JP6944787B2 - 木質柱梁架構 - Google Patents

Description

本発明は、大規模室内空間を支える、柱と木質横架部材とが連結された木質柱梁架構に関する。

従来より、長スパン化された木質梁を有する木造構造が提案されている。
特許文献１には、木質構造部材である柱と梁との接合部に、木質補強部材である方杖とタイバーとを設けた構造が示されている。柱と梁との接合部には、柱または梁と嵌合した方杖を貫くように、複数本の木ダボが貫入されている。

特許文献２には、ゲルバー梁である木質梁が示されている。具体的には、木質柱を構成する下側柱の頭部の荷重支持部に、跳出梁の荷重支持部が載せられて柱梁接合部材によって剛接合されている。また、跳出梁に中間梁が梁接合部材によってピン接合されている。

特許文献３には、木質梁部材の幅方向に互いに間隔を隔てて一対の木質構造部材を配設して接合金物で接合し、この一対の木質構造部材の間に繊維部材を配置した木質梁部材の補強構造が示されている。繊維部材は、接合金物に係合されて梁部材の長さ方向に沿って延びており、繊維部材の両端部は、梁部材の両端部位置に定着している。

ところで、梁などの木質横架部材に所定の断面性能を確保しようとすると、横架材の高さ寸法が高くする必要があった。その結果、地震時に建物に作用する水平地震荷重が大きくなる、という問題があった。

特開２０１５−１４１５５号公報 特開２０１５−１７５１１９号公報 特開平１０−１７６３８５号公報

本発明は、横架材の高さ寸法を低くしても、長スパン化が可能で、かつ、構造性能に関する品質のばらつきが少ない市販品の木材を使用でき、高い剛性と強度を備えた木質柱梁架構を提供することを目的とする。

本発明者らは、木材による温かな質感が感じられる大規模室内空間を支える木質柱梁架構として、ＪＡＳ規格の構造用木製桁材を、隙間を介して並行に配置し、各木製桁材の上端面に構造用合板を接合させることで、上下反転させた凹形状の木質横架部材を実現し、低コストでありながら、品質のばらつきが少なく、桁高さを低く抑えた木質横架材を発明した。また、木質梁部材同士を、曲げモーメントが小さな梁端部位置で継手接合することで、長スパン化が可能で、構造性能に優れた木質柱梁架構を発明するに至った。

第１の発明の木質柱梁架構は、柱（例えば、後述の２階柱２０Ａ、２０Ｂ）と当該柱間に架け渡される木質横架部材（例えば、後述の木質横架部材２１）とを備える木質柱梁架構（例えば、後述の木質柱梁架構２）であって、前記木質横架部材は、所定間隔離れて略平行に配置された複数の木製の長尺部材（例えば、後述の長尺部材３０）と、当該長尺部材の上端面または下端面同士を連結する木製の連結部材（例えば、後述の構造用合板２６）と、を備え、前記木質横架部材の縦断面は、凹形状または上下反転した凹形状であることを特徴とする。

この発明によれば、木質横架部材を、所定間隔離れて略平行に配置された複数の木製の長尺部材と、これら長尺部材の上端面または下端面同士を連結する連結部材と、を含んで構成した。この連結部材により隣接する長尺部材同士が接合され、上下反転させた凹形状の木質横架部材を形成することで、積載荷重や屋根の固定荷重による曲げモーメントに対する梁部材の変形のしにくさを示す断面２次モーメント値が増加する。よって、木質横架部材を１本の木材で構成した場合に比べて、木質横架部材の高さ寸法を低くしても、同程度の断面性能を確保できる。その結果、この木質横架部材が設けられた建物の高さを低くできるので、地震時に建物に作用する水平地震荷重を小さくでき、建物の構造上の安全性能を高めることができる。

第２の発明の木質柱梁架構では、前記木質横架部材は、前記柱に支持された一対の張出し梁部材（例えば、後述の張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂ）と、当該張出し梁部材同士の間に架設された単純梁部材（例えば、後述の単純梁部材３２）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、木質横架部材を、一対の張出し梁部材と単純梁部材とを含んで構成した。よって、張出し梁部材と単純梁部材とを、曲げモーメントが小さくなる位置で連結することで、張出し梁部材や単純梁部材にそれぞれ定尺長さが６ｍ程の市販品の木材を用いて、長スパン化された木質柱梁架構を実現できる。また、張出し梁部材と単純梁部材との連結箇所に生じる曲げモーメントが小さくなるので、この連結箇所を複雑な継手構造とする必要がなくなる。

第３の発明の木質柱梁架構では、前記一対の張出し梁部材の前記柱を挟んで前記単純梁部材の反対側には、当該張出し梁部材と床（例えば、後述の２階床スラブ１７）とを連結する引張抵抗部材（例えば、後述のテンションロッド２３）が設けられることを特徴とする。

この発明によれば、張出し梁部材の単純梁部材に連結されていない側に引張抵抗部材を設けることで、木質柱梁架構の自立性を高めることができる。

また、前記長尺部材は、断面の短辺が１０５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で、長辺が１５０ｍｍ以上３６０ｍｍ以下であり、日本農林規格の規格寸法による構造用製材または集成材であることが好ましい。
このようにすれば、長尺部材としてＪＡＳ規格による構造用製材または集成材を使用することで、構造性能に関する品質のばらつきが少ない木質横架部材を低コストで実現することができる。

本発明によれば、複数の木製の長尺部材を略平行に配置し、これら長尺部材の上端面または下端面同士を連結部材で連結して凹形状の木質横架部材を形成することで、横架材の高さを低く抑えつつ、長スパン化が可能で、高い剛性と強度を備えた木質柱梁架構を実現できる。

本発明の一実施形態に係る木質柱梁架構が適用された建物の断面図である。 木質柱梁架構の屋根伏図である。 木質柱梁架構の大梁の構造を示す模式図である。 木質柱梁架構の大梁の部分斜視図である。 図１の破線Ａで示す部分の側面図およびＩ−Ｉ断面図である。 図２の破線Ｂで示す部分の側面図である。 図１の破線Ｂで示す部分の平面図およびＩＩ−ＩＩ断面図である。 図１および図２の破線Ｃで示す部分の側面図および平面図である。 図１の破線Ｄで示す部分の側面図である。 図２の破線Ｄで示す部分の平面図およびＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図１の破線Ｅで示す部分の側面図である。 図１の破線Ｅで示す部分のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明の変形例に係る木質横架部材の部分斜視図である。 本発明の変形例に係る木質横架部材の部分断面図である。

本発明は、大規模室内空間を支える木質横架部材として、柱間に、隙間を空けて構造用の木製の長尺部材を並列に配置するとともに、これら長尺部材の上端面に構造用合板を接合した。また、木質横架部材同士は、曲げモーメントが小さな梁端部位置で継ぎ手接合させることで、梁部材の高さを低く抑えつつ、複雑な継手構造とすることなく、長スパン化が可能な木質柱梁架構を実現した。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る木質柱梁架構２が適用された建物１の断面図である。図２は、木質柱梁架構２の屋根伏図である。
建物１は、２階建てであり、鉄筋コンクリート造の鉄筋コンクリート躯体１０と、この鉄筋コンクリート躯体１０の上に構築された木造の木質柱梁架構２と、を備える。

具体的には、鉄筋コンクリート躯体１０は、フーチング１１、基礎梁１２、耐圧版１３、１階梁１４、１階床スラブ１５、１階柱１６、および２階床スラブ１７を備える。
木質柱梁架構２は、木製の２階柱２０Ａ、２０Ｂと、２階柱２０Ａ、２０Ｂ間に架け渡される木製の木質横架部材２１と、木質横架部材２１の外端部と２階床スラブ１７とを連結する鋼製の引張抵抗部材としてのテンションロッド２３と、木質横架部材２１とともに架設された木製の小梁２４および木製の母屋２５と、木質横架部材２１の上に設けられた木製の垂木２７（図９参照）と、を備える。

木質横架部材２１は、建物１の幅方向に延びて建物１の長さ方向に沿って所定間隔おきに配置された複数の大梁２２と、大梁２２の上端面に接合された連結部材としての構造用合板２６（図７（ｂ）、図８（ａ）、図９、図１０（ｂ）参照）と、を備える。

２階柱２０Ａ、２０Ｂは、建物１の長さ方向に沿って所定間隔おきに設けられている。具体的には、２階柱２０Ａは、建物１の中央部に２列設けられており、２階柱２０Ｂは、建物１の両端部に１列ずつ設けられる。
小梁２４および母屋２５は、構造用合板２６の直下で大梁２２間に架設されて、建物１の長さ方向に延びている。垂木２７は、構造用合板２６の上に設けられて、建物１の幅方向に延びている。
テンションロッド２３は、大梁２２の外端部と２階床スラブ１７とを連結している。

図３は、大梁２２の構造を示す模式図である。
大梁２２は、ゲルバー梁構造であり、建物１の中央部の２本の２階柱２０Ａに支持される張出し梁部材３１Ａと、建物１の端部の１本の２階柱２０Ｂに支持される一対の張出し梁部材３１Ｂと、張出し梁部材３１Ａと張出し梁部材３１Ｂとの間に架設された単純梁部材３２と、を備える。

張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂは、それぞれ、２階柱２０Ａ、２０Ｂから張り出した張出し部分３３を備える。単純梁部材３２の両端と、張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂの張出し部分３３の先端とは、継手部３４で連結される。
テンションロッド２３は、張出し梁部材３１Ｂの２階柱２０Ｂを挟んで単純梁部材３２の反対側の端部と２階床スラブ１７とを連結しており、引張力に抵抗する。

また、継手部３４は、ほぼピン接合となっている。この継手部３４は、大梁２２のうち曲げモーメントが小さくなる位置、つまり、スパン長をｌとして２階柱２０Ａ、２０Ｂからｌ／４以内の位置である。

図４は、大梁２２の斜視図である。
大梁２２を構成する張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂおよび単純梁部材３２は、それぞれ、２階柱２０Ａ、２０Ｂおよびテンションロッド２３を挟んで略平行に配置された一対の長尺部材３０で構成されている（図７（ｂ）、図１０（ｂ）参照）。
また、長尺部材３０は、断面の幅寸法が略１０５ｍｍ、高さ寸法が略３３０ｍｍであり、日本農林規格の規格寸法による構造用製材または集成材を用いる。

上述の構造用合板２６は、長尺部材３０の上端面同士を連結しており、これにより、木質横架部材２１の縦断面は、上下反転した凹形状となっている。よって、構造用合板２６と屋根材を固定する野地板との間に、隙間空間が設けられるので、建物１内の断熱性能を高めることができる。なお、本実施形態では、構造用合板２６は、大梁２２を構成する一対の長尺部材３０の上端面のみでなく、隣接する大梁２２との間にも一面に設けられる。

以下、２階柱２０Ａ、２０Ｂと２階床スラブ１７との接合部の構造について、説明する。
図５（ａ）は、図１の破線Ａで示す部分の側面図である。図５（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
２階柱２０Ａ、２０Ｂは、接合金物４０を介して、２階床スラブ１７に接合されている。

接合金物４０は、略水平に延びるベースプレート４１と、略鉛直に延びる接合プレート４２と、を備える。
２階床スラブ１７には、アンカーボルト４３が打ち込まれており、このアンカーボルト４３は、接合金物４０のベースプレート４１を貫通してボルト４４で固定されている。これにより、２階床スラブ１７に接合金物４０が固定される。

２階柱２０Ａ、２０Ｂの下端面には、凹部４５が切り欠かれて形成されており、この凹部４５に接合金物４０が嵌め込まれて、この状態で、２階柱２０Ａ、２０Ｂおよび接合プレート４２を貫通してドリフトピン４６が取り付けられている。これにより、２階柱２０Ａ、２０Ｂに接合金物４０が固定される。

以下、２階柱２０Ａ、２０Ｂ、大梁２２、および小梁２４の接合部の構造について、説明する。
図６は、図１の破線Ｂで示す部分の側面図である。図７（ａ）は、図２の破線Ｂで示す部分の平面図である。図７（ｂ）は、図６のＩＩ−ＩＩ断面図である。
２階柱２０Ａ、２０Ｂ、大梁２２、および小梁２４は、一対の接合金物５０を介して互いに接合されている。

接合金物５０は、平面視で略コの字形状であり、略鉛直に延びる連結プレート５１と、連結プレート５１の両端から延びる一対の接合プレート５２と、を備える。

一対の接合金物５０は、２階柱２０Ａ、２０Ｂを挟んで背中合わせに配置されており、各接合金物５０の連結プレート５１は、２階柱２０Ａ、２０Ｂの側面に当接されている。この状態で、２階柱２０Ａ、２０Ｂ、大梁２２を構成する一対の長尺部材３０、および一対の接合金物５０の連結プレート５１を貫通して、連結ボルト５３が取り付けられている。これにより、一対の接合金物５０、大梁２２の一対の長尺部材３０、２階柱２０Ａ、２０Ｂが互いに固定されている。

小梁２４の先端面には、凹部が切り欠かれて形成されており、各接合金物５０は、この凹部に嵌め込まれて、この状態で、小梁２４および接合プレート５２を貫通してドリフトピン５４が取り付けられている。これにより、接合金物５０が小梁２４に固定される。

以下、大梁２２の継手部３４の構造について、説明する。
図８（ａ）は、図１の破線Ｃで示す部分の側面図であり、図８（ｂ）は、図２の破線Ｃで示す部分の平面図である。
大梁２２の継手部３４では、２つの長尺部材３０同士が追掛大栓継手で連結されている。長尺部材３０の側面には、込み栓３５が打ち込まれて、２つの長尺部材３０を貫通している。

以下、大梁２２とテンションロッド２３との接合部の構造について、説明する。
図９は、図１の破線Ｄで示す部分の側面図である。図１０（ａ）は、図２の破線Ｄで示す部分の平面図であり、図１０（ｂ）は、図９のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
テンションロッド２３は、鋼棒である。このテンションロッド２３の上端部は、接合金物６０を介して、大梁２２に接合されている。

接合金物６０は、略水平に延びる連結プレート６１と、連結プレート６１の両端から上方に延びる一対の支持プレート６２と、略水平に延びて支持プレート６２の上端が接合された接合プレート６３と、を備える。

接合金物６０の連結プレート６１にテンションロッド２３を貫通して、この状態でボルトを締め付けることで、テンションロッド２３が連結プレート６１に係止している。
接合金物６０の支持プレート６２を挟んで、大梁２２を構成する一対の長尺部材３０を配置するとともに、接合金物６０の接合プレート６３をこの一対の長尺部材３０の上に載せて、この状態で、リベット６４を打ち込む。これにより、大梁２２の一対の長尺部材３０同士が所定間隔に保持されるとともに、テンションロッド２３が大梁２２に接合される。

以下、テンションロッド２３と２階床スラブ１７との接合部の構造について、説明する。
図１１は、図１の破線Ｅで示す部分の側面図である。図１２は、図１１のＩＶ−ＩＶ断面図である。
テンションロッド２３の下端部は、接合金物７０を介して２階床スラブ１７に接合されている。

接合金物７０は、２階床スラブ１７の先端面に取り付けられた支持プレート７１と、この支持プレート７１から突出して設けられた接合プレート７２と、を備える。
テンションロッド２３の下端部には、フォークエンド７３が取り付けられており、このフォークエンド７３は、接合金物７０の接合プレート７２にピン接合されている。
また、２階床スラブ１７の先端面には、手摺り７４が取り付けられている。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）大梁２２を、所定間隔離れて略平行に配置された一対の木製の長尺部材３０を含んで構成し、これら長尺部材３０の上端面または下端面同士を構造用合板２６で連結した。よって、２本の長尺部材３０を略平行に配置して大梁２２を構成することで、大梁を１本の木材で構成した場合に比べて、大梁２２の高さ寸法を低くしても、同程度の断面性能を確保できる。その結果、この大梁２２が設けられた建物１の高さを低くできるので、地震時に建物１に作用する水平地震荷重を小さくでき、建物１の構造上の安全性を高めることができる。

（２）大梁２２を、一対の張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂと単純梁部材３２とを含んで構成した。よって、張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂと単純梁部材３２とを、曲げモーメントが小さくなる位置である継手部３４で連結した。よって、大梁２２をゲルバー梁とすることができ、これにより、大梁２２が長スパン化された木質柱梁架構２を実現できる。また、張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂと単純梁部材３２との連結箇所である継手部３４に生じる曲げモーメントが小さくなるので、この連結箇所を複雑な継手構造とする必要がなくなる。

（３）張出し梁部材３１Ｂに引張抵抗部材であるテンションロッド２３を設けることで、木質柱梁架構２の自立性を高めることができる。

（４）長尺部材３０としてＪＡＳ規格による構造用製材または集成材を使用することで、構造性能に関する品質のばらつきが少ない大梁２２を低コストで実現できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
本実施形態では、大梁２２の継手部３４において、２つの長尺部材３０同士を追掛大栓継手で連結したが、これに限らず、ピン接合に近い連結方法であれば、どのような構造でもよい。例えば、２つの長尺部材の端面にスリットを設け、これらスリットに１枚の鋼板を挿入して、この状態で、鋼板および長尺部材を貫通してドリフトピンを略水平に打ち込んでもよい。

また、本実施形態では、大梁２２を構成する長尺部材３０の上面に構造用合板２６を一面に設けたが、これに限らず、構造用合板２６を、大梁２２を構成する長尺部材３０の上面のみに設置して、木質横架部材２１を構成してもよい。

また、図１３に示すように、大梁２２を構成する張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂの一対の長尺部材３０同士の間に、１本の木製の長尺部材３０Ａを挟んで、張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂを３本の長尺部材３０で構成してもよい。このようにすれば、張出し梁部材３１Ａ、３１Ｂの剛性を高めて、撓みを小さくできる。

また、本実施形態では、構造用合板２６により長尺部材３０の上端面同士を連結したが、これに限らず、図１４に示すように、長尺部材３０の下端面に構造用合板（連結部材）２６を釘８０で接合して、木質横架部材２１の縦断面を凹形状としてもよい。ここで、構造用合板２６の横幅は、２本または３本並列に架設した長尺部材３０の横幅長さの分だけあればよい。また、構造用合板２６を長尺部材３０同士の下端面に設置することで、構造用合板２６と屋根材を固定する屋根材下に設ける野地板との間に、隙間空間が形成されるので、建物１内の断熱性能を高めることができる。

１…建物 ２…木質柱梁架構 １０…鉄筋コンクリート躯体
１１…フーチング １２…基礎梁 １３…耐圧版 １４…１階梁 １５…１階床スラブ
１６…１階柱 １７…２階床スラブ
２０Ａ、２０Ｂ…２階柱 ２１…木質横架部材 ２２…大梁
２３…テンションロッド（引張抵抗部材） ２４…小梁 ２５…母屋
２６…構造用合板（連結部材） ２７…垂木
３０、３０Ａ…長尺部材 ３１Ａ、３１Ｂ…張出し梁部材 ３２…単純梁部材
３３…張出し部分 ３４…継手部 ３５…込み栓
４０…接合金物 ４１…ベースプレート ４２…接合プレート ４３…アンカーボルト
４４…ボルト ４５…凹部 ４６…ドリフトピン
５０…接合金物 ５１…連結プレート ５２…接合プレート ５３…連結ボルト
５４…ドリフトピン
６０…接合金物 ６１…連結プレート ６２…支持プレート ６３…接合プレート
６４…リベット
７０…接合金物 ７１…支持プレート ７２…接合プレート ７３…フォークエンド
７４…手摺り ８０…釘

Claims (3)

1. 木製の一対の柱と、当該一対の柱間に架け渡される木質横架部材と、前記一対の柱に接合されて前記木質横架部材に略直交して延びる小梁と、を備える木質柱梁架構であって、
   前記木質横架部材は、所定間隔離れて略平行に配置された複数の木製の長尺部材と、当該長尺部材の上端面または下端面同士を連結する木製の連結部材と、を備え、
   前記木質横架部材の縦断面は、凹形状または上下反転した凹形状であり、
   前記長尺部材は、それぞれ、前記一対の柱の一方に支持される第１の張出し梁部材と、前記一対の柱の他方に支持される第２の張出し梁部材と、前記第１の張出し梁部材と前記第２の張出し梁部材との間に架設される梁部材と、を備え、
   前記一方の柱の両側には、前記第１の張出し梁部材が一対配置され、
   前記一対の第１の張出し梁部材の外側には、前記小梁が一対配置され、
   前記一対の小梁の先端面の凹部には、一対の接合部材が嵌め込まれており、
   前記一対の接合部材、前記一方の柱、および前記一対の第１の張出し梁部材は、前記一方の柱および前記一対の第１の張出し梁部材を貫通して前記一対の接合部材同士を連結する連結ボルトにより、互いに接合されていることを特徴とする木質柱梁架構。
2. 前記第１の張り出し梁部材と前記梁部材との継手位置および前記第２の張り出し梁部材と前記梁部材との継手位置は、それぞれ、前記一対の柱間のスパン長を１として、前記各柱から１／４以内であることを特徴とする請求項１に記載の木質柱梁架構。
3. 前記第１の張出し梁部材の前記梁部材とは反対側の端部には、当該第１の張出し梁部材と床とを連結する引張抵抗部材が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の木質柱梁架構。

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