JP6564606B2 - 木・鋼重ね梁構造 - Google Patents

Description

この発明は、木造軸組構法（在来工法）により構築される建築物であって、大梁等の横架材の間に設けられる小梁（特には、床荷重を支える小梁）を、木製梁と鋼製梁とで重ね梁として構成した木・鋼重ね梁構造の技術分野に属する。

一般に、木造軸組構法によって構築される建築物の骨組みは、土台、柱材、梁材や筋交いなどの軸組を組み立てて構築される。前記建築物には、大梁、胴差等の横架材の間に床荷重を支える小梁が所定の間隔をあけて複数本設けられており、該小梁の両端部が大梁に、例えば金物等でなる接合部材を用いて強固に接合されている。
ところで、前記梁材には、鋼材と木材とを組み合わせて一体化した複合梁材が知られており、例えば特許文献１〜３に開示され、既に種々実用に供されている。前記複合梁材は、剛性、安定性、及び耐久性に優れており、その上、木製梁のみで構成した小梁と比べて断面寸法を小さく設計できるから、より広い空間を有する建築物を構築できる。
なお、前記小梁の上面には、床版として構造用合板が木材に釘打ちして設けられる。床面がない場合には、鋼材或いは木材に火打ち材をボルト等で止め付けている。

前記特許文献１及び２には、Ｈ形鋼で構成した鋼材のフランジ面を上下方向に配置し、該上下フランジの外面に木材を重ね合わせ、該鋼材のフランジ面と木材とをボルト接合、かしめ接合、或いは接着材等で相互に接合して一体化させた構成の複合梁材が開示されている。
前記特許文献３には、角形鋼管で構成した鋼材の上面及び下面に、該上面及び下面よりも幅広の木材をボルト接合して一体化させた構成の複合梁材が開示されている。
因みに、前記特許文献１〜３に開示された複合梁材を構成する木材は、主に断熱効果を高める目的で設けているため大梁には接合していない。すなわち、前記複合梁材は、鋼材のみを大梁へ接合していた。

特開平８−２８４３１０号公報 特開平９−１５１５６８号公報 特開平１０−１８３８６０号公報

上記特許文献１〜３に開示された複合梁材は、鋼材と木材とをボルト接合又はかしめ接合等により相互に接合して一体化させる構成であるが故に、鋼材と木材とを相互に接合するための穴あけ加工や切り欠き加工等を行う必要があった。よって、製造コストが嵩むうえに、建築現場への搬入効率が悪いという問題があった。また、ボルト穴や切り欠きの形状、大きさによっては、断面欠損が生じるおそれがあるので、断面欠損が生じないように鋼材又は木材の断面形状を大きくする必要があり、不合理かつ不経済であった。

ところで、木造軸組構法によって建築物を構築する場合、「住宅の品質確保の促進等に関する法律（以下、単に品確法という。）」で定められた所定の性能を発揮させる必要がある。
ここで、前記品確法により、前記梁材に要求される構造性能は、床版や屋根からの鉛直荷重を負担し、更に地震力や風等の水平荷重を負担してねじれを防止することである。前記複合梁材の場合は、鉛直荷重を鋼材のみで負担し、水平荷重に対しては複合梁材と同複合梁材の上面に設けた床版、又は火打ち材で負担している。しかし、前記複合梁材では、鋼材と木材の剛性が異なる理由から、前記品確法で定められた所定の性能を発揮する設計が難しく、同性能を発揮できない虞がある。これは、前記品確法が、木材のみで水平荷重を負担することを前提として定めているからである。更に、前記複合梁材は、床版、或いは火打ち材と組み合わせて水平荷重を負担するので、力の伝達が複雑になり、保有性能が不明瞭である。
そのため、前記特許文献１〜３に係る複合梁材を適用する場合、実際の仕様で構造性能試験を行う必要があることに加え、該試験結果により得られた保有床倍率の認証を取得する手続等も必要となり大変煩わしかった。

そこで、本発明の目的は、鋼製梁として使用する鋼材と、木製梁として使用する木材とを相互に接合するための穴あけ加工や切り欠き加工が不要であり、両者を接合する必要もない、木・鋼重ね梁構造を提供することである。
また、鋼製梁と木製梁とを組み合わせてなる梁構造であっても、木製梁のみで水平荷重を負担することを前提とした構造設計を実現することにより、品確法により定められた存在床倍率を満足する設計を容易に行うことができる、木・鋼重ね梁構造を提供することである。
その結果、木造軸組構法の効率性と経済性を高めて、工期の短縮化及びコストダウンを図ることができる、木・鋼重ね梁構造を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る木・鋼重ね梁構造は、木造軸組構法に用いられる小梁を、木製梁３と鋼製梁２とを相互に重ね合わせて構成した木・鋼重ね梁構造であって、
前記鋼製梁２の上面に前記木製梁３が重ね合わされ、
前記木製梁３及び鋼製梁２の端部は、直交する大梁１０等の横架材にそれぞれ接合されて成ることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した木・鋼重ね梁構造において、前記鋼製梁２の端部は、前記直交する大梁１０等の横架材に、第１の接合部材４（又は７）を介して接合され、
前記木製梁３の端部は、前記直交する大梁１０等の横架材に、第２の接合部材８を介して接合されて成ることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した木・鋼重ね梁構造において、前記鋼製梁２は、角形鋼管で構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載した木・鋼重ね梁構造において、前記木製梁３は、断面の縦寸及び横寸がそれぞれ１０５ｍｍ以上の角材であることを特徴とする。

本発明に係る木・鋼重ね梁構造１によれば、鋼製梁２の上面に木製梁３を重ね合わせ、該鋼製梁２及び木製梁３の端部は、直交する大梁１０等の横架材にそれぞれ接合してなる構成なので、下記する効果を奏する。
（１）前記鋼製梁２と木製梁３とを相互に接合するための穴あけ加工や切り欠き加工等が不要であり、また鋼材と木材とを別々に分けて効率良く建築現場へ搬入して施工できる。よって、工場等における製造工程の省力化、運搬工程のスリム化等を実現できるので非常に合理的かつ経済的である。
（２）前記木製梁３は、鋼製梁２に関係なく独立して水平荷重を負担する構成、すなわち、木製梁３のみで水平荷重を負担することを前提とした構造設計を実現できるので、前記品確法により定められた存在床倍率を満足する設計を容易に行うことができ、構造性能実験等を行う必要がない。更に言えば、荷重に対する役割分担を明確化した小梁構造を実現できると云える。
（３）まとめると、木造軸組構法の効率性と経済性を高めることができ、工期の短縮化及びコストダウンを図ることができる。また、非常に合理的、経済的な構造設計を実現することができる。

木造軸組構法による建築物の上方部分を概略的に示した立面図である。 本発明に係る木・鋼重ね梁構造の実施例を示した斜視図である。 図１のＡ部の拡大図である。 本発明に係る木・鋼重ね梁構造の異なる実施例を示した斜視図である。

本発明に係る木・鋼重ね梁構造１は、鋼製梁２の上面に木製梁３が重ね合わされ、鋼製梁２及び木製梁３の端部は、直交する大梁１０等の横架材にそれぞれ接合されてなる。前記鋼製梁２は、角形鋼管で構成する。前記木製梁３は、断面の縦寸及び横寸が１０５ｍｍ以上の角材とする。

本発明に係る木・鋼重ね梁構造を図示した実施例に基づいて説明する。
本発明に係る木・鋼重ね梁構造１は、図１〜図３に示すように、木造軸組構法に用いる小梁（特には、構築される建築物の床荷重を支える小梁）を、鋼製梁２と木製梁３とを相互に重ね合わせて重ね梁とした構成である。具体的に、前記重ね梁構造１は、前記鋼製梁２の上面に前記木製梁３が重ね合わされ、鋼製梁２及び木製梁３の端部は、直交する大梁１０等の横架材にそれぞれ接合されており、前記木製梁３が鋼製梁２から独立して水平荷重を負担する構成である。

前記建築物は、詳細に図示することは省略したが、べた基礎の立ち上がり部または布基礎の上に土台を構築し、該土台に柱材１２、大梁１０、小梁或いは筋交いといった軸組を組み上げて骨組みを構築する。直交する大梁１０、１０の接合部には、補強材として火打ち材を設け、地震や風等による水平荷重を負担させる。但し、前記火打ち材を設けることなく、前記大梁１０の上面に床合板を釘打ちして設け、当該床合板で前記水平荷重を負担させる場合もある。
なお、前記重ね梁構造１を構成する木製梁３の上面に、構造用合板が同木製梁３に釘打ち固定して設置されている。但し、前記構造用合板に代えて、火打ち材を、鋼製梁２又は木製梁３にボルト接合する場合もある。
以下、本発明に係る重ね梁構造１の構成要素である鋼製梁２、木製梁３についてそれぞれ説明した上で、両者の接合要領について説明する。

前記鋼製梁２は、一例として縦寸が１９５ｍｍ程度、横寸１０５ｍｍ程度、厚さが３．２〜４．５ｍｍ程度の角形鋼管で構成されている。前記角形鋼管２は、例えばＨ形鋼と比較してねじれに強いので、大梁１０、１０間がロングスパンであっても補強が不要で、設計が容易であり、梁材として好適である。また、前記角形鋼管２の板厚を厚くすることにより、同鋼管２の断面寸法を小さくできるので、より広い空間を有する建築物を構築できる。
なお、前記鋼製梁２は、前記角形鋼管に限らない。例えば図４に示したように、Ｈ形鋼で構成することもできるし、Ｃ形鋼等（図示省略）で構成することもできる。

前記木製梁３は、一例として木材の標準規格サイズである一辺が１０５ｍｍの角材を用いている。前記木製梁３は、断面の縦寸及び横寸がそれぞれ１０５ｍｍ以上の角材が好ましい。例えば縦寸が１０５ｍｍ、横寸が１２０ｍｍの角材でも良好に実施できる。但し、構造設計上、前記鋼製梁２の横寸と木製梁３の横寸をほぼ一致させて、重ね梁構造１の両側面をほぼ面一とする構成が好ましい。
因みに、前記木製梁３の縦寸及び横寸を１０５ｍｍ以上とする意義は、前記品確法で定められた存在床倍率を満たすことができ、構造性能試験等や構造解析等で性能確認等する必要がないからである。但し、前記木製梁３の縦寸及び横寸は、１０５ｍｍ以上に限定されない。構造性能試験や構造解析等で性能確認等した場合には、それぞれ１０５ｍｍ未満とした構成で実施することもできる。

次に、前記鋼製梁２と木製梁３のそれぞれの両端部を直交する大梁１０に接合する構成について説明する。
本発明に係る重ね梁構造１の施工は、図１に示すように、対向する配置に設けた大梁１０等の横架材の間に、所要の高さまで吊り上げた鋼製梁２を下記する要領で接合した後、木製梁３を、前記大梁１０間に接合した鋼製梁２の上面に載せ、該上面を作業台に利用して下記する要領で接合する手法で行われる。

前記鋼製梁２（角形鋼管）は、図２及び図３に示すように、同鋼製梁２と直交する大梁１０に接合部材（第１の接合部材）４を用いて接合されている。具体的には、対向配置に位置する左右の大梁１０、１０に接合部材４を用いて接合されている。前記接合部材４は、前方（大梁１０側）に逆Ｕ字形状のフック部５０を備えた板状の本体部５と、前記フック部５０と結合される連結ピン６との組み合わせで構成されている。また、前記大梁１０、１０には予め、前記フック部５０と対面する部位に該フック部５０を上下に遊嵌するルーズ孔１０ｂが形成され、反対側の面には前記連結ピン６を収納するピン孔１０ａが形成され、当該ルーズ孔１０ｂとピン孔１０ａは立断面が略Ｌ字形状の連通する構成で実施されている。

前記本体部５は、前記フック部５０が大梁１０に向かって鋼製梁２の外部へ突き出す配置で、前記鋼製梁２の内部（中空部）に位置決め固定されている。
具体的に本実施例では、前記本体部５の上下方向の３箇所にピン孔及びピン受けが形成され、前記鋼製梁２の両側面にも当該ピン孔及びピン受けと対応する部位に芯を一致させた略同一形状のピン孔が３つずつ形成（穿設）されている。そして、前記鋼製梁２の内部に本体部５を挿入し、該本体部５のピン孔及びピン受けの位置を、鋼製梁２に形成したピン孔の位置に合わせ、鋼製梁２の一方の側面から各ピン孔等にドリフトピン５１…を共通に通し、該ドリフトピン５１…の両端部を鋼製梁２の両側面に溶接等の接合手段で固定する。もとより、ドリフトピン５１をある程度の長さ通しておいてこれを本体部５のピン孔及びピン受けの目印にする等の作業上の工夫は適宜行われるところである。こうして、前記本体部５は前記鋼製梁２の内部に位置決め固定される。
なお、前記本体部５は、予め鋼製梁２内に位置決め固定した状態で建築現場へ搬入しても良いし、現場で施工しても良い。また、前記ドリフトピン５１と鋼製梁２との接合手段について、前記ドリフトピン５１の両端部に雄ネジを形成し、前記鋼製梁２のピン孔に雌ネジを形成することにより、当該ドリフトピン５１の両端部を鋼製梁２にねじ込み固定して実施することもできる。勿論、当該ねじ込み固定した後、更に溶接して実施することもできる。

一方、前記連結ピン６は、図２及び図３に示すように、軸部６０と頭部６１（丸平板）とから成るいわゆる頭付きピンであり、前記大梁１０に形成されたピン孔１０ａに差し込む構成で実施される。前記連結ピン６（軸部６０）の先端側には外周に沿って凹溝部６０ａが形成されている。また、前記ピン孔１０ａは、前記連結ピン６がほぼぴったり嵌まって収納できる大きさに形成され、当該ピン孔１０ａに差し込んだ連結ピン６の頭部６１の天端が大梁１０の側面とほぼ面一となる構成で実施されている。

かくして、前記鋼製梁２と大梁１０は前記接合部材４を用いて下記する要領で接合されている。
すなわち、先ず、前記接合部材４を構成する連結ピン６を前記大梁１０に形成したピン孔１０ａに、その全体が収納される（その天端が大梁１０の側面とほぼ面一となる）まで差し込む。
次に、前記鋼製梁２の水平姿勢を適宜調整しつつ、同鋼製梁２に位置決め固定された前記本体部５のフック部５０を前記大梁１０に形成したルーズ孔１０ｂに遊嵌させ、適時に落とし込む。
そうすると、前記連結ピン６の先端部に形成した凹溝部６０ａに前記本体部５の逆Ｕ字形状のフック部５０が嵌まり込み本体部５と連結ピン６が連結され、ひいては鋼製梁２と大梁１０とが強固に連結される。
前記ルーズ孔１０ｂには必要に応じて予め接着材等の充填材５２を充填しておいてもよい。

次に、前記木製梁３を直交する前記大梁１０に接合する構成について説明する。
前記木製梁３は、図２及び図３に示すように、接合部材（第２の接合部材）８を用いて大梁１０に接合される。具体的には、対向配置に位置する左右の大梁１０、１０に接合部材８を用いて接合されている。前記接合部材８は、前記木製梁３の端部に形成されたスリット状の切り欠き溝３０に差し込まれる板状の木製梁側接合部８０と、前記大梁１０の木製梁３側の側面に形成されたＴ字形スリット状の切り欠き溝３１に差し込まれる平面視がＴ字形状の大梁側接合部８１とで構成されている。

前記木製梁側接合部８０には、左右方向の２箇所にピン孔とピン受けが形成され、前記木製梁３の側面にも前記木製梁側接合部８０のピン孔及びピン受けと対応する部位に芯を一致させた略同一形状のピン孔が２つずつ形成されている。
前記木製梁３に形成された切り欠き溝３０は、同木製梁３の上面から前記木製梁側接合部８０を差し込むことができ、差し込んだ木製梁側接合部８０の上端が木製梁３の上面から突き出すことなくほぼぴったりと内部に嵌まって納まる形状、大きさに形成されている。
前記大梁１０に形成された切り欠き溝３１も、同大梁１０の上面から前記大梁側接合部８１を差し込むことができ、差し込んだ前記大梁側接合部８１の上端が大梁１０の上面から突き出すことなくほぼぴったりと内部に嵌まって納まる形状、大きさに形成されている。
前記木製梁３を前記鋼製梁２の上面に載せて位置合わせをした際に、図２に示すように、前記木製梁３に形成された切り欠き溝３０と、大梁１０に形成された切り欠き溝３１とで、平面的に見て連通するＴ溝形状となる構成である。

前記木製梁３と大梁１０とを前記接合部材８を用いて接合する要領は、先ず、前記木製梁３を鋼製梁２の上面に載せて、同木製梁３の両側面と鋼製梁２の両側面とを略面一にするとともに、木製梁３に形成された切り欠き溝３０の位置を、大梁１０に形成された切り欠き溝３１の位置に合わせて平面的に見て連通するＴ字状となるように配置する。
次に、前記接合部材８を、木製梁３及び大梁１０の上面から前記切り欠き溝３０及び３１へ差し込む。そして、前記木製梁側接合部８０のピン孔及びピン受けの位置を、同木製梁３のピン孔の位置に合わせる。
最後に、木製梁３の一方の側面から各ピン孔等にドリフトピン８２、８２…を共通に通して、前記接合部材８を木製梁３に固定し、前記木製梁３が大梁１０に接合される。

なお、前記木製梁３の切り欠き溝３０に予め接合部材８の木製梁側接合部８０を差し込み、各ピン孔等に通したドリフトピン８２、８２…で固定した状態で木製梁３を所要の高さまで吊り上げ、大梁側接合部８１を大梁１０の切り欠き溝３１に差し込みつつ、前記木製梁３を鋼製梁２の上面に載せて接合する方法でも実施できる。

本発明に係る木・鋼重ね梁構造１によれば、前記鋼製梁２と木製梁３とを、地震力等によるせん断力を負担するような接合を行わないことで、木製梁３が鋼製梁２から独立して水平荷重を負担することができる。また、前記大梁１０、１０間が６ｍ程度である場合、木製梁のみで構成すると、品確法により梁成が４２０ｍｍ程度必要であるところ、縦寸が１９５ｍｍ程度の鋼管と、前記１０５ｍｍ角の木材とで３００ｍｍ程度の梁成で構成できるので、木製梁のみで構成した小梁と比べて断面寸法を小さく設計でき、より広い空間を有する建築物を構築できる。

なお、前記鋼製梁２又は木製梁３と、大梁１０との接合手段は、図２及び図３に示した実施例に限らず、構造上必要とされる性能を満たす構成であれば、種々の接合方法で実施することが可能である。

図４に示す実施例２の木・鋼重ね梁構造１’は、鋼製梁２’をＨ形鋼で構成した実施例を示している。この重ね梁構造１’は、鋼製梁２’のフランジ面２０、２１を上下方向に配置し、該上側フランジ２０の外面に木製梁３を接合することなく重ね合わせ、同鋼製梁２’及び木製梁３の端部は、直交する大梁１０等の横架材にそれぞれ接合した構成である。

前記鋼製梁２’を大梁１０に接合するには、鋼製梁２’のウェブ面の両側にそれぞれ設けたアングル材で成る接合部材（第１の接合部材）７を用いて行う。具体的には、前記鋼製梁２’の端部を前記大梁１０の側面に突き合わせた状態で、前記接合部材７の一側面を鋼製梁２’のウェブ面２２に当接させ、該ウェブ面２２と接合部材７の一側面をボルト７ａ…で接合する。なお、前記接合部材７を予め鋼製梁２’のウェブ面にボルト接合した状態で、鋼製梁２’の端部を大梁１０の側面に突き合わせた構成で実施することもできる。
そして、前記接合部材７の他側面を前記大梁１０の側面に当接させて、同大梁１０と接合部材７の他側面をボルト７ｂ…で接合する。
前記木製梁３を大梁１０に接合する構成については、上記実施例１の重ね梁構造１を構成する木製梁３を大梁１０に接合する構成と同じであるため、その説明を省略する。
なお、前記鋼製梁２’又は木製梁３と、大梁１０との接合手段は、図４に示した実施例に限らず、構造上必要とされる性能を満たす構成であれば、種々の接合方法で実施することが可能である。

以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、もとより本発明は実施例の構成に限定されるものではない。いわゆる当業者が必要に応じて行うであろう設計変更その他の応用、改変の範囲まで含むことを念のため申し添える。

１、１’ 重ね梁構造
１０ 大梁
２ 鋼製梁（角形鋼管）
２’ 鋼製梁（Ｈ形鋼）
３ 木製梁
４ 接合部材（第１の接合部材）
７ 接合部材（第１の接合部材）
８ 接合部材（第２の接合部材）

Claims (4)

1. 木造軸組構法に用いられる小梁を、木製梁と鋼製梁とを相互に重ね合わせて構成した木・鋼重ね梁構造であって、
   前記鋼製梁の上面に前記木製梁が重ね合わされ、
   前記木製梁及び鋼製梁の端部は、直交する大梁等の横架材にそれぞれ接合されて成ることを特徴とする、木・鋼重ね梁構造。
2. 前記鋼製梁の端部は、前記直交する大梁等の横架材に、第１の接合部材を介して接合され、
   前記木製梁の端部は、前記直交する大梁等の横架材に、第２の接合部材を介して接合されて成ることを特徴とする、請求項１に記載した木・鋼重ね梁構造。
3. 前記鋼製梁は、角形鋼管で構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した木・鋼重ね梁構造。
4. 前記木製梁は、断面の縦寸及び横寸がそれぞれ１０５ｍｍ以上の角材であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載した木・鋼重ね梁構造。

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