JP5698521B2 - 木造建築物の仕口部補強金物 - Google Patents

Description

本発明は、板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することが可能な木造建築物の仕口部補強金物に関する。

木造建築物において、柱と梁や土台などの木製構造材を互いに接合して形成した仕口部に設けられる仕口部補強金物であって、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部を備えたものが特許文献１に開示されている。

特許文献１の「仕口補強用具」は、水平部材と垂直部材を略直角に接合する仕口部に取付ける仕口補強用具を両側の取付部とそれらの取付部を連結する連結部とから構成し、その連結部に設ける変形部を、仕口部の内側の隅部を中心としてほぼ放射状に延びる複数の屈曲線に沿って交互に屈曲して蛇腹状に形成し、かつ各屈曲部の高さが隅部に近い方から外側へ向けて漸増するように構成する。変形部の幅を狭くして外力による変形を変形部に集中させたり、隣接して設置した対をなす仕口補強用具の間からブレースをとるように構成してもよいものである。

特開２０１０−３１６３０号公報

板状屈曲部を有する仕口部補強金物は、一般的な仕口部補強金物と比較して、屈曲部による伸縮作用を得ることができて、変形吸収性能に優れている。しかしながら、屈曲部が伸縮変形する段階では、入力荷重を負担してエネルギー吸収する作用に乏しく、このエネルギー吸収能力の面で改善の余地がある。エネルギー吸収能力を向上するには、仕口部補強金物全体の板厚を増加させるなど、剛性を高めることが考えられる。

板状屈曲部を有する仕口部補強金物の作用は詳細には、当該屈曲部に変形を生じさせる荷重（以下、「変形荷重」という）よりも大きな荷重が入力されると、屈曲部を構成する一様に形成された山部及び谷部がすべて同時に、同程度の変形を生じる。他方、変形荷重よりも小さな荷重に対しては、仕口部補強金物全体として僅かに弾性変形するに止まる。

上述したように、エネルギー吸収作用を考慮して剛性を高めるようにすると、すなわち仕口部補強金物を強くし過ぎると、変形荷重が大きくなってしまい、仕口部での荷重負担が増大して、屈曲部に変形が生じる前に、仕口部に損傷を発生させてしまうおそれがあるという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することが可能な木造建築物の仕口部補強金物を提供することを目的とする。

本発明にかかる木造建築物の仕口部補強金物は、荷重の作用方向に対し傾きをもった斜面で山部と谷部を反復形成して構成され、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部を備えて、構造材を接合して形成した仕口部に設けられる木造建築物の仕口部補強金物であって、上記板状屈曲部の、波状に並ぶ上記山部と上記谷部の頂部と底部の断面積が、荷重が作用する該頂部及び該底部の長さを変えることにより、荷重の作用方向に沿って増減変更されて、これら頂部及び底部の断面積の大小に従って順次変形を生じることを特徴とする。

本発明にかかる仕口部補強金物にあっては、板状屈曲部に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することができる。詳細には、板状屈曲部を構成する山部及び谷部がすべて同時に、同程度の変形を生じることはなく、設定した断面積の大小に従って、順次変形を生じることとなり、先行する変形が生じることにより変形性能を確保している状態で、依然、変形に移行しない部分が存在し、当該部分によりエネルギー吸収作用を確保することができて、変形吸収性能とエネルギー吸収性能とを共に両立させて優れた補強性能を確保することができる。

本発明にかかる木造建築物の仕口部補強金物の好適な実施形態を示す、仕口部への取付状態の斜視図である。 図１に示した仕口部補強金物の板状屈曲部の詳細を説明するための、図１中Ａ部を拡大した説明図である。 図２に示した板状屈曲部の変形例を説明するための説明図である。 図２に示した板状屈曲部の他の変形例を説明するための説明図である。

以下に、本発明にかかる木造建築物の仕口部補強金物の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、木造建築物では一般に、柱材などの縦向き木製構造材１と土台や梁材などの横向き木製構造材２とを縦横に突き合わせて接合した箇所に仕口部３が形成される。柱材間に架け渡される横桟も横向き木製構造材２であって、柱材に横桟を突き合わせて接合した箇所にも、仕口部３が形成される。仕口部３では、縦向き木製構造材１の縦側面１ａと横向き木製構造材２の横平面２ａとがほぼ直角をなす関係で互いに面するように、縦向き及び横向き木製構造材１，２が接合される。

本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強金物４は、上述したような縦向き木製構造材１と横向き木製構造材２とを接合して形成される仕口部３であれば、どのような仕口部３に対しても用いることができる。

本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強金物４は、ステンレス鋼などの金属製の板材から形成される。仕口部補強金物４は、蛇腹状に形成される板状屈曲部５と、屈曲部５の両側に形成される一対の平坦な板状の荷重入力部６と、各荷重入力部６の外側にほぼ直角に折り曲げて形成され、仕口部補強金物４を仕口部３へ設置するために縦向き木製構造材１の縦側面１ａ及び横向き木製構造材２の横平面２ａに取り付けられる取付部７とを備え、これらが一体形成されて構成される。

屈曲部５の伸縮方向両端に位置する各荷重入力部６は、適宜幅寸法で、屈曲部５から木製構造材１，２の長さ方向に入隅外方へ向かって延出され、これにより木製構造材１，２の長さ方向に沿う側縁部６ａが長く形成される。このように、荷重入力部６の側縁部６ａの長さ寸法を木製構造材１，２の長さ方向へ長く形成することにより、当該荷重入力部６による屈曲部５と木製構造材１，２に接合される取付部７との間での効果的な荷重伝達が確保される。

各荷重入力部６の、入隅に面する内縁６ｂは、屈曲部５の内縁５ａに一連に連続させて弧状に形成される。従って、仕口部補強金物４と仕口部３の角隅との間には、扇状の隙間Ｃが形成される。

各荷重入力部６には、それらの側縁部６ａから連続して、かつ当該側縁部６ａの全長にわたって、取付部７が一対形成される。換言すれば、取付部７は、荷重入力部６を介して、屈曲部５の伸縮方向両端にそれぞれ一体的に形成される。各取付部７は、２つの木製構造材１，２それぞれに接合するためにそれらに面するように、荷重入力部６からＬ字状に立ち上がるように折り曲げられる。

一対の取付部７はともに、互いに面するように、荷重入力部６に対してその表面側もしくは裏面側のいずれか一方の側へ折り曲げて形成される。すなわち、取付部７はともに、同じ向きに折り曲げられる。

これにより、反対向きに折り曲げた場合に比べ、仕口部補強金物４は、屈曲部５を横切る左右横向きのせん断作用に対し、左右どちらの方向に対しても効果的に抵抗しつつ、木製構造材１，２から取付部７に入力される荷重を、荷重入力部６及び屈曲部５へ効率よく伝達することができる。図示例にあっては、取付部７は、略四角形状の外形輪郭で形成されているけれども、取付箇所のスペースに応じてどのような形態で形成しても良い。

取付部７には、これを木製構造材１，２に取り付けるネジを挿通するための複数のネジ孔８が形成される。ネジ孔８に挿通したネジで取付部７を木製構造材１，２に取り付けることで、仕口部補強金物４は、２つの木製構造材１，２間の仕口部３に設置され、木製構造材１，２同士を連結しつつ、当該仕口部３を補強するようになっている。

板状屈曲部５は、取付部７を介して木製構造材１，２から荷重Ｆを入力する荷重入力部６に連設されている。屈曲部５は図１及び当該図１のＡ部を拡大して示す図２（ａ）の側断面で理解されるように、板材を、荷重入力部６からの荷重Ｆの作用方向に対し傾きをもった斜面で山部９と谷部１０を反復形成して、例えば断面が正弦波形状となるように形成して、波状に屈曲させて構成される。このように波状に屈曲させることにより、屈曲部５は、蛇腹状であって、山部９及び谷部１０が並ぶ方向に向かって伸縮変形して変形エネルギーの吸収が可能とされる。伸縮変形可能な屈曲部５は、その伸縮方向に変形荷重よりも小さな荷重Ｆが作用しても殆ど伸縮変形せず、変形荷重以上の荷重Ｆが入力されると伸縮変形し、この伸縮変形により、弾塑性域においてヒステリシスループを描くエネルギ吸収作用を発揮して、当該入力荷重Ｆを吸収するようになっている。変形荷重は、設計的に適宜に設定される。

屈曲部５は、荷重入力部６の表面側もしくは裏面側のいずれか一方の側に寄せて一対の取付部７の間に位置するように、荷重入力部６に対して、取付部７の折り曲げ側へ屈曲させて形成される。取付部７が荷重入力部６の表面側へ折り曲げて形成されている場合、屈曲部５の波状の山部９及び谷部１０は、荷重入力部６の板面を基準として、裏面側へは屈曲形成されずに、表面側へ向かってのみ屈曲形成される。なお、屈曲部５は、荷重入力部６の表面側及び裏面側にそれぞれ屈曲形成したものでも良いことは言うまでもない。

屈曲部５を荷重入力部６の表面側へ寄せて形成することで、屈曲部５は圧縮変形時、荷重入力部６を基準として、おおよそ表面側外方へのみ迫り出すように変形される。また、取付部７間に位置するように形成することで、屈曲部５及びこれを変形させるスペースが、取付部７間に確保される。

板状屈曲部５は、その断面積が、荷重Ｆの作用方向に沿って、増減変更されて形成される。図２（ｂ）〜（ｄ）には、板状屈曲部５を山部９側から見下ろした展開図が示されている。

図２（ｂ）に示す例では、荷重入力部６に連なる両側の山部９の端縁９ａから屈曲部５中央の谷部１０に向かって、屈曲部５の幅寸法が増加するように設定され、当該山部端縁９ａの幅寸法Ｗ１よりも、谷部１０の幅寸法Ｗ２が大きくなるように形成されている。断面積とは、屈曲部５を、荷重Ｆの作用方向と直交する方向に沿ってスライスした断面の面積をいう。従って、図２（ｂ）の場合、両側の山部端縁９ａから中央の谷部１０に向かって順次断面積が増加されている。

図２（ｃ）に示す例では、両側の山部９において、谷部１０に面する斜面の幅寸法Ｗ３（断面積）が、谷部１０とは反対側に位置する斜面の幅寸法Ｗ４（断面積）よりも、大きく設定されている。

図２（ｄ）に示す例では、両側の山部９における頂部９ｂの幅寸法Ｗ５（断面積）が最も大きく設定され、谷部１０の幅寸法Ｗ６（断面積）がそれよりも小さく設定され、谷部１０とは反対側に位置する山部９の端縁９ａにおける幅寸法Ｗ７（断面積）が最も小さく設定されると共に、これら頂部９ｂ、谷部１０及び端縁９ａ間で順次、断面積が連続的に増減変更されている。

次に、本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強金物４の作用について説明する。仕口部補強金物４は、一対の取付部７それぞれを２つの木製構造材１，２に対し接合することで、板状屈曲部５をこれら木製構造材１，２で挟んだ形態で、仕口部３に設置される。地震などの外力の作用により建物に反復する揺れが生じ、これにより、木製構造材１，２同士の間に、入隅を開いたり閉じたりする角度変化を生じさせる荷重が加わると、その荷重の一部が取付部７から仕口部補強金物４に入力される。

仕口部補強金物４は、仕口部３を大きく変形させる入力荷重Ｆが入力されると、板状屈曲部５が伸縮変形し、弾塑性ヒステリシスループを描くエネルギ吸収作用で、入力荷重Ｆに対しこれを緩衝しつつ吸収し、これにより仕口部３を補強することができる。

特に、本実施形態では、板状屈曲部５の断面積を、荷重Ｆの作用方向に沿って、増減変更して形成したので、屈曲部５を構成する山部９及び谷部１０がすべて同時に、同程度の変形を生じることはなく、設定した断面積の大小に従って、順次変形を生じることになる。言い換えれば、徐々に抵抗力を増大することができる。図２（ｂ）及び（ｃ）の例であれば、入力荷重Ｆで山部９が先行して変形しても、谷部１０は変形せず、より大きな入力荷重Ｆの作用で、谷部１０も変形する。図２（ｄ）の例であれば、谷部１０の変形が先行して、その後、山部９の変形に移行する。そして、屈曲部５において、先行する変形が生じることにより変形性能を確保している状態で、依然、変形に移行しない部分が存在し、当該部分によりエネルギー吸収作用を確保することができて、変形吸収性能とエネルギー吸収性能とを共に両立させて優れた補強性能を確保することができる。すなわち、板状屈曲部５の断面積を増減変更させることによって、当該板状屈曲部５全体を同時に伸縮変形させないようにし、これにより一部で変形作用を確保することができると共に、残部でエネルギー吸収作用を確保することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる木造建築物の仕口部補強金物４にあっては、単に板状屈曲部５全体の剛性を高く設定するのとは異なり、板状屈曲部５におけるその断面積を変化させるようにしていて、これにより先行して変形する部分と後行して変形する部分を共に確保して、板状屈曲部５に変形を生じさせる変形荷重を大きくすることなく、屈曲部５が伸縮変形する段階でのエネルギー吸収性能を向上することができる。

図３には、上記実施形態の変形例が示されている。図３（ａ）は、板状屈曲部５の断面積を、荷重Ｆの作用方向に沿って、一連に連続的に増加もしくは減少させた（Ｗ８→Ｗ９）ものである。図３（ｂ）は、図２（ｂ）とは反対に、荷重入力部６に連なる両側の山部９の端縁９ａから屈曲部５中央の谷部１０に向かって、屈曲部５の幅寸法が減少するように設定し、当該山部端縁９ａの幅寸法Ｗ１よりも、谷部１０の幅寸法Ｗ２が小さくなるように形成している。

図４には、他の変形例が示されている。図４は、山部９や谷部１０を屈曲形成する前の折り線Ｌを示した平面図である。屈曲形成すると、板状屈曲部５は、湾曲した形態に形成される。図中、折り線Ｌの長さは、荷重Ｆの作用方向に沿う左側から右側に向かって、順次長く形成されていて、これによっても、板状屈曲部５の断面積を増減変更することができる。

これら図３および図４に示した変形例であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

上記実施形態にあっては、最も容易に断面積を増減変更し得る方法として、幅寸法を変更する場合を例にとって説明したが、板状屈曲部５の板厚を変更するようにしてもよく、さらに山部９や谷部１０の変形作用は、それら周りに発生するモーメントと関連することから、山部９の頂部９ｂや谷部１０の底部１０ａ（図２（ａ）参照））で重点的に肉厚を厚く設定するなどの方法を採用しても良いことはもちろんである。

また、上記実施形態では、２つの山部９に１つの谷部１０を挟んだ形態の板状屈曲部５を例示して説明したが、山部９及び谷部１０の数やその板状屈曲部５自体の数を問わないことはもちろんである。

１，２ 縦向き及び横向き木製構造材
３ 仕口部
４ 仕口部補強金物
５ 板状屈曲部
９ 山部
１０ 谷部
Ｆ 荷重

Claims (1)

1. 荷重の作用方向に対し傾きをもった斜面で山部と谷部を反復形成して構成され、伸縮変形して変形エネルギーを吸収する板状屈曲部を備えて、構造材を接合して形成した仕口部に設けられる木造建築物の仕口部補強金物であって、
   上記板状屈曲部の、波状に並ぶ上記山部と上記谷部の頂部と底部の断面積が、荷重が作用する該頂部及び該底部の長さを変えることにより、荷重の作用方向に沿って増減変更されて、これら頂部及び底部の断面積の大小に従って順次変形を生じることを特徴とする木造建築物の仕口部補強金物。

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