JP2024008637A - 接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】強度面や意匠面に優れた柱と梁の接合構造等を提供する。【解決手段】接合構造１は、柱２と梁４を接合するものである。柱２は、外周部の外郭木材２１の内側にコンクリートＣを充填して構成され、梁４は、柱２の側方に配置され、柱２から外側へと水平方向に突出する鋼棒２５が、梁４に挿入される。梁４は、梁軸方向に平行な鉛直面で分割された複数の木部材４１を組み合わせて形成され、木部材４１同士の対向面に溝４１１が形成され、鋼棒２５が溝４１１によって形成された空間内に配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、柱と梁の接合構造に関する。

柱と梁を木部材とした木造ラーメン架構における木部材同士の接合時には、GIR(Glue In Rod)など、一方の木部材から突出する鋼材を他方の木部材の材軸方向の孔に挿入することが多く行われており、当該孔に接着材等の充填材を充填することで、木部材同士を剛接合することができる（例えば、特許文献１など）。

特開2022-8273号公報

一般的に柱と梁の繊維方向は直交するため、柱と梁の接合部に上記の工法を適用すると、GIR等の鋼材がいずれかの部材の繊維直交方向に挿入されることになり、架構の強度が、繊維方向に比べ強度の低い繊維直交方向の強度で決まってしまうという課題が生じる。

さらに、木部材は耐火性能が必要となる場合があり、その際は耐火被覆で表面を覆う必要があるが、それでは木造本来の美さを表現できない。

加えて、木部材同士の接合に前記の工法を用いると、鋼材を木部材の孔に挿入するために、当該木部材を材軸方向に移動させる必要が生じる。特に、当該木部材が梁である場合、これを梁軸方向に移動させるだけのスペースが無いことも多く、施工が難しくなる。また木部材の材軸方向に孔をあける際にも、削孔技術の面（例えば削孔具の長さなど）から深さ方向の削孔限界があり、鋼棒の定着長が削孔限界により制限される。

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、強度面や意匠面に優れた柱と梁の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本発明は、柱と梁の接合構造であって、前記柱は、外周部に位置する外郭木材の内側にコンクリートを充填して構成され、前記梁は、前記柱の側方に接合され、前記柱から外側へと水平方向に突出する鋼棒が、前記梁に挿入されたことを特徴とする接合構造である。

本発明では、柱をコンクリートと木の合成構造とし、柱から突出する鋼棒を梁に挿入することで柱と梁の接合を行う。これにより、本発明では柱の外観を木現しとして意匠面で優れた架構とでき、且つ、柱は内部にコンクリートを有することで耐火性能に優れたものとなる。また柱にコンクリートを用いているので、前記したように、鋼棒が繊維直交方向に配置されて強度上の課題が生じるのを回避でき、強度面でも優れた架構とできる。

前記外郭木材の前記梁に対応する位置に開口が形成され、前記鋼棒が前記開口に通され、前記開口に前記コンクリートが充填されることが望ましい。前記開口に、鋼板が配置されることも望ましい。
外郭木材の梁に対応する位置を開口させ、当該開口にコンクリートが充填される構造とすることで、接合構造の剛性と耐力を高めやすくなり、鋼棒を開口に通して配置することで施工も容易になる。また開口に鋼板を配置することで、鋼板をコンクリート充填時の型枠として機能させることができる。

前記梁が、梁軸方向に平行な面で分割された複数の木部材を組み合わせて形成され、前記木部材同士の対向面の少なくとも一方に溝が形成され、前記鋼棒が前記溝に配置されることが望ましい。
このように、梁軸方向に平行な面で分割された複数の木部材により梁を構成し、木部材の表面に形成された溝に鋼棒を配置することで、梁を設置する際に、木部材を梁軸方向に移動させる必要が無く、施工が容易になる。また、梁軸方向に木部材を削孔する必要も無くなるので事前の加工が簡単になり、溝の長さが加工技術の面から制限を受けることもない。

例えば、前記梁はダブルビームであり、前記ダブルビームの２本の前記梁のそれぞれが、梁軸方向に平行な鉛直面で分割された２つの木部材を組み合わせて形成され、前記溝が、当該２つの木部材のそれぞれに形成されてもよい。
これにより、鋼棒の本数を多くして梁の強度を高めることができる。また木部材を落とし込んだ後水平移動させて梁を設置でき、木部材の建て込みが容易になる。

また前記柱のコンクリートに主筋が埋設され、当該コンクリート内ではフープ筋が省略されることが望ましい。
柱の内部はコンクリートに主筋を埋設した鉄筋コンクリート造とし、柱の構造性能を高めることができる。また本発明では外郭木材にせん断補強機能を持たせることが可能であり、フープ筋を省略することもできる。

本発明によれば、強度面や意匠面に優れた柱と梁の接合構造等を提供できる。

接合構造１を示す図。 柱２と梁４の断面を示す図。 接合構造１の構築方法を示す図。 接合構造１の構築方法を示す図。 木部材４１の建て込み方法について説明する図。 接合構造１ａ、１ｂを示す図。 プレキャスト柱を示す図。 梁４ａを示す図。 梁４ｂを示す図。 梁４ｃを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。

（１．接合構造１）
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る接合構造１を含むラーメン架構を示す図である。この架構は、建物の外周部の架構であり、柱２と梁４から構成される単一構面のラーメン構造を有する。また梁４の上にはコンクリートによるスラブ５が設けられる。柱２と梁４、およびスラブ５は、上下複数層に設けられる。なおこの例では、各層の梁４の高さが、各層の柱２の上端からスラブ５の厚さ程度低い位置にあるが、スラブ５を梁４の上に設けない場合もあり、そのようなケースでは、各層の梁４をより高い位置とできる。

本実施形態の接合構造１は、柱２と梁４を接合するものである。図１（ｂ）は接合構造１を示す斜視図である。接合構造１では、柱２の側面に梁４が接合される。梁４は、柱２の上端より若干下方に配置される。なお図１（ｂ）では、図中の柱２の上に積層される上層の柱２、および図中の梁４の上に配置されるスラブ５の図示を省略している。

図２は、図１（ｂ）の接合構造１に関し、柱２と梁４の断面を示したものである。図２（ａ）は柱２と梁４の鉛直方向の断面であり、図２（ｂ）は柱２と梁４の水平方向の断面である。また図２（ｃ）は柱２の水平方向の断面、図２（ｄ）は梁４の鉛直方向の断面である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）の線ａ－ａ、ｂ－ｂに沿った断面であり、図２（ａ）は図２（ｂ）の線ｃ－ｃに沿った断面である。また図２（ｄ）は図２（ｂ）の線ｄ－ｄに沿った断面である。

柱２は、コンクリートＣと木の合成構造柱であり、その水平方向の断面は矩形状となっている。ただし、柱２の断面形状はこれに限定されず、その他の多角形あるいは円形でもよい。柱２は、外周部に外郭木材２１を有し、その内側に主筋２２が配置され、コンクリートＣが充填される。

外郭木材２１にはLVL(Laminated Veneer Lumber)やCLT(Cross Laminated Timber)などの木質材からなる板材が用いられる。外郭木材２１は、矩形状断面の各辺に対応して４枚配置され、断面の隅部において、外郭木材２１の端部同士がラグスクリューボルト等のボルト２３で接合される。なお、外郭木材２１としては、集成材やBP材などその他の木質材を用いることも可能である。

外郭木材２１は、柱２の外観を形成することで意匠性を向上させる他、コンクリートＣの充填時の型枠としても機能する。本実施形態では、コンクリートＣの充填時の側圧に抵抗させるため、対向する外郭木材２１同士がセパレータ２４により接続される。コンクリートＣ内ではフープ筋が省略され、フープ筋の代わりに、外郭木材２１とセパレータ２４がせん断補強部材として機能する。外郭木材２１は、その面内剛性によりせん断補強機能を発揮する。

外郭木材２１は、上記した型枠機能、せん断補強機能の他、火災時の燃え代となることで、フープ筋を省略した柱２（フープ筋の省略によりコンクリート部分の耐火性能が低下する恐れがある）の耐火性能を補う役割も期待される。そのため、外郭木材２１の厚さは、コンクリートＣの打設時の側圧に抵抗でき、十分な面内剛性を有するとともに、燃え代として機能し得る最小の厚さとすることが望ましい。

また本実施形態では、柱２の側面の梁４に対応する位置において、外郭木材２１に開口２１１が設けられており、この開口２１１内にもコンクリートＣが充填される。開口２１１は、柱２の側面の梁４に対応する位置でのみ設けられる。

また柱２と梁４の接合部分では、柱２に鉄筋などの鋼棒２５が埋設される。鋼棒２５は水平方向に配置され、その両端部が、対向する外郭木材２１の開口２１１を通って外側に突出する。本実施形態では、鋼棒２５が上下２段に配置されている。

鋼棒２５の端部は、梁４の内部に挿入される。梁４は、間隔を空けて前後一対に配置されるダブルビームであり、開口２１１に充填されたコンクリートＣに各梁４の端面が当接するように配置される。なお、前後方向は、柱２と梁４による構面に直交する方向であり、図２（ａ）の紙面法線方向、図２（ｂ）、（ｃ）の上下方向、および図２（ｄ）の左右方向に対応する。上記の開口２１１や鋼棒２５も、前後の梁４のそれぞれに対応して前後一対に設けられる。

梁４は、梁軸方向に平行な鉛直面で分割された２つの木部材４１から形成される。これらの木部材４１同士の対向面には溝４１１が形成され、梁４では、木部材４１同士を組み合わせることで、各木部材４１の溝４１１により、鋼棒２５の端部を挿入するための空間が形成される。この空間内に鋼棒２５の端部を配置し、接着材などの充填材４１２を充填することで、鋼棒２５の端部が梁４に定着され、柱２と梁４が接合される。木部材４１同士は、図示しないボルト等の接合手段で一体化される。また木部材４１には、充填材４１２を充填するための注入孔（不図示）なども予め設けられる。

（２．接合構造１の構築方法）
接合構造１の構築時には、まず図３（ａ）に示すように柱２の主筋２２を立ち上げ、その後、矢印ｅに示すように、予め筒状に組み立ててユニット化した外郭木材２１を上から落とし込んで建て込む。図３（ｂ）は外郭木材２１の建て込みを行った後の状態である。

次に、図３（ｃ）に示すように、開口２１１のやや下方に当たる位置までコンクリートＣを打設、充填し、図４（ａ）に示すように、鋼棒２５を開口２１１に通して所定の位置に配筋する。そして、図４（ａ）の矢印ｆに示すように木部材４１を上方から建て込み、図４（ｂ）に示すように梁４の設置を行う。

木部材４１を建て込む際は、まず図５（ａ）に示すように、木部材４１を鋼棒２５をかわして鋼棒２５の側方に落とし込んだ後、矢印ｇ～ｊに示すように各木部材４１を前方または後方に水平移動させ、図５（ｂ）に示すように、鋼棒２５を溝４１１の間に挟み込むように一対の木部材４１の対向面同士を当接させる。その後、ボルト等で木部材４１同士を一体化し、両木部材４１の溝４１１により形成された空間内に充填材４１２を充填する。なお図５（ａ）、（ｂ）は図２（ｄ）と同様の断面を示す図であり、これは後述する図８～図１０においても同様である。

図２（ｄ）に示すように、本実施形態では梁４がダブルビームとされており、前後の梁４の間に隙間を有するので、それぞれの梁４の、別の梁４側に位置する木部材４１についても、上記の落とし込みと水平移動（図５（ａ）の矢印ｈ、ｉ参照）ができるだけのスペースが生まれている。

図４（ｂ）に示すように梁４を設置した後、柱２の上端の高さまでコンクリートＣを打設することで、図２（ａ）等に示すように、柱２と梁４の接合構造１が構築される。なお本実施形態では、この柱２の上に新たな柱２を設置することで、更に上層の架構が構築される。図２（ａ）では柱２の上方に主筋２２が突出しているが、上層の柱２の主筋２２は、この突出部分に機械式継手等を用いて連結される。

このように、本実施形態では、柱２をコンクリートＣと木の合成構造とし、柱２から突出する鋼棒２５を梁４に挿入することで柱２と梁４の接合を行う。これにより、本実施形態では柱２の外観を木現しとして意匠面で優れた架構とでき、且つ、柱２は内部にコンクリートＣを有することで耐火性能に優れたものとなる。また外郭木材２１は燃え代として機能することで、コンクリートＣの温度上昇を抑えることができ、コンクリートＣの爆裂防止などの効果も生じる。

さらに、本実施形態では柱２にコンクリートＣを用いているので、前記したように、鋼棒２５が繊維直交方向に配置されて強度上の課題が生じるのを回避して強度面でも優れた架構とでき、柱２と梁４の接合部の剛性と耐力を安定させることで、地震時の繰り返し荷重などに対して良好な性能を確保できるラーメン架構が得られる。また木材だけで柱２を構成する場合と比較してコストも低減できる。

また本実施形態では、外郭木材２１の梁４に対応する位置に開口２１１が設けられ、当該開口２１１にコンクリートＣが充填されることで、梁４をコンクリートＣに当接させ、接合構造１の剛性と耐力を高めやすくなる。また鋼棒２５を開口２１１に通して配置することで、施工も容易になる。

また本実施形態では、木部材４１の表面に形成された溝４１１に鋼棒２５を配置することで、梁４を設置する際に、木部材４１を梁軸方向に移動させる必要が無く、施工が容易になる。また、梁軸方向に木部材４１を削孔する必要も無くなるので事前の加工が簡単になり、溝４１１の長さが加工技術の面から制限を受けることもない。

また本実施形態では、梁４をダブルビームとすることで、鋼棒２５の本数を多くして梁４の強度を高めることができる。また、梁軸方向に平行な鉛直面で分割された２つの木部材４１を落とし込んだ後水平移動させて梁４の設置を行うことができ、木部材４１の建て込みが容易になる。

また本実施形態では、柱２の内部を、コンクリートＣに主筋２２を埋設した鉄筋コンクリート造とし、柱２の構造性能を高めることができる。また本実施形態では外郭木材２１にせん断補強機能を持たせることが可能であり、フープ筋を省略することができる。

しかしながら、本発明が上記の実施形態に限られることはない。例えば本実施形態では、主筋２２の配置後、ユニット化した外郭木材２１を落とし込んでおり、これにより施工コストが低減できるが、主筋２２と外郭木材２１のユニットを同時に落とし込んで設置してもよい。この場合、主筋２２の下端部が外郭木材２１から下方に突出した状態で落とし込みを行うことで、当該主筋２２を下層の柱２の主筋２２と連結するための作業空間を確保することができる。

また外郭木材２１のユニットを落とし込むのではなく、主筋２２の配置後、その側方から外郭木材２１を設置して組み立てても良い。この場合、柱２にフープ筋を設けることもできる。一方、外郭木材２１のユニットを落とし込む場合は、セパレータ２４がフープ筋と干渉するので、柱２にフープ筋を設けることは難しい。

また、図６（ａ）の接合構造１ａに示すように、柱２ａの外郭木材２１の開口２１１に鋼板２６を配置して開口２１１を閉じ、梁４の端面をこの鋼板２６に当接させてもよい。この場合、鋼板２６がコンクリートＣの充填時の型枠として機能し、木部材４１の型枠としての性能が向上するともに、接合構造１ａの剛性や強度が低下することもない。あるいは、図６（ｂ）の接合構造１ｂに示すように、柱２ｂの外郭木材２１の開口２１１を省略し、外郭木材２１に梁４の端面が当接するようにしてもよい。この場合は細かい加工が省略できて外郭木材２１の製作が容易になる。図６（ａ）の場合、鋼棒２５は鋼板２６を貫通し、図６（ｂ）の場合、鋼棒２５は外郭木材２１を貫通する。

その他、外郭木材２１の開口２１１に粘弾性体などのエネルギー吸収部材を配置して梁４の端面をこれに当接させてもよく、これにより架構全体の振動減衰性能を高めることができる。

また図７（ａ）に示すように、外郭木材２１と主筋２２、および開口２１１のやや下方の高さまでのコンクリートＣを予めプレキャスト柱として工場等で製作し、現場に搬入して設置してもよい。この後、鋼棒２５を配置して図４（ａ）以降の工程を実施することで、接合構造１が構築される。

また図７（ｂ）に示すように、主筋２２と、梁４のやや下方の高さまでの外郭木材２１およびコンクリートＣとを予めプレキャスト柱として工場等で製作し、現場に搬入して設置してもよい。この後、上記外郭木材２１の上方に位置する外郭木材２１、および鋼棒２５を配置して図４（ａ）以降の工程を実施することで、接合構造１が構築される。

また図７（ｃ）に示すように、主筋２２と、柱２の全長に亘る外郭木材２１およびコンクリートＣとを予めプレキャスト柱として工場等で製作し、現場に搬入して設置してもよい。この後、鋼棒２５を配置し図４（ａ）、（ｂ）の工程を実施して梁４の設置を行うことで、接合構造１が構築される。プレキャスト柱のコンクリートＣには、鋼棒２５を通すための貫通孔Ｔが予め形成されている。あるいは、鋼棒２５がプレキャスト柱に予め一体化されていてもよい。

その他、本実施形態では、梁４を前後一対に配置してダブルビームとしたが、これに限ることはなく、梁４を柱２の左右両側に１本ずつ配置してもよい。また、木部材４１は、梁軸方向に平行な鉛直面で梁４を２つに分割したものであるが、例えば図８（ａ）に示すように、柱２の側方に配置される１本の梁４ａを、梁軸方向に平行な水平面で分割された３つの木部材４１から構成してもよい。この場合、上下の２つの木部材４１のみに溝４１１が形成され、中段の木部材４１には溝４１１が設けられない。

梁４ａの設置時は、各木部材４１を鋼棒２５をかわして水平移動させ、図８（ｂ）に示すように、上段の木部材４１を上段の鋼棒２５の上、下段の木部材４１を下段の鋼棒２５の下、中段の木部材４１を上下の鋼棒２５の間にそれぞれ配置する。その後、上下の木部材４１を中段の木部材４１に向けて鉛直方向に移動させることで、鋼棒２５が上下の木部材４１の溝４１１内に配置される。

また図９（ａ）に示すように、柱２の側方に配置される１本の梁４ｂを、梁軸方向に平行な鉛直面で分割された３つの木部材４１から構成してもよい。この場合、前後の２つの木部材４１（図９（ａ）の左右の木部材４１）のみに溝４１１が形成され、中間の木部材４１には溝４１１が設けられない。

梁４ｂの設置時は、各木部材４１を鋼棒２５をかわして上から落とし込み、図９（ｂ）に示すように、前方の木部材４１を前方の鋼棒２５の前、後方の木部材４１を後方の鋼棒２５の後ろ、中間の木部材４１を前後の鋼棒２５の間にそれぞれ配置する。その後、前後の木部材４１を中間の木部材４１に向けて水平方向に移動させることで、鋼棒２５が前後の木部材４１の溝４１１内に配置される。

また、本実施形態では梁４を木造としているが、鉄筋コンクリート造でもよいし、柱２と同様、コンクリートと木による合成構造としてもよい。図１０は合成構造を有する梁４ｃの例であり、凹状に配置された木部材４２の内部に鋼棒２５の端部が配置され、コンクリートＣが充填される。

また本実施形態の接合構造１は、建物の外周部において、図１（ａ）に示す単一構面のラーメン構造に適用することを想定しているが、建物の内部において、図１（ａ）に示す構面と、当該構面と直交する構面内の二方向のラーメン構造の接合箇所に適用してもよい。この場合、梁４は柱２の前後にも設けられ、鋼棒２５は前後方向にも配置される。

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、１ａ、１ｂ：接合構造
２、２ａ、２ｂ：柱
４、４ａ、４ｂ、４ｃ：梁
２１：外郭木材
２２：主筋
２５：鋼棒
２６：鋼板
４１：木部材
２１１：開口
４１１：溝
Ｃ：コンクリート

Claims (6)

1. 柱と梁の接合構造であって、
   前記柱は、外周部に位置する外郭木材の内側にコンクリートを充填して構成され、
   前記梁は、前記柱の側方に接合され、
   前記柱から外側へと水平方向に突出する鋼棒が、前記梁に挿入されたことを特徴とする接合構造。
2. 前記外郭木材の前記梁に対応する位置に開口が形成され、
   前記鋼棒が前記開口に通され、
   前記開口に前記コンクリートが充填されたことを特徴とする請求項１記載の接合構造。
3. 前記開口に鋼板が配置されたことを特徴とする請求項２記載の接合構造。
4. 前記梁が、梁軸方向に平行な面で分割された複数の木部材を組み合わせて形成され、
   前記木部材同士の対向面の少なくとも一方に溝が形成され、前記鋼棒が前記溝に配置されたことを特徴とする請求項１記載の接合構造。
5. 前記梁はダブルビームであり、前記ダブルビームの２本の前記梁のそれぞれが、梁軸方向に平行な鉛直面で分割された２つの木部材を組み合わせて形成され、
   前記溝が、当該２つの木部材のそれぞれに形成されたことを特徴とする請求項４記載の接合構造。
6. 前記柱のコンクリートに主筋が埋設され、当該コンクリート内ではフープ筋が省略されたことを特徴とする請求項１記載の接合構造。

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