては溝１１１ｂの幅Ｗだけを大きくし、孔１１ａに凹部を設けることもできる。

このように、凹部１１２を孔１１ａに設けることで、鉄筋４の引抜きに対する抵抗力を高めることができる。そのため、鉄筋４の定着長や孔１１ａの長さを小さくできる可能性がある。なお、図４（ａ）の例では、２枚の木質材１０の溝１１１ａの凹凸形状が同じであるが、これらの凹凸形状を異ならせてもよい。上記の凹部１１２は穿孔ドリルによっては形成できないが、本実施形態では、木質材１０の切削を行うことにより凹部１１２が容易に形成できる。

また図４（ｂ）に示すように、溝１１１ｂの形状の工夫により、孔１１ｂの幅を終端に向かって漸増的に拡幅させることも可能である。これによっても、上記と同様、鉄筋４の引抜きに対する抵抗力を高めることができる。また鉄筋４の平面位置の施工誤差が先端に行くにつれ増大する場合にも、その施工誤差を吸収して孔１１ｂ内に鉄筋４を容易に配置できる。さらに、孔１１ｂの体積が過度に大きくなることは無いので、充填材７の注入等に手間がかかることもない。

溝１１１ｂは、例えば木質材１０の切削加工時に、切削刃を溝１１１ｂの終端に向かって木質材１０に対し相対移動させながら、切削刃を木質材１０側に徐々に押し込むことで容易に形成できる。図５と同様、切削刃を木質材１０側に押し込むことで溝１１１ｂの深さＤだけでなく幅Ｗも大きくなる場合には、上記の切削加工によって溝１１１ｂの深さＤだけでなく幅Ｗも漸増し、孔１１ｂは錐体状に拡幅する。また加工方法によっては溝１１１ｂの幅Ｗだけを漸増させることもできる。

さらに、図６（ａ）に示すように、鉄筋４の先端に拡幅部４１を設けることも可能である。これにより、鉄筋４の表面の付着力に加えて拡幅部４１による支圧効果を期待でき、鉄筋４の充填材７への定着性が向上し、鉄筋４の定着長や孔１１の長さを小さくすることができる。なお、拡幅部４１の位置は鉄筋４の先端に限らず、鉄筋４の突出部分の途中に形成することもでき、上記と同様の効果が得られる。拡幅部４１は、例えば溶接余盛、定着板、ナット等を用いて形成できるが、これらに限定されることはない。

また図６（ｂ）に示すように、鉄筋４の突出部分の根元側（梁３側）において、鉄筋４の周囲に付着除去部４２を設け、鉄筋４と充填材７の付着を防ぐこともできる。付着除去部４２は、例えば厚みのあるテープを鉄筋４の周囲に貼り付けたり、鉄筋４の周囲を粘土等で埋めることによって形成される。

付着除去部４２を設けない場合、壁１に面内の回転モーメントが生じた際に鉄筋４が降伏して伸びる区間が壁１と梁３の間の隙間のみとなり、鉄筋４の伸びが当該区間に集中することで鉄筋４が脆性的に破断する恐れがあるが、上記のように付着除去部４２を設けることで、鉄筋４の伸びる区間を付着除去部４２の範囲に拡げることができ、鉄筋４の伸びが狭い区間に集中するのを避けて脆性的な破断を防ぐことができる。

また図７（ａ）に示すように、木質材１０の溝１１１に予め規制部材１１３を設けておき、図３（ａ）、（ｂ）と同様の手順で２枚の木質材１０を配置した時に、鉄筋４の位置が規制部材１１３によって孔１１の中心に規制されるようにしてもよい。これにより、鉄筋４を孔１１の中心に確実に配置でき、応力集中による破壊がより起きにくくなる。図７（ｂ）に鉄筋４の軸直交方向の断面で示すように、規制部材１１３は例えば溝１１１から棒状に延びる部材とするが、その形状は特に限定されない。

その他、本実施形態では壁１と梁３の接合の例について説明したが、接合対象は、木質材による構造部材と他の構造部材との組み合わせであれば特に限定されない。本発明の接合構造Ｃは、例えば柱同士、梁同士、スラブ同士、柱と梁、梁とスラブ等の接合にも適用できる。

例えば図８（ａ）の例では、複数の木質材２０により構成された上層の柱２ａが、下層の柱２と接合される。柱２ａは複数の木質材２０を内外に重ね合わせることで形成され、この時、内外の木質材２０の対向面に設けられた溝２１１の組み合わせにより、内外の木質材２０に跨る孔２１が形成される。下層の柱２から鉛直方向に突出する鉄筋４をこの孔２１に挿入し、充填材７を孔２１に充填することで、柱２、２ａが接合される。

なお、木質材２０の組み合わせは鉄筋４の配置等によって異なり、図８（ａ）の例に限定されることはない。例えば図９に鉄筋４の軸直交方向の断面で示すように、３つの木質材２０の溝２１１により孔２１を形成することも可能であり、４以上の木質材２０の溝２１１により孔２１を形成することもできる。これは以下の例においても同様である。

図８（ｂ）の例では、複数の木質材３０により構成された梁３ａが、隣接する梁３と接合される。梁３ａは複数の木質材３０を上下に重ね合わせることで形成され、上下の木質材３０の対向面に設けられた溝３１１の組み合わせにより、上下の木質材３０に跨る孔３１が形成される。隣接する梁３から水平方向に突出する鉄筋４をこの孔３１に挿入し、充填材７を孔３１に充填することで、梁３、３ａが接合される。その他、柱２の側面から水平方向に突出する鉄筋４を、上記した梁３ａの孔３１に挿入し、孔３１に充填材７を充填することで、柱２と梁３ａの接合を行うことも可能である。

図８（ｃ）の例では、複数の板状の木質材６０により構成されたスラブ６ａが、隣接するスラブ６と接合される。スラブ６ａは複数の木質材６０の板面同士を上下に重ね合わせることで形成され、上下の木質材６０の対向面に設けられた溝６１１の組み合わせにより、上下の木質材６０に跨る孔６１が形成される。隣接するスラブ６から水平方向に突出する鉄筋４をこの孔６１に挿入し、充填材７を孔６１に充填することで、スラブ６、６ａが接合される。

また図８（ｄ）の例では、複数の板状の木質材６０ａにより構成されたスラブ６ｂが、その下方の梁３と接合される。スラブ６ｂは左右の木質材６０ａの端面同士を重ね合わせることで形成され、左右の木質材６０ａの対向面に設けられた溝６１１の組み合わせにより、左右の木質材６０ａに跨る孔６１が形成される。下方の梁３から鉛直方向に突出する鉄筋４をこの孔６１に挿入し、充填材７を孔６１に充填することで、スラブ６ｂと梁３が接合される。

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：壁
２、２ａ：柱
３、３ａ：梁
４、５：鉄筋
６、６ａ、６ｂ：スラブ
７：充填材
１０、２０、３０、６０、６０ａ：木質材
１１、１１ａ、１１ｂ、２１、３１、６１：孔
４１：拡幅部
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、２１１、３１１、６１１：溝
１１２：凹部
１１３：規制部材
Ｃ：接合構造

Claims (6)

1. 木質材による構造部材と、他の構造部材とを接合する接合構造であって、
   前記木質材による構造部材は、複数の木質材を重ねて構成され、
   前記複数の木質材は、互いの対向面に溝を有し、前記溝の組み合わせにより前記複数の木質材に跨る孔が形成され、
   前記他の構造部材から突出する棒材が、前記孔内に位置し、前記孔に充填材が充填されたことを特徴とする接合構造。
2. 前記木質材による構造部材は壁であり、複数の板状の木質材を面外方向に重ねて構成されることを特徴とする請求項１記載の接合構造。
3. 前記孔の内側面に凹部が形成される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。
4. 前記孔は、終端に向かって漸増的に拡幅することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の接合構造。
5. 前記棒材に、前記充填材への定着のための拡幅部が形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の接合構造。
6. 木質材による構造部材と、他の構造部材とを接合する接合方法であって、
   前記木質材による構造部材を、前記他の構造部材から突出する棒材が前記木質材による構造部材の孔内に位置するように配置する工程と、
   前記孔に充填材を充填する工程と、
   を具備し、
   前記木質材による構造部材は、複数の木質材を重ねて構成され、
   前記複数の木質材は、互いの対向面に溝を有し、
   前記孔は、前記溝の組み合わせにより前記複数の木質材に跨るように形成されることを特徴とする接合方法。

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