JP6402949B2 - 補強木質系構造材 - Google Patents

Description

この発明は、木質系の梁や柱等の構造部材の内部に金属を挿入して強度を補強した補強木質系構造材に関する。

周知のように、木材活用が国策として推し進められる昨今において、梁、柱などの軸材である構造部材における木材と鋼材の複合建材、とくに鋼材を外部に露出しない補強木質系構造材が知られている。例えば、特許文献１に示されるように、Ｈ形鋼材を木材で囲ったもの（特に、同公報の図６参照）や、特許文献２に示されるように、集成材などの木質軸材に鋼製プレートや直線の鉄筋を挿入したもの（特に、同公報の図１、図７参照）が存在している。

特許文献１に示される従来技術は、更に詳しくは、長手方向に２つに分割している木質系材質からなる軸材の相対向する接合面に予めＨ形鋼のウェブやフランジの断面形状の半分の形状と同じ嵌合孔を長手方向に形成しておいて、Ｈ形鋼の両側から挟むようにしてこの嵌合孔にＨ形鋼のウェブ及びフランジを半分ずつ嵌合させてから、予めウェブや２つの軸材に開けておいたボルト穴にボルトを差し込み締め付け一体固定したものである。あるいは、文献に開示はないが図５及び図６に示されるように、ボルトやナットに代えて２つの木質系軸材２００の互いの接合面２００ａやＨ型鋼２０１と接する部位を接着剤等３００で固定することによって、補強木質系構造材が形成されたものが実用的に用いられている。

又、特許文献２に示される従来技術は、更に詳しくは、木質系軸材の長手方向の中心部を貫通する貫通孔内に密着して鉄筋が圧入固定されて構成されて補強されたものである。あるいは、文献に開示はないが、図７、図８に示されるように、長手方向に２つに分割している木質系軸材２００の相対向する接合面２００ａに予め形成された上下２筋の半円形溝２００ｂにそれぞれ鉄筋４００を両側から挟むようにして嵌め込み接着剤３００で鉄筋４００と半円形溝２００ｂ及び２つの木質系軸材２００の接合面２００ａ同士を接着させて一体固定したものが知られている。

特開２０１５−３１１１６号公報 特開平９−１５１５８３号公報

しかしながら、上記特許文献１や図５、図６に示されるような補強木質系構造材１００によると、補強木質系構造材１００に掛かる構造耐力を専らＨ形鋼２０１に依存しており、木材系軸材２００は化粧材若しくは防火上の役割しか果たしていないのが現状である。又、上記特許文献２や図７、図８に示されるような補強木質系構造材１０１によると、逆に木材等の耐力が支配的となり、実験に基づく解析や知見から判断すると、鋼材補強効率は一般的には小さいものであることが伺える。このように、木質系軸材２００とＨ型鋼２０１等の鋼材の複合建材と雖も複合補強していることの効率は著しく小さく、鋼材のみあるいは木質系部材のみとした場合と大差がないという問題点がある。更に、複合建材としながら簡易な手段で目的とする建築構造物に必要な強度及び剛性の調整が出来る補強木質系構造材が存在していないという問題点がある。

この発明は上記事情に鑑み、木質系軸材に対して、鋼材で構成した棒鋼ラチスを挿入することで、木質系軸材に対してバランス良く鋼材補強ができる補強木質系構造材を提供することを目的としてなされたものであって、その手段とするところは、２つに分割された木質系軸材と、この木質系軸材の間に挟まれて固着された棒鋼ラチスとを具備してなる補強木質系構造材であって、前記２つに分割された木質系軸材の相対向する接合面にそれぞれ前記棒鋼ラチスの長手方向側の横半分が嵌合するように形成された半嵌合溝と、前記２つに分割された木質系軸材の接合面同士の間及び前記棒鋼ラチスの外周面と前記半嵌合溝の間に挿入された接着剤とを具備し、前記棒鋼ラチスは、複数本の平行な弦材とこれら弦材の間にジグザグ状の腹材が架け渡されてなるものであり、前記半嵌合溝は、前記木質系軸材の一端から他端まで連続して形成され、前記弦材は、一端部を前記木質系軸材の一端から突出させられるとともに、他端部を前記木質系軸材の他端よりも内側へ引っ込めて設置される補強木質系構造材としたところにある。前記木質系軸材は、天然の木材からなるものである。また、前記木質系軸材は、集成材からなるものである。

又、補強木質系構造材は、チップ状、粒状の木質系材料を接着剤で固めて形成した木質系軸材の内部に芯材として棒鋼ラチスを具備してなる補強木質系構造材であって、前記棒鋼ラチスは、複数本の平行な弦材とこれら弦材の間にジグザグ状の腹材が架け渡されてなるものであり、前記弦材は、一端部を前記木質系軸材の一端から突出させられるとともに、他端部を前記木質系軸材の他端よりも内側へ引っ込めて設置されることにある。

上記手段によると、２つの分割された木質系軸材の間に棒鋼ラチスが挟まれて固着されているので、木質系軸材に荷重が掛かった場合には、木質系軸材と共にこの棒鋼ラチスによっても荷重を支持するので大きな荷重を支えることが出来る。即ち、棒鋼ラチスは、複数本の平行な弦材とこれら弦材の間にジグザグ状に縫うように架け渡されてなる腹材とからなる組立梁であるので、鉄筋に較べて大きな荷重を支持し得る。加えて、木質系軸材自身も荷重を支持し得るので、これら棒鋼ラチス及び木質系軸材の双方によって荷重に耐え得る構造部材とすることが出来る。木質系軸材は、天然の木材であっても集成材等であっても良く、天然の木材そのものの場合には、製材するだけで良いので加工が楽である。集成材の場合には、間伐材を有効に利用することが出来るので省資源化に寄与できる。その他単板合板であっても良い。外観は木材が現れているので、木質系軸材として見栄えが良くなる。

チップ状、粒状の木質系材料を接着剤で固めて形成した木質系軸材の内部に芯材として棒鋼ラチスを具備する補強木質系構造材とした場合には 木質系軸材の外形状は型枠によって形成されるので、一度規定寸法の型枠を作っておくと容易に同一形状の構成部材を量産し易い。又、棒鋼ラチスの外形状に見合った嵌合溝を形成する必要がないので、製造が簡単である。更に、棒鋼ラチスの形状が異なった場合であっても、その都度嵌合溝を変更するなどの手間も不要となる。

加えて、必要とされる構造材の強度に見合うように棒鋼ラチスの構成部材の品質や形状、大きさを変えることによって、外形状は同じで構造部材であっても荷重に対する耐力を増減させることができるので、利用範囲を拡大できる。

本発明の実施形態の分解斜視図 図１の組立時のＡ−Ａ線断面図 他の実施形態の透視斜視図 図３のＢ−Ｂ線断面図 従来技術の分解斜視図 図５の組立時のＣ−Ｃ線断面図 他の従来技術の分解斜視図 図７の組立時のＤ−Ｄ線断面図

この発明の実施形態について以下図面に基づいて説明する。この発明の実施形態の補強木質系構造部材１は、図１、図２に示されるように、２つに分割された木質系軸材２ａ、２ａと、この木質系軸材２ａ、２ａの間に挟まれて固着された棒鋼ラチス３とを具備してなるものであって、前記２つに分割された木質系軸材２ａ、２ａの相対向する接合面２ｂ、２ｂにそれぞれ棒鋼ラチス３の長手方向側の横半分が嵌合するように形成された半嵌合溝４と、前記２つに分割された半木質系軸材２ａ、２ａの接合面２ｂ、２ｂ同士の間及び前記棒鋼ラチス３外周面と前記半嵌合溝４の間に挿入された接着剤５とを具備するものである。

前記木質系軸材２は、予め柱や梁等の建物の構造材となる１つの木質系軸材２を２つに分割して半木質系軸材２ａ、２ａを作成して、棒鋼ラチス３を間に挟むようにしたものである。木質系軸材２は、木材を単に製材したもの、間伐材を集めて接着剤で固めた集成材、単板を積層して形成した単板積層材などが好適に使用できる。前記棒鋼ラチス３は、２つの平行な上側弦材３ａ、下側弦材３ｂと、この上側弦材３ａと下側弦材３ｂの間をジグザグに縫うように配されて固定されている腹筋３ｃから構成されてなるものである。

前記木質系軸材２の半木質系軸材２ａの接合面２ｂに形成される半嵌合溝４は、棒鋼ラチス３の直線状の上側弦材３ａ及び下側弦材３ｂを構成する丸棒鉄筋の長手方向側の横半分である半円に相当する２つの直線溝４ａと、これら上側弦材３ａ、下側弦材３ｂの間の腹材３ｃの長手方向側の横断面の半分に相当するジグザグ溝４ｂを形成している。上側弦材３ａ及び下側弦材３ｂは丸棒鉄筋の場合が殆どであるが、腹材３ｃは丸棒鉄筋の他にも角材が用いられる場合には、ジグザグ溝４ｂの断面形状は、それらの腹材３ｃの形状に見合ったものに対応して腹材３ｃとの間に出来るだけ隙間が出来ないように形成される。しかし、これら棒鋼ラチス３の外周面と半嵌合溝４の間に隙間が生じた場合であっても接着剤５によって埋められることで誤差が吸収される。接着剤５としては、金属と木質系部材双方に接着可能な樹脂系接着剤が適している。

上記のような木質系軸材２の内部に棒鋼ラチス３入れて補強木質系構造部材１を形成するには、接着剤５を一方の半木質系軸材２ａの半嵌合溝４ａを含む接合面２ｂの全面に塗ってから、この接合面２ｂに形成されている半嵌合溝４ａの２つの直線溝４ａとジグザグ溝４ｂに対応する棒鋼ラチス３の上側弦材３ａ、下側弦材３ｂ及び腹材３ｃの長手方向側の横半分を嵌めこむ。次に、接着剤５を他方の半木質系軸材２ｂの半嵌合溝４ａを含む接合面２ｂの全面に塗ったものの接合面２ｂを先の一方の半木質系軸材２ａの接合面２ｂに合わせて、棒鋼チラス３の上側弦材３ａ、下側弦材３ｂ及び腹材３ｃの長手方向側の残りの突出している横半分を嵌め込み接合してから、締付部材で２つの半木質系軸材２ａを締め付けておき、接着剤５が硬化することで補強木質系軸材１が完成する。この時、接着剤５は、半嵌合溝４と棒鋼チラス３の間に生じている隙間を塞いでいるので、多少の半嵌合溝４の形成誤差が生じていてもそのための不具合は生じない。又、必要な場合にはこの締付部材をそのままの状態に維持しておくことによって、２つの半木質系軸材２ａからなる木質系軸材２の一体化をより強固に出来る。

尚、以上の実施形態においては、弦材としては上側弦材３ａと下側弦材３ｂの２本の場合について説明したが、弦材は２本に限定されることなく複数本であれば良い。２本以上の場合には、夫々の弦材の間に腹筋３ｃが配され固定される。この場合には、より一層強度の強い補強木材系構造材を得ることが出来る。

次に、木質系軸材２の原質が、木材や廃材等のチップや粒状物からなる場合の補強木質系構造部材１０の実施形態について、以下図３、図４に基づいて説明する。この実施形態は、木質系軸材２０の原質が木材や廃材等の木質系材料のチップや粒状であり、これらを接着剤などと混合した半流動体物の内部に棒鋼ラチス３を心材として入れて所定形状の型枠内で熱圧成形したものである。あるいは、型枠内に棒状ラチス３を予めセットした後に前記半流動体物を流し込んでも良い。チップや粒状物の大きさは特に限定されるものではない。接着剤の種類としては樹脂製の接着剤が好適に使用できる。この実施形態の補強木質系構造部材１０は、前記の補強木質系構造部材１と比較して、分割された木質系軸材２ａの接合面２ｂに棒鋼ラチス３の半嵌合溝４を形成する手間が省けるので製造が簡単である利点がある。

以上の２つの補強木質系構造部材１及び１０は、木質系軸材２、２０の内部に１つの棒鋼ラチス３を挿入した実施形態について説明したが、２つ以上の棒鋼ラチス３を横方向或いは縦方向に挿入しても良い。補強木質系構造部材１の場合において横方向に２つの棒鋼ラチス３を設ける場合には、２つの半木質系軸材２ａの間に両面に接合面を有するもう１つの中間木質系軸材を介在させ、この両面の接合面にも半嵌合溝を形成して、一方の半木質系軸材２ａと中間木質系軸材の間、この中間木質系軸材ともう一方の半木質系軸材２ａの間にそれぞれ棒鋼ラチス３を介在させて接着剤５で固定しておけば良い。

前記棒鋼ラチス３を建物の梁に用いた場合には、梁が荷重を受けて曲げられると上側弦材３ａに大きな圧縮の力が働き、下側弦材３ｂには大きな引っ張りの力が発生するので、これら上側弦材３ａ、下側弦材３ｂに強度のある品質の高い鋼材を使用することによって大きな建物にも適用できる。又、これら２つの弦材３ａ、３ｂの間に斜めにジグザグに架け渡された前記腹材３ｃは多数の筋交いが連なったものであるから、梁全体が大きく撓もうとするとするのを防止する役目を果たしているので、上側弦材３ａ、下側弦材３ｂほど強くて品質の高い鋼材は要求されないが、大きな建物に使用する場合には上側弦材３ａ、下側弦材３ｂに合わせて適切なものを選ぶことによって種々の梁に適用することが出来る。すなわち、上側弦材３ａ、下側弦材３ｂの形成する鉄筋の品質や太さ、腹材３ｃの斜め部分の長さや形状、上側弦材３ａや下側弦材３ｂと固定する間隔長さなどを変えることによって、棒鋼ラチス３の強度を梁や柱などの使用目的に見合った構造部材の求める強度とすることが自在に出来る。又、補強木質系構造材１、１０を連続して長い構造材として使用する場合には、図１に示すように、上側弦材３ａ、下側弦材３ｂの一端側を木質系軸材２から少しはみ出した突出部を設け、他端側を木質系軸材２の内側へはみ出した分だけ引っ込めておくことで、接続部における連続性を確保できる。

補強木質系構造部材１、１０を梁に用いる場合には、梁が荷重を受けた場合に木質系軸材２にも棒鋼ラチス３と同様な力が作用するので、梁に掛かった荷重は木質系軸材２と棒鋼ラチス３によって荷重を支えることが出来る。従って、この実施形態の補強木質系構造部材１、１０においては、木質系軸材２は外側から見た場合には木材のように見え見栄えが良い状態を維持しつつ、その耐力は木質系軸材２に加えて棒鋼ラチス３の耐力が加わった強度の強い構造材となる。又、補強木質系構造材１、１０を柱として用いる場合には、上からの荷重は勿論のこと横方向からの風などによる荷重などに対しても強度の強い構造材となり得る。

この発明の補強木質系構造材は、一般の建造物の梁や柱などの構造材として有効に利用することが出来るので、その利用用途は広く、多くの需要が見込まれる。

１、１０ 補強木質系構造材
２、２０ 木質系軸材
２ａ 半木質系軸材
２ｂ 接合面
３ 棒鋼ラチス
３ａ 上側弦材（弦材）
３ｂ 下側弦材（弦材）
３ｃ 腹材
４ 半嵌合溝
４ａ 直線溝
４ｂ ジグザグ溝
５ 接着剤

Claims (4)

1. ２つに分割された木質系軸材と、この木質系軸材の間に挟まれて固着された棒鋼ラチスとを具備してなる補強木質系構造材であって、
   前記２つに分割された木質系軸材の相対向する接合面にそれぞれ前記棒鋼ラチスの長手方向側の横半分が嵌合するように形成された半嵌合溝と、
   前記２つに分割された木質系軸材の接合面同士の間及び前記棒鋼ラチスの外周面と前記半嵌合溝の間に挿入された接着剤とを具備し、
   前記棒鋼ラチスは、複数本の平行な弦材とこれら弦材の間にジグザグ状の腹材が架け渡されてなるものであり、
   前記半嵌合溝は、前記木質系軸材の一端から他端まで連続して形成され、
   前記弦材は、一端部を前記木質系軸材の一端から突出させられるとともに、他端部を前記木質系軸材の他端よりも内側へ引っ込めて設置されることを特徴とする補強木質系構造材。
2. 前記木質系軸材は、天然の木材からなることを特徴とする請求項１記載の補強木質系構造材。
3. 前記木質系軸材は、集成材からなることを特徴とする請求項１記載の補強木質系構造材。
4. チップ状、粒状の木質系材料を接着剤で固めて形成した木質系軸材の内部に芯材として棒鋼ラチスを具備してなる補強木質系構造材であって、
   前記棒鋼ラチスは、複数本の平行な弦材とこれら弦材の間にジグザグ状の腹材が架け渡されてなるものであり、
   前記弦材は、一端部を前記木質系軸材の一端から突出させられるとともに、他端部を前記木質系軸材の他端よりも内側へ引っ込めて設置されることを特徴とする補強木質系構造材。

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