JP5995466B2

JP5995466B2 - 木造建築構造躯体

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Publication number: JP5995466B2
Application number: JP2012055054A
Authority: JP
Inventors: 今井　淳一; 淳一今井; 石山　央樹; 央樹石山; 裕貴中島
Original assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Forestry Co Ltd
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: JP2013189762A; US8950126B2; US20140090315A1; CN103306365A; AU2013201396A1; CN103306365B; AU2013201396B2

Description

本発明は、木材からなる柱、梁、及び水平方向の力に抵抗する耐力壁等によって構成される木造建築構造躯体に関し、特に、上端又は下端が梁等の横架材又は基礎と曲げモーメントの伝達が可能に接合された柱を含む木造建築構造躯体に関するものである。

柱と梁等の横架材とを用いて構築される木造建築物の多くは、柱と柱との間に筋交いを設けた耐力壁、又は柱と柱との間に面材を固定した耐力壁によって地震時等の水平方向力に抵抗する軸組構造となっている。このような構造において、上記耐力壁の両側部に設けられる柱は、梁、土台又は胴差等の横架材との間では曲げモーメントの伝達はされず、主に軸力によって梁等を支持する軸柱となっており、筋交い又は面材が軸柱の傾斜を拘束する。

一方、軸組構造とは異なる構造として、柱と梁等の横架材とが曲げモーメントの伝達が可能に接合されたラーメン構造とすることが、木造建築物においても提案されており、例えば特許文献１に記載されているものがある。ラーメン構造では、柱の少ない居室空間を得ることが容易になるとともに、外壁部に大きな開口を確保することも容易となる。このようなラーメン構造では、柱の曲げ剛性及び柱と曲げモーメントの伝達が可能に接合された横架材等の曲げ剛性によって地震時等の水平方向力に抵抗するものとなっている。

このように構造躯体をラーメン構造として木造建築物を構成した場合において、梁の下側にはラーメン構造となる柱の他に、軸柱を配置して外壁及び間仕切り壁が別途に形成されることが多い。このような外壁や間仕切り壁を耐力壁として構造躯体の一部とすることが特許文献２に記載されている。外壁や間仕切り壁を、地震時等における水平方向力に抵抗することができるものとすると、ラーメン構造とする柱の数を少なくして、経済性に優れた構造となる可能性がある。

特開２００４−９２１５０号公報特開２００６−１１８２７５号公報

しかし、上記ラーメン構造となった柱及び梁と、面材等を用いた耐力壁とでは、水平方向力に抵抗する機構が全く相違し、水平方向力に対する変形特性が異なる。特に、柱と耐力壁とのそれぞれが耐荷力を失うまでの層間変形量、つまり柱が支持する梁と基礎又は下層階の梁との間で該梁の軸線方向に生じる水平方向の相対的変位が大きく異なることがある。このような特性の違いがあると、地震動のように繰り返し水平方向力が作用したときに、構造躯体の一部の機能低下が先行して生じる虞がある。そして、繰り返し作用する地震動のエネルギーを吸収する能力が低下することが考えられる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、横架材又は基礎と曲げモーメントの伝達が可能に接合されたラーメン構造の柱と耐力壁とが、それぞれの有する耐荷力と振動エネルギーの吸収性能とを充分に発揮して大きな耐震性を有する木造建築構造躯体を得ることである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、基礎又は下層階の梁上に立設され、断面が扁平な長方形となった木製柱と、前記木製柱上に下面が対向するように接合され、該木製柱の断面の長軸方向に軸線を有する木製梁と、前記基礎又は前記下層階の梁上に所定の間隔で立設され、前記木製梁を軸力によって支持する２本の軸柱と、これらの軸柱の双方に固定された板材又はこれらの軸柱に両端が固定され、斜め方向に架け渡された所定幅の複数の板材とを備えた耐力壁と、を有し、前記木製柱の下端部は、該木製柱の断面の長軸方向における両端付近でそれぞれ鉛直方向に配置された２本の第１のボルトを介して、前記木製柱から前記基礎又は前記下層階の梁に曲げモーメントの伝達が可能に接合され、前記木製柱と前記木製梁とは、該木製柱の断面の長軸方向における両端付近でそれぞれ鉛直方向に配置された２本の第２のボルトを介して、前記木製梁と前記木製柱とが双方間で曲げモーメントの伝達が可能に接合されており、前記木製梁と前記基礎又は前記下層階の梁との間に、前記木製梁の軸線方向の相対的変位が生じたときに、前記木製柱が破壊するまでに生じる前記相対的変位が、前記耐力壁が破壊するまでに生じる前記相対的変位とほぼ同じか又は前記耐力壁が破壊するまでに生じる前記相対的変位以上となるように、前記第１のボルト及び前記第２のボルトの前記相対的変位時に伸びが生じる範囲の長さと、前記木製柱の断面における長軸方向の寸法とが設定されている木造建築構造躯体を提供する。

この木造建築構造躯体において、水平方向力が作用したときに、木製梁と基礎又は下層階の梁との間で、該木製梁の軸線方向に水平方向の相対的変位つまり層間変形が生じる。この層間変形が生じたときに、基礎又は梁との間で曲げモーメントの伝達が可能に接合された木製柱つまりラーメン構造の柱が設けられた部分では、柱自体の曲げ変形、及び柱と梁又は基礎との接合部における双方間で角度の変化つまり接合部の変形が生じている。そして、木製柱と木製梁又は基礎との角度の変化は、接合部における２本のボルトのうちの一方に伸びが生じ、他方のボルト付近の柱に圧縮力が作用することによって生じる。上記接合部の変形性能は、ボルトの長さによって大きく変動し、ボルトの長さが小さいとボルトが破断するまでに許容される変形量は小さくなり、ボルトの長さが大きくなるとボルトの破断までに許容される変形量は大きくなる。また、木製柱の断面における長軸方向の寸法が小さいと木製柱に曲げ変形が生じ易く、破壊までの層間変形が大きくなる。
一方、２本の軸柱に板材を固定した耐力壁では、板材の変形及び板材を軸柱に留め付ける釘・ビス等の留め付け部材付近における板材の変形等が生じている。
請求項１に係る発明の木造建築構造躯体では、上記木製柱と耐力壁との破壊までの層間変位がほぼ同じとなっていることにより、破壊にいたるまで木製柱と耐力壁との双方が塑性変形を生じた状態で耐荷力を保持し、地震時に繰り返し作用する水平方向力に対して双方が有効に耐荷性能を発揮して抵抗するものとなる。また、木製柱が破壊するまでに生じる層間変形が、耐力壁が破壊するまでに生じる層間変形より大きくなっていることにより、構造躯体が破壊にいたるまでボルトの塑性変形によって繰り返し作用する地震動のエネルギーを有効に吸収することが可能となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の木造建築構造躯体において、前記木製柱の上端と前記木製梁とを接合する前記第２のボルトは、前記木製柱の下端と前記基礎とを接合する前記第１のボルトより、前記伸びの生じる範囲が長く、又は前記伸びの生じる範囲の太さが小さく設定されているものとする。

基礎の上に立設された柱は、地震時の水平方向力が作用したときに、下端は基礎に拘束されるとともに、基礎はほとんど変形しない。これに対して柱の上端部は、接合された梁とともに変形し、梁に曲げモーメントが生じる。
これに対し、上記木造建築構造躯体では、第２のボルトが第１のボルトより伸びが生じ易く、木製柱と梁との接合部の変形が生じやすくなっている。したがって、水平方向力が作用したときの柱上端と梁との接合部における拘束が緩和され、梁に作用する曲げモーメント及び梁の曲げ変形が低減される。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の木造建築構造躯体において、前記木製柱の上端部及び下端部には、該木製柱の断面の長軸方向における両端付近に、円筒状の外周面に螺旋状の翼体を有するスクリュー部材が該木製柱の軸線方向にねじ込まれ、該スクリュー部材には端面から該スクリュー部材の軸線方向に穴が設けられており、前記第１のボルト及び前記第２のボルトは、前記穴内に挿入して、該穴内の底部付近に設けられた雌ねじに先端部がねじり合わされ、該第１のボルト及び第２のボルトの後端部は、前記基礎もしくは下層階の梁に固定された接合金具又は前記木製梁に固定された接合金具に係止され、前記後端部と前記穴内の雌ねじにねじり合わせた先端部との間で前記伸びを生じるものとなっており、前記第１のボルト及び前記第２のボルトの先端部がねじり合わされる雌ねじが設けられた位置は、前記スクリュー部材の軸線方向の長さのほぼ中央部となっているものとする。

この木造建築構造躯体では、木製柱の軸線方向にねじ込まれたスクリュー部材の中空穴に挿入し、中空穴の底部でねじり合わされたボルトによって、木製柱と梁又は基礎とが接合される。そして、スクリュー部材の軸線方向に設ける中空穴の深さを変更することによって、ボルトの伸びが生じる範囲を変更して、木製柱と梁との接合部の破壊までの変形量を調整することが可能となる。そして、ボルトの先端部をねじり合わせる雌ねじが設けられた位置を、スクリュー部材の軸線方向の長さのほぼ中央部とすることによって、スクリュー部材が有する翼体から木製柱へ伝達される力がスクリュー部材の軸線方向の広い範囲に分布し、木製柱に大きな応力が集中するのを回避することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の木造建築構造躯体において、前記耐力壁を構成する板材又は斜め方向に架け渡された所定幅の複数の板材を前記軸柱に固定する釘又はビスの本数は、前記木製梁と前記基礎又は前記下層階の梁との間に前記相対的変位が生じたときの前記耐力壁の耐荷力が、前記木製柱の耐荷力とほぼ同等となるように設定されているものとする。

２つの軸柱間に板材を固定した耐力壁又は斜め方向に架け渡された複数の板材を軸柱間に固定した耐力壁は、これらの板材を軸柱に留め付ける釘又はビス等の本数又はピッチによって変形性能が変化する。つまり、本数を多くしたとき又はピッチを小さくしたときには、耐力壁の剛性が大きくなって、同じ水平方向力に対する層間変形は、本数が少ないとき又はピッチが大きいときと比べて小さくなる。また、本数を少なくしたとき又はピッチを大きくしたときには、耐力壁の剛性が小さくなって、同じ水平方向力に対する層間変形が大きくなる。
また、本数を多くしたとき又はピッチを小さくしたときには、耐荷力が増大し、水平方向力に対する層間変形量が塑性領域に達しているときに耐力壁に負荷される水平方向力が増大する。
このように耐力壁の板材等を留め付ける釘又はビスの本数又はピッチを調整して、耐力壁とラーメン構造となった木製柱とで、同じ水平方向力が作用したときの層間変形量がほぼ同じとなるように設定することができる。また、地震時における水平方向力が繰り返し作用して大きな層間変形が生じたときに、耐力壁とラーメン構造の木製柱とに負荷される水平方向力の差を小さくすることができる。したがって、水平方向力の作用によって、耐力壁又はラーメン構造となった木製柱の一方に力が集中するのを回避することができる。

以上説明したように、本発明の木造建築構造躯体では、横架材又は基礎と曲げモーメントの伝達が可能に接合されたラーメン構造の柱と耐力壁とが、それぞれの有する耐荷力を充分に発揮して大きな耐震性を有するものとなる。

本願発明の一実施形態である木造建築構造躯体を示す概略斜視図である。図１に示す木造建築構造躯体における基礎と柱、柱と梁、梁と上層階の柱との接合構造を示す概略側面図である。図１に示す木造建築構造躯体における基礎と柱との接合部を示す拡大断面図である。図３に示す柱と第１の梁との接合に用いられるスクリュー部材の側面図及び断面図である。柱と基礎との接合部で、長さの異なるボルトを使用した例を示す断面図である。図１に示す木造建築構造躯体における柱と梁との接合部を示す拡大断面図である。地震時等の水平方向力が作用したときの柱の変形、並びに柱と基礎及び柱と梁との接合部の変形を示す概略図である。ラーメン構造の柱と耐力壁とによって同じ梁を支持したラーメン構造体を示す部分側面図である。図８に示す外壁部の耐力壁でも用いられるパネル状部材を軸柱に留め付けた状態を示す概略図である。ラーメン構造の柱と耐力壁とによって同じ梁を支持したラーメン構造体の他の例を示す部分側面図である。図７に示すラーメン構造体に水平方向力が作用して層間変形が生じた状態を示す概略図である。ラーメン構造の柱及び耐力壁の、水平方向力と層間変形角との関係を示す図である。ラーメン構造の柱と基礎とを接合する構造の他の例を示す断面図である。図１３に示す接合構造の機能を示す概略図である。

以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明に係る木造建築構造躯体を示す概略斜視図である。
この構造躯体は、木製の柱１と木製の梁２とを曲げモーメントの伝達が可能に接合したラーメン構造体で主要部が構成されており、コンクリート製の基礎３上で複数のラーメン構造体を組み合わせて形成されている。それぞれのラーメン構造体は、木製の柱１の上に木製の梁２を載置して接合するいわゆる梁勝ち構造となっている。そして、ラーメン構造体の一部は、梁と曲げモーメントの伝達が可能となったラーメン構造の柱１の他に、梁２を支持する２つの軸柱にパネル状の部材を固定した耐力壁４，５を有するものとなっている。

それぞれのラーメン構造体を構成する柱１は、断面寸法が梁２の軸線方向に長く、梁２の軸線と直角方向に短い扁平な形状となっている。また、梁２の断面寸法は、鉛直方向に長く、水平方向に短い扁平な形状となっている。したがって、各ラーメン構造体の柱と梁との接合部は、断面の長辺方向に圧縮応力と引張応力が生じる一方向の曲げに抵抗する構造となっている。

図２は、図１に示す木造建築構造躯体で用いられる基礎３と柱１との接合構造、柱１と梁２との接合構造、及び梁２と上層階の柱６との接合構造を示す概略側面図である。また、図３は、基礎３と柱１との接合構造の拡大断面図である。
これらの接合構造では、柱１の断面における長辺方向の両端部が接合金具１４ａ，１４ｂを介して梁２又は基礎３と連結されている。したがって、水平方向の力によって柱１に生じる曲げモーメントは、一方の接合金具１４ａによって連結された部分に作用する引張力と、他方の接合金具１４ｂによって連結された部分又はこの連結部分とその近くの木部に作用する圧縮力と、によって基礎３又は梁２に伝達されるものとなっている。

上記接合金具１４ａ，１４ｂは、柱１の上端部及び下端部に設けられた切り欠き部１ａ内に装着されており、これらの切り欠き部１ａは、柱１の断面の長辺方向の両端部に設けられている。それぞれの切り欠き部１ａ内の水平面からは、この柱１の軸線方向にスクリュー部材１１がねじ込まれており、スクリュー部材１１と接合金具１４とがボルト１３によって結合される。

一方、基礎３には、柱１のスクリュー部材１１がねじ込まれた位置と対応する位置に、それぞれ鉛直方向のアンカーボルト１２が埋め込まれ、頭部が基礎３の上面より突き出している。そして、このアンカーボルト１２に螺合されたナット１５によって接合金具１４が基礎３に固着されている。これにより、基礎３と柱１とはアンカーボルト１２，接合金具１４、ボルト１３及びスクリュー部材１１を介して接合されている。

上記スクリュー部材１１は、図４に示すように、棒状の鋼部材の側面に螺旋状の張り出し部１１ａを設けたものである。木部材にねじ込まれた状態で張り出し部１１ａが木部材と係合し、相互間でこのスクリュー部材１１の軸線方向及び軸線と直角方向の力が伝達されるものとなっている。また、このスクリュー部材１１の端面から軸線方向に中空穴１１ｂが設けられており、中空穴１１ｂの底部には雌ねじ１１ｃが切削されている。この雌ねじ１１ｃは、中空穴１１ｂに挿入したボルト１３の先端が螺合されるものである。

上記ボルト１３は、両端部に雄ねじが形成されており、一端はスクリュー部材１１の中空穴１１ｂに挿入されて底部の雌ねじ１１ｃに螺合されるものである。他端はナット１６が螺合され、接合金具１４に係止される。そして、両端部の雄ねじが形成された部分の間では、外径がスクリュー部材の中空穴１１ｂの内径より小さくなっており、中空穴１１ｂの内周面と離隔されて、ボルト１３の伸縮が拘束されないようになっている。

このボルト１３は、軟鋼等の破断までの塑性変形量が大きい材料で形成するのが望ましく、構造物の使用部位、構造物を構成する部材の寸法等によって材料、径、長さ等を適宜に選択することができる。

上記ボルト１３に係合したナット１６によって接合金具１４をスクリュー部材１１に固着するときには、接合金具１４がスクリュー部材１１の端面に密着するように締め付けるものであるが、さらにボルト１３に大きな引張力が作用して弾性的な伸び変形が生じた状態で接合金具１４を固着してもよい。このように締め付けた状態では、スクリュー部材１１の端面と接合金具１４の上面との間に圧接力が予め作用している。

上記接合金具１４は、互いに対向する二つの水平板部と、これらを連結する側板部とを備えている。上側の水平板部には、ボルト孔が設けられており、柱１にねじ込まれたスクリュー部材１１の端面と当接されるとともに、ボルト孔にボルト１３が挿通される。そして、ボルト１３に螺合されたナット１６を締め付けることによって接合金具１４とスクリュー部材１１とが結合されている。下側の水平板部にも開口が設けられており、この水平板部が基礎３の上面と対向し、開口に挿通したアンカーボルト１２に螺合されたナット１５を締め付けて接合金具１４が基礎３に結合されている。
なお、アンカーボルト１２はプレート１４ａを介して下側の水平板部に係止されており、アンカーボルト１２と接合金具１４との相対的な位置を調整することが可能となっている。

上記接合構造は、終局破壊時における変形量を制御するために、ボルト１３の破断によって破壊が生じるように設定しておくのが望ましく、接合金具１４が十分な強度と剛性を有するように、部材厚の設定及び材料の選択を行うのが望ましい。

また、スクリュー部材の中空穴は、図５（ａ）に示すスクリュー部材２２のように深くしてボルト２３の長さを大きくすることもできるし、図５（ｂ）に示すスクリュー部材２４のように中空穴を浅くしてボルト２５の長さを小さくすることもできる。本発明の実施の形態では、梁２と基礎３との間で梁２の軸線方向の相対的変位つまり層間変形が生じたときに、耐力壁４，５が水平方向力の作用によって破壊するまでに生じる層間変形よりも、上記柱１が破壊するまでに生じる層間変形が大きくなるように、上記中空穴１１ｂの深さ及びボルト１３の長さが設定されており、中空穴１１ｂの深さがスクリュー部材１１の全長のほぼ中央部までとなっている。
なお、ボルト１３からの引張力がスクリュー部材１１の全長のほぼ中央部で伝達されることにより、スクリュー部材１１の翼体１１ａから木製の柱１に伝達される力が該スクリュー部材１１の軸線方向に広く分布し、木部に応力が集中するのが回避されて、スクリュー部材１１の抜け出しに対する耐力が向上する。

柱１の上端部と梁２との接合は、図６に示すように、接合金具１４が柱１の下端部と同様に、スクリュー部材２１、ボルト１９およびナット２０によって柱１に結合される。一方、梁２には、接合金具１４と対応する位置に梁用のスクリュー部材１７が鉛直方向にねじ込まれており、このスクリュー部材１７の端面から軸線方向に設けられたねじ穴にねじ込まれたボルト１８によって、接合金具１４が梁用のスクリュー部材１７に結合されている。

図６に示すように柱１の上端部を梁２と接合するために用いられるボルト１９は、図３に示すように柱１の下端部を基礎３と接合するときに用いられるボルト１３より、外径が小さいボルトが用いられている。本実施の形態では、柱１の下端部と基礎３との接合に用いられるボルト１３は、両端の雄ねじが形成された部分間の伸びが許容される部分で１８．２２ｍｍ、柱１の上端部と梁２との接合部に用いられるボルト１９は、外径が１６．２２ｍｍとなっている。このため、図７に示すように、柱１の上端部における軸線ＣＬ₁と梁２の軸線ＣＬ₂との角度Ａ₁の変化は、柱下端における柱の軸線ＣＬ₃の水平方向に対する角度Ａ₂の変化より生じ易くなっている。このため、地震時における水平方向力が作用して柱１の上端部で傾斜角が生じたときに、梁２が過度に傾斜するのを接合部の角度変化によって緩和する。これによって、梁２に大きな曲げモーメントが生じたり、梁２に過度のたわみ変形が生じたりするのを抑制するものとなっている。
なお、本実施の形態では、柱１の上端部に用いられるボルト１９の外径を、柱１の下端部に用いられるボルト１３の外径より小さいものとしたが、柱１の上端部に用いられるボルトの長さを、柱１の下端部に用いられるボルトより大きくして、接合部の角度変化が生じ易いものとしても良いし、ボルトの外径を小さくするとともに長さを大きくしてもよい。

図８は、梁２との間で曲げモーメントの伝達が可能となったラーメン構造の柱１と併せて、梁２と基礎３との間に耐力壁４を設けたラーメン構造体の一部を示す概略側面図である。
この耐力壁４は、基礎３上に設けた土台３１の上に２つの軸柱３２，３３を立設して梁２を支持するとともに、これらの軸柱間にパネル状部材３４を固着して軸柱３２，３３が傾斜するのを拘束するものである。軸柱３２，３３の断面は、梁２の断面の短辺とほぼ同じ寸法の正方形となっている。そして、基礎３に下端部が埋め込まれたアンカーボルト３５によって土台３１から浮き上がらないように拘束されるが、曲げモーメントはほとんど伝達されない状態で接合されている。また、上端も端面を梁２の下面に当接し、梁２を上下方向に貫通する連結ボルト３６で梁２から離れないように拘束されているが、梁２との間でも曲げモーメントがほとんど伝達されないように接合されている。

上記パネル状部材３４は、図９に示すように、所定幅の板材３４ａを傾斜させ、所定の間隔を開けて複数を配列するとともに、傾斜方向を逆にした同様の複数の板材３４ｂを重ねて貼り合わせてパネル状としたものである。このパネル状部材３４の４辺が２本の軸柱３２，３３、梁２及び土台３１に釘３７又はビスを用いて留め付けられており、板材３４ａ，３４ｂの圧縮力又は引張力によって軸柱３２，３３と梁２と土台３１との相対的な変形を拘束するものとなっている。また、木製の土台３１は、アンカーボルト４０によって基礎３に固定されている。
上記パネル状部材３４は、平行に配列された板材の間が通気空間となり、２層になった２つの板材群の間隙が互いに連通して、壁体内で上下方向の通気路を確保するものである。したがって、このパネル状部材３４は、外壁部に設けられる耐力壁４に使用されるものである。

上記パネル状部材３４を軸柱３２，３３、梁３又は土台３１に留め付ける釘３７又はビスの本数は、図９（ａ），（ｂ）に示すように変更することができる。釘又はビスの本数が多いと、パネル状部材３４と軸柱３２，３３等との相対的な変位が生じにくくなり、耐力壁４の剛性が大きくなる。

また、間仕切り部に設けられる耐力壁５では、図１０に示すように、上記パネル状部材３４に代えて、一枚の板材３８を釘３９又はビスによって軸柱３２，３３、梁２及び土台３１に固着するのが望ましい。板材３８は、構造用の合板やスラグせっこう板（ＪＩＳＡ５４３０）等を使用することができる。

このようにラーメン構造の柱１と耐力壁４，５とが、連続した一つの梁２を支持するように併設されたラーメン構造体では、地震時の水平方向力が作用したときに、図１１に示すように変形し、ラーメン構造の柱１と耐力壁４との双方の耐荷力によって抵抗する。このように基礎３に対する梁２の軸線方向の変位つまり層間変形が生じたときに、ラーメン構造の柱１では、柱１に曲げ変形が生じるとともに、柱１と梁２との接合部及び柱１と基礎３との接合部において、これらを結合する２本のボルト１３のうちの１本に伸びが生じ、接合部における梁２の軸線と柱１の上端部における軸線との間、柱の下端部における軸線と水平線との間に角度変化が生じている。一方、耐力壁４では、パネル状部材３４を構成する所定幅の板材３４ａ，３４ｂに伸び又は収縮が生じるとともに、軸柱３２，３３等に留め付ける釘３７又はビスの周囲で板材３４ａ，３４ｂに応力が集中し、板材３４ａ，３４ｂが変形して該板材３４ａ，３４ｂと軸柱３２，３３等との間でずれが生じていることが考えられる。ラーメン構造の柱１又は耐力壁４にこのような変形が生じて破壊にいたるまでの層間変形角と水平荷重との関係は、図１２に示されるようになる。

図１２に示す水平荷重と層間変形角との関係は、実験により得られたものであり、実験は次のように行っている。
支持基台上にラーメン構造とする柱を立設し、上部に曲げモーメントの伝達が可能に梁を接合した供試体を作成する。また、耐力壁は、支持基台上に土台となる木部材を固定し、この上に２本の軸柱を立設してその上に梁を支持させる。そして、土台となる木部材と２本の軸柱と梁とにパネル状部材又は一枚の板材を固着して供試体とする。これらの供試体は、それぞれラーメン構造の柱又は耐力壁がそれぞれを単独で形成されたものであり、それぞれの供試体について柱上の梁又は耐力壁の上部の梁に水平方向力を繰り返し作用させる。そして、水平方向力と上部の梁の軸線方向への変位を測定し、層間変形角を演算して水平方向力すなわち水平荷重との関係を調査したものである。層間変形角αは、図１１に示す梁の軸線方向の変位Ｄと柱又は耐力壁の高さＨから、次式で演算されるものである。
ｔａｎ α ＝Ｄ／Ｈ

図１２中におけるａ線は、図８及び図９（ａ）に示すように、複数の所定幅の板材を斜め方向に配列したパネル状部材３４を用いて構成した耐力壁の水平荷重と層間変形角との関係を示す。パネル状部材３４は、図９（ａ）に示すように、傾斜方向が異なる２つの板材を重ね合わせた部分で、釘３７又はビスにより軸柱３２に留め付けたものである。また、ｂ線は、板材としてスラグせっこう板（住友林業株式会社製「タフパネル」）を用いた耐力壁の水平荷重と層間変形角との関係を示すものである。これらの耐力壁は、水平方向力の作用開始時においては弾性的な変位が生じ、その後塑性変形が生じて、破壊までに５０×１０^-3ｒａｄ〜６０×１０^-3ｒａｄ程度の層間変形角が生じる。

パネル状部材３４を軸柱３２に留め付ける釘又はビスの本数を増加し、図９（ｂ）に示すように、傾斜方向が異なる２つの板材を重ね合わせた部分に釘３７ａ又はビスで留め付けるとともに、所定幅の板材の一方を、さらに釘３７ｂ又はビスによって軸柱３２に留め付けた場合には、図１２中のｃ線で示すように、水平方向力に対する耐荷力が大きく増加する。また、これとともに初期剛性つまりほぼ弾性的に変形が生じる範囲での剛性が大きくなって変形が生じにくくなる。つまり、同じ水平方向力が作用した状態では、釘又はビスの本数を増加する前の、図９（ａ）に示す耐力壁に比べて梁の変位が小さくなる。なお、釘３７又はビスの本数を増加しても、破壊までに生じる層間変形角は大きく変動しない。

一方、ラーメン構造となった柱は、基礎との接合部及び梁との接合部に、図５（ｂ）に示すようにスクリュー部材２３にねじ込んで接合金具１４を柱に結合するボルト２４を短いものとしたときには、水平荷重と層間変形角との関係が、図１２中に示すｄ線のようになる。このラーメン構造の柱では、破壊までに生じる層間変形角は３０×１０^-3ｒａｄ程度となっており、耐力壁に生じる層間変形角より小さい。
これに対し、スクリュー部材に設ける中空穴を深くして、図３及び図６に示すように、スクリュー部材１１の軸線方向の長さの中央部付近で該スクリュー部材１１とねじり合わせる長いボルト１３を使用した柱では、水平荷重と層間変形角との関係が、図１２中のｅ線で示すようになる。つまり、耐荷力は大きく変動しないが、破壊までに生じる層間変形角が増大し、耐力壁に生じる層間変形角とほぼ同等かそれ以上となる。なお、このとき使用したボルト１３は、中空穴内でねじり合わされる雄ねじ部からナットとねじり合わされる雄ねじ部までの長さが約１４０ｍｍとなっている。

耐力壁４，５が破壊するまでに生じる層間変形角は、耐力壁に用いるパネル状部材３４又は板材３８の剛性、厚さ、留め付け態様等によって変動するものと考えられるが、ラーメン構造となった柱１と基礎３との接合部及び柱１と梁２との接合部に用いるボルト１３，１９の長さの設定によって、柱１が破壊するまでに生じる層間変形角を調整することができ、耐力壁４，５に生じる層間変形角より大きくすることができる。また、上記実験では、ラーメン構造の柱として断面寸法が１０５ｍｍ×５６０ｍｍとなっているが、長辺の長さが異なるものを用いることによって破壊までの層間変形角を調整することができる可能性がある。

このようにラーメン構造となった柱１が破壊するまでの層間変位角と、耐力壁４，５が破壊するまでの層間変形角とがほぼ同じとなっていることにより、地震時の水平方向力がラーメン構造体に繰り返し作用したときに、ラーメン構造の柱１と耐力壁４，５とが分担して水平方向力に抵抗する。そして、それぞれに生じる塑性変形によって地震動のエネルギーが吸収され、終局的な破壊に対する安全性を高く維持することが可能となる。つまり、ラーメン構造となった柱１の破壊までに生じる層間変形量が、図１２中のｄ線で示すように耐力壁４，５に生じる層間変形量より小さいと、柱１が許容する層間変形量よりラーメン構造体が大きく変形したときには、ラーメン構造の柱１の耐荷力が失われる。これにより、地震動のエネルギーを吸収する能力が低下するとともに、耐力壁４，５に負荷が集中して破壊に対する安全性が損なわれる。これに対して、ラーメン構造となった柱１の破壊までの層間変形量を調整することによって地震動のエネルギーの吸収量を増大し、ラーメン構造体の終局的な破壊に対する安全性を向上させることが可能となるものである。

一方、本実施の形態では、複数の所定幅の板材を斜め方向に配列したパネル状部材を用いた耐力壁について、軸柱、梁及び土台にパネル状部材３４を留め付ける釘３７又はビスの本数を図９（ｂ）に示すように設定して、耐力壁４の水平方向力に対する耐荷力をラーメン構造の柱１と同等となるように調整している。これにより、水平方向力によって耐力壁４とラーメン構造の柱１とに塑性変形が生じたときに、双方がほぼ同じ水平方向力を負担することになり、耐力壁４又はラーメン構造の柱１の一方に水平方向力が集中して作用するのを回避することができるものとなっている。

また、上記ラーメン構造の柱を梁又は基礎に接合する構造は、ボルト１３，１９の長さを調整して破壊までの層間変形量を調整することの他に、ボルトの太さを調整して初期剛性及び耐荷力（終局強度）を調整することができる。さらに、ボルトの材質の選択により、太さの設定されたボルトについて、降伏点及び耐荷力を調整することができる。したがって、上記ボルトの長さ、太さ及び材質を総合的に調整することによって水平荷重と層間変形量との関係を、組み合わせる耐力壁の構造に応じて、例えば水平荷重と層間変形量との関係曲線がほぼ同じ形状となるように、調整することが可能となる。

なお、ラーメン構造となった柱１の基礎３又は梁２との接合構造は、図３又は図６に記載の構造に代えて、図１３に示すような構造とすることもできる。
この接合構造では、図３に示す接合構造で用いられているものと同じスクリュー部材１１、ボルト１３、ナット１６及びび接合金具１４を使用するものであるが、スクリュー部材１１と接合金具１４と間に中間ナット４１が用いられている。この中間ナット４１は、スクリュー部材１１の中空穴に挿入してスクリュー部材１１の雌ねじ部とねじり合わされたボルト１３の後方部にねじり合わされ、スクリュー部材１１の端面に圧接されている。そして、ボルト１３の後端側からねじり合わされたナット１６との間に接合金具１４の水平板部を挟み込んで固定するものとなっている。

このような接合構造では、図３に示される接合構造と同様に、柱１と接合金具１４とを結合するとともに、次のような効果を奏する。
地震時において、柱１の下端部に作用する大きな曲げモーメントによってボルト１３，に引張応力が生じ、塑性変形が生じた後に反対方向の曲げモーメントが生じると、図１４（ａ）に示すように接合金具１４は中間ナット４１とナット１６との間に挟み込まれた状態が維持されており、ボルト１３に圧縮応力を生じさせる。つまり、雌ねじに螺合して先端が固定されたボルト１３を中空穴に押し込むように作用する。そして、圧縮方向に塑性変形が生じて接合金具１４が元の位置まで戻る。これとともに柱断面の反対側に使用されているボルトに引張力が生じる。このような変形が地震時の震動によって繰り返される。

これに対し、中間ナット４１が用いられていないと、図１４（ｂ）に示すように塑性変形が生じたボルト１３の塑性変形は残留したまま接合金具１４が元の位置に戻ることになり、この範囲では反対方向への曲げモーメントに抵抗することなく変形が生じ、地震動のエネルギーの吸収量が低下する。したがって、中間ナット４１の使用によって、地震動のエネルギーを吸収する量を増大して有効に震動を減衰させるものとなる。
なお、上記中間ナット４１は、予めボルトに固着されているものであっても良い。つまり中間ナット４１と同様に機能する鍔状の張り出し部が一体に設けられているボルトを使用することができる。

以上に説明した実施の形態では、基礎３と下層階の梁２との間の層間変形について、ラーメン構造の柱１が破壊するまでに生じる層間変形が、耐力壁４が破壊するまでに生じる層間変形とほぼ同じか、それ以上となるように調整するものであるが、下層階の梁２と上層階の梁６との間に設けられるラーメン構造の柱と耐力壁についても同様の構造とすることができる。
また、本発明は、以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、他の形態で実施することができる。

１：柱、１ａ，１ｂ：切り欠き部、２：梁、３：基礎、４，５：耐力壁、６：上層階の柱、７：上層階の梁、
１１：スクリュー部材、１１ａ：張り出し部，１１ｂ：中空穴，１１ｃ：雌ねじ、１２：アンカーボルト、１３：ボルト、１４：接合金具、１５，１６：ナット、１７：梁用のスクリュー部材、１８：ボルト、１９：ボルト、２０：ナット、２１：スクリュー部材、２２，２４：スクリュー部材、２３，２５：ボルト、
３１：土台、３２，３３：軸柱、３４：パネル状部材、３５：アンカーボルト、３６：連結ボルト、３７：ビス、３８：板材、３９：ビス、４０：アンカーボルト、４１：中間ナット

Claims

基礎又は下層階の梁上に立設され、断面が扁平な長方形となった木製柱と、
前記木製柱上に下面が対向するように接合され、該木製柱の断面の長軸方向に軸線を有する木製梁と、
前記基礎又は前記下層階の梁上に所定の間隔で立設され、前記木製梁を軸力によって支持する２本の軸柱と、これらの軸柱の双方に固定された板材又はこれらの軸柱に両端が固定され、斜め方向に架け渡された所定幅の複数の板材とを備えた耐力壁と、を有し、
前記木製柱の下端部は、該木製柱の断面の長軸方向における両端付近でそれぞれ鉛直方向に配置された２本の第１のボルトを介して、前記木製柱から前記基礎又は前記下層階の梁に曲げモーメントの伝達が可能に接合され、
前記木製柱と前記木製梁とは、該木製柱の断面の長軸方向における両端付近でそれぞれ鉛直方向に配置された２本の第２のボルトを介して、前記木製梁と前記木製柱とが双方間で曲げモーメントの伝達が可能に接合されており、
前記木製梁と前記基礎又は前記下層階の梁との間に、前記木製梁の軸線方向の相対的変位が生じたときに、前記木製柱が破壊するまでに生じる前記相対的変位が、前記耐力壁が破壊するまでに生じる前記相対的変位とほぼ同じか又は前記耐力壁が破壊するまでに生じる前記相対的変位以上となるように、前記第１のボルト及び前記第２のボルトの前記相対的変位時に伸びが生じる範囲の長さと、前記木製柱の断面における長軸方向の寸法とが設定されていることを特徴とする木造建築構造躯体。
前記木製柱の上端と前記木製梁とを接合する前記第２のボルトは、前記木製柱の下端と前記基礎とを接合する前記第１のボルトより、前記伸びの生じる範囲が長く、又は前記伸びの生じる範囲の太さが小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の木造建築構造躯体。
前記木製柱の上端部及び下端部には、該木製柱の断面の長軸方向における両端付近に、円筒状の外周面に螺旋状の翼体を有するスクリュー部材が該木製柱の軸線方向にねじ込まれ、
該スクリュー部材には端面から該スクリュー部材の軸線方向に穴が設けられており、
前記第１のボルト及び前記第２のボルトは、前記穴内に挿入して、該穴内の底部付近に設けられた雌ねじに先端部がねじり合わされ、
該第１のボルト及び第２のボルトの後端部は、前記基礎もしくは下層階の梁に固定された接合金具又は前記木製梁に固定された接合金具に係止され、
前記後端部と前記穴内の雌ねじにねじり合わせた先端部との間で前記伸びを生じるものとなっており、
前記第１のボルト及び前記第２のボルトの先端部がねじり合わされる雌ねじが設けられた位置は、前記スクリュー部材の軸線方向の長さのほぼ中央部となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木造建築構造躯体。
前記耐力壁を構成する板材又は斜め方向に架け渡された所定幅の複数の板材を前記軸柱に固定する釘又はビスの本数は、前記木製梁と前記基礎又は前記下層階の梁との間に前記相対的変位が生じたときの前記耐力壁の耐荷力が、前記木製柱の耐荷力とほぼ同等となるように設定されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の木造建築構造躯体。