JP7048017B2 - 架構補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、架構補強構造に関する。

柱及び梁で構成された架構の隅部において、柱と梁とに斜材を架設する架構補強構造が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００１－２５４４３６号公報 特開２００７－２５５０９０号公報

ところで、架構の補強構造として、架構の構面内に木質壁を設け、架構に木質壁を接合することが考えられる。

しかしながら、木質壁は、ＲＣ壁や鋼製壁と比較して、架構との接合部が破損し易い。そのため、架構と木質壁との間で地震力を十分に伝達することが難しく、架構の補強効率が低下する可能性がある。

本発明は、上記の事実を考慮し、架構の補強効率を高めることを目的とする。

第１態様に係る架構補強構造は、一対の柱と、一対の前記柱に架設される上下の水平部材と、を有する架構と、対角する前記架構の隅部にそれぞれ設けられ、前記柱と前記水平部材とに架設される一対の斜材と、一対の前記斜材間に設けられ、該斜材が端面に面接触される木質壁と、を備える。

第１態様に係る架構補強構造によれば、架構は、一対の柱と、一対の柱に架設される上下の水平部材とを有する。また、対角する架構の隅部には、斜材がそれぞれ設けられる。斜材は、柱と水平部材とに架設される。これにより、架構の剛性が高められる。

また、一対の斜材間には、木質壁が設けられる。この木質壁の端面には、一対の斜材が面接触される。これにより、地震時における架構のせん断変形に伴って一対の斜材の間隔が狭くなったときに、一対の斜材から木質壁の端面に地震力が伝達される。

ここで、前述したように、一対の斜材は、木質壁の端面に面接触される。これにより、地震時における架構のせん断変形に伴って一対の斜材の間隔が狭くなったときに、一対の斜材から木質壁の端面に地震力が圧縮力として効率的に伝達される。

このように本発明では、一対の斜材によって架構の剛性を高めつつ、一対の斜材から木質壁の端面に地震力を圧縮力として効率的に伝達することがきる。したがって、架構の補強効率を高めることができる。

第２態様に係る架構補強構造は、第１態様に係る架構補強構造において、前記斜材と前記木質壁とを接合する引張材を備える。

第２態様に係る架構補強構造によれば、引張材によって斜材と木質壁とが接合される。これにより、地震時における架構のせん断変形に伴って一対の斜材の間隔が広くなったときに、一対の斜材から引張材を介して木質壁に引張力が伝達される。したがって、架構の補強効率をさらに高めることができる。

第３態様に係る架構補強構造は、第１態様又は第２態様に係る架構補強構造において、前記柱、前記水平部材、及び前記斜材で区画された空間内に、補強材が設けられる。

第３態様に係る架構補強構造によれば、柱、水平部材、及び斜材で区画された空間内に、補強材が設けられる。この補強材によって斜材を補強することにより、架構の剛性がさらに高められる。さらに、地震時における架構のせん断変形に伴って一対の斜材の間隔が狭くなったときに、斜材から木質壁の端面に地震力がより効率的に伝達される。したがって、架構の補強効率をさらに高めることができる。

以上説明したように、本発明に係る架構補強構造によれば、架構の補強効率を高めることができる。

一実施形態に係る架構補強構造が適用された架構を示す立面図である。 架構の隅部を示す図１の一部拡大立面図である。 第一変形例に係る架構補強構造が適用された架構の隅部を示す拡大立面図である。 第二変形例に係る架構補強構造が適用された架構の隅部を示す拡大立面図である。 第二変形例に係る架構補強構造が適用された架構の隅部を示す拡大立面図である。 第三変形例に係る架構補強構造が適用された架構の隅部を示す拡大立面図である。

（第一実施形態）
先ず、第一実施形態について説明する。

（架構補強構造）
図１に示されるように、本実施形態に係る架構補強構造２０は、架構１０と、複数の斜材３０と、木質壁４０とを備えている。

（架構）
架構１０は、一対の柱１２と、一対の柱１２に架設される上下の梁１４とを有している。図２に示されるように、柱１２及び梁１４は、Ｈ形鋼によって形成されている。また、柱１２は、一対のフランジ部１２Ａと、一対のフランジ部１２Ａを接続するウェブ部１２Ｂとを有している。これと同様に、梁１４は、一対のフランジ部１４Ａと、一対のフランジ部１４Ａを接続するウェブ部１４Ｂとを有している。

上下の梁１４の両端部は、一対の柱１２の仕口部１２Ｊにそれぞれピン接合されている。具体的には、柱１２の仕口部１２Ｊには、ガセットプレート１６が設けられている。このガセットプレート１６に、梁１４の端部のウェブ部１４Ｂがボルト１８等によって接合されている。また、梁１４の一対のフランジ部１４Ａと柱１２とは、非接合とされている。これにより、柱１２の仕口部１２Ｊに梁１４の端部がピン接合されている。

なお、柱１２と梁１４との接合構造は適宜変更可能であり、例えば、梁１４の端部は、柱１２の仕口部１２Ｊに剛接合しても良い。また、柱１２及び梁１４は、Ｈ形鋼に限らず、他の形鋼や鋼管であっても良い。

（斜材）
図１に示されるように、斜材３０は、架構１０の４つの隅部１０Ｋ１，１０Ｋ２にそれぞれ設けられている。各斜材３０は、架構１０の剛性（せん断剛性）を高めるとともに、後述する木質壁４０に地震力を伝達する地震力伝達部として機能する。具体的には、各斜材３０は、鋼板等によって板状に形成されている。これらの斜材３０は、対角する架構１０の隅部１０Ｋ１，１０Ｋ２に、対を成すように配置されている。

なお、以下では、対角する一方の隅部１０Ｋ１，１０Ｋ２に設けられた一対の斜材３０を一対の斜材３０Ｘとし、対角する他方の隅部１０Ｋ１，１０Ｋ２に設けられた一対の斜材３０を斜材３０Ｙとして、区別して説明する場合がある。また、本実施形態では、一対の斜材３０Ｘと一対の斜材３０Ｙとが同様の構成とされている。そのため、以下では、一対の斜材３０Ｘの構成について説明し、一対の斜材３０Ｙの構成については説明を適宜省略する。

図２に示されるように、一対の斜材３０Ｘのうち一方の斜材３０Ｘは、架構１０の上側の隅部１０Ｋ１（上隅部）において、柱１２と梁１４とに斜めに架設されている。具体的には、斜材３０Ｘは、上側の隅部１０Ｋ１において、柱１２及び梁１４に対して傾斜した状態で配置されている。この斜材３０Ｘの一端部（下端部）は、柱１２の内側面１２Ｓにおける梁１４側に溶接等によって接合されている。また、斜材３０Ｘの他端部（上端部）は、梁１４の下面１４Ｌにおける柱１２側に溶接等によって接合されている。この斜材３０Ｘによって、柱１２と梁１４とを接続することにより、柱１２と梁１４との接合部（ピン接合部）の剛性が高められている。なお、斜材３０Ｘは、柱１２及び梁１４と共に三角形状の空間３２を区画している。

図１に示されるように、一対の斜材３０Ｘのうち他方の斜材３０Ｘは、架構１０の下側の隅部１０Ｋ２（下隅部）において、柱１２と梁１４とに斜めに架設されている。具体的には、斜材３０Ｘは、下側の隅部１０Ｋ２において、柱１２及び下の梁１４に対して傾斜した状態で配置されている。この斜材３０Ｘの一端部（上端部）は、柱１２の内側面１２Ｓにおける梁１４側に溶接等によって接合されている。また、斜材３０Ｘの他端部（下端部）は、梁１４の上面１４Ｕにおける柱１２側に溶接等によって接合されている。この斜材３０Ｘによって柱１２と梁１４とを接続することにより、柱１２と梁１４との接合部（ピン接合部）の剛性が高められている。なお、斜材３０Ｘは、柱１２及び梁１４と共に三角形状の空間３２を区画している。

図２に示されるように、一対の斜材３０Ｘは、柱１２（柱１２の材軸方向）に対して所定の傾斜角度θで傾斜する接触面３０Ｔを有している。接触面３０Ｔは、柱１２に対して、例えば４０°～５０°で傾斜している（４０°≦θ≦５０°）。また、斜材３０Ｘには、後述するボルト部材５０が挿入される貫通孔３４が形成されている。なお、接触面３０Ｔの傾斜角度θは、４０°～５０°が好ましく、略４５°がより好ましい。

架構１０の中央部には、一対の柱１２、上下の梁１４、一対の斜材３０Ｘ、及び一対の斜材３０Ｙによって区画された八角形状の開口３６が形成されている。この開口３６内には、木質壁４０が設けられている。なお、開口３６の内周面は、一対の柱１２の内側面１２Ｓ、上の梁１４の下面１４Ｌ、下の梁１４の上面１４Ｕ、各斜材３０Ｘ，３０Ｙの接触面３０Ｔによって形成されている。

（木質壁）
木質壁４０は、架構１０の構面内に設けられ、耐震壁や耐力壁として機能する。この木質壁４０は、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber）やＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）、集成材、合板等の木質面材（木質パネル材）によって壁状に形成されている。

木質壁４０は、架構１０の開口３６の形状に応じて、正面視にて八角形状に形成されている。この木質壁４０は、架構１０の開口３６内に嵌め込まれており、一対の斜材３０Ｘ間に配置されるとともに、一対の斜材３０Ｙ間に配置されている。

木質壁４０は、左右の側端面４０Ｓと、上下の上端面４０Ｕ及び下端面４０Ｌと、各角部の角端面４０Ｃとを有している。木質壁４０の側端面４０Ｓは、柱１２の内側面１２Ｓに沿って配置されている。この木質壁４０の側端面４０Ｓと柱１２の内側面１２Ｓとは、接合されておらず、地震時に相対変位可能とされている。また、木質壁４０の上端面４０Ｕは、上の梁１４の下面１４Ｌに沿って配置されている。この木質壁４０の上端面４０Ｕと上の梁１４の下面１４Ｌとは、接合されておらず、相対変位可能とされている。これと同様に、木質壁４０の下端面４０Ｌは、下の梁１４の上面１４Ｕに沿って配置されている。この木質壁４０の下端面４０Ｌと下の梁１４の上面１４Ｕとは、接合されておらず、地震時に相対変位可能とされている。

木質壁４０の角端面４０Ｃは、斜材３０Ｘの接触面３０Ｔに面接触された状態で、すなわち斜材３０Ｘの接触面３０Ｔに重ねられた状態で、斜材３０に接合されている。具体的には、図２に示されるように、木質壁４０の角部には、ラグスクリューボルト等の２本のボルト部材５０が、角端面４０Ｃから突出しないように埋設されている。

各ボルト部材５０の頭部には、ネジ孔５２が形成されている。このネジ孔５２に、斜材３０Ｘの貫通孔３４を介してボルト３８をそれぞれ締め込むことにより、角端面４０Ｃに斜材３０Ｘの接触面３０Ｔが面接触した状態で接合されている。また、ボルト部材５０によって、斜材３０Ｘと木質壁４０とが引張力を伝達可能に接合されている。

なお、木質壁４０の角端面４０Ｃと斜材３０Ｘの接触面３０Ｔとは、直接的に面接触させても良いし、シート材やプレート材等の他の部材を介して間接的に面接触させても良い。また、ボルト部材５０は、引張材の一例である。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る架構補強構造２０によれば、架構１０の対角する一方の隅部１０Ｋ１，Ｋ２には、一対の斜材３０Ｘが設けられるとともに、対角する他方の隅部１０Ｋ１，Ｋ２には、一対の斜材３０Ｙが設けられている。各斜材３０Ｘ，３０Ｙは、架構１０の隅部１０Ｋ１，１０Ｋ２において、柱１２と梁１４とに斜めに架設されている。これにより、架構１０の剛性（せん断剛性）が高められる。

また、斜材３０Ｘ，３０Ｙによって架構１０の剛性を高めることにより、柱１２と梁１４とを、施工が容易なピン接合で接合することができる。したがって、柱１２と梁１４との接合部の施工性が向上する。

さらに、一対の斜材３０Ｘ間、及び一対の斜材３０Ｙ間には、木質壁４０が設けられている。この木質壁４０の各角部の角端面４０Ｃには、斜材３０Ｘ又は斜材３０Ｙの接触面３０Ｔが面接触されている。これにより、例えば、図１に矢印Ｌで示されるように、地震時における架構１０のせん断変形に伴って一対の斜材３０Ｘの間隔が狭くなったときに、一対の斜材３０Ｘの接触面３０Ｔから木質壁４０の角端面４０Ｃに地震力が伝達され、木質壁４０に圧縮ストラットＰが発生する。この圧縮ストラットＰによって、架構１０の対角する仕口部１２Ｊ間で地震力が伝達される。

ここで、前述したように、一対の斜材３０Ｘの接触面３０Ｔは、木質壁４０の角端面４０Ｃにそれぞれ面接触されている。これにより、地震時における架構１０のせん断変形に伴って一対の斜材３０Ｘの間隔が狭くなったときに、一対の斜材３０Ｘの接触面３０Ｔから木質壁４０の角端面４０Ｃに地震力が圧縮力として効率的に伝達される。

これと同様に、図１に矢印Ｒで示されるように、地震時における架構１０のせん断変形に伴って一対の斜材３０Ｙの間隔が狭くなったときには、一対の斜材３０Ｙの接触面３０Ｔから木質壁４０の角端面４０Ｃに地震力が圧縮力として効率的に伝達される。

このように本実施形態では、各斜材３０Ｘ，３０Ｙによって架構１０の剛性を高めつつ、各斜材３０Ｘ，３０Ｙから木質壁４０の角端面４０Ｃに地震力を圧縮力として効率的に伝達することができる。したがって、架構１０の補強効率を高めることができる。

また、各斜材３０Ｘ，３０Ｙは、ボルト部材５０によって木質壁４０に引張力を伝達可能に接合されている。これにより、例えば、図１に矢印Ｌで示されるように、地震時における架構１０のせん断変形に伴って一対の斜材３０Ｙの間隔が広くなったときに、一対の斜材３０Ｙからボルト部材５０を介して木質壁４０に引張力Ｆが伝達される。

これと同様に、図１に矢印Ｒで示されるように、地震時における架構１０のせん断変形に伴って一対の斜材３０Ｘの間隔が広くなったときに、一対の斜材３０Ｘからボルト部材５０を介して木質壁４０に引張力が伝達される。したがって、架構１０の補強効率をさらに高めることができる。

ここで、比較例として、架構１０に斜材３０Ｘ，３０Ｙを設けずに、架構１０の構面内に正面視にて四角形状の木質壁を設け、木質壁の左右の側端面を一対の柱１２にボルト部材によってそれぞれ接合するとともに、木質壁の上端面及び下端面を上下の梁１４にボルト部材によってそれぞれ接合することが考えられる。

しかしながら、この場合、架構１０がせん断変形すると、柱１２又は梁１４の材軸方向に沿ったせん断力がボルト部材に作用し、ボルト部材が破断する可能性がある。また、ボルト部材が破断しないように、ボルト部材の本数を増やすことが考えられるが、この場合、ボルト部材の施工に手間がかかる。

これに対して本実施形態では、斜材３０Ｘ，３０Ｙと木質壁４０とがボルト部材５０によって接合されている。この斜材３０Ｘ，３０Ｙの接触面３０Ｔ及び木質壁４０の角端面４０Ｃは、柱１２に対して所定の傾斜角度θで傾斜されている。これにより、ボルト部材５０に作用するせん断力が低減される。

また、架構１０がせん断変形したときに、一対の斜材３０Ｘから木質壁４０に伝達される地震力は、例えば、柱１２に対して略４５°の向きで伝達される。この地震力の伝達方向と略直交するように、斜材３０Ｘの接触面３０Ｔ及び木質壁４０の角端面４０Ｃの傾斜角度θを例えば４５°（θ＝４５°）に調整することにより、ボルト部材５０に作用するせん断力がさら低減される。したがって、ボルト部材５０の破断が抑制される。

また、本実施形態では、斜材３０と木質壁４０との間で地震力（圧縮力及び引張力）を伝達する。そのため、木質壁４０の側端面４０Ｓ、上端面４０Ｕ、及び下端面４０Ｌと、柱１２及び梁１４とを非接合にすることができる。したがって、木質壁４０の施工性が向上する。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

＜第一変形例＞
図３に示される第一変形例では、架構１０の隅部１０Ｋ１において、柱１２、梁１４、及び斜材３０で区画された三角形状の空間３２に、斜材３０を補強する補強プレート６０が設けられている。なお、補強プレート６０は、補強材の一例である。

補強プレート６０は、鋼板等によって形成されている。また、補強プレート６０は、前述した空間３２の形状に応じた三角形状に形成されており、空間３２に嵌め込まれている。この補強プレート６０の外周部は、柱１２の内側面１２Ｓ、梁１４の下面１４Ｌ、及び斜材３０の外面３０Ｇに溶接等によってそれぞれ接合されている。この補強プレート６０によって、斜材３０Ｘが補強（補剛）されている。

このように補強プレート６０によって斜材３０Ｘを補強することにより、架構１０の剛性（せん断剛性）がさらに高められる。さらに、地震時に架構１０がせん断変形したときに、斜材３０と木質壁４０との間で地震力（圧縮力及び引張力）がより効率的に伝達される。したがって、架構１０の補強効率をさらに高めることができる。

なお、補強プレート６０は、溶接に限らず、例えば、ボルト等によって柱１２、梁１４、及び斜材３０に接合しても良い。また、補強プレート６０は、柱１２、梁１４、及び斜材３０の少なくとも１つに接合することができる。また、補強プレート６０の形状は、適宜変更可能である。

＜第二変形例＞
次に、図４及び図５に示される第二変形例では、柱１２に斜材３０Ｘが予め一体化されている。具体的には、柱１２の内側面１２Ｓには、柱側フランジ部７０及び斜材３０Ｘが設けられている。柱側フランジ部７０及び斜材３０Ｘは、鋼板等によって形成されている。

柱側フランジ部７０は、柱１２の内側面１２Ｓから張り出している。また、柱側フランジ部７０の上面には、梁１４の下のフランジ部１４Ａが載置される。この柱側フランジ部７０と梁１４の下のフランジ部１４Ａとは、ボルト７２及びナット７３によって接合される。

斜材３０Ｘは、柱側フランジ部７０の下に配置されている。また、斜材３０Ｘは、柱側フランジ部７０の張出し方向の先端部と、柱１２の内側面１２Ｓとに斜めに架設されている。この斜材３０Ｘの接触面３０Ｔには、木質壁４０の角端面４０Ｃがボルト部材５０によって接合される。また、斜材３０Ｘは、柱側フランジ部７０及び柱１２と共に三角形状の空間７６を区画している。この空間７６には、補強プレート６０が設けられている。

このように本変形例では、柱１２に柱側フランジ部７０及び斜材３０Ｘが予め設けられる。これにより、柱側フランジ部７０の上に梁１４を載せ掛けた状態で、梁１４の端部を柱１２の仕口部１２Ｊに接合することができる。したがって、梁１４の施工性が向上する。

また、柱側フランジ部７０をボルト７２及びナット７３によって梁１４の下のフランジ部１４Ａに接合することにより、梁１４に斜材３０Ｘを容易に接合することができる。

さらに、柱１２に斜材３０Ｘを予め設けることにより、柱１２に木質壁４０を取り付けた後に、梁１４を施工することができる。したがって、柱１２と梁１４を接合した後に、架構１０の構面内に木質壁４０を設置（横入れ）する場合と比較して、木質壁４０の施工性が向上する。

なお、木質壁４０は、柱１２と梁１４とを接合した後、架構１０の構面内に設置することも可能である。また、柱側フランジ部７０と梁１４の下のフランジ部１４Ａとは、ボルト７２及びナット７３に限らず、溶接等によって接合しても良い。

＜第三変形例＞
次に、図６に示される第三変形例では、梁１４に斜材３０Ｘが予め一体化されている。具体的には、梁１４の下面１４Ｌには、斜材３０Ｘ、補強プレート６０、及び梁側フランジ部８０が設けられている。

梁側フランジ部８０は、鋼板等によって形成されており、斜材３０Ｘ及び補強プレート６０を介して梁１４の下面１４Ｌに取り付けられている。また、梁側フランジ部８０は、梁１４から下方へ延出されている。この梁側フランジ部８０は、柱１２の内側面１２Ｓに重ねられた状態で、ボルト８２及びナット８４によって柱１２に接合される。

斜材３０Ｘは、梁１４の下に配置されている。また、斜材３０Ｘは、梁側フランジ部８０の張出し方向の先端部（下端部）と、梁１４の下面１４Ｌとに斜めに架設されている。この斜材３０Ｘの接触面３０Ｔには、木質壁４０の角端面４０Ｃがボルト部材５０によって接合される。また、斜材３０Ｘは、梁側フランジ部８０及び梁１４と共に三角形状の空間８６を区画している。この空間８６には、補強プレート６０が設けられている。

このように梁１４に斜材３０Ｘを予め設けることにより、梁１４に木質壁４０に取り付けた状態で、梁１４及び木質壁４０を一体に建て込むことができる。したがって、木質壁４０の施工性が向上する。

また、梁１４には、梁側フランジ部８０が予め設けられている。この梁側フランジ部８０を柱１２のフランジ部１２Ａにボルト８２及びナット８４によって接合することにより、梁側フランジ部８０を介して斜材３０Ｘの一端部を柱１２に容易に取り付けることができる。

なお、木質壁４０は、柱１２と梁１４とを接合した後、架構１０の構面内に設置（横入れ）することも可能である。また、梁側フランジ部８０と柱１２のフランジ部１２Ａとは、ボルト８２等に限らず、溶接等によって接合しても良い。

＜他の変形例＞
上記実施形態では、引張材がボルト部材５０とされるが、引張材は、例えば、アンカー部材等であっても良い。また、引張材は、必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。

また、上記実施形態では、木質壁４０の上端面４０Ｕ、下端面４０Ｌ、及び側端面４０Ｓが柱１２又は梁１４と非接合とされるが、上端面４０Ｕ、下端面４０Ｌ、側端面４０Ｓは、柱１２又は梁１４に接合しても良い。

また、上記実施形態では、架構１０の各隅部１０Ｋ１，１０Ｋ２に斜材３０Ｘ，３０Ｙが設けられるが、架構１０には、少なくとも一対の斜材３０Ｘ（又は一対の斜材３０Ｙ）を設けることができる。

また、上記実施形態では、水平部材が梁１４とされるが、水平部材は、例えば、床スラブ等であっても良い。

また、上記実施形態では、柱１２及び梁１４が鉄骨造とされるが、柱及び梁は、例えば、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造、木質構造等であっても良い。なお、柱及び梁の少なくとも一方が木質部材（木質柱、木質梁）の場合に、柱及び梁の接合部を剛接合にすることが難しく、ピン接合になり易い。このような場合、上記実施形態は特に有効である。

以上、本発明の一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 架構
１０Ｋ１ 隅部
１０Ｋ２ 隅部
１２ 柱
１４ 梁（水平部材）
２０ 架構補強構造
３０ 斜材
３０Ｔ 対向面
３０Ｘ 斜材
３０Ｙ 斜材
３２ 空間
４０ 木質壁
４０Ｃ 角端面（端面）
５０ ボルト部材（引張材）
６０ 補強プレート（補強材）
７６ 空間
８６ 空間

Claims (3)

1. 一対の柱と、一対の前記柱に架設される上下の水平部材と、を有する架構と、
   対角する前記架構の隅部にそれぞれ設けられ、前記柱と前記水平部材とに架設される一対の斜材と、
   前記架構の構面内に設けられ、対角する角部にそれぞれ形成された角端面に一対の前記斜材がそれぞれ面接触される木質壁と、
   を備える架構補強構造。
2. 前記斜材と前記木質壁とを接合する引張材を備える、
   請求項１に記載の架構補強構造。
3. 前記柱、前記水平部材、及び前記斜材で区画された空間内に、補強材が設けられる、
   請求項１又は請求項２に記載の架構補強構造。

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