JP6660724B2 - 柱接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱接合構造に関する。

下記特許文献１には、柱と柱の接合部を、金属やプラスチックの継手を用いて構築した木造の軸組が開示されている。

特開２００６−３４８４６４号公報

しかし、上述の特許文献１によると、柱の接合部を形成するために複数の専用部材を用いるため、納まりが複雑である。また、納まりが複雑だと、施工誤差等が生じやすく、接合部に緩みやガタつきが生じ、接合強度が小さくなる可能性がある。

本発明は、上記事実を考慮して、専用部材が不要で接合強度が大きい柱接合構造を提供することを目的とする。

請求項１の柱接合構造は、端面に接合孔が形成された木柱と、端部が前記接合孔へ挿入された鉄骨柱と、前記接合孔の孔壁と前記鉄骨柱との間の隙間に充填された充填材と、を備え、前記木柱は、荷重を支持する芯材と、前記芯材を被覆する燃え止まり層と、前記燃え止まり層を被覆する燃え代層と、を備えている。

請求項１に記載の柱接合構造によると、鉄骨柱の端部が木柱に埋め込まれて接合部が構成されるため、専用の継手部材を必要としない。このため納まりが単純であり、施工誤差が生じにくい。仮に施工誤差が生じても、接合孔の孔壁と鉄骨柱との間に隙間があるので、鉄骨柱をずらして誤差を吸収することができる。また、隙間には充填材が充填されるので、接合部に緩みやガタつきが生じにくい。したがって、鉄骨柱と木柱とを専用の継手部材を用いて接合する場合と比較して、接合部の接合強度が大きい。

また、鉄骨柱の端部が木柱に埋め込まれるため、接合部が剛接合となり、木柱と鉄骨柱とは、互いに応力や曲げモーメントを伝達することができる。したがって、例えば木柱と鉄骨柱とをガセットプレート等で接合するピン接合と比較して、接合部の接合強度が大きい。

また、鉄骨柱は、木柱と比較して高い強度（同断面積で比較した圧縮強度、曲げ強度、引張強度）を備えるため、木柱よりも小さな断面積の材料で、木柱と同等以上の強度を得ることができる。したがって、例えば鉄骨柱と同断面積の木柱を接合孔に挿入する場合と比較して、例えば接合部に曲げモーメントが作用しても、鉄骨柱は損傷しにくい。

このように、専用の継手部材を用いずに接合強度の大きな柱接合構造を構築できるため、建物の上下階で構造種別を切り替える柱接合構造を容易に構築することができる。

また、請求項１の柱接合構造は、前記木柱は、荷重を支持する芯材と、前記芯材を被覆する燃え止まり層と、前記燃え止まり層を被覆する燃え代層と、を備えている。

請求項１の柱接合構造によると、火災時には、燃え代層が徐々に燃焼して断熱性を有する炭化層を形成する。これにより、芯材への熱の侵入（熱伝達）が抑制される。さらに、燃え代層の内側に配置された燃え止まり層によって燃え代層の燃焼を停止させることができる。これにより、燃え止まり層の内側に配置された芯材の燃焼が回避または抑制される。したがって、柱接合構造の耐火性能が向上する。

請求項２の柱接合構造は、請求項１に記載の柱接合構造において、前記鉄骨柱はＨ形鋼とされ、前記接合孔の断面はＨ形で前記芯材に形成される。

請求項２の柱接合構造によると、鉄骨柱がＨ形鋼とされているので、例えば鋼管とされている場合と比較して、芯材の断面欠損が少ない。このため、接合部の強度を大きくすることができる。

また、接合孔が芯材に形成されるため、芯材を被覆する燃え止まり層と燃え代層を鉄骨柱まで伸長させ、鉄骨柱を芯材と同様に被覆することができる。このため、鉄骨柱を木柱と同一の仕上げとし、意匠性を向上させることができる。
請求項３の柱接合構造は、請求項１又は２に記載の柱接合構造において、前記木柱は、木梁を備えた木架構の一部であり、前記鉄骨柱は鉄骨梁を備えた鉄骨架構の一部であり、前記木架構は鉄骨架構の下方に配置されている。
請求項４の柱接合構造は、請求項３に記載の柱接合構造において、前記芯材と前記鉄骨梁とが当接している。
請求項５の柱接合構造は、請求項１または２に記載の柱接合構造において、前記木柱は、木梁を備えた木架構の一部であり、前記木架構は前記鉄骨柱の上方に配置されている。
請求項６の柱接合構造は、請求項１〜５の何れか１項に記載の柱接合構造において、前記芯材が半割部材を組み合わせて形成されている。

本発明に係る柱接合構造によれば、専用部材が不要で接合強度が大きい柱接合構造を提供することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る柱接合構造の立面半断面図であり、（Ｂ）は木柱のＢ−Ｂ線平断面図であり、（Ｃ）は梁のＣ−Ｃ線立断面図である。 本発明の第２実施形態に係る柱接合構造の立断面図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る柱接合構造の接合孔部分の平断面図であり、（Ｂ）は芯材が半割り材とされた変形例に係る柱接合構造の接合孔部分の平断面図であり、（Ｃ）は鉄骨柱がＨ形鋼とされた変形例に係る柱接合構造の接合孔部分の平断面図であり、（Ｄ）は鉄骨柱の外形寸法と木柱の芯材の外形寸法とが同一とされた変形例に係る柱接合構造の接合孔部分の平断面図である。

［第１実施形態］
以下、図面を参照しながら、第１実施形態の柱接合構造１０について説明する。図１（Ａ）に示すように、第１実施形態の柱接合構造１０は、下層が木架構２０、上層が鉄骨架構３０とされた混構造の建物１００において、木架構２０の木柱４０と鉄骨架構３０の鉄骨柱５０との接合部に適用される。

（木架構）
木架構２０は、木柱４０と、木柱４０へアングル材７２を介して接合される梁６０と、を備えている。

木柱４０は、鉄骨架構３０の荷重を支持する木製の芯材４２と、芯材４２を被覆する燃え止まり層４４と、燃え止まり層４４を被覆する木製の燃え代層４６と、を備えている。燃え止まり層４４は、図１（Ｂ）の断面図に示されるように、木材よりも熱容量が大きな材料であるモルタルによって形成された板部材４４Ａと、木材によって形成された板部材４４Ｂとを交互に配置して形成されている。

梁６０も、図１（Ｃ）の断面図に示されるように、木製の芯材６２と、芯材６２を被覆する燃え止まり層６４（モルタルの板部材６４Ａ、木製の板部材６４Ｂ）と、燃え止まり層６４を被覆する木製の燃え代層６６と、を備えている。
なお、芯材６２の上面には熱容量の大きい鉄筋コンクリート製のスラブ６８が載置されており、芯材６２の上面には燃え止まり層６４及び燃え代層６６は形成されていない。なお、スラブ６８は鉄筋コンクリート製とされているが、例えばデッキプレートを用いたデッキスラブや、根太と床板等を組み合わせた木製床版等としてもよい。スラブが木製床板の場合は、耐火性能を高めるために、梁６０の上面にも燃え止まり層６４及び燃え代層６６を形成することができる。

木柱４０と梁６０は、木柱４０の芯材４２の側面に梁６０の芯材６２の端面が突き合わされて、鋼製のアングル材７２を介して接合されている。また、芯材４２を挟んで対向するアングル材７２同士は、通しボルト７２Ａとナット７２Ｂを用いて緊結されている。アングル材７２は芯材４２、６２の表面に取付けられ、燃え代層によって被覆されている。また、木柱４０と梁６０との接合部における、燃え止まり層４４及び燃え代層４６の端部と梁６０との隙間には、断熱材Ｍが充填され、熱が芯材４２に直接伝わることを抑制している。

なお、上述の木材とは、例えば、米松、唐松、檜、杉、あすなろ等の、木造建築に一般的に用いられる木材及び集成材等のことを指し、上述の木製とは、これらの木材及び集成材で形成されていることを示す。

また、燃え止まり層６４は、難燃性を有している素材（木材に難燃薬剤を注入して不燃化処理した難燃薬剤注入木材等）、又は熱の吸収が可能な素材（熱容量の大きいモルタル、石材、ガラス、繊維補強セメント、石膏等の無機質材料及び各種の金属材料など、断熱性の高いけい酸カルシウム板、ロックウール及びグラスウールなど、熱慣性が高いセランガンバツ、ジャラ及びボンゴシ等の木材など）を用いて構成することもできる。

また、本実施形態においては梁６０が木製とされているが、例えば鉄骨製とされていてもよい。すなわち、木架構とは、柱が木造とされている架構を総称するものである。

（鉄骨架構）
鉄骨架構３０は、ＣＦＴ（コンクリート充填鋼管）製の鉄骨柱５０と、鉄骨柱５０に接合されるＨ形鋼の梁５２と、を備えている。

鉄骨柱５０と梁５２とは、鉄骨柱５０のダイヤフラム５０Ａと梁５２のフランジ５２Ａとが溶接され、鉄骨柱５０の側面５０Ｂと梁５２のウェブ５２Ｂとが溶接されることによって接合されている。また、梁５２には、鉄筋コンクリート製のスラブ５４が架け渡されている。

なお、梁５２は図示しない吹付ロックウールにより耐火被覆されており、鉄骨柱５０は鋼管内部のコンクリートが耐火性能を発揮するため、耐火被覆が省略されている。これにより、建物１００全体の耐火性能が高められている。

（柱接合構造）
木柱４０と鉄骨柱５０の柱接合構造１０は、木柱４０の芯材４２の上端面に形成された接合孔４８へ、鉄骨柱５０の下端部５０Ｃが挿入されて形成される。接合孔４８は芯材４２の上端面を矩形状にくり抜いて形成された有底の孔であり、接合孔４８の底面４８Ａに鉄骨柱５０が載置されて、鉄骨柱５０の軸力が木柱４０の芯材４２へ伝達される。これにより、木架構２０と、鉄骨架構３０とが一体化される。なお、軸力を底面４８Ａに均等に伝達するためには、鉄骨柱５０の下端面５０Ｄに支圧プレートなどを設けてもよい。

接合孔４８の孔壁４８Ｂと、鉄骨柱５０の下端部５０Ｃの側面５０Ｂとの間には隙間があり、この隙間に充填材Ｇが充填されている。充填材Ｇの材料としては、無収縮モルタル、ポリマーセメントモルタル、エポキシ樹脂等、各種の材料を用いることができる。なお、充填材Ｇは、鉄骨柱５０を接合孔４８に挿入する前に、鉄骨柱５０の側面５０Ｂ、接合孔４８の孔壁４８Ｂの何れか又は双方に塗布してもよいが、鉄骨柱５０を接合孔４８に挿入した後に、側面５０Ｂと孔壁４８Ｂの間の隙間から注入してもよい。また、充填材Ｇが硬化する前であれば、鉄骨柱５０を接合孔４８に挿入した後、鉄骨柱５０と木柱４０の軸芯位置を調整することができる。

木柱４０の上端面には、鉄骨架構３０の梁５２が当接している。本実施形態においては、鉄骨架構３０の鉛直荷重は鉄骨柱５０から木柱４０（芯材４２）の接合孔４８の底面４８Ａに伝達されるので、梁５２から木柱４０の芯材４２に鉛直荷重は伝達されていない。しかし、例えば長期的に芯材４２が軸方向に圧縮変形した場合は、梁５２から芯材４２へ、鉄骨架構３０の鉛直荷重を伝達することができる。なお、木柱４０の燃え止まり層４４及び燃え代層４６と梁６０の接合部との隙間には断熱材Ｍが充填され、熱が芯材４２に進入することを抑制している。

（作用及び効果）
第１実施形態の柱接合構造１０によれば、鉄骨柱５０から木柱４０（芯材４２）の接合孔４８の底面４８Ａへ、軸力が伝達される。また、充填材Ｇのせん断抵抗により、鉄骨柱５０の側面５０Ｂから木柱４０（芯材４２）の接合孔４８の孔壁４８Ｂへ、軸力が伝達される。さらに、梁５２から木柱４０の芯材４２へ、鉄骨架構３０の長期の鉛直荷重を伝達することができる。これにより、鉄骨柱５０から木柱４０へ、また、鉄骨架構３０から木架構２０へ、鉛直方向の力を伝達することができる。

また、鉄骨柱５０に水平方向からの外力や曲げモーメントが加わった場合、鉄骨柱５０の側面５０Ｂが木柱４０（芯材４２）の接合孔４８の孔壁４８Ｂを支圧することにより、鉄骨柱５０から木柱４０へ、また、鉄骨架構３０から木架構２０へ、水平方向の力及び曲げモーメントを伝達することができる。

さらに、木柱４０は、燃え止まり層４４及び燃え代層４６を備えている。これにより、火災が発生したときに火炎が燃え代層４６に着火し、燃え代層４６が燃焼する。そして、燃焼した燃え代層４６は炭化する。これにより、木柱４０の外部から芯材４２への熱伝達及び酸素供給を、炭化した燃え代層４６が遮断し、更に燃え止まり層４４が吸熱するので、火災（加熱）時及び火災（加熱）終了後における芯材４２の温度上昇を抑制することができる。これにより、木柱４０と鉄骨柱５０との接合強度の低下が抑制される。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の柱接合構造１２について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同符号を付し、説明を適宜省略する。図２に示すように、第２実施形態の柱接合構造１２は、下部の鉄骨柱８０と、上部の木柱９０との接合部に適用される。このように、本発明の柱接合構造は、木柱と鉄骨柱のどちらが上部に配置されていてもよい。

（鉄骨柱）
鉄骨柱８０は、基礎コンクリート７４の中に下端部が埋設された柱脚部８２と、柱脚部８２の上端部とフランジ継手８３を用いて接続された本体部８４と、本体部８４の外周を覆う筒状の被覆部８６と、を含んで構成されている。

柱脚部８２は、下端部のベースプレート８２Ａを基礎コンクリート７４の載置部７４Ａの上面にアンカーボルトによって接合し、載置部７４Ａに固定される。その後図示しない型枠にコンクリートを打設してベースプレート８２Ａを埋設し、根固めコンクリート７４Ｂを形成する。これにより、柱脚部８２が根固めコンクリート７４Ｂに根入れされる。

被覆部８６は、本体部８４の外周を被覆するカバーであり、基礎コンクリート７４に載置され、また、被覆部８６の下部には図示しない作業口が形成されており、フランジ継手８３のボルトを締めたり緩めたりすることができる。

（柱接合構造）
鉄骨柱８０の本体部８４にはリブ８４Ａで補強されたブラケット８４Ｂが取付けられており、ブラケット８４Ｂと、木柱９０の下端面９０Ａがラグスクリュー７６（コーチボルト）で固定されている。

また、木柱９０の下端面９０Ａには接合孔９８が形成され、接合孔９８へ、鉄骨柱８０の本体部８４の上端部（ブラケット８４Ｂよりも上部の部分）８４Ｃが下側から挿入されている。また、接合孔９８の孔壁９８Ｂと、鉄骨柱８０の本体部８４との間には隙間が形成され、この隙間には、充填材Ｇが充填されている。

なお、図２には図示が省略されているが、木柱９０には梁が接続されており、木柱９０は柱梁架構の一部を構成している。また、本実施形態においては鉄骨柱８０に梁は接続されていないが、木柱９０と同様に、梁を接続して柱梁架構の一部を構成していてもよい。

（作用及び効果）
第２実施形態の柱接合構造１２によれば、木柱９０から鉄骨柱８０へ、鉛直方向の力を伝達することができる。

また、木柱９０に水平方向から力が加わった際は、木柱９０の孔壁９８Ｂが鉄骨柱８０の本体部８４を支圧するため、木柱９０から鉄骨柱８０へ、水平方向の力及び曲げモーメントを伝達することができる。

また、木柱９０の基端部が鉄骨柱８０に支持され、地面から離れているため、木柱９０の腐食を抑制することができる。このため、木柱９０の耐久性が高くなる。また、木柱９０が老朽化した場合、被覆部８６の下部にある作業口から工具などを挿入し、フランジ継手８３を固定しているボルトを緩めて本体部８４を柱脚部８２から取り外し、新しい本体部８４が取付けられた木柱に交換することができる。

［変形例］
次に、上記実施形態の変形例について説明する。図３（Ａ）には、第１実施形態に係る柱接合構造１０の、木柱４０の接合孔４８の断面が示されている。第１実施形態においては、芯材４２は、上端面が矩形状にくり抜かれて接合孔４８が形成されていたが、本発明の実施形態はこれに限られない。

例えば図３（Ｂ）に示すように、芯材４２Ｘを半割り部材４３Ｘの合わせ材として、通しボルトとナット及び接着剤を用いて緊結する構成としてもよい。芯材４２Ｘをこのように構成すると、接合孔４８Ｘは半割り部材４３Ｘの合わせ面に溝を掘って形成することができるので、芯材４２Ｘの上端面から芯材４２Ｘの長手方向にくり抜いて形成する必要がない。また、鉄骨柱５０Ｘの側面にフランジ５６Ｘを溶接し、フランジ５６Ｘと半割り部材４３Ｘとを皿ビスなどで固定してから半割り部材４３Ｘ同士を合わせれば、鉄骨柱５０Ｘと木柱４０Ｘの接合強度を高めることができる。

あるいは、例えば図３（Ｃ）に示すように、ＣＦＴ製の鉄骨柱５０に変えて、Ｈ形鋼の鉄骨柱５０Ｙを用いてもよい。鉄骨柱５０ＹをＨ形鋼とする場合、半割り部材４３Ｙ同士を合わせたときにＨ形の接合孔４８Ｙが形成されるように、半割り部材４３Ｙの合わせ面に細溝を形成する。これにより、ＣＦＴ製の鉄骨柱５０を用いる場合と比較して、芯材４２Ｙの断面欠損が少なくなるので、鉄骨柱５０Ｙと木柱４０Ｙの接合強度を高めることができる。また、半割り部材４３Ｙ同士は、通しボルトに変えてラグスクリューなどで緊結してもよい。

あるいは、例えば図３（Ｄ）に示すように、芯材４２Ｚの外形寸法とＨ形鋼の鉄骨柱５０Ｚの外形寸法とを等しく構成して（芯材４２Ｚの幅と鉄骨柱５０Ｚのフランジ幅を等しく、芯材４２Ｚの奥行きと鉄骨柱５０Ｚの上フランジ上面から下フランジ下面までの長さを等しくする）、鉄骨柱５０Ｚのフランジが燃え止まり層４４Ｚに接触して被覆される構成としてもよい。このように構成することで、芯材４２Ｚを被覆する燃え止まり層４４Ｚと燃え代層４６Ｚを鉄骨柱５０Ｚまで伸長させ、鉄骨柱５０Ｚを芯材４２Ｚと同様に被覆することができる。このため、鉄骨柱５０Ｚが視認されなくなるので、混構造の建物を木造のように見せることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０、１２ 柱接合構造
４０、９０ 木柱
４２ 芯材
４４ 燃え止まり層
４６ 燃え代層
４８、９８ 接合孔
４８Ｂ、９８Ｂ 孔壁
５０ 鉄骨柱
８４ 本体部（鉄骨柱）
Ｇ 充填材

Claims (6)

1. 端面に接合孔が形成された木柱と、
   端部が前記接合孔へ挿入された鉄骨柱と、
   前記接合孔の孔壁と前記鉄骨柱との間の隙間に充填された充填材と、
   を備え、
   前記木柱は、
   荷重を支持する芯材と、
   前記芯材を被覆する燃え止まり層と、
   前記燃え止まり層を被覆する燃え代層と、
   を備えた、柱接合構造。
2. 前記鉄骨柱はＨ形鋼とされ、
   前記接合孔の断面はＨ形で前記芯材に形成される、請求項１に記載の柱接合構造。
3. 前記木柱は、木梁を備えた木架構の一部であり、
   前記鉄骨柱は鉄骨梁を備えた鉄骨架構の一部であり、
   前記木架構は鉄骨架構の下方に配置されている、
   請求項１又は２に記載の柱接合構造。
4. 前記芯材と前記鉄骨梁とが当接している、
   請求項３に記載の柱接合構造。
5. 前記木柱は、木梁を備えた木架構の一部であり、
   前記木架構は前記鉄骨柱の上方に配置されている、
   請求項１または２に記載の柱接合構造。
6. 前記芯材が半割部材を組み合わせて形成されている、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の柱接合構造。