JP5713161B2 - 木質部材の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、木質部材の接合構造に関し、詳しくは、木質部材の柱と梁などを接合する接合構造に関する。

２０１０年５月２６日に「公共建築物等における木材の利用の促進に関する法律」が公布された。この法律の目的は、中・低層の公共建築物（学校校舎、各都道府県の庁舎公共施設、福祉施設、その他）を全て木造建築とすることで、都市部にＣＯ_２を貯蔵し続ける「都市の森」を作り出し、我が国が世界に公約したＣＯ_２の２５％削減を実現させることにある。この木造建築にとって千載一遇のチャンスを活かして、３〜４階建て規模の集成材ラーメン建築物を広く普及させていくためには、剛性、耐力、靭性ともに卓越した性能を誇るラーメン接合構法の開発が是非とも必要である。

木質部材のラーメン構造に適用できる技術として、ラグスクリューボルトを用いた接合構造が種々提案されている。ラグスクリューボルトとは、例えば図１２の写真に示すように、棒状の鋼製接合具である。外周には市販のラグスクリューと同一形状のおねじ８０が加工されており、端部には開口８２が形成され、開口８２に連通する中空孔８４の内周面にめねじ８６が加工されている。ラグスクリューボルトは、開口８２が露出するように、木材や集成材などの木質部材にねじ込んで固定しておき、ラグスクリューボルトのめねじ８６にボルトを螺合することにより、他の部材や金具を固定する（例えば、特許文献１〜３参照）。

ラグスクリューボルトを用いて部材同士を接合すると、初期剛性が大きく、すなわち変形しにくく、終局耐力も大きい。しかし、変形能力が乏しく、ラグスクリューボルトの接合部分（ラグスクリューボルトが部材に接合されている部分）が一度終局耐力に達すると、それ以上変形することはなく、脆性的な破壊を生じる点が大きな欠点であった。

そこで、例えば図１３の断面図に示す接合構造が提案されている。この接合構造は、柱１０１の下端部に切り欠き部１０１ａを設け、この切り欠き部１０１ａ内から軸線方向に、全ネジ状接合具であるスクリュー部材１１１をねじ込む。長ボルト１１３の先端をスクリュー部材１１１のめねじに螺合するとともに、長ボルト１１３の他端のおねじにナット１１６を螺合して、柱１０１の下端部の切り欠き部１０１ａに配置した接合金具１１４をスクリュー部材１１１に固着する。また、接合金具１１４は、基礎１０３から突き出したアンカーボルト１１２とこれに螺合する締付ナット１１５によって、基礎１０３に固定する。

この接合構造は、スクリュー部材１１１の中空孔を長くし、スクリュー部材１１１のめねじに螺合する長ボルト１１３に中間部１１３ｃを長くして、長ボルト１１３に予め引張力を導入しておく。これにより、接合部の初期剛性を高めるとともに、長ボルト１１３の大きな軸方向伸び変形に期待して、接合部に変形能力を付与するものである（例えば、特許文献４参照）。

特開平７−２５２８８８号公報 特開２０００−２６５５５３号公報 特開２００５−２３２７１１号公報 特開２００７−７７６１１号公報

しかし、図１３の接合構造には、次のような問題がある。

（１） スクリュー部材１１１と長ボルト１１３は、長くする必要がある。そのため、スクリュー部材１１１に長い中空孔を削孔するための金属加工コストがかかる上に、大きな圧縮荷重が作用した場合は、長ボルト１１３の予期せぬ座屈破壊を生じる恐れがある。

（２） スクリュー部材１１１と柱１０１とを接着剤で強固に結合する場合には、接合耐力を接着剤に依存することになる。そのため、接着剤利用にまつわる厳重な品質管理が施工現場に要求され、汎用的な構法としては問題点である。

（３） 中空のスクリュー部材１１１の内部に連結用の長ボルト１１３を挿入するので、挿入された長ボルト１１３の外周面とスクリュー部材１１１の内周面との間に空間が生じ、長ボルト１１３をヒートブリッジとして空間内に予期せぬ結露を生じる危険性をはらんでいる。この結露が長期間にわたって発生、消滅を繰り返すことによって、長ボルト１１３の表面及びスクリュー部材１１１の中空内表面に錆が発生し、接合耐力を低下させる危険性が考えられ、長期安全性の面で危惧される。

（４） 極めて稀な地震（例えば、震度７クラス）を受けて高靭性の長ボルト１１３が大きな塑性変形を起こした場合、その伸びた長ボルト１１３を撤去して、接合部を元の状態に戻すことは事実上不可能であり、結局、部材を一から全て取り替えるという大規模な補修工事が必要となる。

（５） 図１３の接合構造は、戸建て木造住宅規模の構造物を対象としており、そのままの形態では、公共建築物に多い大型の木造建築物に適用するには性能が不足している。

本発明は、かかる実情に鑑み、木造建築としては特に荷重条件の厳しいラーメン架構の１階部分の接合部に焦点を当てて、初期剛性が高く、高靭性であり、終局耐力を所望のレベルに設定することができる木質部材の接合構造を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した木質部材の接合構造を提供する。

木質部材の接合構造は、少なくとも一方が木質部材である第１の部材と第２の部材とを接合する接合構造である。木質部材の接合構造は、（ａ）互いに螺合するボルト及びナットと、（ｂ）固定部と、貫通穴が形成された接合部とが結合している第１及び第２の金具とを備える。前記第１の金具の前記固定部は、前記第１の部材に固定される。前記第２の金具の前記固定部は、前記第２の部材に固定される。前記第１の金具の前記接合部と前記第２の金具の前記接合部とは、それぞれの前記貫通穴に前記ボルトが挿通され、前記ボルト及びナットにより締め付けられて摩擦接合する。前記第１及び第２の金具の少なくとも一方の前記接合部に、少なくとも一つの前記貫通穴に連通するように、かつ、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの軸部がめり込むことができるように、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの前記軸部の直径よりも小さい短径を有する長穴が形成されている。

上記構成において、摩擦接合する第１の金具の接合部と第２の金具の接合部とは、静止摩擦力により相対移動が阻止されているが、静止摩擦力を超える荷重が作用すればすべりが発生して相対移動しうる。

上記構成において、第１及び第２の部材に固定された第１及び第２の金具の固定部の間に作用する荷重が、ボルト及びナットにより締め付けられた第１及び第２の金具の接合部に作用する静止摩擦力を越えないとき、第１及び第２の部材は、相対移動しない第１及び第２の金具を介して強固に接合された状態となる。そのため、接合構造の初期剛性を高くすることができる。

第１及び第２の金具の固定部の間に作用する荷重が、ボルト及びナットにより締め付けられた第１及び第２の金具の接合部に作用する静止摩擦力を越えると、すべりが発生し、第１の金具の接合部と第２の金具の接合部とは相対移動する。このとき、ボルトの軸部が長穴にめり込み、塑性変形によってエネルギーが吸収され、第１の部材と第１の金具の固定部との固定や、第２の部材と第２の金具の固定部との固定や、ボルト及びナットを介しての第１及び第２の金具の結合が破壊されないようにすることができ、これによって、接合構造の靭性を高くすることができる。

上記構成によれば、ボルトの軸部が長穴にめり込むめり込み変形によって終局耐力が決まるように設計することができ、めり込み量を選択することで、終局耐力を所望のレベルに設定することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した他の木質部材の接合構造を提供する。

木質部材の接合構造は、少なくとも一方が木質部材である第１の部材と第２の部材とを接合する接合構造である。木質部材の接合構造は、（ａ）互いに螺合する第１及び第２のボルト及びナットと、（ｂ）固定部と、貫通穴が形成された接合部とが結合している第１及び第２の金具と、（ｃ）第１及び第２の貫通穴が形成された連結板とを備える。前記第１の金具の前記固定部は、前記第１の部材に固定される。前記第２の金具の前記固定部は、前記第２の部材に固定される。前記第１の金具の前記接合部と前記連結板とは、前記第１の金具の前記接合部の前記貫通穴と前記連結板の前記第１の貫通穴とに前記第１のボルトが挿通され、前記第１のボルト及びナットにより締め付けられて摩擦接合する。前記第２の金具の前記接合部と前記連結板とは、前記第２の金具の前記接合部の前記貫通穴と前記連結板の前記第２の貫通穴とに前記第２のボルトが挿通され、前記第２のボルト及びナットにより締め付けられて摩擦接合する。前記連結板に、前記第１及び第２の貫通孔の少なくとも一つに連通するように、かつ、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの軸部がめり込むことができるように、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの前記軸部の直径よりも小さい短径を有する長穴が形成されている。

上記構成において、摩擦接合する第１の金具の接合部及び第２の金具の接合部と連結板とは、静止摩擦力により相対移動が阻止されているが、静止摩擦力を超える荷重が作用すればすべりが発生して相対移動しうる。

上記構成において、第１及び第２の部材に固定された第１及び第２の金具の固定部の間に作用する荷重が、ボルト及びナットにより締め付けられた第１の金具の接合部及び第２の金具の接合部と連結板とに作用する静止摩擦力を越えないとき、第１及び第２の部材は、相対移動しない第１及び第２の金具と連結板とを介して強固に接合された状態となる。そのため、接合構造の初期剛性を高くすることができる。

第１及び第２の金具の固定部の間に作用する荷重が、ボルト及びナットにより締め付けられた第１の金具の接合部及び第２の金具の接合部と連結板とに作用する静止摩擦力を越えると、すべりが発生し、第１の金具の接合部及び／又は第２の金具の接合部と連結板とは相対移動する。このとき、ボルトの軸部が連結板の長穴にめり込み、塑性変形によってエネルギーが吸収され、第１の部材と第１の金具の固定部との固定や、第２の部材と第２の金具の固定部との固定や、ボルト及びナットを介しての第１及び第２の金具と連結板との結合が破壊されないようにすることができ、これによって、接合構造の靭性を高くすることができる。

上記構成によれば、ボルトの軸部が連結板の長穴にめり込むめり込み変形によって終局耐力が決まるように設計することができ、めり込み量を選択することで、終局耐力を所望のレベルに設定することができる。

上記各構成の接合構造は、次のように、種々の具体的な態様で実施することができる。

好ましくは、前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、（ａ）板状であり、互いに平行な一対の辺を有し、貫通穴が形成された前記固定部と、（ｂ）板状であり、前記固定部の前記一対の辺に結合され、前記固定部に関して片側のみに、前記固定部に対して直角に延在する一対の前記接合部とを含む。

この場合、第１及び第２の金具の少なくとも一方は、固定部に一対の接合部が結合されて断面コ字状となるので、型鋼を用いて安価に作製することができる。

第１及び第２の金具の少なくとも一方は、固定部に形成された貫通穴を利用して、第１及び／又は第２の部材に固定することができる。例えば、第１及び／又は第２の部材に予めねじ込んだラグスクリューボルトに、固定部の貫通穴に挿通したボルトをねじ込む。あるいは、固定部の貫通穴に挿通したラグスクリューを用いて、第１及び／又は第２の部材にねじ止めする。

好ましくは、前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、（ａ）板状であり、貫通穴が形成された前記固定部と、（ｂ）板状であり、前記固定部の主面中央に結合され、前記固定部に関して片側のみに、前記固定部に対して直角に延在する前記接合部とを含む。

この場合、第１及び第２の金具の少なくとも一方は、固定部の主面中央に接合部が結合されて断面Ｔ字状となるので、型鋼を用いて安価に作製することができる。

第１及び第２の金具の少なくとも一方は、固定部に形成された貫通穴を利用して、第１及び／又は第２の部材に固定することができる。例えば、第１及び／又は第２の部材に予めねじ込んだラグスクリューボルトに、固定部の貫通穴に挿通したボルトをねじ込む。あるいは、固定部の貫通穴に挿通したラグスクリューを用いて、第１及び／又は第２の部材にねじ止めする。

好ましくは、前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、（ａ）板部材の一端側に貫通穴が形成された前記固定部と、（ｂ）前記板部材の他端側に形成された前記接合部とを含む。

この場合、前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、一つの板部材に固定部と接合部の両方を形成するため、板部材を用いて安価に作製することができる。

前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、固定部に形成された貫通穴を利用して、第１及び／又は第２の部材に固定することができる。例えば、板部材の一端側に形成された固定部を、第１及び／又は第２の部材に予め形成されたスリット内に配置した状態で、第１及び／又は第２の部材にピンを打ち込み、ピンを固定部の貫通穴に差し込むことによって固定する。板部材の一端側に形成された固定部を、第１及び／又は第２の部材の側面に、固定部の貫通穴を利用してねじ止めしても構わない。

本発明によれば、初期剛性が高く、高靭性であり、終局耐力を所望のレベルに設定することができる木質部材の接合構造を提供できる。

接合構造の分解斜視図である。（実施例１） 接合構造の分解斜視図である。（実施例２） 接合構造の分解斜視図である。（実施例３） 接合構造の分解斜視図である。（実施例４） 第１の金具の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図である。（作製例） 第２の金具の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図である。（作製例） 接合構造の組立図である。（作製例） 試験装置の説明図である。（作製例） Ｍ−θ関係の包絡線を示すグラフである。（作製例） 接合構造の（ａ）斜視図、（ｂ）引張荷重と変形量の関係を示すグラフである。（比較例） 接合構造の（ａ）要部拡大図、（ｂ）引張荷重と変形量の関係を示すグラフである。（説明例） ラグスクリューボルトの写真である。（従来例） 接合構造の断面図である。（従来例）

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

＜動作原理＞ まず、接合構造の動作原理について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。

図１０（ａ）は、比較例の接合構造を模式的に示す斜視図である。図１０（ａ）に示すように、断面コ字状の金具１１，２１が、ボルト４０及びナット４８を用いて強固に締め付けられている。金具１１，２１は、締め付けられて互いに圧着し、圧着面に作用する静止摩擦力によって相対移動が阻止された状態で接合されているが、静止摩擦力を超える荷重が作用すればすべりが発生して相対移動する。このような接合状態を、本明細書において摩擦接合と呼んでいる。

一方の金具１１は、柱部材７８の端面（木口）に予めねじ込まれたラグスクリューボルト６０にボルト５８を螺合することによって、柱部材７８に固定されている。このように柱部材７８と金具１１，２１とが直列に接続された状態で、柱部材７８と他方の金具２１とに、矢印で示すように互いに逆向きの引張荷重Ｐを作用させる。

このとき、金具１１，２１の摩擦接合力は、ラグスクリューボルト６０が柱部材７８から引き抜かれるときの荷重であるラグスクリューボルト６０の引抜耐力よりも、小さくなるように構成する。すなわち、ラグスクリューボルト６０の引抜耐力よりも小さい引張荷重Ｐによって、金具１１，２１にすべりが発生するように構成する。

この比較例の接合構造において、引張荷重と変形量とは、図１０（ｂ）のグラフに模式的に示すように、引張荷重が、摩擦接合された金具１１，２１においてすべりが発生するすべり発生耐力に達するまでの区間１００では、金具１１，２１の摩擦接合状態が保持され、金具１１，２１は相対移動しない。そのため、接合構造は、初期剛性が非常に高い。

次いで、引張荷重がすべり発生耐力を越えると、金具１１，２１においてすべりが発生し、引張荷重が急激に低下する。そのため、明確な降伏点Ｙが現れる。

その後、金具１１，２１が互いに逆方向に相対移動して金具１１，２１の貫通穴の内周面にボルト４０が当接すると、引張荷重が再び上昇する。そして、ボルト４０がせん断破壊する支圧耐力Ｑに達すると、荷重が急激に低下する。引張荷重が再び上昇し、支圧耐力Ｑに達するまでの区間１０２においては、支圧接合状態となる。

図１０（ｂ）において破線で示すように、ラグスクリューボルト６０の引抜耐力Ｆｐが支圧耐力Ｑよりも低い場合には、ボルト４０がせん断破壊する前に、ラグスクリューボルト６０と柱部材７８との接合が破壊され、接合構造は脆性的に破壊する。

そこで、本発明では、引張荷重が降伏点に達した後に、引張荷重の上昇をできるだけ抑制するために、図１１（ａ）の要部拡大面に示すように、金具１１，２１の少なくとも一方（例えば金具１１）に、ボルト４０の円筒部４４が挿通される貫通穴１８に連通する長穴１９を形成する。長穴１９の短径Ｂは、ボルト４０の円筒部４４の直径Ｄよりもわずかに小さくしておき、支圧接合状態のときに、ボルト４０の円筒部４４が長穴１９にめり込み、長穴１９を押し広げるためにエネルギーが消費されるようにする。

長穴１９の短径Ｂとボルト４０の円筒部４４の直径Ｄの差を調節することにより、図１１（ｂ）のグラフに模式的に示すように、降伏点Ｙから終局耐力Ｒに達するまでの区間１０４において、引張荷重の上昇を抑制し、引張荷重がラグスクリューボルト６０の引抜耐力Ｆｐを越えないような最適な条件を生み出すことができる。

＜実施例１＞ 実施例１の接合構造１について、図１を参照しながら説明する。

図１は、接合構造１の分解斜視図である。図１に示す接合構造１は、柱７０の側面７０ｓに固定された第１の金具１０と、梁７２の端面７２ｔに固定された第２の金具２０とが、ボルト４０及びナット４８を用いて締め付けられて摩擦接合した状態で、柱７０と梁７２とを接合する。

第１の金具１０は、板状の固定部１２に板状の一対の接合部１６ｐ，１６ｑが結合された断面コ字状の部材である。固定部１２は、矩形形状であり、柱７０の側面７０ｓに固定される。一対の接合部１６ｐ，１６ｑは、固定部１２の互いに平行な一対の辺に結合され、固定部１２に関して片側のみに、固定部１２に対して直角に延在している。

固定部１２には、接合部１６ｐ，１６ｑが結合されていない他の一対の辺の付近、すなわち両端付近に貫通穴１４が形成され、貫通穴１４の間の中間部分に貫通穴１５が形成されている。

接合部１６ｐ，１６ｑには、貫通穴１８及び長穴１９が形成されている。貫通穴１８は、接合部１６ｐ，１６ｑの両端（図において上端及び下端）付近と中央の３か所に、円形に形成され、ボルト４０が挿通される。長穴１９は、接合部１６ｐ，１６ｑの両端付近２か所の貫通穴１８の両側に連通し、固定部１２の法線方向と平行に延在するように形成され、長穴１９の短径は貫通穴１８の直径よりも小さく、ボルト４０の円筒部４４の直径よりも小さい。

第２の金具２０は、第１の金具１０と略同様に構成されているが、第１の金具１０とは異なり、長穴が形成されていない。

すなわち、第２の金具２０は、板状の固定部２２に板状の接合部２６ｐ，２６ｑが結合された断面コ字状の部材である。固定部２２には、両端付近に貫通穴２４（図１では一方のみを図示）が形成され、貫通穴２４の間の中間部分に貫通穴２５（図１では、図示せず。後述する図６参照）が形成されている。接合部２６ｐ，２６ｑには、貫通穴２８が形成されている。

第１の金具１０と第２の金具２０とは、後述する作製例（図７参照）と同様に、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑの内側に、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑが嵌まるように形成されている。すなわち、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑ内側の面１６ｓの間の寸法と、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑの外側の面２６ｔの間の寸法とが同じになるように形成されている。

第１の金具１０及び第２の金具２０は、断面コ字状であるため、型鋼を用いて安価に作製することができる。

次に、接合構造１によって柱７０と梁７２とを接合する工程について説明する。

まず、第１の金具１０を柱７０の側面７０ｓに固定し、第２の金具２０を梁７２の端面７２ｔに固定する。

第１の金具１０は、固定部１２の貫通穴１４にボルト５０を挿通し、予め柱７０の側面７０ｓにねじ込まれているラグスクリューボルト６０のめねじにボルト５０を螺合するとともに、固定部１２の貫通穴１５にラグスクリュー５２を挿通し、ラグスクリュー５２を柱７０にねじ込むことによって、柱７０の側面７０ｓに固定する。

同様に、第２の金具２０は、固定部２２の貫通穴２４にボルト５０を挿通し、予め梁７２の端面７２ｔにねじ込まれているラグスクリューボルト６０のめねじにボルト５０を螺合するとともに、固定部２２の貫通穴２５にラグスクリュー５２を挿通し、ラグスクリュー５２を梁７２にねじ込むことによって、梁７２の端面７２ｔに固定する。

次いで、柱７０と梁７２とを所定位置に配置し、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑの内側に、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑが嵌まっている状態で、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑの貫通穴１８と、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑの貫通穴２８とにボルト４０を挿通し、ボルト４０のねじ部４２にナット４８を螺合することにより、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑと第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑとを締め付ける。これにより、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑと第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑとが摩擦接合し、柱７０と梁７２とが接合される。

ボルト４０及びナット４８を用いた締め付けによって、第１の金具１０と第２の金具２０とは摩擦接合される。すなわち、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑの内側の面１６ｓと、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑの外側の面１６ｔとが圧着し、圧着面に作用する静止摩擦力によって、第１の金具１０と第２の金具２０とは、相対移動が阻止された状態で接合される。

柱７０に固定された第１の金具１０の固定部１２と、梁７２に固定された第２の金具２０の固定部２２との間に作用する荷重が、静止摩擦力を越えないとき、柱７０及び梁７２は、相対移動しない第１の金具１０及び第２の金具２０を介して強固に接合された状態となる。そのため、接合構造１の初期剛性を高くすることができる。

第１の金具１０の固定部１２と第２の金具２０の固定部２２との間に作用する荷重が、静止摩擦力を越えると、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑと第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑとの間にすべりが発生し、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑと第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑとは相対移動する。このとき、ボルト４０の円筒部４４が、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑに形成された長穴１９にめり込み、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑが塑性変形することによってエネルギーが吸収され、柱７０と第１の金具１０の固定部１２との固定や、梁７２と第２の金具２０の固定部２２との固定や、ボルト４０及びナット４８を介しての第１の金具１０と第２の金具２０との結合が破壊されないようにすることができる。これによって、接合構造１の靭性を高くすることができる。

第１の金具１０と第２の金具２０とは、連通する長穴１９が形成されていない中央の貫通穴１８に挿通されたボルト４０を中心に回動するので、長穴１９はモーメントの影響を受けて塑性変形する。ボルト４０の円筒部４４が長穴１９にめり込むめり込み変形によって接合構造１の終局耐力が決まるように設計できるので、めり込み量を選択することで、希望するレベルの終局耐力を設定することができる。

第１の金具１０を柱７０に固定し、第２の金具２０を梁７２に固定するために用いるボルト５０は、主に、ボルト５０の軸方向に作用する引張力を負担し、柱７０と梁７２とを含む面内に作用する曲げモーメントに抗する。第１の金具１０を柱７０に固定し、第２の金具２０を梁７２に固定するために用いるラグスクリュー５２は、主に、固定部１２，２２を介してラグスクリュー５２に作用するせん断力を負担する。ボルト５０は、軸方向（梁７２の軸線と平行な方向）の引張力を負担し、ラグスクリュー５２は、軸直角方向（柱７０の軸線と平行な方向）のせん断力を負担するものと簡略化して強度計算すれば、設計が簡単になる。

接合構造１は、従来技術に比べ、以下の点で優れている。

１） 接合構造１では、図１３のように、スクリュー部材の内部に長い中空孔をくり抜くという高度な加工が不要であり、コストを低減できる。

２） 接合構造１では、ラグスクリューボルト６０には何ら加工や改良を加える必要はないので、従来のラグスクリューボルトがそのまま活用できる。また、特に接着剤を使用する必要もないので、経済的である。

３） 高張力ボルト（ＨＴＢ）を用いた摩擦接合法は、鋼構造の分野で高度に発達した技術であり、その「すべり発生耐力」は使用する鋼材の摩擦面の仕様、ＨＴＢの仕様に応じてきめ細かに設定されており、再現性の信頼性は高い。そのため、降伏点を精度よく予測することができる。

４） ラグスクリューボルト６０の引抜耐力を超えない範囲で、ボルト４０及びナット４８で締め付けた第１の金具１０及び第２の金具２０の摩擦接合の「すべり発生耐力」を設定することによって、接合構造１は、初期剛性が非常に高く、明確な降伏点を有する。すべり発生後は、支圧によって、ボルト４０の円筒部４４が長穴１９にめり込んで第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑが塑性変形するので、接合構造１全体としてはわずかな荷重上昇を伴う大きな塑性変形を期待することができる。

５） 万一大地震によって接合構造１に大きな残留変形を生じても、ボルト４０を第１の金具１０，２０に側面からに取り外することによって、必要な部材を簡単に取り替えることができるため、接合構造１を元の状態に復帰させることが極めて低コストで可能である。

＜作製例＞
次に、実施例１の作製例について、図５〜図９を参照しながら説明する。

図５は、作製例の第１の金具１０ｋの（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図である。図５（ａ）に示すように、第１の金具１０ｋは、固定部１２に接合部１６ｐ，１６ｑが溶接されている。

固定部１２は、厚さ１６ｍｍの鋼板を用いて、８６×２９０ｍｍに加工した。固定部１２には、基礎に固定するためのボルト５６が挿通される直径１８ｍｍの貫通穴１４を形成した。

接合部１６ｐ，１６ｑは、厚さ９ｍｍの鋼板を用いて、７４×２９０ｍｍに加工した。接合部１６ｐ，１６ｑには、直径１７ｍｍの貫通穴１８を形成した。また、両端の貫通穴１８の両側に連通し、固定部１２の法線方向両側に延在するように、短径１４ｍｍの長穴１９を形成した。

図６は、作製例の第２の金具２０の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図である。図６（ａ）に示すように、第２の金具２０は、固定部２２に接合部２６ｐ，２６ｑが溶接されている。

第２の金具２０は、厚さ１６ｍｍの鋼板を用いて、６８×２９０ｍｍに加工した。固定部２２には、ラグスクリューボルト６０に螺合するためのボルト５０が挿通される直径１８ｍｍの貫通穴２４と、ラグスクリュー５２（図１参照）が挿通される直径２１ｍｍの貫通穴２５とを形成した。

接合部２６ｐ，２６ｑは、厚さ９ｍｍ鋼板を用いて、６２×２９０ｍｍに加工した。接合部２６ｐ，２６ｑには、直径１７ｍｍの貫通穴２８を形成した。

図７は、作製例の接合構造の組立図である。図７に示すように、第１の金具１０ｋの固定部１２を基礎９０に固定するためのボルト５６と、第２の金具２０の固定部２２を柱部材７６に固定するためのボルト５０には、ねじ部長さが５０ｍｍ、円筒部長さが１６ｍｍのＭ１６×６６の高張力ボルトを用いた。基礎９０に固定するためのボルト５６には、六角穴付きボルト（キャップボルト）を用いた。

第１の金具１０ｋの接合部１６ｐ，１６ｑと第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑとを締め付けて摩擦接合するためのボルト４０には、Ｍ１６−Ｆ１０Ｔ−高張力ボルトを用いた。

図８は、試験装置の説明図である。図８に示すように、鋼製の基礎９０に、作製例の第１の金具１０ｋ及び第２の金具２０を用いて、供試試験体の柱部材７６の下端を固定した接合構造に、モーメントＭを加えた。詳しくは、柱部材７６の上端部に補強板９４を介して治具９６を取り付け、センサー（巻き取り式変位計）９２で変位量を検出しながら自動加力制御油圧ジャッキ装置を用いて、柱部材７６の下端から１４９０ｍｍの位置に、矢印９８で示すように往復荷重を加えた。柱部材７６の下端を半剛節回転支点で水平変位はしないと仮定して、センサー９２の変位量をセンサー９２までの距離で除すことによって、、柱部材７６の回転角θを算出した。載荷プロトコルは、１／３００ｒａｄ〜１／１０ｒａｄまでの変位制御１０回繰り返し（各ピークでの繰り返しは１回）とした。

供試試験体に用いた集成材は、オウシュウアカマツ異等級構造用集成材で、ＪＡＳ等級はＥ１２０−Ｆ３３０である。柱部材７６の断面は１２０ｍｍ×３００ｍｍ、長さ１７００ｍｍである。柱部材７６の下端にねじ込んだラグスクリューボルト６０は、ラグスクリューボルト研究会発行のラグスクリューボルト接合設計・施工マニュアル（２００７年発行版）に示すＭＫラーメンシステム用のφ２５ｍｍ×長さ３６０ｍｍを用いた。

試験で得られた接合構造のモーメントＭ−回転角θの関係の包絡線を、図９に示す。

試験結果（ＳＰＩＲ−１〜ＳＰＩＲ−３）の曲線は、一度モーメントが２０ｋＮｍ辺りで一定になった後、再度上昇傾向を示している。これは、図５に示したように、第１の金具１０ｋの接合部１６ｐ，１６ｑに、ボルト４０の進行を促す長穴１９（ボルト４０の円筒部４４の直径より若干幅が狭い）を設けた結果、すべり発生後、ボルト４０の円筒部４４はこの長穴１９を押し広げるように、第１の金具１０ｋの接合部１６ｐ，１６ｑの板に塑性変形を与えつつ、柱部材７６の回転変形を増加させていったことを示している。

試験結果から得られた作製例の接合構造の性能を、次の表１に示す。
表１から看取されるように、初期剛性は十分満足のいく結果が得られた。また、粘り強さを示す塑性率も非常に大きい。したがって、高剛性で、かつ粘りのある接合構造であることが分かる。

＜実施例２＞ 実施例２の接合構造２について、図２を参照しながら説明する。

実施例２は、実施例１と略同様に構成されている。以下では、実施例１と同様の構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。

図２は、接合構造２の分解斜視図である。図２に示す接合構造２は、柱７０に固定された第１の金具１０ａと、梁７２に固定された第２の金具２０とが、それぞれ、ボルト４０及びナット４８を用いて連結板３０ｐ，３０ｑと摩擦接合されて摩擦接合した状態で、柱７０と梁７２とを接合する。

実施例１と異なり、第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑには、貫通穴１８のみが形成され、長穴１９は形成されていない。また、第１の金具１０ａと第２の金具２０とは、幅が等しい。すなわち、第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑの外側の面１６ｔの間の寸法と、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑの外側の面２６ｔの間の寸法と同じである。第１の金具１０ａと第２の金具２０とは、同一部材にすることができる。

連結板３０ｐ，３０ｑには、貫通穴３２及び長穴３４が形成されている。

貫通穴３２は、それぞれ第１の金具１０ａの貫通穴１８と第２の金具２０の貫通穴２８とに対応して形成されている。図２において左側の貫通穴３２は、第１の金具１０ａの貫通穴１８に対応して形成された第１の貫通穴である。図２において右側の貫通穴３２は、第２の金具２０の貫通穴２８に対応して形成された第２の貫通穴である。

長穴３４は、図２において上端側と下端側の貫通穴３２の左右両側に連通し、梁７２の軸線方向と平行に延在するように形成されている。長穴３４の短径は、貫通穴３２の直径よりも小さく、かつ、貫通穴３２に挿通されるボルト４０の円筒部４４の直径よりも小さい。

次に、接合構造２により柱７０と梁７２とを接合する工程について説明する。

まず、第１の金具１０ａを柱７０の側面７０ｓに固定し、第２の金具２０を梁７２の端面７２ｔに固定する。

次いで、柱７０と梁７２とを所定位置に配置し、図２において連結板３０ｐ，３０ｑの左側を第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑに、右側を第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑに、ボルト４０及びナット４８を用いて結合する。すなわち、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑの貫通穴１８と、連結板３０ｐ，３０ｑの左側の貫通穴３２とにボルト４０を挿通し、ボルト４０のねじ部４２にナット４８を螺合することにより、第１の金具１０の接合部１６ｐ，１６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとをボルト４０及びナット４８で締め付けるとともに、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑの貫通穴２８と、連結板３０ｐ，３０ｑの左側の貫通穴３２とにボルト４０を挿通し、ボルト４０のねじ部４２にナット４８を螺合することにより、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとを、ボルト４０及びナット４８で締め付ける。これにより、第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑ及び第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとが摩擦接合し、柱７０と梁７２とが接合される。

接合構造２は、柱７０に固定された第１の金具１０ａの固定部１２と、梁７２に固定された第２の金具２０の固定部２２との間に作用する荷重が、ボルト４０及びナット４８により締め付けられた第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑ及び第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとに作用する静止摩擦力を越えないとき、柱７０及び梁７２は、相対移動しない第１の金具１０ａ及び第２の金具２０と連結板３０ｐ，３０ｑとを介して強固に接合された状態となる。そのため、接合構造２の初期剛性を高くすることができる。

第１の金具１０ａの固定部１２と第２の金具２０の固定部２２との間に作用する荷重が、ボルト４０及びナット４８により締め付けられた第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑ及び第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとに作用する静止摩擦力を越えると、すべりが発生し、第１の金具１０ａの接合部１６ｐ，１６ｑ及び／又は第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとは相対移動する。このとき、ボルト４０の円筒部４４が連結板３０ｐ，３０ｑの長穴３４にめり込み、塑性変形によってエネルギーが吸収され、柱７０と第１の金具１０ａの固定部１２との固定や、梁７２と第２の金具２０の固定部２２との固定や、ナット４８及びナット４８を介しての第１の金具１０ａ及び第２の金具２０と連結板３０ｐ，３０ｑとの結合が破壊されないようにすることができる。これによって、接合構造２の靭性を高くすることができる。

接合構造２は、ボルト４０の円筒部４４が連結板３０ｐ，３０ｑの長穴３４にめり込むめり込み変形によって終局耐力が決まるように設計することができので、めり込み量を選択することで、希望するレベルの終局耐力を設定することができる。

＜実施例３＞ 実施例３の接合構造３について、図３を参照しながら説明する。

実施例３は、実施例２と略同様に構成されている。以下では、実施例２との相違点を中心に説明する。

図３は、接合構造３の分解斜視図である。図３に示す接合構造３は、柱７１に固定された第１の金具１０ｂと、梁７３に固定された第２の金具２０ｂとが、ボルト４０及びナット４８を用いて、連結板３０ｐ，３０ｑと摩擦接合された状態で、柱７１と梁７３とを接合する。

第１及び第２の金具１０ｂ，２０ｂは、実施例１、２と異なり、断面Ｔ字状である。すなわち、固定部１２ｂ，２２ｂの主面中央に接合部１６ｂ，２６ｂが結合されている。接合部１６ｂ，２６ｂは、固定部１２ｂ，２２ｂに関して片側のみに、固定部１２ｂ，２２ｂに対して直角に延在している。第１の金具１０ｂと第２の金具２０ｂとは、同一部材にすることができる。

第１及び第２の金具１０ｂ，２０ｂの固定部１２ｂ，２２ｂには、接合部１６ｂ，２６ｂの両側に、それぞれ、貫通穴１４，２４と貫通穴１５，２５とが形成されている。貫通穴１４，２４は、固定部１２ｂ，２２ｂの両端（図３において上端及び下端）付近に形成され、ボルト５０が挿通される。貫通穴１５，２５は、貫通穴１４，２４の間に形成され、ラグスクリュー５２が挿通される。

第１及び第２の金具１０ｂ，２０ｂの接合部１６ｂ，２６ｂには、それぞれ、貫通穴１８，２８が形成されている。

第１及び第２の金具１０ｂ，２０ｂの接合部１６ｂ，２６ｂは、その両側に配置された連結板３０ｐ，３０ｑを介して連結される。すなわち、第１の金具１０ｂの接合部１６ｐ，１６ｑの貫通穴１８と、連結板３０ｐ，３０ｑの左側の貫通穴３２とにボルト４０を挿通し、ボルト４０のねじ部４２にナット４８を螺合することにより、第１の金具１０ｂの接合部１６ｐ，１６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとを締め付けるとともに、第２の金具２０ｂの接合部２６ｐ，２６ｑの貫通穴２８と、連結板３０ｐ，３０ｑの左側の貫通穴３２とにボルト４０を挿通し、ボルト４０のねじ部４２にナット４８を螺合することにより、第２の金具２０の接合部２６ｐ，２６ｑと連結板３０ｐ，３０ｑとを締め付ける。これにより、第１の金具１０ｂの接合部１６ｂ及び第２の金具２０ｂの接合部２６ｂと連結板３０ｐ，３０ｑとが、互いに摩擦接合する。

第１の金具１０ｂ及び第２の金具２０ｂは断面Ｔ字状であるので、型鋼を用いて安価に作製することができる。例えば、Ｈ型鋼を切断することにより、断面Ｔ字状にすることができる。

接合構造３は、実施例２と同様に、ボルト５０及びラグスクリュー５２を用いて、柱７１に第１の金具１０ｂを固定し、梁７３に第２の金具２０ｂに固定した後、柱７１と梁７３とを所定位置に配置した状態で、第１の金具１０ｂの接合部１６ｂと第２の金具２０ｂの接合部２６ｂとの両側に連結板３０ｐ，３０ｑを配置し、ボルト４０及びナット４８を用いて、連結板３０ｐ，３０ｑの一方側と第１の金具１０ｂの接合部１６ｂとを締め付け、連結板３０ｐ，３０ｑの他方側と第２の金具２０ｂの接合部２６ｂとを締め付けることによって、第１の金具１０ｂの接合部１６ｂ及び第２の金具２０ｂの接合部２６ｂと連結板３０ｐ，３０ｑとを摩擦接合して、柱７１と梁７３とを接合する。

接合構造３は、実施例２と同様に、摩擦接合によって初期剛性を高くすることができ、連結板３０ｐ，３０ｑの長穴３４にボルト４０の円筒部４４がめり込むようにすることによって靭性を高くすることができ、めり込み量を選択することで、希望するレベルの終局耐力を設定することができる。

＜実施例４＞ 実施例４の接合構造４について、図４を参照しながら説明する。

図４は、接合構造４の分解斜視図である。図４に示すように、接合構造４は、板状の第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃを用いる。

第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃは、板部材の一端側に固定部１２ｃ，２２ｃが形成され、板部材の他端側に接合部１６ｃ，２６ｃが形成されている。第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃの一端側、すなわち固定部１２ｃ，２２ｃには、貫通穴１４ｃ，２４ｃが形成されている。第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃの他端側、すなわち接合部１６ｃ，２６ｃには、貫通穴１８ｃ，２８ｃが形成されている。第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃは、同一部材にすることができる。

第１の金具１０ｃ及び第２の金具２０ｃは、板部材を用いて安価に作製することができる。

次に、接合構造４により柱７０と梁７２とを接合する工程について説明する。

まず、柱７０に第１の金具１０ｃを固定し、梁７２を第２の金具２０ｃに固定する。詳しくは、第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃの固定部１２ｃ，２２ｃを、柱７０，７２に予め形成されたスリット７０ｘ，７２ｘに挿入し、第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃの接合部１６ｃ，２６ｃが突き出した状態で、柱７０，７２にピン５９を打ち込む。このとき、第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃの固定部１２ｃ，２２ｃの貫通穴１４ｃ，２４ｃにピン５９を差し込むことによって、第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃを固定する。

次いで、柱７０と梁７２とを所定位置に配置し、第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃの接合部１６ｃ，２６ｃの両側に連結板３０ｐ，３０ｑを配置し、ボルト４０及びナット４８を用いて、連結板３０ｐ，３０ｑの一方側（図４において左側）と第１の金具１０ｃの接合部１６ｃとを締め付け、連結板３０ｐ，３０ｑの他方側（図４において右側）と第２の金具２０ｃの接合部２６ｃとを締め付ける。これにより、第１の金具１０ｃの接合部１６ｃ及び第２の金具２０ｃの接合部２６ｃと連結板３０ｐ，３０ｑとが摩擦接合し、柱７０と梁７２とが接合される。

接合構造４は、実施例１〜３と同様に、摩擦接合によって初期剛性を高くすることができ、連結板３０ｐ，３０ｑの長穴３４にボルト４０の円筒部４４がめり込むようにすることによって靭性を高くすることができ、終局耐力を明確に予想することができる。

なお、第１及び第２の金具１０ｃ，２０ｃは、柱７０及び梁７２の内部に固定する代わりに、柱７０及び梁７２の外側に固定しても構わない。例えば、柱７０の表面７０ｋと梁７２の表面７２ｋに、固定部１２ｃ，２２ｃの貫通穴１４ｃ，２４ｃを利用してねじ止めにより固定しても構わない。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、本発明の接合構造は、摩擦接合により初期剛性を高くすることができ、ボルトがめり込む長穴を設けることにより靭性を高くすることができ、めり込み量を選択することで、希望するレベルの終局耐力を設定することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、長穴に、ボルトの円筒部のみならず、ねじ部がめり込むように構成しても構わない。長穴は、貫通している場合を例示したが、長穴を非貫通（有底溝）にしてボルトを導くようにすることも可能である。

第１及び第２の金具には、断面コ字状、断面Ｔ字状、板状のいずれかの同タイプのもの同士を用いる場合を例示したが、異なるタイプのものを組み合わせて用いてもよい。

摩擦接合のためボルト及びナットを用いて締め付けるとき、ボルトとナットの間に座金を介在させても構わない。

１〜４ 接合構造
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｋ 第１の金具
１２，１２ｂ，１２ｃ 固定部
１４，１４ｃ，１５ 貫通穴
１６，１６ｂ，１６ｃ，１６ｐ，１６ｑ 接合部
１８，１８ｃ 貫通穴
１９ 長穴
２０，２０ｂ，２０ｃ 第２の金具
２２，２２ｂ，２２ｃ 固定部
２４，２４ｃ，２５ 貫通穴
２６，２６ｂ，２６ｃ，２６ｐ，２６ｑ 接合部
２８，２８ｃ 貫通穴
３０ｐ，３０ｑ 連結板
３２ 貫通穴
３４ 長穴
４０ ボルト
４２ ねじ部（軸部）
４４ 円筒部（軸部）
４８ ナット
５０ ボルト
５２ ラグスクリュー
５６，５８ ボルト
５９ ピン
６０ ラグスクリューボルト
７０，７１ 柱（第１の部材）
７２，７３ 梁（第２の部材）
７６，７８ 柱部材
９０ 基礎

Claims (5)

1. 少なくとも一方が木質部材である第１の部材と第２の部材とを接合する、木質部材の接合構造であって、
   互いに螺合するボルト及びナットと、
   固定部と、貫通穴が形成された接合部とが結合している第１及び第２の金具と、
   を備え、
   前記第１の金具の前記固定部は、前記第１の部材に固定され、
   前記第２の金具の前記固定部は、前記第２の部材に固定され、
   前記第１の金具の前記接合部と前記第２の金具の前記接合部とは、それぞれの前記貫通穴に前記ボルトが挿通され、前記ボルト及びナットにより締め付けられて摩擦接合し、
   前記第１及び第２の金具の少なくとも一方の前記接合部に、少なくとも一つの前記貫通穴に連通するように、かつ、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの軸部がめり込むことができるように、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの前記軸部の直径よりも小さい短径を有する長穴が形成されていることを特徴とする、木質部材の接合構造。
2. 少なくとも一方が木質部材である第１の部材と第２の部材とを接合する、木質部材の接合構造であって、
   互いに螺合する第１及び第２のボルト及びナットと、
   固定部と、貫通穴が形成された接合部とが結合している第１及び第２の金具と、
   第１及び第２の貫通穴が形成された連結板と、
   を備え、
   前記第１の金具の前記固定部は、前記第１の部材に固定され、
   前記第２の金具の前記固定部は、前記第２の部材に固定され、
   前記第１の金具の前記接合部と前記連結板とは、前記第１の金具の前記接合部の前記貫通穴と前記連結板の前記第１の貫通穴とに前記第１のボルトが挿通され、前記第１のボルト及びナットにより締め付けられて摩擦接合し、
   前記第２の金具の前記接合部と前記連結板とは、前記第２の金具の前記接合部の前記貫通穴と前記連結板の前記第２の貫通穴とに前記第２のボルトが挿通され、前記第２のボルト及びナットにより締め付けられて摩擦接合し、
   前記連結板に、前記第１及び第２の貫通孔の少なくとも一つに連通するように、かつ、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの軸部がめり込むことができるように、当該貫通穴に挿通された前記ボルトの前記軸部の直径よりも小さい短径を有する長穴が形成されていることを特徴とする、木質部材の接合構造。
3. 前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、
   板状であり、互いに平行な一対の辺を有し、貫通穴が形成された前記固定部と、
   板状であり、前記固定部の前記一対の辺に結合され、前記固定部に関して片側のみに、前記固定部に対して直角に延在する一対の前記接合部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の木質部材の接合構造。
4. 前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、
   板状であり、貫通穴が形成された前記固定部と、
   板状であり、前記固定部の主面中央に結合され、前記固定部に関して片側のみに、前記固定部に対して直角に延在する前記接合部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の木質部材の接合構造。
5. 前記第１及び第２の金具の少なくとも一方は、
   板部材の一端側に貫通穴が形成された前記固定部と、
   前記板部材の他端側に形成された前記接合部と、
   を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の木質部材の接合構造。