JP4389030B2 - 木造建築物の耐震構造 - Google Patents

Description

本発明は木造建築物の耐震構造に関し、特に、柱と横架材で囲まれた内部空間内に簡易に設置できて理想的な復元力特性を得ることができる耐震構造に関する。

従来、柱と横架材で囲まれた内部空間に設置される耐震構造としては木製の筋交い板が一般的であり、この場合、筋交い板の両端は、柱と梁あるいは土台とのコーナ部に木ネジで固定された筋交いプレートに結合されている。

なお、特許文献１には、軸組の柱に沿った縦方向と横架材に沿った横方向とにそれぞれ補強用鋼棒を建て込み、これら各鋼棒を緊張して軸組縦方向周辺と床等の水平面周辺とをそれぞれ拘束するようにした木造建築物の耐震構造が示されている。
特開２００１−３１７１２５

しかし、上記従来の筋交い構造では、全体強度が筋交いプレートの取付強度によって決定されるため、引張力によって筋交いプレートが剥がれる等により、十分な強度を確保することが困難であるという問題があるとともに、理想的な復元力特性である完全弾塑性型を得ることは原理的に不可能であるという問題もあった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、十分な強度と好適な復元力特性を備え、かつ設置も容易な木造建築物の耐震構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、柱（２，３）と横架材（１，４）で囲まれた四角形の壁空間（Ｓｗ）を形成した木造建築物の耐震構造であって、壁空間（Ｓｗ）内に、柱（２，３）の内側に沿って金属製縦フレーム（４１,４２）を配設するとともに、横架材（１，４）の内側に沿って金属製横フレーム（５１，５２）を配設し、これら縦フレーム（４１，４２）と横フレーム（５１，５２）の両端を互いに回動可能に連結して、壁空間（Ｓｗ）の変形に応じて同様に変形する当該壁空間（Ｓｗ）と相似形の、縦フレーム（４１，４２）と横フレーム（５１，５２）で囲まれた内部空間（Ｓｉ）を形成し、内部空間（Ｓｉ）内にダンパ（７１，７２）を設けて、ダンパ（７１，７２）の一端から突出する連結棒（７３）を縦フレーム（４１，４２）と横フレーム（５１）の下側連結部（６２）に回動可能に連結するとともに、ダンパ（７１，７２）の他端から突出する連結棒（７４，７５）を、下側連結部（６２）と対角位置にある、縦フレーム（４１，４２）と横フレーム（５２）の上側連結部（６２）に回動可能に連結する。

本発明において、地震動が作用すると四角形の壁空間が平行四辺形へ変形し、このとき同様に、四角形の内部空間も平行四辺形に変形する。これに伴い耐震装置が作動して好適な復元力特性を発揮し、木造家屋の倒壊が未然に防止される。特に履歴ダンパや摩擦ダンパを備えると、容易に完全弾塑性型の復元力特性を得ることができるから、木造家屋の耐震性が格段に向上する。加えて、本発明の耐震構造は、耐震装置を内部空間に備えて四角形に成形された横フレームと縦フレームとを、柱と横架材で形成された壁空間内に挿置することで簡易に木造家屋に組み込むことができる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の木造建築物の耐震構造は、十分な強度と好適な復元力特性を備え、かつ設置も容易なものである。

（第１実施形態）
図１において、横架材としての土台１上の左右位置に公知の軸組み工法で左右の柱２，３が立設され、これら柱２，３上に横架材としての梁４が結合載置されて、柱２，３と上下の土台１および梁４に囲まれた四角形の壁空間Ｓｗが形成されている。

壁空間Ｓｗ内にはそれぞれ左右の柱２，３の内側に沿って金属製の縦フレーム４１，４２が配設されるとともに、土台１と梁４の内側にはこれらに沿ってそれぞれ金属製の横フレーム５１，５２が配設されている。これら縦フレーム４１，４２と横フレーム５１，５２はＬ型アングル材で構成されて、当該アングル材の一方の側壁が適宜箇所で木ネジ６１によって柱２，３や梁４、あるいは土台１に固定されている。縦フレーム４１，４２と横フレーム５１，５２は両端部で上記一方の側壁が切り欠かれており、当該両端部で互いに他方の側壁を重ねて（図２）これらを貫通するボルト６２によって互いに回動可能に結合されている。

このような縦フレーム４１，４２と横フレーム５１，５２に囲まれて、上記壁空間Ｓｗと相似形の、四角形の内部空間Ｓｉが形成されており、内部空間Ｓｉ内には耐震装置７が設けられている。本実施形態では耐震装置７は一対の摩擦ダンパ７１，７２を備えている。各摩擦ダンパ７１，７２は一端から突出する金属製連結棒７３がその先端平板部で縦フレーム４１，４２と横フレーム５１を結合するボルト６２に相対回動可能に結合されている。また、摩擦ダンパ７１，７２の他端から延出する操作棒７４，７５は、筋交いのように途中で交差しつつ縦フレーム４１，４２と横フレーム５２を結合するボルト６２に至って、その先端平板部が、縦フレーム４１，４２と横フレーム５１，５２との間でボルト６２に相対回動可能に結合されている（図２）。

このような耐震構造において、地震動が作用すると図３に示すように、左右の柱２，３が梁４の略水平姿勢を保ちつつ起立姿勢から同方向へ傾斜し、これに伴って四角形の壁空間Ｓｗが平行四辺形へ変形する。このとき、縦フレーム４１，４２も上側横フレーム５２の水平姿勢を保ちつつ同様に起立姿勢から同方向へ傾斜して、四角形の内部空間Ｓｉが平行四辺形に変形する。これにより、摩擦ダンパ７２の操作棒７４は引き出され、一方、摩擦ダンパ７１の操作棒７５は押し込まれて、摩擦ダンパ７１，７２が振動減衰力を生じる。柱２，３が逆方向へ傾斜した場合には、摩擦ダンパ７２の操作棒７４が押し込まれ、摩擦ダンパ７１の操作棒７５が引き出されて、同様に摩擦ダンパ７１，７２が振動減衰力を生じる。これにより、柱２，３や梁４、縦横フレーム４１，４２，５１，５２が発揮する弾性力と併せて、完全弾塑性型の復元力特性を得ることができ、木造家屋の耐震性が格段に向上する。

本実施形態においては、耐震装置７を内部空間Ｓｉに備え四角形に成形された横フレーム５１，５２と縦フレーム４１，４２とを、柱２，３と土台１、梁４で形成された壁空間Ｓｗ内に挿置することで耐震構造を簡易に木造家屋に組み込むことができ、加えて、上述した好適な復元力特性も実現することができる。また、全体を金属製とし、これをボルトで結合することによって十分な強度を確保することができる。なお、上記摩擦ダンパに代えて、履歴ダンパもしくはバネと粘性ダンパの組み合わせを使用すれば、好適な復元力特性をより容易に得ることができる。

（参考例）
縦フレーム４１，４２と横フレーム５１，５２で囲まれた内部空間Ｓｉに設ける耐震装置８を図４に示すようなものとしても良い。すなわち、図４において、内部空間Ｓｉの４つのコーナ部に摩擦ダンパ８１，８２が配設されて、その一端から突出する金属製連結棒８３が縦フレーム４１，４２あるいは横フレーム５１に相対回動可能に結合されるとともに、摩擦ダンパ８１，８２の他端から延出する操作棒８４が縦フレーム４１，４２あるいは横フレーム５２に相対回動可能に結合されている。

このような耐震構造において、地震動が作用すると既述のように縦フレーム４１，４２が上側横フレーム５２の水平姿勢を保ちつつ起立姿勢から同方向へ傾斜して、四角形の内部空間Ｓｉが平行四辺形に変形する。これに伴い、互いに対向位置にある一対の摩擦ダンパ８２の操作棒８４が引き出され、一方、互いに対向位置にある他の一対の摩擦ダンパ８１の操作棒８４は押し込まれ、あるいはこれとは逆の作動により、摩擦ダンパ８１，８２が振動減衰力を生じる。これにより、第１実施形態と同様に、完全弾塑性型の復元力特性を得ることができ、木造家屋の耐震性が格段に向上する。なお、本実施形態においても、上記各摩擦ダンパに代えて、バネと粘性ダンパの組み合わせや履歴ダンパを使用することができる。

本発明の第１実施形態における、耐震構造を備えた軸組み構造の概略正面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 変形した軸組み構造の概略正面図である。 参考例における、耐震構造を備えた軸組み構造の概略正面図である。

符号の説明

１…土台（横架材）、２，３…柱、４…梁（横架材）、４１，４２…縦フレーム、５１，５２…横フレーム、７…耐震装置、７１，７２…摩擦ダンパ、８…耐震装置、８１，８２…摩擦ダンパ、Ｓｉ…内部空間、Ｓｗ…壁空間。

Claims (1)

1. 柱と横架材で囲まれた四角形の壁空間を形成した木造建築物の耐震構造であって、前記壁空間内に、前記柱の内側に沿って金属製縦フレームを配設するとともに、前記横架材の内側に沿って金属製横フレームを配設し、これら縦フレームと横フレームの両端を互いに回動可能に連結して、前記壁空間の変形に応じて同様に変形する当該壁空間と相似形の、前記縦フレームと横フレームで囲まれた内部空間を形成し、当該内部空間内にダンパを設けて、前記ダンパの一端から突出する連結棒を前記縦フレームと前記横フレームの下側連結部に回動可能に連結するとともに、前記ダンパの他端から突出する連結棒を、前記下側連結部と対角位置にある、前記縦フレームと前記横フレームの上側連結部に回動可能に連結したことを特徴とする木造建築物の耐震構造。

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