JP5451549B2 - 連結金具 - Google Patents

Description

本発明は、土台や梁などの横材に柱を据え付けるために用いる連結金具に関する。

住宅などの建築方法として普及している木造軸組構法は、土台や柱や梁などの棒材を組み合わせて建物の骨格を構築しており、その強度を確保するため、隣接する棒材同士を強固に連結する必要がある。そのため棒材の端面にホゾを加工するなどの対策を講じているが、近年はプレカット技術の普及などに伴い、ホゾの代用として各種金具を使用することも多くなっている。さらに近年は、地震による柱の脱落を防止するため、ホールダウン金物を併用して、柱と基礎を強固に一体化するなどの対策も進んでいる。

木造軸組構法において、土台に柱を据え付けるために用いる連結金具の例を図８に示す。この連結金具は、土台の中に差し込まれるシャフトと、柱に加工されたスリットに差し込まれるコの字状の差込板で構成され、土台および柱の側面から打ち込まれるドリフトピンを介して土台と柱を一体化する。この柱を土台に据え付けた後、地震で土台から柱を引き抜く方向に荷重が作用した場合でも、連結金具がこれに対抗して、柱が脱落することはない。

このように、各種金具やホールダウン金物を用いることで、木造軸組構法においても、十分な耐震性を確保することができる。さらに近年は、耐震性の確保に留まらず、地震時のエネルギーを吸収できる制震性を有する金具の開発も進められており、下記特許文献のような技術が提案されている。文献１は、基礎と柱などの接合部の制振構造に関する発明で、二部材を結ぶ金具（弾塑性ダンパー）のウェブにＶ字状などの切り欠き部を設けて、この弾塑性変形を利用して地震時のエネルギーを吸収することを特徴としている。また文献２は、土台と柱などを連結するホゾ金具に関する発明で、棒状の芯材の外周をゴムなどの柔軟性材で覆ったことを特徴としており、この柔軟性材によって免震・耐震性能を確保している。

特許３７９０７５５号公報 特開２００２−３１７４９６号公報

木造軸組構法では、一間（約１．８ｍ）程度の間隔で柱を連続的に配置していくことがあり、一棟の建物に限定した場合でも、図８のような連結金具を多数使用することになる。そのため、この金具に制震性を持たせることができるならば、地震の際に吸収可能なエネルギーが増大して、建物に及ぶ被害の軽減が期待できる。ただし多数を使用することから、施工性や製造コストにも十分な配慮が必要である。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、土台や梁などの横材に柱を据え付けるために用い、低コストで制震性を発揮できる連結金具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、土台や梁などの横材に柱を連結するための連結金具であり、横材に形成された軸孔に埋め込まれる根元部と、柱の端面から軸線方向に形成されたスリットに差し込まれ且つ柱の側面から打ち込まれるドリフトピンを挿通させるためのピン孔を有する差込板と、からなり、前記差込板は、前記ピン孔から前記根元部までの範囲で、内部を切り抜いた窓を有することを特徴とする連結金具である。

本発明は、横材と柱を丁字状に連結するための連結金具であり、その基本的な形状は従来と変わりがなく、横材に加工された軸孔に埋め込まれる根元部と、柱に加工されたスリットに差し込まれる差込板と、が一体化した構成である。なお横材とは、土台や梁など水平に敷設される棒材を指している。また軸孔は、横材の上面などに加工される円断面の孔であり、柱との接触面から反対面に向けて延びている。対するスリットは、厚さ数ｍｍ程度の切り込みであり、柱の端面からその軸線方向に延びている。

軸孔に埋め込まれた根元部は、横材の側面から打ち込まれるドリフトピンで横材と一体化される。そのため根元部の側面には、ドリフトピンを通過させるための固定孔を形成しておく必要があり、さらに横材にも、固定孔と同心となる位置に丸孔を加工しておく必要がある。なお固定孔や丸孔は、要求される強度に応じて複数設ける場合もある。そのほか根元部は、軸孔に埋め込むため、通常は円柱状とするが、コストダウン等の理由で板状としても構わない。仮に板状とする場合、その横幅を軸孔の直径と同等として、根元部の側端面が軸孔の内周面に接触するようにして、緩みを抑制する。

差込板は、スリットの厚さに応じた板状であり、溶接などで根元部と一体化される。なお差込板は、単純に一枚だけの形態と、同一形状のものを二枚平行に並べた形態があり、スリットはこれに応じて一列または二列となる。そしてスリットに差し込まれた差込板は、柱の側面から打ち込まれるドリフトピンで柱と一体化される。そのため差込板には、ドリフトピンを通過させるためのピン孔を形成しておく必要があり、さらに柱にも、ピン孔と同心となる位置に横孔を加工しておく必要がある。なおピン孔や横孔は、要求される強度に応じて複数設ける場合もある。

窓は、差込板の内部を切り抜いた部位である。ただし窓は、任意の位置に設けてよい訳ではなく、根元部との接続地点からピン孔までの範囲に限定される。この窓を設けることで、差込板の断面積が少なくなり強度が低下する。しかも根元部とピン孔との間に引張荷重が作用した際、窓の角部などに応力が集中して、変形を引き起こしやすくなる。そのため地震などで過大な荷重が作用すると、柱などが破壊する前に差込板が塑性変形してエネルギーを吸収でき、建物に及ぶ被害を軽減できる。

ピン孔を複数設ける場合、窓は、全てのピン孔よりも根元部寄りに位置しているものとする。そのほか窓は、全周が閉じた形態であり、一切外部には開放していないものとする。また窓の具体的な形状に制限はなく、自在に決めることができる。さらに一枚の差込板について、窓を複数設けても構わない。

請求項２記載の発明は、差込板の形状を限定するもので、差込板は、窓が形成された額縁状の枠板と、該枠板から突出し且つピン孔を有する尾板と、からなることを特徴とする。枠板は、鋼板の内部を切り抜いて外周の枠組みだけが残る額縁状としたもので、その切り抜いた内部が一個の窓となる。なお枠板は、矩形状に限定されるものではなく、長円形や卵形などのように曲線を伴っていても構わない。そのほか枠板の一端側は根元部と接しており、双方は溶接で一体化されている。

尾板は、ピン孔を設けるための部位であり、枠板の外縁から突出しており、当然ながら根元部の反対側に位置する。なお尾板と枠板は、原則として一枚の鋼板から一体で切り抜かれる。本発明のように、枠板と尾板で差込板を構成することで、引張荷重が作用した際、枠体の一部に曲げモーメントが発生して、その角部などに応力が集中するため、円滑に塑性変形が引き起こされ、効率よくエネルギーを吸収できる。

請求項３記載の発明は、枠板の形状を限定するもので、枠板を構成する辺の一部または全部は、「く」の字状に屈曲していることを特徴とする。枠板は、額縁などと同様に直線状としてもよいが、枠板を構成する辺の全て、または対向する二辺を屈曲させることもできる。このように構成することで、引張荷重が作用した際、枠板の屈曲部にも応力が集中するため、円滑に塑性変形が引き起こされ、効率よくエネルギーを吸収できる。

請求項１記載の発明のように、横材に埋め込まれる根元部と、柱に差し込まれる差込板と、で連結金具を構成して、差込板のできるだけ端部にピン孔を設けた上、ピン孔の近傍から根元部の近傍までの範囲を切り抜いて窓を設けることで、差込板が変形しやすくなる。この連結金具を用いた建物が地震に遭遇して、横材と柱を引き離す方向に荷重が作用した際は、窓の角部などに応力が集中して、早い段階で塑性変形が引き起こされ、効率よくエネルギーを吸収でき、円滑に制震性を発揮することができる。

また、本発明品の組み付け方法や、横材や柱の加工方法は、従来の連結金具と同等であり、これらの点において、作業時間の増加などの問題が生じることはない。しかも本発明品を製造する段階においても、鋼板から差込板を切り抜く際の形状が異なるだけで、製造コストの増加もわずかである。そのため多数を使用した場合でも、発注者に過大な費用負担を掛けることはなく、制震性を有する建物の普及に貢献する。そのほか本発明品は、自らが変形することで柱などの破損を防止でき、建物の再建の効率化にも貢献する。

請求項２記載の発明のように、差込板を枠板と尾板で構成することで、引張荷重が作用した際、枠板の一部の辺（荷重の作用方向に対して交角を有する辺）に曲げモーメントが発生して、その角部などに応力が集中するため、塑性変形を引き起こしやすくなる。さらに請求項３記載の発明のように、枠板の辺を屈曲させることで、その屈曲部にも応力が集中するため、一段と塑性変形を引き起こしやすくなる。

本発明による連結金具の形状例を示す斜視図である。 図１を組み上げた状態を示す斜視図である。 連結金具に引張荷重が作用して、塑性変形した状態を示す斜視図である。 根元部を板状とした連結金具を示す斜視図である。 枠体の形状例を示す斜視図である。 連結金具の形状例を示す側面図である。 差込板を二枚とした連結金具を示す斜視図である。 土台と柱との連結部において、従来から使用されている連結金具の形状例を示す斜視図である。

図１は、本発明による連結金具の形状例を示している。この図の連結金具は、土台３６の上面に柱４１を据え付けるために用いており、土台３６と柱４１のいずれも木製である。土台３６は、コンクリート製の基礎３１の上面に載せられており、また土台３６を貫通しているアンカーボルト３２の先端にナット３４を螺合している。なおナット３４の下には大径のワッシャ３３を介在させており、土台３６に作用する圧力を緩和している。

連結金具は、根元部１１と差込板１４を溶接で一体化しており、根元部１１は円柱状で、土台３６の上面から底面に達している軸孔３７に埋め込まれる。根元部１１の側周面には、上下に二個の固定孔１２が形成され、また土台３６の側面には、軸孔３７と交差して反対面に貫通する丸孔３８が上下に二個加工されている。なお丸孔３８は、根元部１１を所定の深さまで埋め込んだ際、固定孔１２と同心になるよう位置を調整してある。そのほかドリフトピン３９は、固定孔１２を丸孔３８と同心に揃えた後に打ち込み、土台３６と根元部１１を一体化する。なおドリフトピン３９は、丸孔３８との摩擦で強固に保持され、自然に抜け落ちることはない。

連結金具の上半分を占める差込板１４は、枠板１５と尾板１６で構成され、柱４１の下端部に加工されたスリット４２の中に差し込まれる。枠板１５は正方形状であり、内部に窓２０が切り抜かれた文字通りの枠状である。なお枠板１５の横幅は、塑性変形を生じやすくするため、柱４１の幅と同等としてある。また尾板１６は、枠板１５の上部中央から真上に突出しており、その表面には、上下に二個のピン孔１７が形成されている。

柱４１に加工されるスリット４２は、枠板１５と尾板１６の全体を収容できる奥行きが確保されており、さらに柱４１の側面には、反対面に貫通する横孔４３が上下に二個加工されている。なお横孔４３は、差込板１４を所定の深さまで差し込んだ際、ピン孔１７と同心になるよう位置を調整してある。そのほかドリフトピン４５は、ピン孔１７を横孔４３と同心に揃えた後に打ち込み、柱４１と差込板１４を一体化する。

図２は、図１を組み上げた状態を示している。柱４１の下面が土台３６の上面に載置されており、土台３６と柱４１との境界を貫通するように連結金具が埋め込まれている。ただし、スリット４２に差し込まれた差込板１４の側端面だけは、視認可能である。また連結金具を貫いているドリフトピン３９、４５の端面も視認可能である。このように柱４１を土台３６に据え付けた際の外観は、従来の連結金具と何ら変わりがない。

図３は、図１の連結金具に引張荷重が作用して、塑性変形した状態を示している。図１の連結金具の固定孔１２とピン孔１７との間で引張荷重を作用させると、枠板１５は図の右上のように、幅が狭まりながら上下に延びていく。これは枠体１５を構成する四辺のうち、水平に延びる二辺に曲げモーメントが発生して、枠体１５の角部などに応力が集中して、塑性変形が引き起こされるためである。したがって、塑性変形によって窓２０の幅が狭くなっていくと曲げモーメントが減少して、変形の進行が遅くなる。

図３の下方は、連結金具が塑性変形した後の連結部を示している。土台３６と柱４１との間に過大な引張荷重が作用すると、枠板１５に塑性変形が生じてエネルギーを吸収する。そのためドリフトピン３９、４５に作用する負荷が緩和され、土台３６や柱４１のヒビ割れを防止できる。また土台３６の上面と柱４１の下面にスキマが生じているが、柱４１が土台３６から脱落することはなく、一定の強度を維持できる。なお連結金具が塑性変形した後、ドリフトピン３９、４５を抜き取って柱４１を水平に移動させると、連結金具の交換が可能である。

図４は、根元部１１を板状とした連結金具を示している。図１の連結金具は、根元部１１が円柱状だが、必ずしもこれに限定されるものではなく、この図のように板状として、枠板１５や尾板１６と一体化することで、製造コストを引き下げることができる。また、この図では、土台３６に加工された軸孔３７が円断面となっているが、埋め込まれた根元部１１を拘束できるよう、その内径を調整してあり、根元部１１の側端面が軸孔３７の内周面に接触する。なお根元部１１以外の形状は、図１と全く同じである。

図５は、枠体１５の形状例を示している。枠体１５は、これまでの各図のような矩形状に限定されるものではなく、より複雑な形状として、塑性変形を生じやすくすることもできる。図の形状例１は、枠板１５の上下の辺を中心側に屈曲させた「く」の字状としている。そのため、固定孔１３とピン孔１７との間で引張荷重が作用した際、初期段階では「く」の字が直線状に変形して、その後、当初とは逆方向に屈曲し始める。この間、枠板１５の横幅が大きく縮むことはなく、枠体１５の角部などに応力が集中して、効率よく塑性変形が進行していく。

また形状例２は、枠板１５の上下左右各辺を中心側に屈曲させた「く」の字状としている。そのため引張荷重が作用した際、これらの全てが直線状に変形するため、より多くのエネルギーを吸収できる。このように、枠板１５の形状を複雑化した場合でも、その使用方法は図１と同じである。なお本発明による連結金具は、この図の使用状態例のように、柱４１の上面を梁３５に固定する場合にも使用できる。

図６は、これまでの各図とは異なる形状の連結金具を示している。本発明による連結金具は、差込板１４の所定の位置（根元部１１からピン孔１７までの間）に何らかの窓２０が形成してあればよく、差込板１４は枠状に限定されるものではない。そこでこの図のように、連結金具の端部付近にピン孔１７を設けてあれば、差込板１４の形状や窓２０の配置は自在である。図の形状例１は、差込板１４に複数の窓２０を「ハ」の字状に配置しており、これによって塑性変形が生じやすくなっている。

また形状例２は、差込板１４の両側面中央部を内側に切り込んで、上下に二段が積み重なった形状で、それぞれの段の内部に横長の窓２０を設けている。次に形状例３は、両側面中央部がくびれた差込板１４の内部に「Ｈ」を横倒しにした形状の窓２０を設けている。なお、この図の連結金具は、いずれも根元部１１が円柱状であり、根元部１１と差込板１４を溶接で一体化している。

図７は、差込板１４を二枚とした連結金具を示している。差込板１４は、一枚に限定されるものではなく、このように二枚とすることもできる。二枚の差込板１４は、同一形状で平行に並んでおり、底板１８を介して一体化しており、また個々の差込板１４は、枠板１５と尾板１６で構成されている。なお枠板１５は、側部が「く」の字状に屈曲している。そのほか根元部１１は、溶接で底板１８と一体化しているほか、柱４１のスリット４２は、二列加工されている。このように差込板１４を二枚とした場合、適度な塑性変形を生じるよう、その厚さや幅などを調整する必要がある。

１１ 根元部
１２ 固定孔
１４ 差込板
１５ 枠板
１６ 尾板
１７ ピン孔
１８ 底板
２０ 窓
３１ 基礎
３２ アンカーボルト
３３ ワッシャ
３４ ナット
３５ 梁（横材）
３６ 土台（横材）
３７ 軸孔
３８ 丸孔
３９ ドリフトピン
４１ 柱
４２ スリット
４３ 横孔
４５ ドリフトピン

Claims (3)

1. 土台（３６）や梁（３５）などの横材に柱（４１）を連結するための連結金具であり、
   横材に形成された軸孔（３７）に埋め込まれる根元部（１１）と、
   柱（４１）の端面から軸線方向に形成されたスリット（４２）に差し込まれ且つ柱（４１）の側面から打ち込まれるドリフトピン（４５）を挿通させるためのピン孔（１７）を有する差込板（１４）と、
   からなり、
   前記差込板（１４）は、前記ピン孔（１７）から前記根元部（１１）までの範囲で、内部を切り抜いた窓（２０）を有することを特徴とする連結金具。
2. 前記差込板（１４）は、前記窓（２０）が形成された額縁状の枠板（１５）と、該枠板（１５）から突出し且つ前記ピン孔（１７）を有する尾板（１６）と、からなることを特徴とする請求項１記載の連結金具。
3. 前記枠板（１５）を構成する辺の一部または全部は、「く」の字状に屈曲していることを特徴とする請求項２記載の連結金具。
   

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