JP4434966B2 - 軸組フレームの接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、軽量鉄骨住宅等の建物で形成される軸組フレームにおいて、柱を基礎へ接続するための接続構造に関する。

軽量鉄骨住宅等の建物においては、基礎上に柱が垂設され、柱間に横架材が架設されて軸組フレームが構成される。このような軸組フレームでは、地震等による加振時に生じる水平方向の外力によって軸組フレームに回転モーメントが発生し、柱に基礎からの引き抜き方向への力が加わるため、外力が大きいと柱を結合するアンカーボルトが引き抜かれて破壊してしまうおそれが生じる。

そこで、柱と基礎との間にエネルギー吸収体を設けて当該接続部分での減衰効果を得る対策が考えられる。例えば特許文献１では、支柱が固定される可動台の底部の球面状凸部と、基礎側に固定される固定台上面の球面状の凹部との間に震動減衰材を介在させて、支柱への外力に対して減衰効果を得ようとする振動減衰装置が記載されている。
また、特許文献２では、筒と、その筒に同心で遊挿される芯棒との間に複数のゴムリングを設けて、芯棒と筒とが振動により軸線方向で相対移動することで、ゴムリングを転動変形させて振動の減衰を図ろうとする振動減衰用ダンパーが記載されている。
さらに、特許文献３では、車両の軸箱上面と側はり端部との間に、ころがり変形を生じる筒形のロールゴムとコイルバネとの組み合わせからなる軸バネを設け、側はりの中央寄りと軸箱内側面との間を、両端にゴムブッシュを介在したリンクで連接した鉄道車両用の軸箱支持装置が記載されている。

特開２００１−１０７６００号公報 特開平１１−２９４５３６号公報 実開平６−２３８６４号公報

ところが、特許文献１の装置では、横揺れに伴う支柱の揺動に対しては減衰効果が得られるものの、支柱の引き抜き方向への力に対しては何ら機能せず、柱の引き抜き変形に対処できない。また、特許文献２のダンパーでは、本来軸組フレーム内で壁とフレームとの間に設けたり、ブレース状に設けたりするものであるため、ゴムリングの転動変形を許容する大きなストロークが必要となる上、常態で大きな荷重の支持ができない構造となっている。よって、加振時の変形量が少なく、且つ建物の荷重を常に受けることになる柱の下端の接続には採用できない。この点は特許文献３でも同様で、敢えて荷重の支持に用いようとすると、同文献のように荷重を受けるコイルバネが別途必要になり、構造の複雑化やコストアップに繋がる。

そこで、本発明は、柱の引き抜き方向への外力に対して効果的に減衰作用が得られ、而も常態での柱の支持も高い信頼性で行える軸組フレームの接続構造を、より簡単な構成で提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、柱の下面と基礎の上面との何れか一方に、軸状の第１接続金具を、他方に、第１接続金具が同軸で遊挿される有底筒状の第２接続金具を夫々固定して、第１接続金具の端部と第２接続金具の内面底部とを、何れか一方に設けられた突起と、他方に設けられた透孔若しくは凹部との嵌合によって当接させて柱を支持可能とする一方、第１接続金具の外周へ周方向に凹溝を形成し、その凹溝と第２接続金具の内周面との間に、第１接続金具の軸方向への移動に追従して第２接続金具の内周面を摺動可能な弾性体を圧入状態で介在させたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、柱の浮き上がり時に弾性体の脱却防止と効果的な緩衝作用とを得るために、第２接続金具の開口端に、第１接続金具の移動に追従する弾性体が当接可能なストッパを設けたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、加振時の引張力で柱の浮き上がりがあっても、圧縮時には柱を確実に支持するために、突起を、外周面が先端へ向かって先細りテーパとなる円形突起とし、透孔若しくは凹部を、内周面が前記円形突起と同じ傾斜方向のテーパとなる円形透孔若しくは円形凹部としたものである。

なお、本発明でいう第１接続金具の軸方向への移動とは、第２接続金具に対して第１接続金具自体が移動する状態は勿論、第１接続金具に対して第２接続金具が軸方向に移動することによる第１接続金具の相対移動も含む。すなわち、第１接続金具が基礎に、第２接続金具が柱に夫々固定される場合を含む趣旨である。
また、本発明でいう基礎とは、基礎自体は勿論、基礎上へ一体に固定される土台も含む。よって、第１接続金具又は第２接続金具は、基礎自体の上面若しくは基礎に固定された土台の上面に固定されることになる。

請求項１に記載の発明によれば、加振時での柱の浮き上がり時には、第１接続金具に追従する弾性体が第２接続金具の内周面を摺動することで、効果的な緩衝作用と摩擦減衰作用とが得られる。よって、アンカーボルトが基礎から引き抜かれたり、第２接続金具が破損したりするおそれがなくなる。特に、弾性体の摺動時の摩擦を利用したことで、軸組フレーム内の変形に比べて変形量が少ない柱の下部でも、効率の良い減衰効果が得られる。
そして、常態では第１接続金具と第２接続金具との嵌合による当接によって柱の支持は確実に行われる。これらの効果は２つの接続金具と弾性体とで得られるため、部品点数の少ない合理的な構成となってコストアップも少なくて済む。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、柱の浮き上がり時には、弾性体の第２接続金具からの脱却防止と、より効果的な緩衝作用とが期待できる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、加振時に柱が浮き上がっても、圧縮時にはテーパ同士の誘導によって確実に元の位置で支持でき、支持状態での信頼性が確保できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の軸組フレームの接続構造の一例を示す説明図で、柱と基礎との接続部分を示している。軸組フレーム１は、一対の柱２，２と、柱２，２の上下端及び中間部位間を接続する横架材３，３とからなり、柱２，２の下端が基礎４に接続される。このような軸組フレーム１は、例えば軽量鉄骨構造の住宅等に用いられる。
各柱２と基礎４との接続構造は、図２にも示すように、柱２の下面に固定された第１接続金具５と、基礎の上面に固定された第２接続金具６と、両金具間に介在される弾性体としてのロールゴム７とから構成される。まず第１接続金具５は、柱２の中心と同軸で下向きに固着される横断面円形の軸状体で、その下端には、外周面が先端へ行くに従って先細りテーパとなる円形突起８が突設されている。また、第１接続金具５の中間部位には、上下に位置する側面が外方へ行くに従って互いに離れる方向へ傾斜するテーパとなる凹溝９が周設されている。

一方、第２接続金具６は、第１接続金具５が遊挿可能な内径を有し、上方を開口した有底の筒状体で、下端外周に周設したフランジ１０を基礎４に予め埋設された４つのアンカーボルト１１，１１・・で固定することで基礎４と結合されている。また、第２接続金具６の底部中心には、円形透孔となる位置決め孔１２が形成されている。この位置決め孔１２の内周面は、第１接続金具５の円形突起８のテーパ角と略同じテーパ角で、下方へ行くに従って小径となるテーパに形成されて、円形突起８が中間部まで同軸で嵌合可能な大きさとなっている。さらに、第２接続金具６の内周面の下方側にも、底部に向かって徐々に小径となるテーパが形成されている。１３は、第２接続金具６の上端全周で中心側へ向けて周設されたストッパである。
そして、ロールゴム７は、断面円形のリング体で、例えば天然ゴム等のいわゆる「へたり」が小さい弾性材料で形成するのが好ましい。なお、このロールゴム７の外径は、第２接続金具６の上方側の内周面の内径と略同じで、ロールゴム７の内径は、第１接続金具５の凹溝９の径よりも小さくなっている。

以上の如く構成された軸組フレーム１の接続構造においては、柱２，２を、夫々下方の第１接続金具５を、ロールゴム７を収容した第２接続金具６に上方から差し込むようにセットすると、第１接続金具５下端の円形突起８が第２接続金具６の位置決め孔１２に嵌合し、テーパ同士の案内によって同軸で支持される。同時にロールゴム７は、第１接続金具５に貫通されて、第１接続金具５の凹溝９と第２接続金具６の内周面との間で押圧されて半径方向で圧縮される。すなわち、柱２から加わる荷重を第１接続金具５を介して第２接続金具６の底部で支持すると共に、第１接続金具６の周囲をロールゴム７を介して第２接続金具６の筒状部で弾性支持する格好となる。

こうして支持される軸組フレーム１において、地震等によってフレーム面に沿った水平方向の外力が作用すると、一対の柱２には軸方向で引張力と圧縮力とが交互に加わることになる。この引張力によって図３に示すように、柱２が第１接続金具５と共に第２接続金具６内でこじるように浮き上がると、ロールゴム７が第１接続金具５に追従して第２接続金具６の内周面を上方へ摺動し、この摺動によって摩擦減衰を発生させる。さらにロールゴム７が上方でストッパ１３に当接すると、凹溝９のテーパ側面とストッパ１３との間で上下方向に圧縮されて柱２の上方への移動を規制する。この圧縮時の反発力によってストッパ１３による移動規制の衝撃を吸収できる。
一方、圧縮力によって柱２が下降すると、ロールゴム７が第２接続金具６の内周面を今度は下方へ摺動し、第１接続金具５の円形突起８が再び第２接続金具６の位置決め孔１２に完全に嵌合して設置位置に復帰する。この柱２の浮き上がりと下降とが繰り返されることで、軸組フレーム１に効果的な減衰作用が得られる。

このように上記形態の軸組フレームの接続構造によれば、柱２の下面に第１接続金具５を、基礎４の上面に第２接続金具６を夫々固定して、第１接続金具５の端部と第２接続金具６の内面底部との当接により柱２を支持可能とする一方、第１接続金具５の外周へ周方向に凹溝９を形成し、その凹溝９と第２接続金具６の内周面との間に、第１接続金具５の軸方向への移動に追従して第２接続金具６の内周面を摺動可能なロールゴム７を圧入状態で介在させたことで、加振時での柱２の浮き上がり時には、第１接続金具５に追従するロールゴム７が第２接続金具６の内周面を摺動して効果的な緩衝及び摩擦減衰作用が得られる。よって、アンカーボルト１１への負担が抑えられ、アンカーボルト１１が基礎４から引き抜かれたり、第２接続金具６のフランジ１０が破壊されたりするおそれがなくなる。特に、ロールゴム７の摺動時の摩擦を利用したことで、軸組フレーム１内の変形に比べて変形量が少ない柱２の下部でも、効率の良い減衰効果が得られる。
そして、常態では第１接続金具５と第２接続金具６との嵌合によって柱２の支持は確実に行われる。これらの効果は２つの接続金具５，６とロールゴム７とで得られるため、部品点数の少ない合理的な構成となってコストアップも少なくて済む。

また、第２接続金具６の開口端に、第１接続金具５の移動に追従するロールゴム７が当接可能なストッパ１３を設けたことで、柱２の浮き上がり時には、ロールゴム７の脱却防止と共に、より効果的な緩衝作用が期待できる。
さらに、第１接続金具５の端部と第２接続金具６の内面底部とを、第１接続金具５に設けた外周面テーパの円形突起８と、第２接続金具６に設けた内周面テーパの位置決め孔１２との嵌合によって当接させる構造であるため、柱２が浮き上がってもテーパ同士の誘導により、確実に元の位置で支持でき、支持状態での信頼性が確保できる。

なお、第１、第２接続金具や弾性体等は上記形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、主な変更例について説明する。
例えば上記形態では、柱側に軸状体の第１接続金具を、基礎側に有底筒状の第２接続金具を夫々固定しているが、これとを逆に、図４に示すように、柱２の下端に、有底筒状の第２接続金具６を、フランジ１０を利用して固定する一方、基礎４（或いは土台）の上面に、軸状体の第１接続金具５を、下端に延設したフランジ１４を利用して固定するようにしても、柱２の浮き上がりに伴う第１接続金具５の相対的な軸方向の移動にロールゴム７が追従して第２接続金具６の内周面を摺動し、上記形態と同様の緩衝作用と摩擦減衰作用とを得ることができる。

また、第１接続金具では、凹溝の側面は弾性体の追従に寄与するものであることから、テーパにせず、深さ方向で等幅となる凹溝や、半円状の凹溝とすることもできる。但し、上記形態のようにテーパとすれば、凹溝の側面との干渉による弾性体の損傷が防止され、耐久性の点で好ましい。
さらに、第２接続金具では、ストッパ部分を別体で取り付けたり、ストッパを省略したりすることができる。勿論基礎に直接固定する構造に限らず、基礎にアンカーボルトで固定された土台上に第２接続金具を固定しても差し支えない。その他、各接続金具と柱又は基礎への固定も、アンカーボルトによる他、ボルトやリベット、埋め込み、溶接等の固定手段が適宜採用可能である。

さらに、第１接続金具の端部と第２接続金具の底部とは、何れもテーパ形状とするものに限らず、どちらか一方のみをテーパとしても良いし、テーパと円柱部分とを組み合わせた複合形状としたりしても良い。また、位置決め孔のような円形透孔とせずに、内周面をテーパにした円形凹部として第１接続金具の端部を嵌合させることもできる。但し、テーパとしない端部と筒部との嵌合構造も採用可能である。
加えて、上記形態では、第１接続金具に円形突起を、第２接続金具に円形透孔（位置決め孔）を設けるようにしているが、これと逆に、第１接続金具の端部に円形凹部を、第２接続金具の底部に円形突起を設けて互いに嵌合させても良い。この場合もテーパの選択は任意である。

一方、弾性体は、１つのロールゴムを介在させる形態に限らず、上記形態のロールゴムを上下に２つ以上重ねる格好で上下の接続金具間に介在させることもできるし、リング体でなくスパイラル状の弾性体を介在させることもできる。なお、弾性体が複数段の場合は、第１接続金具には各段毎に凹溝を設けても良いし、軸方向に長く形成した１つの凹溝内に複数段の弾性体を介在させても良い。
また、ロールゴムのようなリング体に限らず、ボールや楕円、円弧状のものを複数個同心円上に配設するようにして両金具間に介在させても良い。但し、リング体であると、第１接続金具の支持に方向性がなくなると共に、第２接続金具との接触面積も多くなるため、第１接続金具のこじりに対してどの方向でも緩衝及び摩擦減衰作用が均等に得られて望ましい形態となる。勿論リング体の断面形状も円形以外に、長円や楕円等の他の形状が採用可能である。

軸組フレームの接続構造の説明図である。 柱と基礎との接続部分の分解図である。 加振時の接続部分の動作を示す説明図である。 軸組フレームの接続構造の変更例の説明図である。

符号の説明

１‥軸組フレーム、２‥柱、３‥横架材、４‥基礎、５‥第１接続金具、６‥第２接続金具、７‥ロールゴム、８‥円形突起、９‥凹溝、１２‥位置決め孔、１３‥ストッパ。

Claims (3)

1. 柱と横架材とから形成される軸組フレームを基礎と接続するための軸組フレームの接続構造であって、
   前記柱の下面と基礎の上面との何れか一方に、軸状の第１接続金具を、他方に、前記第１接続金具が同軸で遊挿される有底筒状の第２接続金具を夫々固定して、前記第１接続金具の端部と第２接続金具の内面底部とを、何れか一方に設けられた突起と、他方に設けられた透孔若しくは凹部との嵌合によって当接させて前記柱を支持可能とする一方、前記第１接続金具の外周へ周方向に凹溝を形成し、その凹溝と第２接続金具の内周面との間に、前記第１接続金具の軸方向への移動に追従して前記第２接続金具の内周面を摺動可能な弾性体を圧入状態で介在させたことを特徴とする軸組フレームの接続構造。
2. 第２接続金具の開口端に、第１接続金具の移動に追従する弾性体が当接可能なストッパを設けた請求項１に記載の軸組フレームの接続構造。
3. 突起を、外周面が先端へ向かって先細りテーパとなる円形突起とし、透孔若しくは凹部を、内周面が前記円形突起と同じ傾斜方向のテーパとなる円形透孔若しくは円形凹部とした請求項１又は２に記載の軸組フレームの接続構造。

Images