JP7252833B2 - トラス屋根構造及び木造建築物 - Google Patents

Description

本発明は、在来の造軸組工法建築物にトラス屋根構造を適用した木造建築物に関するものであり、特に、屋根水平構面の許容せん断耐力についての改良に関する。

木造建築の屋根構造としては、例えば、図４(A)に示すものがある。同図において、梁１０，１２，１４がほぼ平行に設けられており、それらにほぼ直交して梁１６，１８，・・・が設けられている。これらの梁１０～１８，・・・は、柱２０，２２，２４，２６，・・・によって支えられている。梁１０と梁１６の角部内側には火打ち（筋交い）３０が斜めに設けられており、梁１４と梁１６の角部内側には火打ち３２が斜めに設けられている。梁１６，１８，・・・には、複数の束５４が適宜の間隔で垂直方向に設けられている。束５４の上端に、梁１０，１２，１４の方向に棟木５５，母屋５６が設けられている。そして、これら棟木５５，母屋５６と直交する方向に垂木６０が適宜の間隔で多数設けられている。束５４を、中心から両端の梁１０，１４に向かって長さが順次小さくなるようにすることで、垂木６０に勾配が生じ、これが屋根の勾配となる。

前記垂木６０の上には、野地板（図示せず）が設けられる。また、上述した梁１６，１８，・・・の下側に、天井板が設けられる。これにより、火打ち３０，３２，束５４，棟木５５，母屋５６などの天井裏の部分が、部屋側から見て隠れるようになる。

これに対し、図４(B)に示すようなトラス構造の屋根ユニットが知られている。同図はフィンクトラスの例で、トラス架構１００は、上弦材１０２，下弦材１０４と、それらを支えるウェブ材１０６によって構成されている。上弦材１０２，下弦材１０４，ウェブ材１０６の接合は、例えばネイルプレート（図示せず）によって行われる。なお、軒の出は図示していないが、必要に応じて設けられる。トラス架構１００は、前記梁１０，１２，１４の方向に、適宜の間隔で多数配置される。このようなトラス架構の例としては、例えば下記特許文献１に開示されたものがある。

特開平９－２２８４７６号公報

ところで、従来は、火打ちやブレースを使用して強度を高め、これによって屋根水平構面の許容せん断耐力を得るようにしていた。これに対し、トラス架構で必要な屋根水平構面の許容せん断耐力を得ることができれば、火打ちやブレースを省略することができるといった利点が生ずる。

本発明は、以上のような点に着目したもので、その目的は、トラス構造の屋根ユニットに対してせん断力を負担させることで、必要な屋根水平構面の許容せん断耐力を得ることである。他の目的は、火打ちやブレースを省略することができる木造建築物を提供することである。

本発明のトラス屋根構造は、横架材の上に複数のトラス架構が並列に設けられたトラス屋根構造であって、前記トラス架構の間に転び止めを設けて前記横架材に緊結し、前記トラス架構に直交する内部の横架材上に小屋組内耐力壁を設けて前記横架材に緊結し、前記トラス架構の上弦材に構造用合板を止付けることで、水平せん断力が前記トラス架構を介して前記構造用合板に伝達されるようにしたことを特徴とする。

主要な形態の一つによれば、前記トラス架構は、上弦材，ウェブ材，下弦材を含んでおり、前記横架材と前記下弦材及び小屋組内耐力壁との接合をビス又はくぎによって行ったことを特徴とする。他の形態によれば、前記転び止めをねじくぎにより前記横架材に緊結したことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記トラス架構の下弦材に天井ボードを止付け、前記水平せん断力が前記下弦材も介して前記天井ボードに伝達されるようにしたことを特徴とする。更には、前記トラス架構の上弦材，ウェブ材，下弦材としてツーバイ材を使用したことを特徴とする。

本発明の木造建築物は、前記いずれかのトラス屋根構造に水平せん断力を負担させることで、火打ちないしブレースの少なくとも一方を省略したことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、転び止め，小屋組内耐力壁，構造用合板などを設け、更に木ねじなどを利用して緊結することで、屋根水平構面に作用した水平せん断力が横架材に伝達されるようになり、トラス屋根構造に水平せん断力を負担させることができる。このため、火打ちやブレースを省略することができる。

本発明の一実施例における屋根構造を示す主要斜視図である。 前記実施例におけるトラス並列方向の水平せん断力の伝達の様子を示す図である。 前記実施例におけるトラス並列方向と直交する方向の水平せん断力の伝達の様子を示す図である。 従来の木造建築構造の一例を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１～図３を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。図１には、本実施例に係る屋根構造の一例が示されている。同図において、トラス屋根構造２００は、平行に設けられた複数の横架材（桁）２０２，２０４，２０６の上に、上述したトラス架構１００が複数配列された構造となっている。トラス架構１００の端の間には、前記横架材２０２，２０６上に転び止め２１０が設けられており、トラス架構１００に直交する内部耐力壁線上（内部の横架材２０４上）には、前記横架材２０４の上に小屋組内耐力壁２２０が設けられている。また、上弦材１０２の上には、構造用合板２３０が複数互い違いに取り付けられており、下弦材１０４には、天井ボードとしてせっこう（石膏）ボード２４０が取り付けられている。加えて、妻面にも、構造用合板２３０が妻面耐力要素として取り付けられている。

以上の各部のうち、下弦材１０４と横架材２０２，２０６は、例えば矢印ＦＡで示すように、木ねじ（ねじくぎ）の斜め打ち（１か所当たり２本）によって緊結されている。横架材２０４，２０６と転び止め２１０は、例えば矢印ＦＢで示すように、木ねじの斜め打ち（１か所当たり４本）によって緊結されている。上弦材１０２と構造用合板２３０は、例えば矢印ＦＣで示すように、鉄丸くぎによって止付けられている。鉄丸くぎの間隔は、必要な耐力が得られる間隔とし、例えば、７５ｍｍ～３００ｍｍ間隔とする。下弦材１０４とせっこうボード２４０は、例えば矢印ＦＤで示すように、ビスで止付けられている。ビスの間隔は、必要な耐力が得られる間隔とし、例えば、１５０ｍｍ～３００ｍｍ間隔とする。

以上のような構造とした場合、水平せん断力は、図２ないし図３に示すようにトラス屋根構造に伝達する。まず、図２には、矢印ＦＰで示すトラス並列方向の水平せん断力の伝達の様子が示されている。矢印ＦＰで示す水平せん断力は、矢印ＦＰ１で示すように転び止め２１０に伝達し、転び止め２１０から上弦材１０２や下弦材１０４に伝達する。矢印ＦＰ２で示す上弦材１０２に伝達した水平せん断力は、矢印ＦＰ３で示すように、面材である構造用合板２３０に伝達する。妻面でも、同様に、構造用合板２３０に伝達する。一方、矢印ＦＰ４で示す下弦材１０４に伝達した水平せん断力は、矢印ＦＰ５で示すように、面材であるせっこうボード２４０に伝達する。

一方、図３には、矢印ＦＳで示すトラス並列方向に直交する方向の水平せん断力の伝達の様子が示されている。矢印ＦＳで示す水平せん断力は、矢印ＦＳ１で示すように上弦材１０２に伝達し、更に矢印ＦＳ２で示すように、上弦材１０２から構造用合板２３０に伝達する。一方、矢印ＦＳ３で示す下弦材１０４に伝達した水平せん断力は、矢印ＦＳ４で示すように、面材であるせっこうボード２４０に伝達する。

このように、本実施例によれば、トラス架構１００と横架材２０２等との緊結を、
ａ，桁行方向に平行な内部耐力壁線には、小屋組内耐力壁２２０を設け、
ｂ，梁間方向に平行な耐力壁線には、トラス架構１００の面内せん断性能により、
屋根水平構面のせん断力を耐力壁線上の横架材２０２等に伝達させる。すなわち、水平せん断力は、上述した鉄丸くぎ，木ねじ，ビスの作用により、トラス架構１００を介して、いずれも構造用合板２３０やせっこうボード２４０に伝達されるようになり、構造用合板２３０やせっこうボード２４０が水平構面として作用するようになる。

次に、上記実施例のトラス屋根構造による許容せん断耐力の計算例を示す。以下の例は、次のような条件を前提としている。

(1) 鉄丸くぎ及びビスのせん断データは、例えば、以下の表１の通りとする。

(2)下弦材端部及び転び止め接合部のせん断性能は、例えば、以下の表２の通りとする。

(3)面材のせん断弾性係数については、
ａ，構造用合板２３０のせん断弾性係数ＧBは、４０．０（ｋＮ／ｃｍ^２）を用いる。
ｂ，せっこうボード２４０のせん断弾性係数ＧBは、７０．０（ｋＮ／ｃｍ^２）を用いる。
(4)上弦材１０２，下弦材１０４のヤング係数については、例えば、ＳＰＦ甲種２級，ヤング係数Ｅ＝９６００（Ｎ／ｍｍ^２）とする。

次に、計算式の一例を示す。
(1)屋根水平構面（屋根構造の全体であり、構造用合板２３０の面とせっこうボード２４０の面の合算）を水平投影したときの単位長さ当たりの許容せん断耐力ΔＱa［kN/cm］は、次の数１式による。

(2)屋根水平構面の勾配面の単位長さ当たりの降伏耐力Ｐy［kN/cm］は、次の数２式による。

(3)屋根水平構面の単位長さ当たりのせん断剛性ＫR［kN/rad・cm］は、次の数３式による。

(4)上弦材１０２の転びによる剛性Ｋy［kN/cm］は、次の数４式による。

(5)屋根水平構面の勾配面単位長さ当たりの終局耐力Ｐu［kN/cm］は、次の数５式による。

(6)屋根水平構面の塑性率μは、次の数６式による。

以上の計算を行った結果、図１の屋根構造における屋根水平構面のせん断性能は、以下の表３のとおりとなり、法令で要求される基準を満たした適切なものであることが判明している。

このように、本実施例によれば、
(1)トラス架構１００の間であって横架材２０２，２０６上に転び止め２１０を設けて、木ねじの斜め打ちによって固定し、
(2)トラス架構１００に直交する内部耐力壁線上であって横架材２０４の上に、小屋組内耐力壁２２０を設け、
(3)上弦材１０２の上には鉄丸くぎによって構造用合板２３０を取り付け、下弦材１０４にはビスによってせっこうボード２４０を取り付けている。
(4)以上のような構造とすることで、水平せん断力は、トラス架構１００を介して、いずれも構造用合板２３０やせっこうボード２４０に伝達されるようになる。
(5)これにより、トラス屋根構造に水平せん断力を負担させて計算できるようになる。
(6)従って、トラス屋根構造において、火打ちやブレースを省略することも可能となる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した構造や数値は一例であり、何らそれに限定されるものではない。
(2)屋根の構造としては、切妻，寄棟，片流れなど、各種の種類があるが、いずれであっても、本発明は適用可能である。なお、前記実施例では、トラス要素と横部材２０２，２０４，２０６との緊結を、桁行方向と梁間方向で異なる仕様としており、桁行方向は、トラス架構１００に転び止め２１０を設けて木ねじで緊結するとしたが、片流れ屋根の場合は、妻面耐力要素である構造用合板２３０と同仕様の壁を設けるようにする。また、梁間方向は、切妻屋根及び流れ屋根の場合は、妻面耐力要素を設けて鉄丸くぎで緊結し、寄棟屋根の場合は転び止め２１０を設け、木ねじで横架材２０２等に緊結する。
(3)前記実施例では、面内せん断力に対する耐力要素として、構造用合板２３０と、せっこうボード２４０を併用したが、構造用合板２３０のみを用いるようにしてもよい。また、せっこうボード２４０の代わりに強化ボードその他の天井ボードを用いるようにしてもよい。
(4)屋根ユニットのトラス構造としては、上述したフィンクトラスの他にシザートラス,アティックトラスなど、各種のものが知られており、いずれを適用してもよい。
(5)上弦材，ウェブ材，下弦材などの木材としては、ＳＰＦやホワイトウッドなど、公知の各種のものを使用してよい。また、サイズとしては、ツーバイ材を用いるようにしてよい。

本発明によれば、転び止め，小屋組内耐力壁，構造用合板等を設け、更に木ねじ等を利用して緊結することで、屋根水平構面に作用したせん断力が構造用合板等に伝達されるようになり、トラス屋根構造に水平せん断力を負担させることができる。このため、火打ちやブレースを省略することができ、在来の木造軸組工法建築物にトラス屋根構造を適用した木造建築物に好適である。

１００：トラス架構
１０２：上弦材
１０４：下弦材
１０６：ウェブ材
２００：トラス屋根構造
２０２，２０４，２０６：横架材
２１０：転び止め
２２０：小屋組内耐力壁
２３０：構造用合板
２４０：せっこうボード

Claims (6)

1. 横架材の上に複数のトラス架構が並列に設けられたトラス屋根構造であって、
   前記トラス架構の間に転び止めを設けて前記横架材に緊結し、
   前記トラス架構に直交する内部の横架材上に小屋組内耐力壁を設けて前記横架材に緊結し、
   前記トラス架構の上弦材に構造用合板を止付けることで、
   水平せん断力が前記トラス架構を介して前記構造用合板に伝達されるようにしたことを特徴とするトラス屋根構造。
2. 前記トラス架構は、上弦材，ウェブ材，下弦材を含んでおり、
   前記横架材と前記下弦材及び小屋組内耐力壁との接合をビス又はくぎによって行ったことを特徴とする請求項１記載のトラス屋根構造。
3. 前記転び止めをねじくぎにより前記横架材に緊結したことを特徴とする請求項１又は２記載のトラス屋根構造。
4. 前記トラス架構の下弦材に天井ボードを止付け、前記水平せん断力が前記下弦材を介して前記天井ボードに伝達されるようにしたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のトラス屋根構造。
5. 前記トラス架構の上弦材，ウェブ材，下弦材としてツーバイ材を使用したことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のトラス屋根構造。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載のトラス屋根構造に水平せん断力を負担させることで、火打ちないしブレースの少なくとも一方を省略したことを特徴とする木造建築物。

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