JP5065729B2 - 木造建築部材の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱や梁など棒状の部材同士を締結する際に用いられる、木造建築部材の接合構造に関する。

住宅などの木造建築物は、工法を問わず棒状の部材同士を様々な箇所で締結している。部材同士を締結する際、作用する荷重が比較的小さければ、釘やプレート状の金物を用いた簡易な方法で対応できるが、梁などのような建築物の強度に関わる部材については、ホゾとホゾ溝との組み合わせや、各種の金物を用いて強度や剛性を確保している。金物は、締結される両部材の間に挟み込まれて、ボルトやドリフトピンなどを介して部材と一体化するものであり、ボルトやドリフトピンの使用数やサイズを調整することで、部材の一部に過度な荷重が作用することを防止でき、建築物の信頼性が向上する。

木材は、水分量の変化など様々な要因で変形することは避けられず、収縮が進むと部材にヒビ割れが発生する場合がある。特にドリフトピンなどを打ち込んでいる箇所は、局地的に大きな荷重が作用しやすく、この周囲からヒビ割れが発生しやすい。当然ながらヒビ割れは、建築物の強度に影響を与える場合があるため、最近では梁などに信頼性のある集成材を使用することが多い。集成材は、強度に優れ品質も安定しているため過大な余裕を見込む必要がなく、またヒビ割れの発生も抑制でき経年劣化も少ないなど、安全性など多くの面で利点がある。

集成材は、強度や品質という面で優れているが、一方では住宅などに人工的な集成材ではなく、無垢の木材を使用したいという要望がある。また日本国内の森林資源の有効活用という観点から、杉材の利用促進が検討されているが、杉材は比較的軟質であり無垢の状態で使用するには制約が多い。無垢の木材を梁などとして使用する場合、強度については断面積を増大するなどの対処法があるものの、他の部材との締結部付近は、ドリフトピンの打ち込み孔などの各種加工を行うため、この箇所を起点としてヒビ割れが発生しやすく、強度を確保する上で十分な対策が必要になる。

締結部付近からのヒビ割れを防止するには、その周辺に鋼製の帯板を巻き付けるという方法があり、マクラギなどに適用されている。この方法は、梁などの建築部材にも有効ではあるが、帯板が部材の全周に巻き付いているため、部材の上面に段差が発生して、床板などを直接敷設できないなどの問題がある。また帯板の巻き付けは、現地での施工が難しい上、部材の断面寸法によって個別に帯板を用意する必要があるなど、問題も多い。しかも帯板を巻き付けた後は、部材同士を密着させて積層できず、輸送効率も低下する。なお木材のヒビ割れ対策は重要な課題であり、以下のような特許文献が公開されている。
特開平１０−２０５００６号公報 特開２００５−３０００４号公報

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、締結部付近からのヒビ割れの発生を抑制可能な木造建築部材の接合構造の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、木造建築の柱、桁、梁などを構成する幹部材と枝部材を連結するためのもので、前記幹部材の側面から突出して前記枝部材の端部に差し込まれる金物と、該金物と前記枝部材を貫通するドリフトピンなどの締結手段と、を用い、前記金物は、枝部材の幅よりも狭く形成され且つ幹部材の側面に接する中央板と、該中央板より突出する側面板と、該側面板の最上部に形成された受け部と、を備え、前記幹部材または枝部材のいずれか一方には、金物の中央板が収まる凹部を備え、さらに枝部材には、金物の側面板が嵌る係合溝を備え、前記枝部材の側面には、その両側面を貫通し且つ前記受け部に嵌まり込む棒状の上部取付部材と、前記係合溝から離れた位置で両側面を貫通する下部取付部材と、を差し込んであり、前記枝部材の両側面には、前記上部取付部材と前記下部取付部材を連結する補強板を配置してあり、前記下部取付部材は、前記締結手段よりも枝部材の下面側に位置していることを特徴とする木造建築部材の接合構造である。

本発明は、二本の棒状の木材をＴ字状に締結する箇所に使用され、幹部材および枝部材とは、この二本の木材を識別するために付与した名称であり、接触面が部材の側面である方を幹部材、接触面が部材の端面である方を枝部材とする。また以下の記載は、幹部材と枝部材の両方が水平に延在するように配置されていることを想定しているが、これはあくまでも一例であり、実際には幹部材の上面に枝部材を直立させる配置など、様々な状態で使用可能である。

締結手段は、金物と枝部材とを一体化するものであり、通常はドリフトピンが使用される。このドリフトピンを挿通するため、金物の側面板には保持孔が複数形成されており、ドリフトピンの打ち込みによって、枝部材と金物が完全に一体化する。

金物は鋼板をプレス加工などで成形したもので、幹部材と枝部材との間に介在して両部材を一体化する機能があり、平面状の中央板と、この中央板に対して直角方向に延びる側面板と、で構成されるが、その具体的な形状は自在である。したがって、長方形の中央板と、この中央板の両側部から側面板が直角に延びるコの字状の金物のほか、側面板が一枚だけのＬ字状のものなど、自在に選択可能である。ただし、中央板は、幹部材と枝部材との接触面に挟み込まれるように配置され、しかも幹部材または枝部材のいずれか一方に加工された凹部の中に収容される。また側面板は、枝部材の端部に加工された係合溝に差し込まれる。なお金物は、ボルト・ナットや釘などによって幹部材と一体化する。

補強板は、鋼板などを切り出した平面状のもので、枝部材の側面に左右対称で配置され、枝部材の両側面を貫通する取付部材によって保持される。そのため補強板には、取付部材を挿通するための孔が形成されている。したがって左右一組の補強板を固定するには、上部取付部材と下部取付部材が使用されることになる。このように補強板は、左右一組で使用する場合のほか、枝部材の底面に継板を配置して、左右の補強板を一体化することも可能である。なお継板は、必ずしも枝部材の底面と接触する必要はない。

上部取付部材は、枝部材の端部に加工されている係合溝と交差するように配置される。さらに幹部材と枝部材を締結した際には、この上部取付部材が、金物の側面板の上部に形成されている受け部に挿通され、金物によって拘束された状態になる。なお上部取付部材の具体例としては、ボルトやピンが挙げられ、一端に鍔が形成されていることが好ましい。また金物の側面板に形成される受け部の具体例としては、凹状に削り込まれた溝や全周囲が閉じた孔が挙げられる。

下部取付部材は、枝部材の側面下方に打ち込まれて、枝部材の側面と補強板を貫いて、補強板を保持する。この下部取付部材についても、ボルトやピンを用いる点は同じだが、金物とは一切接触することのないよう、枝部材の端面から遠ざけて係合溝から離れた箇所に配置する。そのため上部取付部材と下部取付部材は、垂直線上に並ぶことがなく、必然的に補強板は斜方向に延びる。

下部取付部材は、締結手段よりも枝部材の下面側に配置する。締結手段は、前記のように、金物と枝部材を一体化するため、枝部材の側面に打ち込むドリフトピンなどであり、通常は複数本を上下に並べて打ち込む。対して下部取付部材は、この複数の締結手段のいずれよりも枝部材の下面側に位置するものとする。つまり受け部に挿通される上部取付部材は、全てのドリフトピンよりも高い位置に打ち込まれて、下部取付部材は、全てのドリフトピンよりも低い位置に打ち込まれる。なおドリフトピンについては、補強板と接触する必要がない。

このように構成することで、金物を介して幹部材と枝部材とを締結した後、枝部材を幹部材から引き離そうとする荷重が作用した場合、下部取付部材は荷重によって枝部材と一体で移動しようとするが、一方の上部取付部材は金物の受け部に挿通されているため、不動状態を維持しようとする。そのため補強板は、引張荷重を受けることになる。この引張荷重は、補強板の長手方向に作用する成分と、これに対して直交する成分と、に分離でき、長手方向に作用する成分については補強板によって受け止められる。しかし直交する成分については補強板によって受け止めることができず、この荷重が両取付部材に伝達して、枝部材を上下に圧縮するように作用する。この圧縮荷重によって、枝部材が上下に締め付けられる状態になり、水平方向にヒビ割れが発生することを抑止できる。

請求項１記載の発明のように、ドリフトピンの上下を挟み込むように上部取付部材と下部取付部材を配置して、しかも補強板によって両取付部材を連結することで、枝部材に水平荷重が加わった際、補強板によって枝部材の内部に上下方向の圧縮荷重が作用して、ヒビ割れの発生を抑止できる。そのため集成材以外の様々な木材を梁などの建築部材として活用できるようになり、無垢材を主体とした建築物の施工が実現して、日本国内の森林資源の用途拡大にも結び付く。さらに本願発明は、従来構造に補強板を追加しただけの簡単な構成で、費用や作業時間の増加も抑制でき、しかも補強板は枝部材の側面だけ、あるいは枝部材の側面と底面だけに配置されるため、床板などの敷設に影響を与えない。

図１は、本発明による木造建築部材の接合構造の構成例を示している。水平に延びる幹部材Ａの側面に、同じく水平に延びる枝部材Ｂの端面を接触させてＴ字状の締結部を構成しており、幹部材Ａと枝部材Ｂは、その境界面に介在する金物１１によって締結される。金物１１は上から見てコの字状で、幹部材Ａの側面に対向する中央板１２と、この中央板１２の両側部から枝部材Ｂの方に向けて延びる二枚の側面板１３と、から構成されている。金物１１と幹部材Ａとの結合は、二枚の側面板１３の間から差し込まれる固定ボルト２１を使用しており、この固定ボルト２１の先端に固定ナット２２を螺合することで、金物１１は幹部材Ａの側面に密着する。なお金物１１と幹部材Ａとの位置決めを精度良く行うため、中央板１２には円柱状に突出したホゾ１４が上下に計二個形成されている。ホゾ１４は中空で内部に固定ボルト２１の頭部を収容でき、また固定ボルト２１のネジ部を通過させるため、中央に中孔１５が形成されている。そして幹部材Ａの側面には、ホゾ１４を嵌め込むためのホゾ穴４１が加工されており、このホゾ穴４１と同心で固定ボルト２１を通過させるためのキリ孔４２が加工されており、その先には固定ナット２２を収容するため、座グリ穴４３が加工されている。

金物１１と枝部材Ｂとの結合については、あらかじめ枝部材Ｂの端面に二本の係合溝４４を加工しておき、この係合溝４４に金物１１の側面板１３を差し込んでから、枝部材Ｂの側面を貫通するドリフトピン２３を打ち込むことで実現する。そのため側面板１３には、ドリフトピン２３を差し込むための保持孔１７が左右同心で計二組形成されており、この上には、上部取付部材３１を挿通するため溝状の受け部１６が一組形成されている。なお枝部材Ｂの端面には係合溝４４のほか、二本の係合溝４４の間を削り込んだ凹部４５が加工されており、この空間に中央板１２が収容される。また金物１１の受け部１６に合わせて上軸孔４６が加工されており、さらに保持孔１７に合わせてピン孔４８が加工されており、いずれも係合溝４４を横切って反対面まで貫通している。そのほか枝部材Ｂには、ピン孔４８よりも下側に、下軸孔４７が加工されている。この下軸孔４７は下部取付部材３２を差し込むためのものだが、その位置が枝部材Ｂの端面から遠いため、係合溝４４を横切ることなく反対面まで貫通しており、金物１１と接することはない。

ボルトを用いた上部取付部材３１は、枝部材Ｂの上軸孔４６に差し込まれるが、同時に左右の補強板３３を挟み込んでおり、補強板３３を枝部材Ｂの両側面に密着させている。さらに上部取付部材３１は係合溝４４を横切っているため、金物１１の受け部１６によって支持される。また下側の下部取付部材３２についてもボルトを用いているが、これは補強板３３を固定するだけに使用され、他の用途はない。そして上下いずれの取付部材３１，３２とも、その先端に留め具３６であるナットを螺合して、補強板３３を強固に固定している。補強板３３は、鋼板を切り抜いて形成したもので、その一端には上部取付部材３１を挿通するための上孔３４が形成され、他端には下部取付部材３２を挿通するための下孔３５が形成されている。

図２は本発明による木造建築部材の接合構造の施工手順を示しており、図２（Ａ）は二部材が一体化する前の状態で、図２（Ｂ）は二部材が一体化した後の状態である。図２（Ａ）のように、金物１１は固定ボルト２１と固定ナット２２によって幹部材Ａに一体化している。また枝部材Ｂの側面には、上下の取付部材３１，３２によって補強板３３が密着している。なお図示はできないが、枝部材Ｂの反対面にも補強板３３が配置されており、留め具３６によって枝部材Ｂに密着している。この状態で枝部材Ｂを幹部材Ａの上方に移動して、金物１１の側面板１３と枝部材Ｂの係合溝４４との位置を揃えた後、枝部材Ｂを下降させる。

枝部材Ｂが下降していくと、係合溝４４の中に側面板１３が差し込まれていき、やがて上部取付部材３１が受け部１６によって支持されると、枝部材Ｂが仮置きされた状態になる。その後、図２（Ｂ）のように枝部材Ｂのピン孔４８から二本のドリフトピン２３を打ち込むと、これが保持孔１７を経て反対面に到達するため、枝部材Ｂと金物１１が一体化して、幹部材Ａと枝部材Ｂとの締結が完了する。

図３は、図１に示す木造建築部材の接合構造の各形状を示しており、図３（Ａ）は側面で、図３（Ｂ）はＢ−Ｂ断面で、図３（Ｃ）はＣ−Ｃ断面である。これら一連の図のように、金物１１は固定ボルト２１と固定ナット２２によって幹部材Ａに引き寄せられており、しかもホゾ１４がホゾ穴４１に嵌まり込んでいるため、双方は不動状態で固定される。また補強板３３は左右対称に配置され、さらにドリフトピン２３との干渉を防止するため斜め方向に延びており、ボルトを用いた上下の取付部材３１，３２によって枝部材Ｂに密着している。なお枝部材Ｂと金物１１とは、上部取付部材３１のほか、二本のドリフトピン２３によって一体化しており、枝部材Ｂの端面は幹部材Ａの側面に密着している。

図４は、本発明の特徴である補強板３３の機能を示している。枝部材Ｂに対して水平方向に引張荷重Ｐが作用すると、枝部材Ｂの中を貫通している下部取付部材３２も、この荷重を受けて一体で右方向に移動しようとする。しかし下部取付部材３２は、補強板３３を介して上部取付部材３１と連結しているため、不動状態を維持しようとする。

図のように、枝部材Ｂに引張荷重Ｐが加わると、補強板３３の下部には、下部取付部材３２の移動に伴って荷重Ｆが作用する。この荷重Ｆは、補強板３３の長手方向に作用する荷重Ｆｒと、接線方向に作用する荷重Ｆｔに分解でき、荷重Ｆｒは補強板３３を介して上部取付部材３１で受け止められるが、荷重Ｆｔは上部取付部材３１で受け止めることができない。そのため荷重Ｆｔは、下部取付部材３２を介して枝部材Ｂに伝達していくが、荷重Ｆｔはやや上向きの成分を有しており、上下の取付部材３１，３２の間で圧縮荷重が発生する。その際、二本のドリフトピン２３は、上下の取付部材３１，３２の間に配置されているため、その周囲に圧縮荷重が作用して、水平方向にヒビ割れが発生することを抑止できる。

図５は、本発明の実施形態例を示している。図５（Ａ）は円弧状の補強板３３を使用した場合で、図５（Ｂ）は枝部材Ｂを垂直に配置した場合で、図５（Ｃ）は上部取付部材３１’としてピンを用いた場合である。本発明において、金物１１の形態については自在であり、固定ボルト２１やドリフトピン２３の使用本数は、状況に応じて増減が可能である。また直線状の補強板３３ではドリフトピン２３が打ち込めない場合、図５（Ａ）のように補強板３３を円弧状にすることもできる。さらに幹部材Ａと枝部材Ｂの配置についても自在であり、図５（Ｂ）のように幹部材Ａを水平に敷設して、この上に枝部材Ｂを直立させることも何ら問題なく実施可能である。なおこの図のように、受け部１６は全周囲が閉じた形態でもよい。そして取付部材としては、図１のようなボルト以外にも、図５（Ｃ）のように、一端にフランジのついたピン３１’も使用可能で、この場合、留め具３６’としてはワッシャとクリップなどを使用する。

図６は、その他の補強板の例を示しており、図６（Ａ）は補強板の形状を示す斜視図で、図６（Ｂ）はこの補強板を用いた施工例である。この図の補強板３３’は、左右が分離しておらず継板３７を介して一体化している。この場合でも図４のような力学的効果は不変であり、枝部材Ｂのヒビ割れを抑止できる。

本発明による木造建築部材の接合構造の構成例を示す斜視図である。 本発明による木造建築部材の接合構造の施工手順を示しており、（Ａ）は二部材が一体化する前の状態で、（Ｂ）は二部材が一体化した後の状態である。 図１に示す木造建築部材の接合構造の各形状を示しており、（Ａ）は側面図で、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図で、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。 補強板の機能を示す側面図である。 本発明の実施形態例を示しており、（Ａ）は円弧状の補強板を使用した場合の側面図で、（Ｂ）は枝部材を垂直に配置した場合の側面図で、（Ｃ）は上部取付部材として使用されるピンの形状例を示す斜視図である。 その他の補強板の例を示しており、（Ａ）は補強板の形状を示す斜視図で、（Ｂ）はこの補強板を用いた施工例である。

１１ 金物
１２ 中央板
１３ 側面板
１４ ホゾ
１５ 中孔
１６ 受け部
１７ 保持孔
２１ 固定ボルト（接合具）
２２ 固定ナット（接合具）
２３ 締結手段（ドリフトピン）
３１ 上部取付部材（ボルト）
３１’上部取付部材（ピン）
３２ 下部取付部材（ボルト）
３３ 補強板
３３’補強板（左右一体形）
３４ 上孔
３５ 下孔
３６ 留め具（ナット）
３６’留め具（ワッシャ・クリップ）
３７ 継板
４１ ホゾ穴
４２ キリ孔
４３ 座グリ穴
４４ 係合溝
４５ 凹部
４６ 上軸孔
４７ 下軸孔
４８ ピン孔
Ａ 幹部材
Ｂ 枝部材

Claims (1)

1. 木造建築の柱、桁、梁などを構成する幹部材（Ａ）と枝部材（Ｂ）を連結するためのもので、
   前記幹部材（Ａ）の側面から突出して前記枝部材（Ｂ）の端部に差し込まれる金物（１１）と、該金物（１１）と前記枝部材（Ｂ）を貫通するドリフトピンなどの締結手段（２３）と、を用い、
   前記金物（１１）は、枝部材（Ｂ）の幅よりも狭く形成され且つ幹部材（Ａ）の側面に接する中央板（１２）と、該中央板（１２）より突出する側面板（１３）と、該側面板（１３）の最上部に形成された受け部（１６）と、を備え、
   前記幹部材（Ａ）または枝部材（Ｂ）のいずれか一方には、金物（１１）の中央板（１２）が収まる凹部（４５）を備え、さらに枝部材（Ｂ）には、金物（１１）の側面板（１３）が嵌る係合溝（４４）を備え、
   前記枝部材（Ｂ）の側面には、その両側面を貫通し且つ前記受け部（１６）に嵌まり込む棒状の上部取付部材（３１）と、前記係合溝（４４）から離れた位置で両側面を貫通する下部取付部材（３２）と、を差し込んであり、
   前記枝部材（Ｂ）の両側面には、前記上部取付部材（３１）と前記下部取付部材（３２）を連結する補強板（３３）を配置してあり、
   前記下部取付部材（３２）は、前記締結手段（２３）よりも枝部材（Ｂ）の下面側に位置していることを特徴とする木造建築部材の接合構造。

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