JP4716498B2 - 木造建築物における柱梁架構 - Google Patents

Description

本発明は、主としてリフォーム工事の際に用いられる木造建築物における柱梁架構に関する。

住宅においては、家族構成の変動や生活指向の変化等に伴い、新築当時の間取りを変更して下階に広い空間を確保したいというニーズが生じる。

かかるニーズに応えるためには、居室の中央付近や隣接居室の境界に立設されている柱や間仕切り壁を撤去するリフォーム工事を行うことになるが、この場合、柱や間仕切り壁を撤去すると、それらを含んでいた柱梁架構の水平剛性が低下してしまう。そのため、柱や間仕切り壁の撤去に伴い、上述した柱梁架構の水平剛性を高める補強工事が不可欠となる。

特開平６−９９４１２

ここで、柱梁架構の水平剛性は、外壁であれば筋かいを設ける、補強合板を取り付けて耐力壁とするなどの対策をとることができるが、居室内の柱梁架構だと、下階居室に広い空間を確保したいがために柱や間仕切り壁を撤去するのであるから、当然ながら上述した対策を講じることはできない。

したがって、柱や間仕切り壁を撤去した分だけ、これらの柱等を含む柱梁架構の水平剛性が低下し、結果として木造建築物全体の耐震性が低下するという問題を生じていた。

本出願人らはかかる問題を課題とし、さまざまな視点から研究開発を行った結果、柱梁架構内に元々存在した柱や間仕切り壁を撤去しても、柱梁架構の面内水平剛性を維持することに成功した（特願２００４−０４３４５９号）。

しかしながら、かかる発明においては、補強板がその厚み分だけ側方に突出することになるため、上述したように居室内の柱梁架構では何ら問題とはならなくても、開口部が形成された外壁を耐震補強する場合には問題を生じる。

すなわち、築年数が古い住宅の場合、間取りの変更とは関係なく、既存の柱梁架構を耐震補強したいという別のニーズも存在するが、既存の柱梁架構、特に外壁に位置する柱梁架構は、その構面に大きな開口部を設けて該開口部に掃き出し窓などを嵌め込んである場合が少なくない。

しかしながら、補強板がその厚み分だけ突出するゆえ、上述した発明を外壁屋外側に採用することは困難であり、さりとて従前の開口部を塞いで耐力壁を設置することは、採光や通風を阻害するという別の問題を生じる。

また、外壁と外壁とが直交して取り合う箇所、いうなれば建物の出入隅部については、突出する補強板同士が互いに干渉するため、上述した発明を採用することはさらに難しくなるという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、外壁屋外側や建物出入隅部においても、開口部を維持したまま耐震補強を行うことが可能な木造建築物における柱梁架構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る木造建築物における柱梁架構は請求項１に記載したように、対向配置された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とからなるとともに、前記一対の柱のうち、互いに向かい合う側面に添柱をそれぞれ接着するとともに、前記添柱の頭部及び前記梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を前記添柱の頭部及び前記梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着したものである。

また、本発明に係る木造建築物における柱梁架構は請求項２に記載したように、対向配置された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とからなるとともに、前記梁の下面に添梁を接着するとともに、前記一対の柱のうち、互いに向かい合う側面に添柱をそれぞれ接着し、前記添柱の頭部及び前記添梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を前記添柱の頭部及び前記添梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着したものである。

本出願人は、大きな開口部を有する外壁の耐震補強工事を行うにあたり、開口部に起因する低い耐震性をいかに向上させればよいかという点に着眼し、かかる着眼の下、さまざまな研究・実験を行った結果、ボルト、ラグスクリュー、ダボといったメカニカルな締結では、柱と梁といった２つの部材を一体化して剛接にするには限界があることを突き止めるとともに、それに代わる方法として、既存の柱に添柱を接着した上、添柱の頭部及び梁の端部、又は添柱の頭部及び添梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を、添柱の頭部及び梁の端部、又は添柱の頭部及び添梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着すれば、柱の曲げ剛性が高くなるとともに、柱梁の接合部における接合度が向上し、柱梁架構をラーメン架構、すなわち柱と梁との接合部を剛接とした架構に近づけ、その結果として柱梁架構の面内水平剛性を高めるとともに、木造建築物全体の耐震性を向上させることができるという新たな知見を見出した。

すなわち、請求項１に係る木造建築物における柱梁架構においては、一対の柱のうち、互いに向かい合う側面に添柱をそれぞれ接着するとともに、前記添柱の頭部及び前記梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を前記添柱の頭部及び前記梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着してある。

また、請求項２に係る木造建築物における柱梁架構においては、梁の下面に添梁を接着するとともに、前記一対の柱のうち、互いに向かい合う側面に添柱をそれぞれ接着し、前記添柱の頭部及び前記添梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を前記添柱の頭部及び前記添梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着してある。

このようにすると、添柱によって、又は添柱及び添梁によって柱梁架構の面内水平剛性が向上するとともに、添柱の頭部及び梁の端部、又は添柱の頭部及び添梁の端部に補強板を接着してあるので、添柱と梁あるいは添梁との接合度合いが高くなり、剛接合により近くなる。

そのため、開口部を有する柱梁架構であっても、該開口部を塞ぐことなく、柱梁架構の面内水平剛性を向上させることが可能となる。

さらに、一対の補強板を、添柱の頭部及び梁の端部に形成された切欠き凹部、又は添柱の頭部及び添梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着するようにしたので、柱梁と補強板とが面一となり、室内側においても屋外側においても、補強板の突出を防止することができる。

そのため、外壁の屋外側にも採用することができるとともに、建物の出入隅部でも、補強板同士が干渉することがなくなり、該出入隅部を強固に耐震補強することも可能となる。

以下、本発明に係る木造建築物における柱梁架構の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１実施形態）

図１は、本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構を示した正面図及び鉛直断面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係る柱梁架構１は、互いに対向配置され土台６に立設された一対の柱２，２と、該柱の頭部に架け渡された梁３とからなるとともに、一対の柱２，２のうち、互いに向かい合う側面に添柱４，４をそれぞれ接着し、添柱４の頭部及び梁３の端部を両側面から挟み込むように一対の補強板５，５を取り付けてある。

添柱４は、土台６の天端から梁３の下端までをその高さとした後付けの補強部材であり、柱幅（壁厚方向）が柱２の幅と同一になるように形成してある。

一対の補強板５，５は、添柱４，４の各頭部と梁３の各端部における柱梁接合部にそれぞれ設けてあり、図１に示す構成では、計４枚の補強板５を用いてある。ここで、補強板５は、木質系材料からなる三角形状の板材で構成してあり、例えば厚みが２４ｍｍ程度の構造用合板や、ソリッドの木材ラミナを接着した厚さ２４〜３５ｍｍ程度の積層板、あるいは２×１０材（厚さ３８ｍｍ、幅２３５ｍｍの市販木材）から切り出して構成することができる。

ここで、補強板５は図２に示すように、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１及び梁３の端部に形成された切欠き凹部１２にそれぞれ嵌め込んで接着してあり、嵌め込んだ状態にて、補強板５の表面が添柱４の表面及び梁３の表面と揃うように、換言すれば添柱４及び梁３と面一になるように、切欠き凹部１１及び切欠き凹部１２の深さを補強板５の厚みに設定してある。

本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構１においては、一対の柱２，２のうち、互いに向かい合う側面に添柱４，４をそれぞれ接着するとともに、図２に示したように、添柱４の頭部及び梁３の端部を両側面から挟み込むように一対の補強板５，５を、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１，１１及び梁３の端部に形成された切欠き凹部１２，１２にそれぞれ嵌め込んで接着してある。

このようにすると、添柱４によって柱梁架構１の面内水平剛性が向上するとともに、添柱４の頭部と梁３の接合部に補強板５，５を両側面から接着してあるので、添柱４と梁３、ひいては柱２と梁３との接合度合いが高くなり、剛接合により近くなる。その意味では、補強板５は、鉄骨材に用いるガセットプレートに相当するものと言える。

本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構１をリフォーム工事として施工する手順を以下に説明する。

まず、添柱４と梁３に切欠き凹部１１と切欠き凹部１２をそれぞれ形成する。

次に、柱２と添柱４の当接面に対して必要に応じてプレーナー掛け（カンナがけ）を行い、接着工程に備える。

次に、添柱４，４を柱２，２の内方側面にそれぞれ接着し、面内の曲げ剛性を高める。

使用する接着剤としては、市販されている任意のエポキシ樹脂接着剤から適宜選択することが可能であり、例えば日本シーカ株式会社から「シーカデュア３０」の商品名で市販されている二液混合型エポキシ樹脂接着剤を使用することができる。かかる接着剤は、粘性が高く液だれしないので作業性がよい、冬期以外であれば３日で最終強度の９０％程度まで強度が発現する、混練ラティチュードが広いので多少の混練不足でも不具合は生じない等の長所がある。

次に、一対の補強板５，５を、二カ所ある添柱４の頭部と梁３の端部との接合部にて両側面から挟み込むように、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１，１１及び梁３の端部に形成された切欠き凹部１２，１２にそれぞれ嵌め込んで接着する。接着に用いる接着剤は上述したと同様のものを用いればよい。

以上説明したように、本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構１によれば、添柱４によって柱梁架構１の面内水平剛性が向上するとともに、添柱４，４の頭部及び梁３の各端部に補強板５，５をそれぞれ挟み込むように接着してあるので、添柱４と梁３の接合度合いが高くなり、剛接合により近くなる。

そのため、開口部を有する柱梁架構１であっても、該開口部を塞ぐことなく、柱梁架構１の面内水平剛性を向上させることが可能となる。

さらに、一対の補強板５，５を、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１と梁３の端部に形成された切欠き凹部１２にそれぞれ嵌め込んで接着するようにしたので、柱２、添柱４及び梁３と補強板５とが面一となり、室内側においても屋外側においても、補強板５の突出を防止することができる。

そのため、図３に示すように外壁の屋外側にも採用することができるとともに、建物の出入隅部でも、補強板５同士が干渉することがなくなり、該出入隅部を強固に耐震補強することも可能となる。

本実施形態では、既存の架構を耐震補強して柱梁架構１を構築することを前提として説明したが、必ずしも耐震補強、すなわち既存の建物への適用に限定されるものではなく、新築時から本実施形態に係る柱梁架構１を採用することも可能である。なお、新築の場合には、柱２に添柱４を接着するという構成に代えて、例えば一方の幅が土台や梁の幅と同じで他方の幅（壁厚方向）がその倍程度の扁平柱を用いるのが望ましい。かかる柱は、例えば集成材で構成することができる。

（第２実施形態）

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図４は、本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構を示した正面図及び鉛直断面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係る柱梁架構４１は、互いに対向配置され土台６に立設された一対の柱２，２と、該柱の頭部に架け渡された梁３とからなり、梁３の下面に梁幅が梁３の幅と同一の添梁４２を接着するとともに、一対の柱２，２のうち、互いに向かい合う側面に添柱４，４をそれぞれ接着し、添柱４の頭部及び添梁４２の端部を両側面から挟み込むように一対の補強板５，５を取り付けてある。

添梁４２は、柱２，２の内法寸法を長さとした後付けの補強部材である。それに対し、添柱４は、土台６の天端から添梁４２の下端までをその高さとした後付けの補強部材であり、柱幅（壁厚方向）が柱２の幅と同一になるように形成してある。

一対の補強板５，５は、添柱４，４の各頭部と添梁４２の各端部における柱梁接合部にそれぞれ設けてあり、図４に示す構成では、計４枚の補強板５を用いてある。

ここで、補強板５は図５に示すように、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１及び添梁４２の端部に形成された切欠き凹部５１にそれぞれ嵌め込んで接着してあり、嵌め込んだ状態にて、補強板５の表面が添柱４の表面及び添梁４２の表面と揃うように、換言すれば添柱４及び添梁４２と面一になるように、切欠き凹部１１及び切欠き凹部５１の深さを補強板５の厚みに設定してある。

本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構４１においては、梁３の下面に梁幅が梁３の幅と同一の添梁４２を接着するとともに、一対の柱２，２のうち、互いに向かい合う側面に添柱４，４をそれぞれ接着し、図５に示したように、添柱４の頭部及び添梁４２の端部を両側面から挟み込むように一対の補強板５，５を、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１，１１及び添梁４２の端部に形成された切欠き凹部５１，５１にそれぞれ嵌め込んで接着してある。

このようにすると、添柱４及び添梁４２によって柱梁架構４１の面内水平剛性が向上するとともに、添柱４の頭部と添梁４２の接合部に補強板５，５を両側面から接着してあるので、添柱４と添梁４２、ひいては柱２と梁３との接合度合いが高くなり、剛接合により近くなる。

本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構４１をリフォーム工事として施工する手順を以下に説明する。

まず、添柱４と添梁４２に切欠き凹部１１と切欠き凹部５１をそれぞれ形成する。

次に、梁３と添梁４２の当接面に対して必要に応じてプレーナー掛け（カンナがけ）を行い、接着工程に備える。柱２と添柱４の当接面についても同様である。

次に、添梁４２を梁３の下面に接着するとともに、添柱４，４を柱２，２の内方側面にそれぞれ接着し、面内の曲げ剛性を高める。

次に、一対の補強板５，５を、二カ所ある添柱４の頭部と添梁４２の端部との接合部にて両側面から挟み込むように、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１，１１及び添梁４２の端部に形成された切欠き凹部５１，５１にそれぞれ嵌め込んで接着する。

以上説明したように、本実施形態に係る木造建築物における柱梁架構４１によれば、添柱４及び添梁４２によって柱梁架構４１の面内水平剛性が向上するとともに、添柱４，４の頭部及び添梁４２の各端部に補強板５，５をそれぞれ挟み込むように接着してあるので、添柱４と添梁４２の接合度合いが高くなり、剛接合により近くなる。

そのため、開口部を有する柱梁架構４１であっても、該開口部を塞ぐことなく、柱梁架構４１の面内水平剛性を向上させることが可能となる。

さらに、一対の補強板５，５を、添柱４の頭部に形成された切欠き凹部１１と添梁４２の端部に形成された切欠き凹部５１にそれぞれ嵌め込んで接着するようにしたので、柱２、添柱４、梁３及び添梁４２と補強板５とが面一となり、室内側においても屋外側においても、補強板５の突出を防止することができる。

そのため、外壁の屋外側にも採用することができるとともに、建物の出入隅部でも、補強板５同士が干渉することがなくなり、該出入隅部を強固に耐震補強することも可能となる。

本実施形態では、既存の架構を耐震補強して柱梁架構４１を構築することを前提として説明したが、必ずしも耐震補強、すなわち既存の建物への適用に限定されるものではなく、新築時から本実施形態に係る柱梁架構４１を採用することも可能である。

本発明に係る木造軸組部材の接合構造の作用効果を検証するため、静的加力試験を行ったので、その概要を以下に説明する。

図６に試験に用いた供試体を示す。同図でわかるように、供試体は、一対の柱とそれらの柱に架け渡された梁とで形成された構面内に添柱及び添梁を接着するとともにガセットプレートと記された補強板を添梁と添柱との接合部に接着されてなる柱梁架構であり、第２実施形態に相当する架構である。

ここで、土台はベイヒバ１０５×１０５、既存柱はスギ１０５×１０５、補強柱（添柱）はホワイトウッド１０５×１０５、既存梁はベイマツ１０５×１８０、補強梁（添梁）はホワイトウッド１０５×１５０とした。

かかる供試体に正負交番繰り返し（同一変形で三回繰り返し）の静的加力を載荷したところ、壁量は２．１２ｍとなった。

これは、スパンが３，６４０ｍｍの大開口部を有する柱梁架構であっても、本発明の柱梁架構によれば、例えば片筋かいの耐力壁（９１ｃｍで壁倍率２倍、壁量換算で１．８２ｍ）よりも壁量で勝っていることを意味する。

ちなみに、従前の柱梁架構であれば、接合部は全てピン接合とみなされるため、耐力壁とはなり得ず、壁量算出の際にも壁量はゼロである。それから比較すれば、本発明に係る柱梁架構は、まさに画期的なフレーム構造であると云える。

第１実施形態に係る木造建築物における柱梁架構の図であり、(a)は正面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う鉛直断面図。 柱梁接合部における分解斜視図。 建物出入隅部に適用した場合の概略平面図。 第２実施形態に係る木造建築物における柱梁架構の図であり、(a)は正面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う鉛直断面図。 柱梁接合部における分解斜視図。 静的加力試験に用いた供試体の図であり、(a)は正面図、(b)はＣ−Ｃ線に沿う鉛直断面図。

符号の説明

１，４１ 木造建築物における柱梁架構
２ 柱
３ 梁
４ 添柱
５ 補強板
１１ 切欠き凹部
１２ 切欠き凹部
４２ 添梁
５１ 切欠き凹部

Claims (2)

1. 対向配置された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とからなるとともに、前記一対の柱のうち、互いに向かい合う側面に添柱をそれぞれ接着するとともに、前記添柱の頭部及び前記梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を前記添柱の頭部及び前記梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着したことを特徴とする木造建築物における柱梁架構。
2. 対向配置された一対の柱と該柱の頭部に架け渡された梁とからなるとともに、前記梁の下面に添梁を接着するとともに、前記一対の柱のうち、互いに向かい合う側面に添柱をそれぞれ接着し、前記添柱の頭部及び前記添梁の端部を両側面から挟み込むように木質系材料からなる一対の補強板を前記添柱の頭部及び前記添梁の端部に形成された切欠き凹部にそれぞれ嵌め込んで接着したことを特徴とする木造建築物における柱梁架構。

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