JP3663130B2 - 既製積層木材ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
本発明はことを特徴とする請求項１の前提部に基づく既製積層木材ユニットに関する。
【０００２】
プレハブ工法では、壁材および／又は天井材として構成されていて建築現場で組み立てられる既製ユニットが使用される。このようなユニットをコンクリート製プレハブ部品として打込むことが公知である。さらに、このようなユニットが壁材として用いられる場合、これを木毛、木材繊維、木屑などでできた軽量壁板として製造することも公知である。こうした軽量壁板は化粧張りとしてしか適しておらず、支持材としては利用できない。さらに、被覆板で閉じられて断熱材が充填されたフレームでできている壁材が公知である。このユニットもやはり支持材としては適していない。
【０００３】
木造家屋建築では、接着された材木トラスで壁の支持骨組が製作されていて、支持能力のない、又は十分な支持能力のない材料をこの骨組に詰めていくハーフティンバー構造が公知である。ハーフティンバー構造はプレハブ工法には適していない。
【０００４】
最後に、中実な木材梁を水平方向で上下に積層するブロック構造が公知である。このブロック構造もプレハブ工法には適していない。梁の水平方向の配置が様々な沈下挙動につながって、壁の歪みにつながる恐れがある。
【０００５】
その他、支持材又は壁ないし天井材が接着剤又は釘で固着された積層板でできている種々のシステムが公知である。
【０００６】
たとえばパネル板のような公知の積層木材ユニットは互いに接着された木材の複数の層でできており、内装工事や家具に利用されている。追加的な接合材料によって放出物が生じるのが避けられない。しかも接合材料は拡散の遮断ないし遅延を引き起こすので、それが湿気の交換を妨げ、もしくは阻害する。さらに合成樹脂接着剤などの化学的な接合材料のために、残った資材や廃材を処理する際に問題が生じる。焼却時に有害な化合物が放出されるからである。さらに別の欠点は、接着された積層木材ユニットについては長期間の経験がほとんどないため、壁材として何十年も使用した後における老化挙動や品質変化に関して信頼のできる説明ができないことである。このような積層木材ユニットはたとえばＡＵ８０７７０／８２Ｂ、ＳＵ１３７７３５２Ａ、あるいはＥＰ０１９４２３８Ｂなどの特許公報に記載されている。
【０００７】
これとは別の関連でだぼを用いることは、やはりそれ自体公知である。たとえばＤＥ７２７２４６Ａには、接合のしっかりした窓枠を製作するためのコーナー接合が示されており、この場合には２つの構成部品の組接ぎが追加的にだぼによって保証されている。しかしこのようなコーナー接合は特定の用途にしか利用可能でなく、壁材を構成するのには適していない。
【０００８】
本発明の課題はこのような欠点を回避して、接着剤による接合又は平坦な釘接合あるいはその両方を使用しないですむ単一素材の積層木材ユニットを提供することである。さらに、プレハブ建築の利点と重建築の利点を兼ね備えた、特に家屋などの建築物や支持構造物のための木造建築を提供することを目指す。
【０００９】
上記課題解決するため、直接隣り合って配置された張り板状又は支柱状の木材の互いに接合された少なくとも３つの層を備えた既製積層木材ユニットであって、少なくとも２つの隣接する層の木材が異なる向きを有しているものにおいて、本発明では、だぼを含む積層木材ユニットが単一素材で構成されていて木材だけでできており、個々の層の接合が、木材の層を貫通する前記だぼによって行われる。個々の層の格別に優れた接合は、だぼが網目状に配置されている場合に得られる。積層木材ユニットは単一素材で構成され、木材だけでできている。残った資材や廃材を問題なく処理することができる。
【００１０】
積層木材ユニットの静力学的な特性と剛性を向上させるため、積層木材ユニットが少なくとも３つの木材の層を有することが意図されており、その際好ましくは少なくとも１つの内部の層の木材は支柱によって形成される。特にこの場合には、少なくとも２つの同一方向に配置された支柱の層が設けられ、これらが好ましくは互いに隣接していると好都合である。木材の少なくとも１つの外側の層は張り板で形成されていてよい。
【００１１】
優れた静力学的な特性を得るため、および長手方向における積層木材ユニットの高い耐荷重性を得るため、木材の層の厚さが約８ｍｍから１２０ｍｍの間であると有利である。その際個々の層の厚さはその都度の必要性に応じて設定するが、内側の層は通常は静力学的な観点から、また外側の層は防音と断熱の観点からそれぞれ設計する。したがって層の厚さは外側から内側へ増大し、もしくは内側から外側へ増大する。当然ながら、すべての層を同じ厚さで施工することも可能である。このとき個々の木材の幅は４０ｍｍから４００ｍｍの間であってよい。
【００１２】
本発明の一つの特に有利な実施形態では、だぼと木材の間の接合が、実質的に、各層の木材とだぼとの間の水分平衡によるだぼの体積増大の結果として生じる摩擦接合によって行われることが意図される。積層木材ユニットの製造は、だぼの水分含有量を各層の木材の水分含有量よりも低下させ、乾燥しただぼを木材の層の孔に入れることによって行われ、その際だぼと孔の断面積は、木材とだぼとの間の木材水分平衡によるだぼの体積膨張によって摩擦接合的な接合がもたらされるように設定される。だぼと個々の層の木材との間の木材水分差を的確に利用することで、格別に高い接合品質を得ることができる。それに応じてだぼは板よりも強く乾燥させられ、それによってだぼ接合の後、水分平衡をするために周囲の木材から水分を奪う。このことは、だぼの体積膨張および優れた楔止めと引抜き強度をもたらす。端面に打ち込んだ楔によってだぼを固定すれば、追加的な抜け止めと、より迅速な加工が可能である。水分平衡にはある程度の時間が必要なので、積層木材ユニットを製造するときにだぼの完全な固定はすぐには達成されない。だぼに楔を打ち込むことで、積層木材ユニットをすぐにプレス成形機から取り外すことができ、最終的な強度をもたせることができる。このことは生産工程の迅速化を可能にする。これに追加して、又はこれと代替的に、こうした打ち込みの前に凝乳(Topfen)、石灰、水の適当な混合物でだぼを処理することも可能であり、このことは特に膨張作用を強化する。これと類似した組成は昔はカゼイン接着剤と呼ばれて木材の接合に用いられていた。
【００１３】
本発明による積層木材ユニットを地上建築物に使用するときは、多くの場合、建物の風力を受け止めるために、建築材の平面上でのせん断力に対してこの建築材が高い堅牢性を証明できることが必要である。長方形の建築物の場合、風の負荷によってこのような横方向の力が風向きと平行に向いている壁に発生し、堅牢性が不足していると、こうした横方向の力によって積層木材ユニットが平行四辺形に変形することにつながる。通常の状況下ではこうした変形は個々の木材層の間の摩擦によって防止される。摩擦力を計算上で証明するのは困難な場合が少なくないので、場合によっては対角線方向を向いた木材の層を設ける。このようにすれば、強い風力が生じたときでも相応の強度値を問題なく実証することができる。
【００１４】
その際建築物のプレハブ部品は、複数の積層木材ユニットを連結して広い面積のユニットにすることによって、特に壁材、天井材、および屋根材にすることによって形成され、この場合、好ましくはほぞ接ぎ、相欠接ぎ、蟻組接ぎ（組接ぎ）又はネジあるいはそれらの組み合わせによって連結が行われる。
【００１５】
このような木造建築法の基本理念は、壁、天井、被覆材をさまざまな張り板層ないし木材支柱層で製作することにあり、その際個別部品はユニットの平面上にさまざまな向きで位置している。個々の層相互の接合は木製だぼの網目によって成立する。それぞれのユニットに対する静力学的な要求事項は壁、天井材、又は屋根材としての用途に応じて満たされるとともに、個々の層を適宜寸法決め（厚さ）することによって静力学的な要請に応じて満たされる。
【００１６】
このようにして得られた個別ユニットの静力学的特性と剛性は、支持梁その他の材料からなる追加的な骨組のない2階建て以上の建築構造物を可能にする。
【００１７】
壁材では、木材だぼ接合されたユニットの複合層の内部で直立している支柱が、その格別に優れた荷重支持能力によって力を受け止める。天井領域と屋根領域では、生じた力が天井ないし屋根の応力の長手方向で、張り板層と支柱層によって受け止められる。
【００１８】
ユニットの中で木質繊維が互いにオフセットされていることによって、ないし壁の中で木質繊維が縦に延びていることによって壁の沈下が起こらないので、建築物の長期間にわたる安定性が保証される。
【００１９】
各ユニットが木材だけで製作されているので、これによって建てられた建築物には格別に優れた構造生理学的な特性が生まれる。壁は完全に拡散開放されているので、湿気が拡散して通り抜けることができる。人工樹脂接着剤からの放出物もない。そのうえこのような工法は任意の厚さの壁構造を可能にするので、追加的な絶縁材がなくても相応の厚さの構造物で格別に優れたＫ値(K-Werte)が可能となる。壁や天井に中実木製ユニットが使われるので、非常に優れた防音効果が生まれるとともに、木材だけで製作されていることによってあらゆるエコロジー上の要求事項が格別に優れた形で満たされる。
【００２０】
このような中実木材ユニットで構成された壁や天井は、きわめて簡単かつ合理的なやり方で加工することができる。配管やケーブルを敷設するのに簡単なやり方で溝状の空間部を木材ユニットへの切削加工、あるいは貫通孔の穿設で形成できる。釘、ネジ、だぼなどを壁に挿入することもきわめて容易に可能である。さらに製作時に個々の支柱層又は張り板層を適切に省略したり、隣接する木材を抜き取ったり、貫通孔を穿設することによって既製ケーブルダクトシステムをユニットに施すことができる。
【００２１】
プレハブ部品としての生産のときに、又は事後的に工事中に、たとえば全面保温材、塗り下地、背面通気性のファサードといった多種多様な断熱システムをユニットに取り付けることもできる。
【００２２】
次に、図面に描かれた実施例を参照しながら本発明について詳しく説明する。図１は本発明による積層木材ユニットを示す模式的な斜視図である。
【００２３】
積層木材ユニット１は、木材３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅおよび３ｆの複数の層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅおよび２ｆでできている。その際隣接する層２ａ，２ｂ，２ｃないし２ｄ，２ｅ，２ｆの木材３ａ，３ｂ，３ｃないし３ｄ，３ｅ，３ｆは、異なる向きを有している。内側の層２ｃと２ｄの木材３ｃと３ｄは支柱として構成されており、同一の方向を向いている。内側の層２ｃ，２ｄの木材３ｃ，３ｄの厚さｓ_iは、外側の層３ａ，３ｂないし３ｅ，３ｆの木材２ａ，２ｂないし２ｅ，２ｆの厚さｓ_aおよびｓ_mよりも大きい。
【００２４】
層２ａから２ｆは、層２ａから２ｆに対してほぼ垂直に木材３ａから３ｆに差し込まれただぼ４によって相互に接合されている。だぼ４は網目状に配置されている。
【００２５】
層２ａから２ｆの厚さｓ_i，ｓ_a，ｓ_mは、利用目的と静力学的な要求に応じて８ｍｍから１２０ｍｍの間で可変であり、任意に組み合わせることができる。個々の層２ａから２ｆとだぼ４との間の格別な接合品質は、だぼ４と木材３ａから３ｆとの間に木材水分差を的確に設定することによって得られる。だぼ４は木材３ａから３ｆよりも相応に強く乾燥させられており、それによってだぼ接合後に水分交換のために水を周囲の木材から吸収する。このことが体積膨張を引き起こして、だぼ４の格別に優れた楔止めと引抜き強度をもたらす。だぼ４の直径はユニットの厚さと用途に応じて８から４０ｍｍであってよい。だぼの長さは、数個の層２ａから２ｆの厚さから、積層木材ユニット１全体の厚さまで可変である。
【００２６】
複数の積層木材ユニットを互いに従来式のほぞ接ぎ、相欠接ぎ、蟻組接ぎ（組接ぎ）又はネジによって連結して屋根材や壁材にすることができる。コーナー接合もこのような仕方で可能である。コーナー接合のためには、追加的に厚さが最高１００ｍｍの大型のだぼを、適切な木材水分差の上述した原理に基づいて使用する。
【００２７】
図２の積層木材ユニットは、図１のものと大筋で一致している。同一の部分には同一の符号が付されている。相違点は、層２ｅ’が、他の木材に対してほぼ４５°の角度で配置された木材３ｅ’で構成されている点だけである。この木材３ｅ’の延設形態は破線で示唆されている。
【００２８】
図３には、層２ａから２ｆを貫くだぼ４が拡大した縮尺で描かれている。このだぼ４には端面に両側からそれぞれ楔５が打ち込まれており、それによって、まだ水分平衡が行われていないときでもこのだぼ４をすでに固定している。
【００２９】
この積層木材ユニット４を使えば追加的な支持骨組を使わなくても、プレハブ工法の原理に基づいて2階建て以上の建築物を実現することができる。この場合、階層の高さの個別壁、又はグリッド寸法の区画部材であってグリッド幅で複数の階層にわたって延びているもの、を製造することができる。
【００３０】
複数の積層木材ユニット４を組み合わせて天井材ないし屋根材にするときは、２つの受け面の間の荷重域をこれらの積層木材ユニットが長さに応じて橋渡しすることができる。同様に、このような仕方で天井材ないし屋根材を階層の長さ全体に施工することも可能であるが、この場合には当然ながら静力学的な要求事項を考慮しなくてはならない。
【００３１】
層の数、および直立する板を含む層と、水平ないし対角線に配置された層との関係は、いずれも任意に可変であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による積層木材ユニットを示す模式的な斜視図
【図２】若干異なる積層木材ユニットを示す図１に対応する図
【図３】本発明による積層木材ユニットを示す模式的な部分横断面図

Claims (12)

1. 直接隣り合って配置された張り板状又は支柱状の木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）の互いに接合された少なくとも３つの層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）を備えた既製積層木材ユニット（１）であって、少なくとも２つの隣接する層（２ａ、２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）が異なる向きを有しているものにおいて、
   だぼ（４）を含む積層木材ユニット（１）が単一素材で構成されていて木材だけでできており、
   個々の層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の接合が、木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）の層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）を貫通する前記だぼ（４）によって行われることを特徴とする積層木材ユニット。
2. 前記だぼ（４）が網目状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の積層木材ユニット（１）。
3. 支柱として構成された木材（３ｄ，３ｅ）の同一の向きに配置された少なくとも２つの隣接する層（２ｄ，２ｅ）が備えられており、これらの支柱は幅方向で互いにオフセットされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層木材ユニット（１）。
4. 木材（３ａ，３ｆ）の少なくとも１つの外側の層（２ａ、２ｆ）が張り板によって形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
5. 木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）の層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の厚さ（ｓa，ｓm，ｓi）が外側から内側に向かって増大していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
6. 木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）の層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の厚さ（ｓa，ｓm，ｓi）が内側から外側に向かって増大していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
7. 少なくとも１つの層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）が溝状の空間部を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
8. 前記だぼ（４）と木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）との間の接合が実質的に、層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）とだぼ（４）との間の水分平衡による体積増大の結果として生じる摩擦接合によって行われることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
9. 前記だぼ（４）が端面側で打ち込まれた楔（５）によって固定されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
10. 互いに平行又は垂直に配置された層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）だけでなく、他の層（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｆ）に対して斜めに配置された木材（３ｅ’）の付加的な層（２ｅ’）が備えられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）を製造する方法において、前記だぼ（４）の水分含有量を層（２ａ、２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）の水分含有量よりも低下させ、乾燥しただぼ（４）を木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）の層（２ａ、２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ）の孔に挿入し、その際前記だぼ（４）と孔の断面積は、木材（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ）とだぼ（４）の間の木材水分交換によってだぼ（４）の体積膨張の結果として摩擦接合的な接合が生じるように設定されることを特徴とする方法。
12. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の積層木材ユニット（１）を利用した構造において、複数の積層木材ユニット（１）が壁材、天井材および屋根材と いった広い面積の部材に連結されていることを特徴とする構造。

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