JP4958096B2 - 木造用耐震鉄骨 - Google Patents

Description

この発明は木造建築物に組み込む耐震鉄骨構造に係わるものである。

従来の木造家屋においては、垂直荷重による圧縮荷重には強いが、激しい揺れによる横方向荷重や上下動による引張荷重に対しては弱い傾向にあるが、従来は柱と柱の間の空間に筋交いの木板を対角線上に１枚設けるだけである（図６参照）。
また近年耐震補強材として、柱と桁、柱と土台などの結合部に断面コ字型の補強鋼板をはめ込み釘止め乃至ボルトで固定したものが、市場に見受けられる（図７参照）。また柱と土台、柱と桁の接合部に三角形型の火打ち金物を用いることが、特許文献１及び２に記載されている。
しかしながら、前者の木板よりなる筋交い板を使用したものは、一度震度６以上の外力を受けると、筋交い板が割れてしまい、以後の地震には殆ど耐震力がなくなる。また後者の特許文献のものは、前記筋交い板よりは遥かに補強効果はあるが、上下の火打ち金物は連続しておらず、柱の中断部に応力の集中が起り、柱の中段部において座屈が起こる可能性が在り、強い地震振動を受けると補強鋼板を釘止めした部分の木質軸組み部分に亀裂が入り、やはり以後の耐震力が失われる。
特許第３５６９８９３号特許公報 特許第３６７３８６８号特許公報

この発明は前記の従来技術のものの欠点を改善し、木造家屋の一部に組み付け易く、新築家屋や小屋、倉庫などの木造建築物は勿論のこと、既存の木造建築物にも容易に取り付けられ、木造建築物の耐震力を飛躍的に向上させることを課題とする。

前記の課題を達成するためにこの特定発明は上下横鉄骨と左右の竪鉄骨が同一平面内において長方形に形成してあり、各隅角部において、第１ガセットプレートを添わせて、輪郭形状が正確な長方形に強固に結合形成してある本体枠鉄骨と、前記本体枠鉄骨の上下の横鉄骨と同様の桁用鉄骨及び一対の短竪鉄骨が正面倒立部首（こん）形状に形成され、両隅角部において第２ガセットプレートを添わせて強固に形成してある補助鉄骨とを備え、 前記各鉄骨はＬ字型のアングル鋼、不等辺Ｌ字型鋼、コ字型乃至Ｃ字型鋼、角パイプ型鋼のうちの一種としてあり、前記本体枠鉄骨で囲まれた空間はＸ字又はＺ字形状の筋交い鉄骨によって、隅角部の第１ガセットプレートと結合して、前記本体枠鉄骨全体としてトラス構造としてあり、前記補助鉄骨の各隅角部は第２ガセットプレートが添わせて強固に形成してあり、
本体枠鉄骨と補助鉄骨は同一幅としてあり、これらの各隅角部は、各鉄骨幅乃至この幅の２倍平方の部分は前記各鉄骨の平面と直角に張り出す片辺部の無い、第１又は第２のガセットプレートのみにより形成してあり、
前記本体枠鉄骨の上部隅角部のガセットプレートと補助鉄骨のガセットプレートとが
中間にターンバックルを備えた一対の丸棒鋼、鋼索、ピアノ線のうちの１種よりなる引張部材ブレースによりＸ字状に連結してあり、
前記本体枠鉄骨の上部隅角部の第１ガセットプレートには前記ブレース下端が往復回転運動自在にボルトナットによって着脱自在に連結してあり、これらブレースのそれぞれの上端も補助鉄骨の隅角部の第２ガセットプレートに同様にボルトナット止めして連結してあり、
前記本体枠鉄骨の周辺及び補助鉄骨を構成する各鉄骨の本体枠を含む平面と直角方向に張り出す片辺部には所望数のボルト通し孔が必要場所に、それぞれ穿孔してあることを特徴とする木造建築物用耐震鉄骨とする。

また前記の課題を達成するためにこの発明の木造建築物用耐震鉄骨は前記本体枠鉄骨の長方形枠は縦方向の辺の長さが幅方向より２倍以上長く、中間に横桟鉄骨が中段ガセットプレートを添わせて強固に固着してあり、この横桟鉄骨で区画された各長方形枠部分にはそれぞれ、前記Ｘ字状の筋交い鉄骨が中心部の交差する部分に第３ガセットプレートを沿わせて強固に固着してあることを特徴とすることが好ましい。

また前記の課題を達成するためにこの発明の木造建築物用耐震鉄骨は前記本体枠鉄骨及び補助鉄骨を構成する全てのアングル鉄骨の内、本体枠を含む平面と直角方向に張り出す片辺部には所望数のボルト通し孔がそれぞれ必要場所に、穿孔してあり、これらボルト通し孔の高さ位置は左右において、ボルト通し孔の径乃至これより若干大きく異にしてあることを特徴とする木造建築物用耐震鉄骨とする。
また前記の課題を達成するためにこの発明の木造建築物用耐震鉄骨は前記隅角部のガセットプレートであって、前記片辺部のない部分には連結材取付孔が１乃至３個それぞれ穿孔してあることを特徴とすることが好ましい。
この明細書において、鉄骨とはアングル材が好ましいが、不等辺Ｌ字型鋼、コ字型乃至Ｃ字型鋼、角パイプであっても同じであり、角パイプの場合は内面及びボルト孔に不錆加工が施してあるものか、全体が不錆金属製のものを用いる。
また、この明細書において、前記の引張部材ブレースとしては、ＪＩＳ Ｇ３１３８に規定されている建築構造圧延鋼材の一種である丸棒鋼が好ましいが、これらと同等以上の引張強度を有するものであれば前記規定鋼材に限定されない。またブレースとして、ねじ以外の部分の断面形状は円形、角、多角形を問わない。
また棒鋼以外の鋼索、ピアノ線などの引張部材を用いてもこの発明の範囲に含まれる。

この請求項１項に記載の特定発明の物を使用するには、先ず本体枠鉄骨を木造家屋の隅の柱と次の柱の間に竪長に設置し、フーチンに設置してあり、土台を貫通して起立するアンカーボルトを底辺の下部鉄骨に予め穿孔してあるボルト通し孔に通して、木造建築物の隅角部柱に添わせて密着させ、固定する。
次に竪鉄骨及び隅角部柱に予めボルト通し孔が必要数、垂直方向に順次並んで穿孔してあるから、これらボルト通し孔位置の隅角部柱にも現場で穿孔し、或いは予め穿孔してある孔に締め付けボルトをそれぞれ通して、隅角部柱の反対面で座金を嵌めナットで強固に固定する。
このようにすると、隅角部の柱は土台に対して垂直に起立する。同様に本体枠鉄骨の反対側の起立辺にも次の柱を締め付けボルトで同様に固定する。次の柱と本体枠鉄骨との間に隙間が出来るようであれば、隙間寸法に対応する厚みの板材を挟み込んで同様に固定する。

次に引張部材ブレースのターンバックルを調整して、前記両側の２本の柱の上にある軒桁、梁、などの水平方向の軸材（以下単に桁という）に下面に補助鉄骨の上面を密着させ、同様に補助鉄骨も前記桁に強固にボルト止めして固定する。
而して、ターンバックルを調整して、交差した引張部材ブレースをそれぞれ充分に緊張させ、両側の柱及び桁に圧縮力をかけ、前記本体鉄骨には上下方向に引張ストレスを与え、後本体枠鉄骨両側の全ての締め付けボルトナットを強固に緊締して、木質軸組みと、この発明の木造建築物用耐震鉄骨を一体化する。
通常、木造家屋の各隅角部にそれぞれ同様に相互に直角になるよう、本件発明の本体枠鉄骨を固定する（図５参照）。勿論２階にも同様に取り付けられる。隅角部の柱から窓などの開口部がある場合は開口部の次の壁部分に取り付ける。
隅角部の木造柱において、また前記引張部材ブレースの下端を本体枠鉄骨より取り外し、本体枠鉄骨の全ての鉄骨が水平になるようにして、木造家屋の梁と階の間の桁に水平に用いて固定することも可能である。殊に２乃至３階建ての木造家屋においては、それぞれに上層階の床レベル桁位置にこの発明の鉄骨を水平に取り付ける。或いは大きな窓若しくは入り口などの開口部の上部に横向きに起立させて用いることも可能である。
また、天井が高い建物又は２階建て３階建ての建物においては、本件発明の本体枠鉄骨のみを上下に直接２，３段連ねて設置し、それぞれ連結ボルトで連結して用いることが出来る。或いは各本体枠鉄骨の間に桁を介在させて上下に連結する場合もある。この場合は前記桁を貫通するホールダン金物乃至ボルトによって上下の本体枠鉄骨を連結することも出来る。
このようにして、使用された木造家屋は各隅角部が前記木造建築物用耐震鉄骨によって、正確に９０°に規制され、且つ所望間隔で締め付けボルトナットにより、隅角部柱及び次の柱が補強され、各引張部材ブレースはターンバックルを備えているから、木造家屋の上部桁までの各種寸法に充分対応して、取り付けられ、この場合各引張部材ブレースは第１ガセットプレートに対して、若干回動可能であり、前記ガセットプレートのみの部分に取り付けられているから、鉄骨に当たらず、充分且つ正確に引っ張り力が与えられる。上部の桁と本件発明の鉄骨を確実に一体化でき、地震による外力を受けても、木造家屋は土台及びフーチンに対して起立した状態を維持し、傾斜したりねじれるなどの歪を起こさせず、殊に木造建築物の隅角部の柱が座屈せず、家屋が倒壊するおそれは皆無に等しい。
更に請求項２記載の発明においては、隅角部柱及び次の柱全長において、この発明の鉄骨と一体化するから、強固な木造建築物となる。
請求項３記載の発明においては、この木造建築物用耐震鉄骨を用いれば、木造建築物の隅角部の柱を貫通する締め付けボルトが前記隅角部の柱の中において高さが異なり、相互にボルトが干渉することなく固定できる。
請求項４記載の発明においては本体枠鉄骨及び補助鉄骨の各隅角部に設けた任意の取付孔を利用し、ホールダン金物が取り付けられ、この発明の補強鉄骨よりも上位にある梁や棟木などを下方に牽引して、これらが激しい上下振動で上方に引き上げられる現象を阻止できる。

図１乃至図３に記載してあるものであり、Ａは本体枠鉄骨であり、型鋼の一種であるアングル材１０によって正確な長方形に同一平面内に位置して形成してあり、本体枠鉄骨Ａを含む平面と直角方向に張り出す片辺部１１は、竪鉄骨１２、上部横鉄骨１３及び下部横鉄骨１４とも全て外面に位置しており、各隅角部は第１ガセットプレート１６を介して、溶接して、正確に９０°に形成して、輪郭形状は正確な長方形に形成してある。
また、この本体枠鉄骨Ａの高さＨ１は前記幅Ｗの２倍強としてあり、丁度中段部に、横桟鉄骨１５が設けてあり、他の中段ガセットプレート１６aを介して竪鉄骨１２にその両端が溶接によって強固に固定してある。
前記横桟鉄骨１５、一対の竪鉄骨及び上部又は下部横鉄骨１３，１４で囲まれる空間にはそれぞれＸ字状の筋交い鉄骨１７が設けて、これらの中心部の交差する部分は第３ガセットプレート１８を介して同様に溶接により強固に固定してある。また前記筋交い鉄骨１７の各端部は第１ガセットプレート１６及び中段ガセットプレート１６aに溶接により強固に固定して２段トラス構造にしてある。
トラス構造は前記図示の他筋交い鉄骨１７がＸ字に限定されず、Ｚ字型のものでもこの発明のトラス構造に含まれる。
上部横鉄骨１３及び下部横鉄骨１４は幅Ｗより短くしてあり、第１ガセットプレート１６のみの隅角部１９が形成してあり、後述の引張部材ブレース４０若しくは他の連結金具が取り付けやすく、且つ前記上下横鉄骨１３又は１４に棒鋼や他の固定金具が当たらないようにしてある。図示の例では同様に本体枠鉄骨Ａの竪鉄骨の上下端も短くしてある（図１参照）。また第１ガセットプレート１６の外側の隅角部１９、には所望数の連結材取付孔２０がそれぞれ必要場所に必要数穿孔してある。

Ｂは前記本体枠鉄骨Ａとは別部材の補助鉄骨であり、前記の桁用横鉄骨３０と上部横鉄骨１３とは同大である。この両端に第２ガセットプレート３３を介して短竪鉄骨３１が直角に且つ強固に溶接して固定してある。この補助鉄骨Ｂの隅角も第２ガセットプレート３３のみでアングル材たる桁用横鉄骨３０の一片辺部のない隅角部３４としてある。
前記のアングル材１０及び補助鉄骨を構成するアングル材１０は等辺のアングル材を図示したが、各片辺部は長さが異なる不等辺アングル材であっても、或いは鋼板をＬ字型に折り曲げた型材であっても、コ字型鋼、乃至Ｃ字型鋼、或いは角パイプこの発明としては同じである。
即ち本体枠鉄骨Ａ及び補助鉄骨Ｂの厚みは取り付けられるべき家屋の構造及び壁厚によって、各種アングル材の寸法を選択して設計し、予め製造して使用する。
この補助鉄骨Ｂの第２ガセットプレート３３と前記上方の隅角部１９とはターンバックル４１を中間に有する引張部材ブレース４０がたすき掛けにして連結してあり、前記引張部材ブレース４０の上端４３及び下端４２は前記連結材取付孔２０を利用して、それぞれのガセットプレート１６、３３に対し、回動自在に連結用ボルトナット２２によって、回動及び着脱自在に連結してある。
即ち前記各引張部材ブレース４０の各上下端４３，４２には羽子板形状の鋼板が溶接してあり、この羽子板形状の鋼板に連結用ボルト取り付け孔２１が設けてある（図１参照）。
引張部材ブレース４０の上端４３と第２ガセットプレート３３の連結部は必ずしも着脱自在でなくともよい。
前述のターンバックル４１を捻動させることによって、引張部材ブレース４０の長さを調整し、木造建築物の多様な桁高さに対応して確実に取り付けられるようにしてある。

前記の通りの構成であり、アングル材１０としては一片辺部１１の幅ｂが７５ｍｍ、厚み６ｍｍのものを用い、標準家屋の柱太さが１２０ｍｍ×１２０ｍｍのものであり、隅角部柱５０と次の柱５１の芯間寸法Ｄが９１０ｍｍのもの、土台上面から桁５５下面までの高さＨが２８２５０ｍｍのところに使用する場合において、本体枠鉄骨Ａの幅Ｗは７９０ｍｍ高さＨ１は１７００ｍｍに成形したものとした（図１、図２及び図４参照）。
また、補助鉄骨Ｂの幅Ｗは本体枠鉄骨Ａの幅Ｗと同一としてあり、その高さＨ２は３７５ｍｍとした。
また引張部材ブレース４０の一例としては丸棒鋼ブレースを用い、太さｄは１６ｍｍのものを用い、ターンバックル４１の調節範囲は２００ｍｍのものを用いた。したがってこの発明の木造建築物用耐震鉄骨全体は約１４ｃｍの範囲で高さ調節が可能である。調節寸法が１４ｃｍを越える場合は、他の長さの丸棒鋼ブレースと取り替えて用いる。
或いは引張部材ブレース４０としては、丸棒鋼の代わりに鋼索、ピアノ線を用いたものもこの発明の引張部材ブレースに含まれる。引張部材ブレース４０の上下端４２，４３には通常羽子板が溶接してある。
下部横鉄骨１４の片辺部１１には所望間隔に５個（図示の例では３個）アンカーボルト５４のボルト通し孔２１が対応して穿孔してある。

また竪鉄骨１２の側方に張り出した片辺部１１にも隅角部柱５０及び次の柱５１を固定するためのボルト通し孔２１aが縦方向に各トラス毎に５個ずつ９０ｍｍ間隔に穿孔してある。この実施例１においては左右の竪鉄骨１２において、前記ボルト通し孔２１aの高さの差ｈは２０ｍｍ乃至４５ｍｍとしてあり、隅角部柱５０に相互の９０°方向の異なるこの発明の木造建築物用耐震鉄骨を取り付けた場合これら取り付け用の締め付けボルトナットのボルト２３が相互の干渉しないようにしてある。
また、補助鉄骨Ｂの桁用横鉄骨３０にも本体枠鉄骨Ａの下部横鉄骨１４と同一場所に５個程度のボルト通し孔２１ｂが所望間隔をおいて穿孔してある。更に短竪鉄骨３１の片辺部１１にも各３乃至５個程度のボルト通し孔２１ｂが穿孔してある（図示の例では１個）。
その他、前記の本体枠鉄骨Ａの上部及び補助鉄骨Ｂの隅角部１９の第２ガセットプレートであって、アングル材の無い部分の面積は実施例においては、幅１２０ｍｍ×高さ７５ｍｍとしてある。この側方に張り出した片辺部の無い隅角部１９の第２ガセットプレート３３には、従来から用いられているホールダン金物などを取り付ける第２連結材取付孔３５が穿孔してある。このホールダン金物はこの発明の補給鉄骨Ｂよりも上方の梁、棟木などの木造建築物の軸組みが上方に持ち上げられないようにするものである。通常他のターンバックルを含む丸棒鋼ブレース乃至ワイヤの下端の羽子板４４を取り付けたものを用いる（図１参照）。
この実施例１のものを組み付けた標準的木造建築物は、図４に示す建物の４つの隅角部柱の両側に９０°方向を異にして取り付けたものにおいて、地震の震度7の１．５倍相当の荷重負荷を加えた耐震計算をしたが、建物にねじれ、倒壊の虞は全くない結果が得られた。
前述の実施例に示す各部の寸法を示す数値はあくまでも例示であって、これに限定されるものではない。
また前記の筋交い鉄骨及び引張部材ブレースの傾斜角は各竪鉄骨１０に対して４５度が最も好ましいが、この４５度を挟んで１５度以内が好ましい。

発明の代表的な実施例の正面図である。 図１の側面図である。 アングル材の一部斜視図である。 羽子板の一例を示す斜視図である。 木造建築物の一例を示す軸組み平面図である。 従来の木造建築物の筋交い板を用いた部分の一部正面図である 補強金物の公知例である。

符号の説明

Ａ 本体枠鉄骨
１０ アングル材
１１ 片辺部
１２ 竪鉄骨
１２ａ 右竪鉄骨
１２ｂ 左竪鉄骨
１３ 上部横鉄骨
１４ 下部横鉄骨
１５ 横桟鉄骨
１６ 第１ガセットプレート
１６ａ 中段ガセットプレート
１７ 筋交い鉄骨
１８ 第３ガセットプレート
１９ 隅角部
２０ 連結材取付孔
２１ ボルト通し孔
２２ ボルトナット
Ｂ 補助鉄骨
３０ 桁用横鉄骨
３１ 短竪鉄骨
３３ 第２ガセットプレート
３４ 片辺部のない隅角部
３５ 第２連結材取付孔
４０ 引張部材ブレース
４１ ターンバックル
４２ 引張部材ブレース下端
４３ 引張部材ブレース上端
４４ 羽子板
Ｃ 木造建築物
５０ 隅角部柱
５１ 次の柱
５２ 土台
５３ フーチン
５４ アンカーボルト
５５ 桁
Ｗ 本体枠鉄骨の幅
Ｈ１ 本体枠鉄骨の高さ
Ｈ２ 補助鉄骨の高さ
Ｄ 木造建築物の隅角柱と次の柱との芯間寸法
ｈ 左右のボルト通し孔の高さの差

Claims (4)

1. 上下横鉄骨と左右の竪鉄骨が同一平面内において長方形に形成してあり、各隅角部において、第１ガセットプレートを添わせて、輪郭形状が正確な長方形に強固に結合形成してある本体枠鉄骨と、前記本体枠鉄骨の上下の横鉄骨と同様の桁用鉄骨及び一対の短竪鉄骨が正面倒立部首（こん）形状に形成され、両隅角部において第２ガセットプレートを添わせて強固に形成してある補助鉄骨とを備え、
   前記各鉄骨はＬ字型のアングル鋼、不等辺Ｌ字型鋼、コ字型乃至Ｃ字型鋼、角パイプ型鋼のうちの一種としてあり、前記本体枠鉄骨で囲まれた空間はＸ字又はＺ字形状の筋交い鉄骨によって、隅角部の第１ガセットプレートと結合して、前記本体枠鉄骨全体としてトラス構造としてあり、前記補助鉄骨の各隅角部は第２ガセットプレートが添わせて強固に形成してあり、
   本体枠鉄骨と補助鉄骨は同一幅としてあり、これらの各隅角部は、各鉄骨幅乃至この幅の２倍平方の部分は前記各鉄骨の平面と直角に張り出す片辺部の無い、第１又は第２のガセットプレートのみにより形成してあり、
   前記本体枠鉄骨の上部隅角部のガセットプレートと補助鉄骨のガセットプレートとが
   中間にターンバックルを備えた一対の丸棒鋼、鋼索、ピアノ線のうちの１種よりなる引張部材ブレースによりＸ字状に連結してあり、
   前記本体枠鉄骨の上部隅角部の第１ガセットプレートには前記ブレース下端が往復回転運動自在にボルトナットによって着脱自在に連結してあり、これらブレースのそれぞれの上端も補助鉄骨の隅角部の第２ガセットプレートに同様にボルトナット止めして連結してあり、
   前記本体枠鉄骨の周辺及び補助鉄骨を構成する各鉄骨の本体枠を含む平面と直角方向に張り出す片辺部には所望数のボルト通し孔が必要場所に、それぞれ穿孔してあることを特徴とする木造建築物用耐震鉄骨。
2. 前記本体枠鉄骨の長方形枠は縦方向の辺の長さが幅方向より２倍以上長く、中間に横桟鉄骨が中段ガセットプレートを添わせて強固に固着してあり、この横桟鉄骨で区画された各長方形枠部分にはそれぞれ、前記Ｘ字状の筋交い鉄骨が中心部の交差する部分に第３ガセットプレートを沿わせて強固に固着してあることを特徴とする請求項１記載の木造建築物用耐震鉄骨。
3. 前記本体枠鉄骨及び補助鉄骨の竪鉄骨に設けた各ボルト通し孔の高さ位置は左右においてその直径相当乃至これより若干大きく異にしてあることを特徴とする請求項１又は２記載の木造建築物用耐震鉄骨。
4. 前記隅角部のガセットプレートであって、前記片辺部のない部分には連結材取付孔が１乃至３個それぞれ穿孔してあることを特徴とする請求項１，２又は３記載の木造建築物用耐震鉄骨。

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