JP4645999B2

JP4645999B2 - 柱梁接合構造

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Publication number: JP4645999B2
Application number: JP2005135408A
Authority: JP
Inventors: 護間中; 央樹石山
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-05-06
Also published as: JP2006312819A

Description

本願発明は、木造建築物における柱と梁とを接合する接合構造に係り、特に、柱と梁との接合部で相対的な変形を拘束し、双方間で曲げモーメントの伝達が生じるように柱と梁とを接合する柱梁接合構造に関するものである。

一般に普及している木造建築物では柱と梁との接合を、柱に設けたほぞ穴に梁の端部を加工したほぞを差し入れることによって行っている。このような接合構造では、双方間における変形を許容し、曲げモーメントはほとんど伝達されない。つまり、曲げモーメントに抵抗することができず、複数の柱および複数の梁(胴差、軒けた、土台等の横方向に架設される部材を含む)で形成される軸組みは、変形が生じ易い。このため、柱間の壁内に筋交いを配置し、地震時等の水平方向力が作用したときの変形に抵抗するものとなっている。

筋交いは、一般的に複数の位置に設けられ、さらに傾斜の方向が逆となる二つの方向に必要となる。したがって、従来の木造建築物では筋交いを設ける壁体を確保する必要があるために、開口部の設定や屋内空間の利用に支障を生じることがある。このような事情から、柱と梁とをいわゆる剛結合、つまり曲げモーメントの伝達が生じる結合とし、軸組みをラーメン構造とする提案がなされている。

特許文献１に記載の梁と柱の接合構造は、図８に示すように、梁１０２の柱１０１と当接する面に２本のスクリュー部材１１１が所定間隔をおいて鉛直方向にねじ込まれている。これらのスクリュー部材１１１の下端部には軸線方向にネジ穴が穿設されている。一方、この梁１０２と対向している柱の端面には切り欠き１０１ａが設けられ、この切り欠き内に柱固定金具１１２（接続金具）が接合されており、この柱固定金具１１２の上部に設けられたボルト挿入孔からボルト１１３を挿通して、前記スクリュー部材１１１のネジ穴にボルト１１３を螺合し締め付ける。これにより、柱固定金具１１２を介して梁１０２と柱１０１が連結される。したがって、柱１０１と梁１０２との間に曲げモーメントが作用したときに、二つのスクリュー部材１１１の一方に引張力が、他方には圧縮力が作用し、これらの力がスクリュー部材１１１の全長にわたる周面から梁１０２に伝達され、梁１０２には局所的に大きな応力が集中することがなく、柱１０１と梁１０２との間で曲げモーメントの伝達が可能となる。

特許文献２に記載の柱と梁の接合構造は、図９に示すように、梁１２２が柱１２１と当接する面に埋めこみボルト１２３（スクリュー部材）が所定間隔をおいて鉛直方向に２本埋め込まれ、この埋めこみボルト１２３の端部には軸線方向にネジ穴が穿設されている。また、柱１２１の梁１２２と対向する端面には切り欠き１２１ａが設けられ、この切り欠き内から柱１２１の軸線方向に埋め込みボルト１２４が埋め込まれている。この埋め込みボルト１２４の端部にも軸線方向にネジ穴が穿設されている。そして、柱１２１の切り欠き１２１ａに接合金具１２５が介挿され、この接合金具１２５に設けられたボルト挿入孔からボルト１２６が挿通され、梁１２２及び柱１２１に埋め込まれている埋め込みボルト１２３，１２４のネジ穴にそれぞれボルト１２６が螺合され、締め付けられることにより接合金具１２５を介して梁１２２と柱１２１とが連結される。
特開２００４−０９２１４９号公報特開２００４−１４３７７９号公報

上記のような従来から知られている接合構造では、次のような未解決の課題がある。
柱の上面に梁を架け渡すように載置して接合する構造において、柱の一部を切り欠いて、この部分に接合金具を配置する構造では、接合金具に高い寸法精度が要求される。つまり、切り欠き内の接合金具を介して柱と梁とを結合するともに柱の端面は梁の下面又は上面に密接させるためには接合金具が切り欠きの寸法に正確に対応している必要がある。特に梁に太径のスクリュー部材をねじ込んでおき、接合金具をこのスクリュー部材に突き当てるように接合する構造では、スクリュー部材を正確に梁又は柱にねじ込むとともに、接合金具が高精度で製作されていることにより、木部材を精度良く組み立てることができる。

上記のように用いられる接合金具は、鋼板を溶接により組み立てたてることにより、又は鋳造によって製作することが考えられるが、いずれの方法でも高精度を得るためには所定の寸法よりやや大きく製作し、研磨等により寸法の調整することが望ましい。特に鋳造によって接合金具を製作すると、鋳鉄の冷却時に収縮が生じ、精度を高く仕上げるには研磨等による寸法の調整が必要となる。
しかしながら、接合金具の柱との当接面又は梁との当接面に研磨等の処理を行って、寸法を調整するためには多くの手間を要し、接合金具の製作費用が過大となってしまう。

本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、曲げモーメントを確実に伝達することが可能に木製の柱と梁とを接合する接合構造であって、正確に柱と梁とを接合することができる柱梁接合構造を提供することである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、横方向に架設される木製の梁と、この梁の上面または下面に端面を当接して接合される木製の柱との接合構造であって、前記柱の端部には、複数の切り欠きが設けられ、該切り欠き内から該柱の軸線方向にスクリュー部材がねじ込まれており、前記梁には、前記柱にねじ込まれたスクリュー部材と対向する位置で鉛直方向にスクリュー部材がねじ込まれ、前記柱にねじ込まれたスクリュー部材及び梁にねじ込まれたスクリュー部材の端面から軸線方向に設けられたネジ穴にボルトが螺合され、前記切り欠き内に配置された接合金具が、前記ボルトによって柱にねじ込まれたスクリュー部材と梁にねじ込まれたスクリュー部材との双方に結合され、該接合金具を介して双方のスクリュー部材が連結されており、前記接合金具は、互いに対向して前記柱にねじ込まれたスクリュー部材の端面と梁にねじ込まれたスクリュー部材の端面とのそれぞれに当接される二つの水平板部と、これらの水平板部の縁部を互いに結合する側板部とを備え、一方の水平板部には、前記柱又は梁にねじこまれたスクリュー部材の端面が当接する突出部を有しており、該突出部は、該突出部の上端面が研磨され、前記柱の端面は梁の下面又は上面に当接されて、該柱の端面で鉛直方向の荷重が梁と柱との間で伝達されるとともに、前記柱に埋め込まれたスクリュー部材と前記梁にねじ込まれたスクリュー部材との間では、前記接合金具を介して引張力及び圧縮力が伝達されるように該突出部の高さが調整されている柱梁接合構造を提供するものである。

この柱梁接合構造では、上記柱梁接合金具を介して、柱にねじ込まれたスクリュー部材と梁にねじ込まれたスクリュー部材とが強固に接合される。そして、この柱梁接合金具は上記突出部の高さを容易に調整することができるので、接合金具全体の高さも柱と梁の接合部の高さに容易かつ正確に適合させることができる。したがって、柱の端面は梁の下面又は上面に正確に当接される。これにより、柱の端面で鉛直方向の荷重が梁と柱との間で伝達されるとともに、複数の位置で柱にねじ込まれたスクリュー部材と梁にねじ込まれたスクリュー部材との間では、柱梁接合金具を介して引張力及び圧縮力が伝達され、接合部で柱と梁との相互間の変形が拘束される。したがって、曲げモーメントに抵抗することができる強固な構造となる。

さらに、上記スクリュー部材及び柱梁接合金具を介して伝達される力は、スクリュー部材が広い範囲で木部材と係合されていることにより、分散して木製の柱又は梁に作用し、局部的に大きな応力が発生するのが抑制される。

以上説明したように、本願発明に係る柱梁接合構造では、接合金具の水平板部に設けられた突出部の高さを容易に調整することができ、高い精度で柱と梁とを正確かつ強固に接合することができる。また、柱の端面を梁の上面又は下面に密接させるとともに、複数の位置で柱にねじ込まれたスクリュー部材と梁にねじ込まれたスクリュー部材とを高精度で接合し、柱と梁との間で大きな鉛直方向の力と曲げモーメントとが確実に伝達される接合構造とすることができる。

以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明の柱梁接合構造が好適に用いられる木造建築物の構造躯体を示す概略斜視図である。
この構造躯体は、１階を構成する下層部分及び２階を構成する上層部分が、それぞれラーメン架構体を複数組み合わせて形成されており、これらを積層することによって全体の構造躯体が形成されている。それぞれのラーメン架構体は、木製の柱１、３の上に木製の梁２、４を載置して接合するいわゆる梁勝ち構造となっており、それぞれラーメン架構体を構成する柱１、３の断面は、接合される梁の軸線方向の寸法が大きく、これと直角方向の寸法が小さい扁平な部材となっている。また、梁２、４も鉛直方向の断面寸法が大きく、横方向の断面寸法が小さい扁平な部材を用いている。したがって、各ラーメン架構体の
接合部は一方向の曲げに抵抗する構造となっている。

これらのラーメン架構体は、平面上で方向が互いに直角となるように、つまり複数のラーメン架構体の梁２−１，２−２，４−１，４−２が互いに直角となるように接合されている。これにより、異なる方向の水平力に抵抗する複数のラーメン架構体が互いに組み合わされ、あらゆる方向の水平力に抵抗可能な構造躯体となっている。そして、上層部分の柱３は、下層のラーメン架構体の梁２上に立設され、これらの接合部でも曲げモーメントが伝達されるものとなっている。

図２は、図１に示すラーメン架構体で用いられる梁２と下層部分の柱１との接合構造であって、本願に係る発明の一実施形態を示す分解斜視図である。また、図３は、同じ接合構造の断面図であり、ラーメン架構体の軸線と平行な断面を示すものである。
この接合構造では、柱１の上端面における長辺方向の両端部に切り欠き１ｂが設けられ、中央部１ａは梁２の下面に当接されている。そして、柱１の切り欠き１ｂからこの柱の軸線方向に２本の第１のスクリュー部材１１、１１がねじ込まれている。一方、梁２の対応する位置にも鉛直方向に２本の第２のスクリュー部材１２、１２がねじ込まれており、これら第１及び第２のスクリュー部材１１、１２には、端面から軸線方向にネジ穴１１ｂ、１２ｂが穿設されている。梁２にねじ込まれた第２のスクリュー部材１２、１２のネジ穴１２ｂには頭なしボルト１５が螺合され、この頭なしボルト１５にはナット１６が螺合されている。一方、柱１にねじ込まれた第１のスクリュー部材１１のネジ穴１１ｂには、ボルト１４が螺合されている。そして、柱の切り欠き１ｂ内に配置された柱梁接合金具１３がボルト１４によって第１のスクリュー部材１１に結合され、頭なしボルト１５とナット１６とによって第２のスクリュー部材１１に結合されている。これにより、柱１と梁２とはスクリュー部材１１，１２及び柱梁接合金具１３を介して接合される。

上記第１及び第２のスクリュー部材１１、１２は同じものであり、図４に側面図及び正面図を示すように、棒状の鋼部材の側面に螺旋状の張り出し部１１ａ、１２ａを設けたものであり、両端面には前述のように軸線方向のネジ穴１１ｂ、１２ｂが設けられている。それぞれのスクリュー部材１１、１２は、図２に示すように、梁２又は柱１に鉛直方向の孔を設け、さらに螺旋状の溝を切削した後にねじ込まれたものである。

上記頭なしボルト１５は、図５に示すように、全長にわたって雄ねじが形成されたボルト（長ねじボルト）であり、ナット１６を用いて締め付けることができるようになっている。また、先端に近づくにしたがって径が小さくなっている。

上記柱梁接合金具１３は、図６に示すように、互いに上下で対向する二つの水平板部１３ａ，１３ｂと、これらの縁部を互いに結合する側板部１３ｃとを備え、上側の水平板部１３ａには上ボルト孔１３ｄが、下側の水平板部には下ボルト孔１３ｅがそれぞれ設けられている。また、上側の水平板部１３ａには上ボルト孔１３ｄを含んだ周辺領域に突出部２０が設けられており、梁２にねじ込まれた第２のスクリュー部材１２の下端面の全域がこの突出部の平坦な上面に当接するものとなっている。そして、上ボルト孔１３ｄに挿通された頭なしボルト１５とナット１６とで締め付けて固着される。下側の水平板部１３ｂは、柱１にねじ込まれた第１のスクリュー部材１１の上端面に当接され、下ボルト孔１３ｅに挿通されたボルト１４によって固着されるものである。

また、上記柱梁接合金具１３は、図６に示すように、一方の側部が開放されており、該開放された部分の反対側は、鉛直方向に軸線を有する円筒曲面となっている。つまり、鉛直方向に均等な断面となり、その平面形状の背面側が円弧状となっている。
この柱梁接合金具１３の寸法は、水平方向の幅及び奥行きが柱１の幅より小さくなっている。高さは柱１の端部に設けられた切り欠き１ｂの鉛直方向の寸法とほぼ等しくなるように、上側の水平板部１３ａに設けられた突出部２０を研磨することによって正確に成形されている。

この柱梁接合金具１３は鋳型に鋳鉄を流し込む鋳造により製作されている。この製造方法では、柱梁接合金具１３の完成時のサイズは所望したサイズと誤差が出る可能性が高い。したがって、高い精度を要求される柱梁接合金具１３は、高さ寸法が所定の値より少し大きく鋳造される。つまり、上側の水平板部１３ａに設けられた突出部２０の上面は、所望の高さよりも少し高く鋳造され、突出部２０の過剰な高さ部分を研磨することにより所望の高さに調整される。この突出部２０は、その領域がスクリュー部材と当接する範囲に限定して設けることができ、研磨を施す範囲が限定されるので、水平板部の全域を研磨するより著しく加工量が減少し、効率よく寸法の調整ができるものとなっている。

次に、上記柱１と梁２とを接合する工程について説明する。
柱１は、工場等における加工段階において、端部に所定の寸法の切り欠き１ｂを設ける。そして、この切り欠き１ｂ内から軸線方向に孔を切削し、第１のスクリュー部材１１をねじ込む。この第１のスクリュー部材１１の端部に設けられたネジ穴１１ｂにボルト１４を螺合し、柱梁接合金具１３の下側の水平板部１３ｂを切り欠き１ｂ内の端面及び第１のスクリュー部材１１の端面に当接させて、該柱梁接合金具１３を切り欠き内１ｂに固定しておく。また、梁２も工場等における作業により、所定の位置に第２のスクリュー部材１２をねじ込んでおく。

柱１及び梁２を組み立てる現場では、柱１を所定の位置に立設する。一方、その上に架け渡す梁２に埋め込まれた第２のスクリュー部材１２のネジ穴１２ｂには頭なしボルト１５をねじ込み、先端を下方に突き出しておく。その後、梁２を立設された柱１の上方に吊り揚げて第２のスクリュー部材１２に螺合された頭なしボルト１５の先端が、柱１に固定された柱梁接合金具１３と対向する位置に支持する。そして、梁２をゆっくりと下降させながら柱１に固定された柱梁接合金具１３の上ボルト孔に頭なしボルト１５を先端から挿
通する。このとき、頭なしボルト１５は先端部の径が小さくなっており、上ボルト孔１３ｄに容易に導くことができる。そして、さらに梁２をゆっくりと下降させることによって、頭なしボルト先端の傾斜面１５ａが上ボルト孔１３ｄの内周面にガイドされ、柱１上の正確な位置に載置される。また、柱１の上端部の切り欠き内に固定された柱梁接合金具１３は、上側の水平板部１３ａに設けられた突出部２０が研磨により正確な高さに仕上げられているので、梁２の下面は柱の上端面に当接されるとともに、梁２にねじ込まれたスクリュー部材１２の端面の全域が柱梁接合金具１３の突出部２０上に当接され、梁２は正確
な高さに支持される。

その後、柱１に固定された柱梁接合金具１３の側面の開放された部分から頭なしボルト１５の先端にナット１６を螺合させ、強く締め付けることにより梁２にねじ込まれた第２のスクリュー部材１２と強固に接合される。これにより、柱１と梁２とのそれぞれにねじ込まれたスクリュー部材１１，１２は柱梁接合金具１３を介して結合される。

上記のように柱１と梁２とが接合されることにより、図７に示すように、梁２の下面は柱１の中央部１ａに圧接されるとともに、梁２にねじ込まれた第２のスクリュー部材１２、１２は、柱断面の長辺方向における両端部で第１のスクリュー部材１１、１１と柱梁接合金具１３を介して連結される。これにより、梁２に作用する鉛直方向の荷重が柱１によって支持されるとともに、柱１と梁２との接合部で双方間の変形が拘束され、曲げモーメントが伝達される。これにより、大きな剛性を有するラーメン架構体が形成され、水平力に対しても抵抗できるものとなる。

以上に説明した実施形態は、下層部分の柱１と、その上に支持される梁２との接合構造であるが、梁２とこの上に立設される上層部分の柱３との接合部にも、上下を反転して同様の構成を採用することができる。このときには、梁２にねじ込まれた第２のスクリュー部材に頭なしボルト１５を螺合しておき、柱梁接合金具１３が固着された柱３をつり上げて柱梁接合金具１３のボルト孔に頭なしボルト１５が挿通されるように柱をゆっくりと下降させる。
なお、下層部分の柱１と梁２とを上記構造によって接合した後、同じ位置に上層の柱３を立設するときには、梁２にねじ込まれた第２のスクリュー部材１２を、上層部分の柱３と梁２の接合にも共通に用いることができる。これにより、下層の柱１と上層の柱３とは、第１のスクリュー部材１１及び柱梁接合金具１３により結合され、双方の柱１、３は通し柱に近い剛性を有するものとなる。

本願発明の柱梁接合構造が好適に用いられる木造建築物の構造躯体を示す概略斜視図である。本願に係る発明の一実施形態である柱梁接合構造を示す分解斜視図である。図１に示す柱梁接合構造の断面図であり、ラーメン架構体の軸線と平行な断面を示すものである。図２及び図３に示す柱梁接合構造で用いられるスクリュー部材の平面図及び正面図である。図２及び図３に示す柱梁接合構造で用いられる頭なしボルトの概略斜視図及び底面図である。図２及び図３に示す柱梁接合構造で用いられる接合金具の概略斜視図である。図２及び図３に示す柱梁接合構造を示す概略斜視図であって、斜め下方から視た図である。従来の柱梁接合構造を示す概略斜視図である。従来の柱梁接合構造の他の例を示す概略斜視図である。

１，３：柱、１ａ：柱端面の中央部、１ｂ：切り欠き、
２，４：梁、
１１：第１のスクリュー部材、１１ｂ：ネジ穴、１２：第２のスクリュー部材、１２ｂ：ネジ穴、１３：柱梁接合金具、１３ａ：上側の水平板部、１３ｂ：下側の水平板部、１３ｃ：側板部、１３ｄ：上ボルト孔、１３ｅ：下ボルト孔、
１４：ボルト、１５：頭なしボルト、１６：ナット
２０：突出部

Claims

横方向に架設される木製の梁と、この梁の上面または下面に端面を当接して接合される木製の柱との接合構造であって、
前記柱の端部には、複数の切り欠きが設けられ、
該切り欠き内から該柱の軸線方向にスクリュー部材がねじ込まれており、
前記梁には、前記柱にねじ込まれたスクリュー部材と対向する位置で鉛直方向にスクリュー部材がねじ込まれ、
前記柱にねじ込まれたスクリュー部材及び梁にねじ込まれたスクリュー部材の端面から軸線方向に設けられたネジ穴にボルトが螺合され、
前記切り欠き内に配置された接合金具が、前記ボルトによって柱にねじ込まれたスクリュー部材と梁にねじ込まれたスクリュー部材との双方に結合され、該接合金具を介して双方のスクリュー部材が連結されており、
前記接合金具は、互いに対向して前記柱にねじ込まれたスクリュー部材の端面と梁にねじ込まれたスクリュー部材の端面とのそれぞれに当接される二つの水平板部と、これらの水平板部の縁部を互いに結合する側板部とを備え、
一方の水平板部には、前記柱又は梁にねじこまれたスクリュー部材の端面が当接する突出部を有しており、
該突出部は、該突出部の上端面が研磨され、前記柱の端面は梁の下面又は上面に当接されて、該柱の端面で鉛直方向の荷重が梁と柱との間で伝達されるとともに、前記柱に埋め込まれたスクリュー部材と前記梁にねじ込まれたスクリュー部材との間では、前記接合金具を介して引張力及び圧縮力が伝達されるように該突出部の高さが調整されていることを特徴とする柱梁接合構造。