JP4198697B2 - 木造建築構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、木造建築構造体に関するものである。更に詳しくは、屋根などに木部材を組み合わせてつくる構造体としての湾曲面を有する木造建築構造体であって、特に技術を持たない一般作業者でも木部材の組み合わせ部分の精度の高い構築が可能であり、しかも比較的短い工期での施工が可能になり、作業者に対する安全性の向上も図ることができる木造建築構造体に関する。
内側に大空間を有する大屋根などの構造体の骨組みには、トラス構造やラーメン構造が採用されている。これらの構造は、荷重の流れに沿って部材を配し固定した無駄のない構造であるので、巨大な構造体を比較的軽量に、かつ高剛性でつくることができる。
従来は、このような骨組みには鉄などの金属材料が使われていたが、本願発明者は、以前、トラス構造の木材料を使用した構造体を提案した(特許文献1参照)。
特許文献1に記載の建築構造体は、トラス梁を水平方向にV字状に連続して配した屋根部を有する構造であり、構造体としての剛性に優れ、更に木構造としたことにより暖かみを感じさせる独特の外観を有するものである。
特開2002−167857号公報
しかしながら、このような木構造体に対する市場の要求も多様化してきており、特許文献1に記載の建築構造体のようにトラス梁でつくられた屋根部が水平であるものばかりでなく、屋根部を例えばトラス形状の木部材の組み合わせ構造(以下、木組み構造という)として、構造体としての殻に湾曲面を形成するようにした木造建築構造体(シェル構造や殻構造ともいわれる)が施工されるようになってきた。
上記木造建築構造体の施工にあたっては、作業者が木部材を現場において横方向に連結または接合しながら順次組み上げて木組み構造部を構築している。
しかし、この構築方法では、作業者が一つ一つの部材を組み上げる際に、部材の寸法誤差や組み立て誤差が重なることにより出る誤差を細かく調整していく必要があるなど、構築がきわめて煩雑であるために、精度の高い構築を行うには、熟練した技術を必要としていた。また、上記理由から工期がどうしても長くなってしまう課題もあり、更には長い工期の期間中、高所で煩雑な作業を行う作業者の安全を確保することも重要な課題となっていた。
(本発明の目的)
本発明の目的は、屋根などに木部材を組み合わせてつくる構造体としての湾曲面を有する木造建築構造体であって、特に技術を持たない一般作業者が作業をしても木部材の組み合わせ部分の精度の高い構築を可能にする木造建築構造体を提供することである。
本発明の他の目的は、作業を効率化することにより比較的短い工期での施工を可能にする木造建築構造体を提供することである。
本発明の更に他の目的は、作業者に対する安全性の向上を図ることができる木造建築構造体を提供することである。
上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。
本発明は、
施工箇所を囲むように設けられている支柱に取り付けられている桁梁に並設された複数のユニット取付部材を有し、各ユニット取付部材には殻構成ユニットを取り付けるための複数の取付部が設けられており、
上記取付部は平面部により構成され、複数の取付部がそれぞれ互いに角度を異にして長手方向に連設されることによって上記ユニット取付部材は上側が膨らむよう湾曲した円弧を描くように形成されており、
上記取付部には、予め形成された殻構成ユニットが上記ユニット取付部材間に架け渡し且つ各ユニット取付部材の長手方向へ連設されて、取り付けられた複数の殻構成ユニットの上面は湾曲面を描くように形成されており、
上記殻構成ユニットは、平行に設けられた横材と、該横材の両端側に設けられている縦材とを有し、該縦材間には、横材に対してV字状に接合された斜材がジグザグ状に配置されており、
上記横材を貫通して設けられている連通孔は、各斜材に設けられている連通孔と通じており、
隣接する他の殻構成ユニットを連結する芯部材は、横材に設けられている連通孔を貫通し各斜材に設けられている連通孔まで挿入され、連結する他の殻構成ユニットとの接合側が外部へ突出しており、
横材の連通孔および斜材の連通孔と芯部材との隙間に接着剤が充填固化されて横材と各斜材は接合されており、
殻構成ユニットの横材には、外部に突出している芯部材を挿通する中空の連通孔が設けられており、該中空の連通孔に対向する側の突出している芯部材を挿通し、連通孔と芯部材との隙間に接着剤を充填し固着することにより殻構成ユニットの横材に接合している斜材の接合部を対峙させて殻構成ユニットを連結するようにした、
木造建築構造体である。
取付部材の取付部は、連設された複数の角度の異なる平面部により構成されている構造の他、単に連続した湾曲面で構成されていてもよい。連続した湾曲面で構成されている場合は、取り付けられる殻構成ユニットの取付部の形状を上記湾曲面に隙間なく合わさるように曲面状につくることもできる。
殻構成ユニットは、屋根部を構成することもできるし、壁部や床部を構成することもできる。
殻構成ユニット同士を連結する連結手段は特に限定するものではなく、公知各手段を採用することができる。例えば、連結部の双方に設けられる連通孔にそれらをつなぐようにボルトなどの芯部材を通し連通孔内に接着剤を充填することにより連結する方法の他、連結部の双方に貫通した連通孔を設けてボルト・ナットで連結する方法、また取付金具などの専用の連結具を使用して連結する方法、更にそれらに接着を組み合わせる方法などである。
殻構成ユニットは、例えば工場などでNC(numerically controlled:数値制御)加工機などを使用して木部材の各部を精密に加工し、予め組み上げて精度よくつくっておくことができるので、施工現場での組み上げ部の細部の調整は不要である。
殻構成ユニットの材料としては無垢の木部材の他、集成材などが使用されるが、それらに限定されるものではなく、少なくとも木部材が主要部材として使用されていれば、それらと合成樹脂や金属などを複合した部材あるいはそれらと合成樹脂や金属などを組み合わせて採用することもできる。
殻構成ユニットの外形や木組みの構造は様々につくることができる。例えば、外形が四角形状などであるが、これに限定されず、五角形や六角形などの他の多角形状のものや、円形状や楕円形状のもの、あるいは異形状のものを採用することもできる。なお、殻構成ユニットは、互いに連結したときに接合部に隙間を生じない形状のものを採用するのが好ましいが、これに限定するものではなく、用途やデザインに応じて適宜隙間が設けられる形状のものを使用してもよい。
殻構成ユニットは、全体に平板状のものでもよいし、殻構成ユニットの厚み方向へ湾曲したり折れ曲がったようないわば立体的な構造を有するものでもよい。
殻構成ユニットは、全部同じ形状のものを使用してもよいし、異なる形状のものを組み合わせて使用することもできる。殻構成ユニットの架設方向は、水平方向や垂直方向でもよいし、傾斜させてもよい。
(作用)
本発明に係る木造建築構造体の作用を説明する。なお、ここでは本発明の各構成要件のそれぞれに、後述する実施の形態において使用した符号を対応させて付与し説明するが、この符号の付与は、あくまで説明の理解を容易にするためであって各構成要件の上記各部への限定を意味するものではない。
(1)まず、施工箇所を囲むように支柱(1)などの木造建築構造体の支持部となるものを設ける。
(2)複数の取付部材(3)を支柱(1)間に取り付ける。
(3)取付部材(3)に湾曲させて長手方向へ設けられた取付部(330)に、殻構成ユニット(4)を取り付けて各取付部材(3)間に架設する。
(4)殻構成ユニット(4)を取付部(330)に沿って取り付けながら、かつ殻構成ユニット(4)同士も連結して、複数の殻構成ユニット(4)を取付部(330)の長手方向に取り付けていく。
このようにして、複数連設された殻構成ユニット(4)は、表面(または上面)によって本質的に湾曲面を描くよう構築され、本質的にシェル構造を有する木造建築構造体がつくられる。
そして、殻構成ユニット(4)上部を金属板やテントシートなどの屋根材で覆うようにする。連設された殻構成ユニット(4)の下方には空間部が形成される。
(a)本発明によれば、屋根などに木部材を組み合わせた構造体としての湾曲面を有する木造建築構造体を施工するにあたり、予め工場などで精度よくつくった殻構成ユニットを取付部に取り付けることにより施工できるので、比較的容易にかつ効率的に作業ができる。また、従来のように端部から木部材を順次組み立てながら連結していくのと違い、寸法誤差や組み立て誤差が重なることにより出る誤差を調整する必要がないので、特に技術を持たない一般作業者が作業をしても高い精度で構築できる。
(b)木造建築構造体の構築作業が比較的容易にかつ効率的にできるので、工期を短くすることが可能になる。
(c)工期が短くなることにより、作業者が高所での危険な作業環境下で作業をする期間も短くすることができるので、作業者に対する安全性の向上を図ることができる。
(d)取付部は連設された複数の角度の異なる平面部により構成されており、各殻構成ユニットが各平面部に各々取り付けられているものは、取付部がつくりやすく、殻構成ユニットの取付部を例えば直線的な形状にすれば、両取付部が隙間なく接するので、取り付け作業が比較的容易であり、取付部にガタなども生じにくく強固に取り付けができる。
(e)殻構成ユニットが、連通孔と芯部材など隣接する他の殻構成ユニットと連結するための連結手段を予め備えているものは、連結する際の作業性に優れる。また、連結部の双方に設けられる各連通孔にそれらをつなぐように芯部材を通し各連通孔内に接着剤を充填する連結手段によれば、殻構成ユニット同士をより強固に連結することが可能になり、構造体全体の強度、剛性がより高くなる。
本発明を図に示した実施例に基づき詳細に説明する。
図1は本発明に係る木造建築構造体の構造を示す斜視図、
図2は木造建築構造体の構築方法を示し、支柱に桁梁を取り付けている状態の説明図であり、(a)は全体図、(b)は支柱と桁梁との連結構造を示す斜視説明図、
図3は木造建築構造体の構築方法を示し、トラス梁ユニットを取り付けている状態の説明図であり、(a)は全体図、(b)は支柱とトラス梁ユニットとの連結構造を示す斜視説明図である。
図4は木造建築構造体の屋根部の構築の過程を示す説明図、
図5はトラス梁ユニットに対する殻構成ユニットの取り付け方法を示す説明図、
図6は殻構成ユニット同士の連結方法を示す説明図、
図7は図6における連結部を拡大した分解斜視説明図、
図8は図6における連結部を拡大した分解説明図で、(a)は側面視断面説明図、(b)は接合面の正面図である。
木造建築構造体Aは、六本の支柱1と、四本の桁梁2、ユニット取付部材である三本のトラス梁ユニット3及びトラス構造の多数の殻構成ユニット4で構成されている。
各支柱1は、図2(a)に示すように等間隔で片側三本ずつ二列に配置されて立設してある。各支柱1は基礎10の上に取り付けられている。取り付けの方法は、後述する支柱1と桁梁2の取付構造とほぼ同様であるので、ここでは説明を省略する。
各列を構成する三本の各支柱1の上部間には、それぞれ桁梁2が水平に取り付けられている。図2(b)を参照して、支柱1と桁梁2の取付構造を説明する。
支柱1の取付側の側面11上部には、縦方向に所要間隔で五箇所に連通孔12が所要深さで設けてある。また、支柱1に取り付けられる桁梁2の先端面にも同様に連通孔22が設けてある。各連通孔12、22には、数箇所に孔拡張部(後述図8(a)参照)が設けてある。
支柱1の連通孔12と桁梁2の連通孔22は、各連通孔が対応するように高さが合わせられ、連通する連通孔12、22内にはそれぞれ連結ボルト19が通される。そして、連通孔12、22内の連結ボルト19との隙間に接着剤(図示省略)が充填される。接着剤は他の種類の接着剤を使用することもできる。接着剤が固化することにより、支柱1と桁梁2は強固に連結される。なお、この連結構造及び方法に関しては、本願出願人がすでに出願した特開2004−92058において開示した方法を採用している。
支柱1に取り付けられた桁梁2と水平かつ直角方向に配置された三組の支柱1の上部間には、それぞれトラス梁ユニット3が水平に取り付けられている。
トラス梁ユニット3は、図3(a)、(b)に示すように、下部に真っ直ぐな横梁30を有し、その上面側にそれぞれ多数の縦材31と斜材32及び後述する殻構成ユニット4を取り付けるための取付材33が木組みされた構造である。
上部側に長手方向に所要数設けてある各取付材33の上面は取付面330となっており、各取付面330は凹凸や曲がりのない平面部となっている。各取付面330の長さは、後述する殻構成ユニット4の幅とほぼ同じに設定されている。
各取付材33の取付面330は、それぞれ互いに角度が異なっており、長手方向に連設されることによって、本質的に上側が膨らむよう湾曲し中央が最も高い擬似円弧を描くように構成されている。なお、この構造は、取付材33の角度を順次変えて連設した構造であるので、例えば湾曲した部材をつないで円弧状に形成する構造とは相違して比較的つくりやすい。
各トラス梁ユニット3の横梁30の両端部は、図3(b)に示すように支柱1の取付側の側面13の上端部に縦に設けられた溝14に嵌められ、締付ボルト(図示省略)で固着されている。なお、この部分の固着には、例えば接着剤による接着など他の固着手段を採用することもできる。また、各支柱1の上面15は、両端部の取付材33の取付面330と斜面が連続するよう傾斜させてある。
本質的に円弧を描くように設けられた取付面330に殻構成ユニット4を各トラス梁ユニット3に架け渡して取り付けられる。
殻構成ユニット4の構造は、図6に示すように平行に設けられた横材40、41の間に三本の縦材42(横材40、41の両端側に配置)と多数の斜材43を固着した構造であり、各斜材43はジグザグ状(連続したV字状)に設けてある。
横材40、41と各斜材43の固着は、図7、図8に示すように本質的に上記支柱1と桁梁2の取付構造と同じである。
詳しくは、各斜材43は横材40、41に対してV字状に接合されている。各斜材43は、先端を図8(a)に示すように二つの交わる接合面(符号省略)で尖らせるよう加工し、各接合面は他の斜材43の接合面及び横材40、41の接合面に密着できるよう形成してある。
そして、横材40、41には図8(b)に示すように四箇所に連通孔44が設けてある。各連通孔44は横材40、41を貫通しており、更に横材40、41に接合される各斜材43にもそれらと通じる連通孔45が設けてある。
各斜材43の連通孔45には、それぞれ二箇所にやや径大に拡張された孔拡張部46が設けてある。孔拡張部46は内部に接着剤(図示省略)が充填され固化したときに引っ掛かり部となって連結をより強固にすることができる。
横材40、41の各連通孔44のうち、それぞれ片側二箇所(図7参照:横材40は下側二箇所、横材41は上側二箇所)に芯材である連結ボルト47が挿入される。連結ボルト47の長さの1/2は連通孔44から外部へ出ている。
連結ボルト47を挿入した連通孔44、45には、連結ボルト47との隙間に接着剤(図示省略)が充填され固化される。これによって、横材40、41と各斜材43は接合される。なお、残りの各連通孔44及びそれにつながる連通孔45は中空のままである。
なお、上記各トラス梁ユニット3及び各殻構成ユニット4は、予め工場でつくられている。
上記したように、殻構成ユニット4は、本質的に円弧(擬似円弧)を描くように設けられた取付面330に各トラス梁ユニット3間に架け渡して取り付けられる。
取付面330(または取付材33)と殻構成ユニット4の取り付けは、上記支柱1と桁梁2との連結構造と同様の手段で行ってもよいし、ボルト・ナットや各種固着金具などを使用した、他の一般的な手段を採用してもよい。
各殻構成ユニット4は、順次取付面330に取り付けながら、殻構成ユニット4同士も連結し、複数の殻構成ユニットをトラス梁ユニット3の長手方向に取り付けてある。
なお、殻構成ユニット4同士の連結は、上記中空の連通孔44、45に、対向する側の突出している連結ボルト47を挿通し、連通孔44、45の連結ボルト47との隙間に接着剤(図示省略)を充填し固着することにより行う。また、更に横材40、41の接合面を接着剤で接着することもできる。
このようにして、殻構成ユニット4は、図4、図5に示すように多数連設され、連設された殻構成ユニット4の上面によって本質的に湾曲面を描くよう構築される(図1参照)。そして、殻構成ユニット4で構成された屋根部には、例えば金属板やテントシートなどが上部を覆うように施工され、屋根下部には大きな空間部が形成される。
(作用)
図1ないし図8を参照して、本実施の形態に係る木造建築構造体Aの作用及び構築方法を説明する。なお、構築方法を構成する各部材やユニットの取付構造や方法の詳細については、上記木造建築構造体Aの各部の構造の説明で明らかにしており、重複する説明はここでは省略する。
(1)木造建築構造体Aの施工箇所の六箇所に基礎10を施工し、各基礎10上に支柱1を設置する。
(2)各支柱1の上部間に四本の桁梁2を水平に架設する(図2参照)。
(3)各支柱1の上部間に、上記各桁梁2とは直角方向に三本のトラス梁ユニット3を水平に架設する(図3参照)。
(4)トラス梁ユニット3の上部に長手方向に連設してある取付材33の取付面330に殻構成ユニット4を各トラス梁ユニット3間に架け渡して取り付ける。また、殻構成ユニット4同士も上記のように突出した連結ボルト47を連通孔44、45に挿通し接着剤を使用して連結していく。
(5)各殻構成ユニット4が、トラス梁ユニット3の上面のそれぞれ角度が異なり本質的に全体として円弧を描く取付面330に取り付けられることにより、屋根部に曲面を有する図1に示すような木造建築構造体Aが構築できる。
図9は連結部の第2の例を拡大した分解説明図で、(a)は側面視断面説明図、(b)は接合面の正面図である。
本例に係る殻構成ユニット4aの横材40a、41aと斜材43aを接合する構造は次のとおりである。
まず、横材40aの四箇所に設けられる連通孔44aは、上記図8に示したものと比較して横材40aの長手方向においてやや内側へ寄っている。
幅方向の一方側の二箇所の連通孔44aにつながる斜材43の連通孔45aは、斜材43の方向に沿って形成されている。また、他方側の二箇所の連通孔44aにつながる斜材43の連通孔45bは、連通孔44aの方向と同じ方向に設けてある。また、各連通孔44a、45a、45bには孔拡張部46が設けてある。
鈍角をもってつながる連通孔44a、45aには、中間部で鈍角に曲げられた連結ボルト47aが図9(a)に示すように先端部を一部突出させて挿通され、接着剤(図示省略)で固着される。なお、横材40aと対向して連結される横材41aには、上記構造が横材40aとは図9(a)の奥行き方向において対称位置に設けられる。
そして、連結時には、横材40a側の連結ボルト47aの先端が横材41a側の連通孔44aに挿入され、横材41a側の連結ボルト47aの先端が横材40a側の連通孔44aに挿入される。
図10は連結部の第3の例を拡大した分解説明図で、(a)は側面視断面説明図、(b)は接合面の正面図である。
本例に係る殻構成ユニット4bの横材40b、41bと斜材43bを接合する構造は次のとおりである。
まず、横材40bには連通孔44d(外側二箇所)、44e(内側二箇所にあり、つながっている)が合計四箇所に一列に設けられている。
外側の各連通孔44dにつながる斜材43bの連通孔45dは、連通側の一部を除き斜材43bの方向に沿って形成されている。また、内側の各連通孔44eにつながる斜材43bの連通孔45eは、連通孔44eの方向と同じ方向に設けてある。
そして、鈍角をもってつながる連通孔44d、45dには、中間部で鈍角に曲げられた連結ボルト47cが図10(a)に示すように先端部を一部突出させて挿通され、接着剤(図示省略)で固着される。
次に、横材40bと対向して連結される横材41bには、連通孔44b(外側二箇所)、44c(内側二箇所にあり、つながっている)が合計四箇所に一列に設けられている。
外側の各連通孔44bは横材40bを貫通していない。
また、内側の各連通孔44cは両方でY字状に形成され、それにつながる斜材43bの連通孔45cは、斜材43bの方向に沿って形成されている。
そして、鈍角をもってつながる連通孔44c、45cには、中間部で鈍角に曲げられた連結ボルト47bが図10(a)に示すように先端部を一部突出させて挿通され、接着剤(図示省略)で固着される。なお、各連通孔44a、45a、45bには孔拡張部46が設けてある。
そして、連結時には、横材40b側の連結ボルト47cの先端が横材41b側の連通孔44bに挿入され、横材41b側の連結ボルト47bの先端が横材40b側の連通孔44eに挿入される。
なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまで説明上のものであって限定的なものではなく、上記用語、表現と等価の用語、表現を除外するものではない。また、本発明は図示されている実施の形態に限定されるものではなく、技術思想の範囲内において種々の変形が可能である。
本発明に係る木造建築構造体の構造を示す斜視図。 木造建築構造体の構築方法を示し、支柱に桁梁を取り付けている状態の説明図であり、(a)は全体図、(b)は支柱と桁梁との連結構造を示す斜視説明図。 木造建築構造体の構築方法を示し、トラス梁ユニットを取り付けている状態の説明図であり、(a)は全体図、(b)は支柱とトラス梁ユニットとの連結構造を示す斜視説明図。 木造建築構造体の屋根部の構築の過程を示す説明図。 トラス梁ユニットに対する殻構成ユニットの取り付け方法を示す説明図。 殻構成ユニット同士の連結方法を示す説明図。 図6における連結部を拡大した分解斜視説明図。 図6における連結部を拡大した分解説明図で、(a)は側面視断面説明図、(b)は接合面の正面図。 連結部の第2の例を拡大した分解説明図で、(a)は側面視断面説明図、(b)は接合面の正面図。 連結部の第3の例を拡大した分解説明図で、(a)は側面視断面説明図、(b)は接合面の正面図。
符号の説明
A 木造建築構造体
1 支柱
10 基礎
11 側面
12 連通孔
13 側面
14 溝
15 上面
19 連結ボルト
2 桁梁
22 連通孔
3 トラス梁ユニット
30 横梁
31 縦材
32 斜材
33 取付材
330 取付面
4 殻構成ユニット
4a 殻構成ユニット
4b 殻構成ユニット
40、41 横材
42 縦材
43 斜材
44 連通孔
45 連通孔
46 孔拡張部
47 連結ボルト
40a 横材
40b 横材
41a 横材
41b 横材
43a 斜材
43b 斜材
44a 連通孔
44b 連通孔
44c 連通孔
44d 連通孔
44e 連通孔
45a 連通孔
45b 連通孔
45c 連通孔
45d 連通孔
45e 連通孔
47a 連結ボルト
47b 連結ボルト
47c 連結ボルト

Claims (1)

  1. 施工箇所を囲むように設けられている支柱(1)に取り付けられている桁梁(2)に並設された複数のユニット取付部材(3)を有し、各ユニット取付部材(3)には殻構成ユニット(4)を取り付けるための複数の取付部(330)が設けられており、
    上記取付部(330)は平面部により構成され、複数の取付部(330)がそれぞれ互いに角度を異にして長手方向に連設されることによって上記ユニット取付部材(3)は上側が膨らむよう湾曲した円弧を描くように形成されており、
    上記取付部(330)には、予め形成された殻構成ユニット(4)が上記ユニット取付部材(3)間に架け渡し且つ各ユニット取付部材(3)の長手方向へ連設されて、取り付けられた複数の殻構成ユニット(4)の上面は湾曲面を描くように形成されており、
    上記殻構成ユニット(4)は、平行に設けられた横材(40,41)と、該横材(40,41)の両端側に設けられている縦材(42)とを有し、該縦材(42)間には、横材(40,41)に対してV字状に接合された斜材(43)がジグザグ状に配置されており、
    上記横材(40,41)を貫通して設けられている連通孔(44)は、各斜材(43)に設けられている連通孔(45)と通じており、
    隣接する他の殻構成ユニット(4)を連結する芯部材(47)は、横材(40,41)に設けられている連通孔(44)を貫通し各斜材(43)に設けられている連通孔(45)まで挿入され、連結する他の殻構成ユニット(4)との接合側が外部へ突出しており、
    横材(40,41)の連通孔(44)および斜材(43)の連通孔(45)と芯部材(47)との隙間に接着剤が充填固化されて横材(40,41)と各斜材(43)は接合されており、
    殻構成ユニット(4)の横材(40,41)には、外部に突出している芯部材(47)を挿通する中空の連通孔(44)が設けられており、該中空の連通孔(44)に対向する側の突出している芯部材(47)を挿通し、連通孔(44)と芯部材(47)との隙間に接着剤を充填し固着することにより殻構成ユニット(4)の横材(40,41)に接合している斜材(43)の接合部を対峙させて殻構成ユニット(4)を連結するようにした、
    木造建築構造体。
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