JP4889050B2

JP4889050B2 - 建築物及び建造物の補強部材並びに補強構造

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Publication number: JP4889050B2
Application number: JP2008279598A
Authority: JP
Inventors: 拓造中村
Original assignee: 中村物産有限会社
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2009068329A

Description

本発明は木造建築物又は鉄骨建造物における柱構造材並びに柱構造材とこれに連結する他の構造材との間に架け渡して用いられる補強部材及び該補強部材を使用した防振性及び耐震性が付与された建築物及び建造物の補強構造に関する。

木造建築物及び鉄骨建造物における防振性、耐震性の必要性は、近年益々理解が深まりつつありその関心度も高くなっている。なお、本発明において木造建築物というときは、木造建築物或いは木造建造物を含んだ意味で用いられ、鉄骨建造物というときは軽量鉄骨建築物及び重量鉄骨建造物を含んだ意味で用いられる。

従来、木造建築物及び鉄骨建造物を補強するための補強構造としては、木造軸組建築物における柱、間柱、土台、梁及び胴差等の構造材間、木造枠組壁工法建築物における角材等の構造材間において構築される筋交いやブレス構造等の補強材を架け渡した補強構造、又は鉄骨建造物における柱、梁材等の構造材間に設けられたラーメン構造やブレス気宇増等の補強構造が広く知られている。

上記の補強構造は、このような補強構造が存在しない構造の建築物や建造物に比べて、耐震性や防振性が向上する。また、建築物及び建造物を補強刷る為の補強構造として、さらに耐震構造を用いて耐震性能をより高いものとするための補強構造が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１、特許文献２に示された補強構造は、一方の構造材（構造材Ａ）と他の構造材（構造材Ｂ）とで形成される角部において、構造材Ａの途中から他方の構造材Ｂの途中に、バネ鋼からなる補強部材を架け渡して固定してなるものである。また特許文献２に記載の補強構造は、上記構造材Ａと構造材Ｂと補強部材とで構成される空間部に合成樹脂発泡体を圧縮状態で固定してなるものである。

また、例えば、特許文献３には、建築物や建造物における二つの構造材で形成された仕口に設置される補強部材であって、耐震性能の高い制震構造を有し、該仕口の変形に追従して減衰効果を発揮し、又該仕口の角度を正常な位置に復元するための復元力が発揮された補強部材が示されている。

また、特許文献４には、土台と土台上に立設する柱とを締結する１枚の平板状金属に係止爪を設けた構造の柱脚金具が示されている。

特開平２００３−９６９１１号公報特開平２００３−２０７２９号公報国際公開だ２００４／０５１０１５号パンフレット特開平８−３１２００８号公報

このような従来の補強構造は、一方の構造材と他方の構造材（例えば、柱と梁）との間に形成される角部において、一方の構造材と他方の構造材との間に補強部材を架け渡して補強する方式である。このような補強構造では、柱の曲げ歪が大きくなると補強作用が良好に発揮されない。また木造建築物の場合、木部の強度が固定部材の強度に負け木部が破壊する虞がある等柱の曲げ強度や固定部の強度等の性能に大きく影響され易い等問題がある。

本発明の補強部材および補強構造は、上記のごとき従来の補強部材及び補強構造とはまったく異なる発想に基づく補強部材および補強構造であって、柱構造材の曲げ強度や固定部の強度等の性能に大きく影響されず、柱構造材にかかる引張剪断力や伸長力を吸収、減衰させ、曲げ歪も吸収することができる従来のものとは全く異なる構成からなる補強部材及び補強構造を提供するものである。

本発明は、柱構造材および柱構造材と連結する他の構造材間に沿って架け渡して構造材を補強する補強部材および該補強部材を使用した建築物及び建造物の補強構造に関する。

すなわち、本発明は、
（１）建築物及び建造物における柱構造材および柱構造材と連結する他の構造材間に沿って架け渡して構造材を補強する補強部材であって、該補強部材は、建築物及び建造物の前記構造材への取付け用金属部材と、エネルギー吸収体およびＶ字形状を有する表面金属部材とで構成され、前記取付け用金属部材は、前記表面金属部材よりも幅広とし、前記エネルギー吸収体が前記取付け用金属部材と前記表面金属部材との間に挟持されて一体に構成され、表面金属部材およびエネルギー吸収体が存在しない個所に前記取付け用金属部材の構造材への取付け部を形成している、ことを特徴とする建築物及び建造物の補強部材に関する。

（２）前記エネルギー吸収体が、等価減衰定数（Ｈｅｑ）が１０〜６０％、剪断弾性係数（Ｇ）が０．０５〜２．０Ｎ／ｍｍ^２である高減衰性ゴム、粘弾性熱可塑性樹脂から選ばれる１種であることを特徴とする上記（１）記載の建築物及び建造物の補強部材。

（３）前記補強部材において、Ｖ字状表面金属部材における取付け用金属部材及びエネルギー吸収体が存在しない個所に構造材との固定部が形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の建築物及び建造物の補強部材。

（４）前記柱構造材と連結する他の構造材が、梁又土台であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の建築物及び建造物の補強部材。

また、本発明は、（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の補強部材において、該補強部材を構成する前記取付け用金属部材に形成された表面金属部材よりも幅広とした構造材への取付け部において前記取付け用金属部材が柱構造材又は柱構造材と連結する他の構造材に固定され、該補強部材を構成する前記Ｖ字状表面金属部材における二股に分かれた部分（Ｖ字状形状の足部分）が、柱構造材及び柱構造材と連結する他の構造材間に架け渡されて、前記表面金属部材における構造材との固定部で柱構造材と連結する他の構造材に固定されていることを特徴とする建築物及び建造物の補強構造に関する。

（６）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の補強部材において、該補強部材を構成する前記取付け用金属部材に形成された表面金属部材よりも幅広とした構造材への取付け部において前記取付け用金属部材が柱構造材に固定され、該補強部材を構成する前記Ｖ字状表面金属部材における二股に分かれた部分（Ｖ字状形状の足部分）が、柱構造材及び柱構造材と連結する他の構造材間に架け渡されて、前記表面金属部材における構造材との固定部にスペーサーが配置され、柱構造材と連結する他の構造材における柱構造材との連結部に相対する角部に板状Ｌアングルを配置し、スペーサー及び該Ｌアングルを前記表面金属部材とともに柱構造材と連結する他の構造材に固定されていることを特徴とする建築物及び建造物の補強構造。
を要旨とする。

本発明の補強部材は、建築物及び建造物の柱構造材と柱構造材と連結される他の構造材への取付け用金属部材と、エネルギー吸収体及び表面金属部材とで構成され、前記取付け用金属部材と前記表面金属部材との間にエネルギー吸収体が一体的に挟持されて構成された構造である。本発明に係る補強部材において、引張剪断力又は伸縮力等が加わった場合、補強部材を構成する上記２枚の金属部材間に挟持されたエネルギー吸収体が、構造材に対して外部から加わる引張剪断力又は伸縮力（引張／圧縮及び剪断による複合力）のエネルギー（変形エネルギー）を吸収し、減衰させ構造体の変形を抑制する。さらに本発明の補強部材は、補強部材を構成する金属部材が補強効果をさらに高めることができるので、防振性及び耐震性に優れた補強構造が提供される。

本発明の補強部材は、柱構造材と柱構造材と連結される構造材との連結部において、構造材との固定部に板状Ｌアングルを配置して構造材に固定することにより、外部からの応力に対し補強部材固定部の引抜きに対する補強をたかめ補強部材による補強効果が一層高められた補強構造が得られる。

また、本発明の補強部材は、柱構造材と梁や土台等の柱構造材と連結される構造材との連結部に架け渡して建築物及び建造物の外壁側または内壁側に取付けることができるので、柱構造材の曲げ強度に依存し柱１本毎のバネ強度の補強構造としてのエネルギー吸収量が耐力として加算されて補強効果を発揮する。また本発明の補強部材は柱構造材と柱構造材と連結される構造材との連結部又は柱構造材において建築物及び建造物の外壁側または内壁側に取付けることができるので、例えば、窓と窓との間の柱を補強することもできる。

本発明の補強部材は、個々の柱構造材と梁や土台等の柱構造材と連結される構造材に取付けて補強することができるので、新築の建物においては勿論のこと、例えば地震などにより傾いたり歪んだりした場合の一時的な補強にも適用できる。

本発明の取り付け用金属部材と表面金属部材間に高減衰ゴムのようなエネルギー吸収体が挟持されて一体的に構成された減衰効果が大きい補強部材を、建築物及び建造物の柱構造材と又は柱構造材と連結される他の構造材に設置した補強構造は、このような補強部材を使用しない場合に比べ、構造部材に加わる引張り剪断力の３０〜４０％の減衰効果が得られる。また地震等による応答加速度の変形は４０〜５０％の減衰効果が得られる。

本発明の補強部材は、建築物及び建造物における柱構造材又は柱構造材及び柱構造材と連結する他の構造材（梁、桁、胴差や土台等のいわゆる横架材）間に沿って架け渡して建築物及び建造物を補強する補強部材であり、建築物及び建造物の構造材への取付け用金属部材（以下、単に「取付け用金属部材」という）と、エネルギー吸収体及び構造材との固定部を有する表面金属部材とで構成されており、前記取付け用金属部材と前記表面金属部材との間にエネルギー吸収体が挟持されて一体に構成された構造からなる。また、本発明は、上記構成からなる補強部材を建築物及び建造物における柱構造材、又は柱構造材と柱構造材と連結する他の構造材間に架け渡して設置してなる建築物及び建造物の補強構造に関する。
本発明において、柱構造材を「柱部材」、柱構造材と連結する他の構造材を「梁や土台等の構造材」ということがある。またこれらを総称して「構造材」ということがある。

本発明における補強部材を構成するエネルギー吸収体は、外部からの力により構造材間に加わる引張剪断力及び伸縮力（引張／圧縮及び剪断による複合力）を吸収、減衰し元の形状に復元させ得る機能を有するもので、等価減衰定数（Ｈｅｑ）が１０〜６０％、剪断弾性係数（Ｇ）が０．０５〜２．０Ｎ／ｍｍ²を示すものが使用される。等価減衰定数（Ｈｅｑ）が１０％未満はエネルギー吸収量が小さく好ましくない。また剪断弾性係数（Ｇ）が０．０５Ｎ／ｍｍ²未満のものは、柔らか過ぎてエネルギー吸収量が小さく、２．０Ｎ／ｍｍ²を超えるものでは、剛性が高すぎエネルギー吸収量が小さく、引張剪断力や伸縮力によるエネルギーを十分に吸収し、かつ変形に対して抗することができず所期の目的が得られない。実用的な観点から等価減衰定数（Ｈｅｑ）は１０〜４０％が好ましい。また、剪断弾性係数（Ｇ）は好ましくは、０．１〜１．２Ｎ／ｍｍ²である。
この様な特性を示すものとしては、例えば、高減衰性ゴムや粘弾性熱可塑性樹脂が挙げられる。これらのうち、特に高減衰性ゴムが好適である。粘弾性熱可塑性樹脂は、例えば、硬質ウレタン樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。

本発明に用いられるエネルギー吸収体の厚みは、エネルギー吸収体の種類や本発明の補強部材が施工される建築物や建造物の構造部材の材質や種類、即ち木質部材か鉄骨部材か、また施工される個所などにより異なり、これらを勘案して適宜の厚みが採用されるが、エネルギー吸収体が高減衰性ゴムの場合は、通常１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜３０ｍｍ、さらに好ましくは５〜２０ｍｍである。エネルギー吸収体の厚みが１ｍｍ未満の場合は変形に対するエネルギーを十分に吸収することができず、一方５０ｍｍを超えるような場合には、補強部材全体が厚くなり、またコスト高となる。また、エネルギー吸収体３の幅は表面金属部材の幅と同等で柱部材の幅に対し１０〜１００％の範囲であればよく、通常２０〜１００％が採用される。

本発明における補強部材を構成する取付け用金属部材及び表面金属部材の厚みは、これら金属部材の材質や本発明の補強部材が施工される建築物や建造物の構造部材の材質や種類、即ち対象とする建築物や建造物が木質系か鉄骨系か、また施工される個所などにより異なり一概には決められないが、取付け用金属部材は通常１〜６ｍｍの範囲のものが使用され、好ましくは１．５〜５ｍｍである。また表面金属部材２は２〜１２ｍｍの範囲のものが使用され、好ましくは２〜１０ｍｍである。取付け用金属部材と表面金属部材との厚みは同一であることが望ましいが必ずしも同一である必要はない。木造建築物の場合には、上記両金属部材は２〜３．５ｍｍの厚さのものが用いられる。金属部材の厚みが薄過ぎる場合には、変形に対する強度が不十分となる虞があり、厚さが厚い場合、補強部材の変形に対する強度の点では差し支えないが、厚さが厚過ぎると全体の重量が大きくなり、例えば、木造建築物の場合、柱部材や梁や土台等の構造材への保持に対して固定部が耐えられなくなる虞がある。また全体のコストが高くなる。

本発明における前記取付け用金属部材及び表面金属部材は通常鋼板やステンレスが使用され、取付け用金属部材と表面金属部材とは同じであっても異なってもよいが、特に表面金属部材はバネ鋼であることが好ましい。

前記取付け用金属部材の幅の大きさは該取付け用金属部材の形状や構造材への取付け個所などにより異なるが、柱部材へ取付けられる取付け用金属部材は、柱部材の幅に対し５０〜１００％である。取付け用金属部材は主として平板状のものが用いられ、例えば、図１に示すような形状の表面金属部材のときには表面金属部材のＶ字状形状の略中間から凸部側全体を含む幅広の大きさが採用される。勿論Ｖ字状形状に対応する形状の平板状金属部材とすることもできる。また、図２に示すように平板状の取付け用金属部材は、Ｖ字状形状の略中間部から一対の足部が形成される側に平板状の取付け用金属部材を配置することもできる。

本発明の補強部材における取付け用金属部材と表面金属部材間に配置されるエネルギー吸収体を、取付け用金属部材と表面金属部材とで挟持し接合させて一体化するには、例えば、取付け用金属部材及び表面金属部材のエネルギー吸収体と接合される面を、接着性能を高めるためにブラスト研磨等を行い、両方の金属部材のエネルギー吸収体との接合面に、金属部材とゴムの両者に接着性を有する接着材、例えば、エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤、フェノール樹脂／ゴム系接着材を塗布し、高減衰性ゴム等のエネルギー吸収体を配置し挟持した状態で加硫処理を行う等により取付け用金属部材及び表面金属部材とエネルギー吸収体とが一体的に強固に接合された本発明に係る補強部材を得ることができる。

本発明の補強部材を構成する表面金属部材には、表面金属部材における構造材との固定部を形成する個所には、図２に示すように複数の係止爪２２を設けることができる。この係止爪は、施工に際して該係止爪を構造材に打ち込んで使用することにより、梁や土台と柱構造材との連結部の引き抜きに対する補強を高めることができる。また、梁や土台に多くに釘等を打ち込むことによる亀裂の発生を抑えることができる。

本発明の補強部材及び該補強部材を木造建築物に適用した場合の補強構造の一例を図面により具体的に説明する。
図１は、本発明の補強部材Ｉを構成する表面金属部材がＶ字状形状を示す金属部材であり、取付け用金属部材が平板状の金属部材である態様を示す。図１（１）は平面図、図１（２）は外観斜視図を示す。図１に示す態様の補強部材にあっては、Ｖ字状形状の表面金属部材２の略中間より凸状部側（図１（１）では下部）に取付け用金属部材が配置され柱部材への取付け部を構成し、図１（１）に示すＶ字状形状表面金属部材２のＶ字状形状における二股に分かれた部分（Ｖ字状形状の足部分）が梁や土台等の構造材への固定部を構成する。前記の柱部材への取付け部を構成する取付け用金属部材１１と前記表面金属部材２との間にはエネルギー吸収体３を挟持して平板状の取付け用金属部材１１と接合され一体に構成されている。

本発明の補強部材において、前記図１とは逆に梁や土台等の構造材との固定部をＶ字状形状の凸状部側とすることができる。

図２にＶ字状形状表面金属部材の凸状部に複数の係止爪を設け、Ｖ字状形状の略中間部から二股に分かれた足部側の略中間部に開口部を設けた実施態様である。
表面金属部材２のＶ字状形状の略中間部から二股に分かれた足部が形成された側に平板状の取付け用金属部材１１が配置され、該取付け金属部材とＶ字状形状の表面金属部材との間にエネルギー吸収体３が挟持されて一体に構成されている。
図２（１）は平面図、図２（２）は側面図、図２（３）は図２（１）におけるＡ−Ａ線切断断面図、図２（４）は図２（１）におけるＢ−Ｂ線切断断面図、図２（５）は外観斜視図を夫々示す。

本態様においては、平板状の取付け用金属部材１１を柱部材に取付け、表面金属部材のＶ字状形状の凸状部側に設けられた複数の係止爪２２を、施工時に梁又は土台に打ち込んで補強部材を固定し、柱部材と梁や土台等との連結部における引き抜きに対する補強を高めることができる。取付け用金属部材１１のＶ字状形状の一対の足部からはみ出した部分で構造材に固定される。さらに略中間部から二股に分かれた一対の足部を連結して形成される開口部６１が設けられており、該開口部を介して釘やネジ釘あるいはボルトを配して取付け用金属部材を構造材に固定し、柱部材の梁や土台等との連結部における引き抜きに対する補強効果を高めることができる。また歪応力に対する制御機能を補助し、金属部材とエネルギー吸収材との乖離を防止する効果をも奏する。

図３は、図１に示す補強部材Ｉを構成する表面金属部材がＶ字状形状金属部材２である補強部材を柱部材１２と土台１３との連結部に架け渡して設置した補強構造の実施態様を示す。図３（１）は正面図を示し、図３（２）は図３（１）におけるＡ−Ａ線切断断面図を示し、図３（３）は図３（１）におけるＢ−Ｂ線切断断面図を示し、図３（４）は図３（１）におけるＣ−Ｃ線切断断面図を示す。

図３（１）、図３（２）、図３（３）及び図３（４）に示すように、補強部材Ｉを構成する平板状の取付け用金属部材１１が柱部材１２表面に、固定用治具８（例えばスクリューネジ、釘等）で固定され、図３（１）、図３（２）及び図３（４）に示すように、表面金属部材２のＶ字状形状において二股に分かれた一対の足部分を土台１３に架け渡し、スペーサー４と、さらに板状Ｌアングル１４を柱と土台との連結部に相対する角部にＬアングルの角部内側を土台１３の角部に接して配置し、スペーサー４及び該Ｌアングル１４を表面金属部材２の前記足部分と共に土台１３に固定用治具９（例えばスクリューネジ、釘等）で固定されている。

前記板状Ｌアングルは厚さ２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲のものが用いられる。また幅は柱部材の幅と同等程度かやや幅広のものが用いられる。図３に示す補強構造は補強部材固定部の引裂きに対する補強を高め補強部材による補強性能を一層高めることができる。
図３では、前記板状Ｌアングルが土台と柱部材との連結部に適用した例を示したが、梁と柱部材との連結部に適用することもできる。

以上は木造建築物における補強構造について説明したが、本発明の補強部材は、木造建築物に限らず、鉄骨建造物の補強部材として使用することもできる。鉄骨建造物の場合は補強部材を構成する構造材への取付け用金属部材、及び表面金属部材は木造建築物の補強の場合よりも、先に記述した範囲内で幾らか厚みの厚いものを使用することが望ましい。またエネルギー吸収体の厚みも先に記述した範囲で厚みが厚い方が望ましい。鉄骨建造物の補強構造として用いられる補強部材においては構造材への取付け用金属部材は平板状の部材が使用される。補強部材の構造材への固定は通常ボルトナットなどが使用される。

本発明補強部材の一例を示す。本発明補強部材の別の態様を示し、表面金属部材に複数の係止爪を有する実施形態の補強部材を示す。本発明の補強部材を使用した補強構造の実施態様の一例を示す。

符号の説明

１１取付け用金属部材
２、表面金属部材
２２係止爪
３エネルギー吸収体
４スペーサー
６１開口部
８、９固定用治具
１２柱構造材
１３構造材（梁、土台）
１４板状Ｌアングル
Ｉ補強部材

Claims

建築物及び建造物における柱構造材および柱構造材と連結する他の構造材間に沿って架け渡して構造材を補強する補強部材であって、該補強部材は、建築物及び建造物の前記構造材への取付け用金属部材と、エネルギー吸収体およびＶ字形状を有する表面金属部材とで構成され、前記取付け用金属部材は前記表面金属部材よりも幅広とし、前記取付け用金属部材と前記表面金属部材との間に前記エネルギー吸収体が挟持されて一体に構成され、表面金属部材およびエネルギー吸収体が存在しない個所に前記取付け用金属部材の構造材への取付け部を形成していることを特徴とする建築物及び建造物の補強部材。
前記エネルギー吸収体が、等価減衰定数（Ｈｅｑ）が１０〜６０％、剪断弾性係数（Ｇ）が０．０５〜２．０Ｎ／ｍｍ^２である高減衰性ゴム、粘弾性熱可塑性樹脂から選ばれる１種であることを特徴とする請求項１記載の建築物及び建造物の補強部材。
前記補強部材において、表面金属部材における取付け用金属部材及びエネルギー吸収体が存在しない個所に構造材との固定部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の建築物及び建造物の補強部材。
前記柱構造材と連結する他の構造材が、梁または土台であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建築物及び建造物の補強部材。
請求項１〜４のいずれかに記載の補強部材において、該補強部材を構成する前記取付け用金属部材に形成された表面金属部材よりも幅広とした構造材への取付け部において前記取付け用金属部材が柱構造材又は柱構造材と連結する他の構造材に固定され、該補強部材を構成する前記Ｖ字状表面金属部材における二股に分かれた部分（Ｖ字状形状の足部分）が、柱構造材及び柱構造材と連結する他の構造材間に架け渡されて、前記表面金属部材における構造材との固定部で柱構造材と連結する他の構造材に固定されていることを特徴とする建築物及び建造物の補強構造。
請求項１〜４のいずれかに記載の補強部材において、該補強部材を構成する前記取付け用金属部材に形成された表面金属部材よりも幅広とした構造材への取付け部において前記取付け用金属部材が柱構造材に固定され、該補強部材を構成する前記Ｖ字状表面金属部材における二股に分かれた部分（Ｖ字状形状の足部分）が、柱構造材及び柱構造材と連結する他の構造材間に架け渡されて、前記表面金属部材における構造材との固定部にスペーサーが配置され、柱構造材と連結する他の構造材における柱構造材との連結部に相対する角部に板状Ｌアングルを配置し、スペーサー及び該Ｌアングルを前記表面金属部材とともに柱構造材と連結する他の構造材に固定されていることを特徴とする建築物及び建造物の補強構造。