JP3866148B2 - 集成材の接合構造及び連結金物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、集成材の接合構造と、該接合構造に利用される連結金物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
木造建築の基本的な構法種別としては、いわゆる在来軸組構法、枠組壁構法、丸太組構法などがある。これらの構法は、従来より、建築基準法や同法施行令、建設省告示などによって、構造部材の材種、寸法、配置、接合形態その他の仕様が詳細かつ具体的に規定されていた。また、木造建築の構法としては、床組や壁組などの構造耐力要素を予め工場で一括生産して現場で組み立てるプレファブ構法やパネル構法などもある。かかる構法のうち在来軸組構法や枠組壁構法を基本形式とするものについては前記建築基準法などの仕様規定が適用されるが、法規上、想定されていない特殊な構造にかかる構法については、個別に建設大臣の認定を受ける必要があった。
【０００３】
しかし、阪神淡路大震災の教訓と規制緩和の観点を踏まえて平成１２年に建築基準法が大改正され、建築物の構造的性能や防火性能に関する規定が大幅に変更されることとなった。この法改正では、前記従来のような「仕様規定」ではなく、建築物が必要とする性能を明示する「性能規定」を導入することによって、新規な構法や新規な材料に柔軟に対応できる仕組みが法制化された。併せて、性能規定を有効ならしめるためのサブシステムとして、建設大臣（国土交通大臣）による新たな認定制度のほか、型式適合認定制度や型式部材等製造者認証制度が新たに設けられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような建築基準法とその関連法規の改正により、木造住宅に利用しうる構法や材料のバリエーションも拡大することとなった。
【０００５】
具体的には、例えば構造躯体の一部に構造用集成材を利用した建築物について、旧法による仕様規定では大断面集成材を利用した大断面木造の仕様は基準化されていたものの、量産を前提とするプレファブ住宅などの構造躯体に中断面以下の集成材を利用する構法は原則として認められていなかった。しかし、前記法改正により部材断面の寸法規制なども緩和され、構造躯体に中断面以下の集成材を利用した構法についても、一定の性能基準さえ満たせば型式適合認定や型式部材等製造者認証を受けられる可能性が生まれた。
【０００６】
ラミナを積層接着して形成される集成材は、天然製材に比べて強度や寸法安定性に優れるとともに、高い意匠性や造形性も備え、また森林資源の有効活用に寄与する効果も大きい。そのため、近年では需要も増加しており、この集成材の長所を十分に活かした木造住宅の新規な構法の開発が求められているところである。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、住宅をはじめとする比較的小規模な木造建築に適した新規な構法として、ラーメン構造を基本形式とする構造躯体に中断面又は小断面の構造用集成材を利用した集成材構法を提供することを目的とする。そのために本発明は、かかる集成材構法の構造耐力要素のひとつとして、集成材からなる柱と梁との接合構造の具体的構成と、該接合構造に利用される連結金物を開示することを解決課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、中断面又は小断面集成材からなる柱と梁とが一対の連結金物によって梁勝ち状態に剛接合される接合構造であって、各連結金物は、ドリフトピン又はボルト用の固定孔を有する１枚のプレート部と、このプレート部の一側辺から並行に延出する２本のパイプ部とを結合して形成され、柱の端部には柱端面に開口するスリットが柱幅方向に形成されるとともに、梁における柱端面の当接部には梁せい方向に貫通する２本一組のほぞ孔が梁間方向に適宜間隔を設けて２箇所に形成され、前記一対の連結金物の各パイプ部を梁の各ほぞ孔に嵌入するとともに、プレート部を柱のスリットに嵌入し、ドリフトピン又はボルトを用いて連結金物を柱及び梁にそれぞれ固定することにより柱と梁とが剛接合されることを特徴とする。
【０００９】
このように、１枚のプレート部と２本のパイプ部とを結合してなる連結金物を対にして、柱と梁との接合部に適宜間隔を設けて配置することにより、柱と梁との当接部における回転方向の耐力が強化され、集成材からなる柱と梁との接合部を剛とする強固な集成材ラーメンフレームを形成することができる。
【００１０】
本発明は、さらに、各連結金物の２本のパイプ部にそれぞれ形成される、ドリフトピン又はボルト用の固定孔が、２本のパイプとの間で相互に高さをずらした位置に形成されてもよい。
【００１１】
また、連結金物のパイプ部とプレート部との接合部分には長孔が形成されて、該接合部分における降伏強度が小さくなるように構成されてもよい。
【００１２】
なお、集成材には構造用集成材と造作用集成材があるが、本発明の集成材構法に用いられるのは構造用集成材である。構造用集成材の規格については、平成８年農林水産省告示第１１１号をもって従前の「構造用集成材の規格」と「構造用大断面集成材のＪＡＳ」とが一本化され、新たに「構造用集成材のＪＡＳ」として制定されている。この規格では、「大断面集成材」とは、断面の短辺が１５ｃｍ以上、かつ断面積が３００平方ｃｍ以上のものをいい、「中断面集成材」とは、断面の短辺が７．５ｃｍ以上、長辺が１５ｃｍ以上であって、大断面集成材以外のものをいう。また、「小断面集成材」とは、断面の短辺が７．５ｃｍ未満又は長辺が１５ｃｍ未満のものをいう。本発明は、この規格に基づいて構造用集成材の断面サイズを定義づける。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
本発明の集成材の接合構造は、ラーメン構造を基本形式とした構造躯体である集成材ラーメンフレームにおける柱及び梁の接合部に係る接合構造であり、この柱及び梁は中断面又は小断面集成材の単材によって形成される。この集成材ラーメンフレームを複数組、組み合わせることによって本発明が目的とするところの集成材構法を実現することができる。
【００１５】
ラーメンフレームは、建物の形態に応じて適宜、組み合わせられる。ラーメンフレームの形状は、門形、山形、台形などが可能であり、また、単層でも複層でも可能である。
【００１６】
図１から図５は、参考形態に係る集成材ラーメンフレームの接合構造を示し、図１は集成材ラーメンフレームの正面図、図２は集成材ラーメンフレームの上面図、図３は集成材ラーメンフレームの側面図、図４は前記集成材ラーメンフレームの部分正面図、図５は連結金物の斜視図である。
【００１７】
例示する集成材ラーメンフレーム１は、スパン３ｍ程度の梁勝ち門形ラーメンであって、柱１１には断面１０５ｍｍ（柱厚）×３９０ｍｍ（柱幅）の中断面集成材、梁１２には断面１０５ｍｍ（梁幅）×３９０ｍｍ（梁せい）の中断面集成材がそれぞれ単材で利用される。ただし、柱１１や梁１２の断面寸法はこれに限定されるものではなく、スパンが小さい場合には小断面集成材を利用することもできる。また、実用的なスパンの大きさとしては概ね７ｍ位まで可能である。
【００１８】
この中断面集成材からなる柱１１と梁１２とは、各接合部に２個ずつの連結金物１３により剛接合される。各連結金物１３は、鋼製のプレート部１３１及びパイプ部１３３を備え、それぞれにドリフトピン又はボルト用の固定孔１３２、１３４が形成されている。連結金物１３は、このプレート部１３１とパイプ部１３３とを溶接等により一体化して羽子板状に形成され、プレート部１３１の一側辺からパイプ部１３３がプレート部１３１と同軸上に延設されている。このとき、プレート部１３１に設けられる固定孔１３２とパイプ部１３３に設けられる固定孔１３４とは、同一方向に貫通して形成される。
【００１９】
また、柱１１の端部には柱端面に開口するスリット１１１が柱幅方向（図１における左右方向）に形成されるとともに、連結金物１３のパイプ部１３３と略同径の孔部（図示省略）がスリット１１１の両端近傍に形成される。また、梁１２における柱端面の当接部には梁せい方向に貫通するほぞ孔１２１が梁間方向に適宜間隔を設けて２箇所ずつ形成される。連結金物１３は、それぞれのパイプ部１３３が梁１２の各ほぞ孔１２１に嵌入される一方、プレート部１３１が柱１１のスリット１１１に嵌入される。連結金物１３は、柱１１と梁１２との当接部の両端近傍に配置されることが構造耐力上望ましく、その間隔は、柱幅及び連結金物１３のプレート部１３１の大きさを考慮して適宜決定される。柱１１と梁１２に跨って挿入される各連結金物１３は、柱１１及び梁１２の側面（図１おける正面又は背面）から挿入される複数本のドリフトピン５１及びボルト５２を介して、柱１１及び梁１２と一体に接合される。ドリフトピン５１及びボルト５２は、その剪断耐力によって接合部の強度を担保するが、ボルト５２はナットと締結されることにより、スリット１１１やほぞ孔１２１等が形成された材端部分を締め付けるという機能も発揮する。このように、間隔を設けて配置した２個の連結金物１３を介して柱１１と梁１２とを接合することにより、柱１１と梁１２との当接部における回転方向の耐力が強化され、柱１１と梁１２との接合部を剛とする強固な集成材ラーメンフレーム１を形成することができる。
【００２０】
さらに、前記のように間隔を設けて配置された連結金物１３の中間には補助金物１４が配置されてもよい。この補助金物１４は、例えば連結金物１３のパイプ部１３３と略同径の筒状、あるいは連結金物１３のプレート部１３１と略同厚の平板状に形成され、両端にドリフトピン又はボルト用の固定孔１４１を備える。補助金物１４の両端は、柱１１に形成されたスリット１１１及び梁１２に形成されたスリット又は孔部（図示省略）に挿入され、前記連結金物１３と同様、それぞれドリフトピン５１又はボルト５２によって固定される。
【００２１】
このように、連結金物１３と補助金物１４とを併用して、柱１１と梁１２とを接合することにより、柱１１と梁１２との当接部における剪断方向の耐力が強化される。
【００２２】
なお、柱と梁の接合構造は、図９示す従来の形態のように、梁せい及び柱幅全体にわたって接合プレート７３を挿入する形態も可能である。しかし、この場合は柱７１及び梁７２それぞれのスリット７１１、７２１を加工するために大径（直径１ｍ前後）の丸鋸が必要になり、コストや手間が嵩む。これに対し、本発明の接合構造では、柱端面に形成するスリット１１１の深さが柱幅の半分ないし１／３程度で済むので、直径３０ｃｍ程度までの小径の丸鋸での加工が可能になる。この程度の深さでも、連結金物１３の大きさ、ボルト５２やドリフトピン５１の配置などを適正に設計することにより、実用上、十分な接合強度や粘りを確保することができるが、スリット加工の容易性は図９に示したような従来の形態に比べて格段に向上する。
【００２３】
図６及び図７は、本発明の実施の形態に係る集成材の接合構造を示す。この接合構造は、図１〜図５に示した参考形態に係る接合構造を改良して接合強度を向上させたものであり、前記参考形態とは連結金物の構成が相違している。以下、その相違点について詳細に説明し、その他共通の部分は同一の符号を用いることによって詳細な説明は省略する。
【００２４】
この実施の形態に係る連結金物２３は、一枚のプレート部２３１に対しパイプ部２３３を２本備える。各パイプ部２３３は、プレート部２３１の一側辺から並行に延出するようにプレート部２３１と一体化して形成されている。プレート部２３１には固定孔２３２が複数設けられている。また、図６に示されるように、パイプ部２３３のそれぞれに形成される固定孔２３４は、２本とも対応した同一の位置に形成されるのではなく、相互に高さをずらした位置に形成される。
【００２５】
梁１２の接合部に形成されるほぞ孔１２１は、連結金物２３の形状に対応し、梁間方向に所定間隔を隔てて２箇所に２本ずつ形成される。各連結金物２３は、それぞれのパイプ部２３３が各ほぞ孔１２１に嵌入される一方、プレート部２３１がスリット１１１に嵌入される。そして、柱１１及び梁１２の側面から複数本のドリフトピン５１又はボルト５２が打ち込まれ、各連結金物２３が柱１１及び梁１２と一体に接合される。
【００２６】
さらに、この実施の形態に係る連結金物２３においては、各パイプ部２３３の下端側に長孔２３６が設けられている。長孔２３６は、パイプ部２３３の下端を細長く切り欠いて形成され、パイプ部２３３の正面側と背面側との両面に形成される。この長孔２３６は、プレート部２３１とパイプ部２３３との接合部分における降伏強度を小さくするために設けられる。これにより、柱１１と梁１２との接合部に対して過大な荷重が作用したとき、これら木材に生じる割裂を防ぐものである。
【００２７】
また、本発明の実施の形態においても、前記参考形態と同様に、柱１１に形成されるスリット１１１は、直径３０ｃｍ程度までの小径の丸鋸での加工が可能であるため、スリット加工を容易にすることができる。
【００２８】
図８は、応用形態に係る集成材ラーメンフレームの接合構造を示す分解斜視図である。この応用形態は、図１〜図５に示した参考形態に係る集成材ラーメンフレーム１の梁１２に、下層部の柱１１と上層部の柱３５とが連結金物３３及び結合プレート３７を介して立設される接合構造である。
【００２９】
連結金物３３は、前記参考形態に示した連結金物１３と同様、羽子板状に一体化されたパイプ部３３３とプレート部３３１とを備えるとともに、パイプ部３３３の他端にはスリットを有する挟持部３３５が形成されている。挟持部３３５の端部には固定孔３３６が設けられ、この固定孔３３６を介して挟持部３３５に結合プレート３７が接続されるようになっている。結合プレート３７は平坦な板片で、ドリフトピン５１等を挿入するための固定穴３７１を複数個備えている。
【００３０】
この連結金物３３は、まず、パイプ部３３３が梁１２の下面側からほぞ孔１２１に挿入され、梁１２の側面から挿入されるボルト５２によって梁１２に固定される。梁１２の下面側に突出したプレート部３３１及びパイプ部３３３下端は、下層部の柱１１の上端部に形成されたスリット１１１及び孔部１１２に挿入され、柱１１の正面又は背面から挿入されるドリフトピン５１又はボルト５２によって柱１１に固定される。次いで、パイプ部３３３上端の挟持部３３５に梁１２の天面側から結合プレート３７が挿し込まれ、結合プレート３７に上層部の柱３５が挿装されることとなる。
【００３１】
この上層部の柱３５を梁１２の天面上に立設するには、上層部の柱３５の下端部に形成されたスリット３５１及び孔部３５２に、梁１２の天面側に突出した前記結合プレート３７及びパイプ部３３３上端を挿入する。そして、上層部の柱３５の正面又は背面から嵌入されるドリフトピン５１又はボルト５２によって、パイプ部３３３及び結合プレート３７と柱３５とが一体に固定される。こうして、梁１２を挟んで上下の柱１１、３５が連結が完了する。
【００３２】
また、梁１２に小梁等の横架材３６を架着するに際しては、例示のような接合金物３８を使用することもできる。この接合金物３８は、背板３８１と、背板３８１に直交する一対の側板３８２とを有する。背板３８１は梁１２の側面に当てがわれ、連結金物３３を固定するためのボルト５２により共締めされて梁１２に固定される。そして梁１２の側方に突出した側板３８２が横架材３６の端部に形成されたスリット３６１に挿入され、横架材３６の側面から挿入されるドリフトピン５１又はボルト５２を介して横架材３６と連結される。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の集成材の接合構造は、１枚のプレート部と２本のパイプ部とを有する連結金物を対にして用いることにより、柱と梁とが梁勝ち状態に剛接合されるものである。そのため、これを組み合わせて構築される構造躯体は、天然製材を用いて構築される一般的な在来軸組構法に比して強度に優れ、高い剛性をするものとなる。特に、剛性の面では、接合部分へのドリフトピン又はボルトのめり込みや、梁と柱端面との当接部での面圧効果によって、接合部の初期剛性が従来に比して格段に高められる。したがって、柱や耐力壁の配置に関する設計の自由度が増大するとともに、筋違いや方杖、火打などの補強部材を省略することが可能になり、大スパンの空間や間口の大きい開口部を形成するのが容易になる、また、上層階では下層階の無柱部分の上方に柱を形成し、下層階と上層階とで柱位置の異なる空間とすることも可能になる。
【００３４】
また、本発明の集成材の接合構造は、柱と梁との接合部に一対の連結金物を使用し、これらをボルトやドリフトピンによって柱と梁に結合するので、接合部の加工及び組み立てが容易であり、加工精度も高い。これにより、現場での施工時間を短縮することができる。
【００３５】
また、柱や梁に用いる中断面又は小断面集成材は、意匠性に優れ、天然製材とは異なる趣を備えるので、この集成材を建物の外観や内観にあらわし仕上げとすることにより、木質素材の温かい風合いと、骨太で力強い印象を兼ね備えた個性的な空間を形成することができる。
【００３６】
また、本発明の連結金物は、パイプ部とプレート部との接合部分に長孔が形成されて、該接合部分における降伏強度が小さくなされているので、接合部分に対して過大な荷重が作用したときに、柱や梁の端部に生じる割裂を防ぎやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の前提となる参考形態に係る集成材ラーメンフレームの正面図である。
【図２】 前記集成材ラーメンフレームの上面図である。
【図３】 前記集成材ラーメンフレームの側面図である。
【図４】 前記集成材ラーメンフレームの柱・梁接合部を拡大して示す部分正面図である。
【図５】 前記集成材ラーメンフレームの柱・梁接合部に用いられる連結金物の斜視図である。
【図６】 本発明の実施形態に係る集成材ラーメンフレームの柱・梁接合部の部分正面図である。
【図７】 図６に示す柱・梁接合部の部分上面図である。
【図８】 本発明の応用形態に係る柱・梁接合部の分解斜視図である。
【図９】 従来の接合構造による接合部を示す正面図である。
【符号の説明】
１１ 柱
１１１ スリット
１２ 梁
１２１ ほぞ孔
１３ 結金物
１３１ プレート部
１３２ 固定孔
１３３ パイプ部
１３４ 固定孔
１４ 補助金物
２３ 連結金物
２３１ プレート部
２３２ 固定孔
２３３ パイプ部
２３４ 固定孔
２３６ 長孔
３７ 結合プレート
５１ ドリフトピン
５２ ボルト

Claims (4)

1. 中断面又は小断面集成材からなる柱と梁とが一対の連結金物によって梁勝ち状態に剛接合される接合構造であって、
   各連結金物は、ドリフトピン又はボルト用の固定孔を有する１枚のプレート部と、このプレート部の一側辺から並行に延出する２本のパイプ部とを結合して形成され、
   柱の端部には柱端面に開口するスリットが柱幅方向に形成されるとともに、梁における柱端面の当接部には梁せい方向に貫通する２本一組のほぞ孔が梁間方向に適宜間隔を設けて２箇所に形成され、
   前記一対の連結金物の各パイプ部を梁の各ほぞ孔に嵌入するとともに、プレート部を柱のスリットに嵌入し、ドリフトピン又はボルトを用いて連結金物を柱及び梁にそれぞれ固定することにより柱と梁とが剛接合されることを特徴とする集成材の接合構造。
2. 各連結金物の２本のパイプ部にそれぞれ形成される、ドリフトピン又はボルト用の固定孔が、２本のパイプとの間で相互に高さをずらした位置に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の集成材の接合構造。
3. 連結金物におけるパイプ部とプレート部との接合部分には長孔が形成されて、該接合部分における降伏強度が小さくなされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の集成材の接合構造。
4. 中断面又は小断面集成材からなる柱と梁とを梁勝ち状態に剛接するための連結金物であって、ドリフトピン又はボルト用の固定孔をそれぞれ有するプレート部とパイプ部とが羽子板状に結合され、前記プレート部とパイプ部との接合部分には長孔が形成されて、該接合部分における降伏強度が小さくなされたことを特徴とする連結金物。

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