(57)【要約】【課題】木質構造部材の軸方向又は軸方向と直交する方向の強度を上げる。【解決手段】木質構造部材１００は、木質部材１１０と、木質部材１１０の軸方向に貫通する複数の孔５２に充填されたモルタルＳが硬化して形成され木質部材１１０よりも高強度の補強部５０と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質部材と、
前記木質部材の軸方向又は軸方向と直交する方向に貫通する複数の孔に充填された充填材が硬化して形成され、前記木質部材よりも高強度の補強部と、
を備えた木質構造部材。
【請求項２】
前記充填材には、繊維が混入されている、
又は、
前記補強部には、芯材が設けられている、
請求項１に記載の木質構造部材。
【請求項３】
木質梁の上に柱が接合された仕口部と、
前記仕口部における前記木質梁の梁成方向に貫通する複数の孔に充填された充填材が硬化して形成された前記木質梁よりも高強度の補強部と、
を備えた仕口部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質構造部材及び仕口部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、角材や丸材など長手の木質部材に固有の質感を確保しつつ、これと直交する方向の剪断耐力を増すようにした、木質部材の補強構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、木質部材の長手方向に沿って、スリットを形成し、該スリット内に補強板を挿入して埋設するとともに、該補強板と直交して木質部材の側面よりこれを貫通する複数のタッピングネジ等の金属接合具を打込んで木質部材内部に補強板を固定している。
【０００３】
特許文献２には、木質部材の脆弱部分を補強するための補強テープに関する技術が開示されている。この先行技術の補強テープは、脆弱部分における木質部材と略同等のヤング率を有する木材の木質繊維を枚葉に形成されて成る可撓性の基材と、該基材に含浸された熱硬化性樹脂から成る接着剤と、を具備することを特徴としている。
【０００４】
特許文献３には、耐火性を有する木質の構造部材に関する技術が開示されている。この先行技術では、木質部材に形成された貫通孔の周囲に作用するせん断力を負担する鋼板又は繊維補強シートを心材に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８２７０２号公報
【特許文献２】特開２００８−３０７７２５号公報
【特許文献３】特開２０１６−６５４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、先行技術は、木質部材の脆弱部分等に鋼板や補強シートを設けて補強する技術であり、木質部材の軸方向又は軸方向と直交する方向の強度をあげる技術ではない。
【０００７】
本発明は、上記事実に鑑み、木質構造部材の軸方向又は軸方向と直交する方向の強度を上げることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第一態様は、木質部材と、前記木質部材の軸方向又は軸方向と直交する方向に貫通する複数の孔に充填された充填材が硬化して形成され、前記木質部材よりも高強度の補強部と、を備えた木質構造部材である。
【０００９】
第一態様では、軸方向又は軸方向と直交する方向に貫通する複数の孔に充填された充填材が硬化して形成された木質部材よりも高強度の補強部を木質部材に設けることで、軸方向又は軸方向と直交する方向の強度が容易に向上する。よって、軸方向又は軸方向と直交する方向に作用する圧縮力や曲げ変形に対する強度が高い木質構造部材となる。
【００１０】
第二態様は、前記充填材には、繊維が混入されている、又は、前記補強部には、芯材が設けられている、第一態様に記載の木質構造部材である。
【００１１】
第二態様では、充填材に繊維が混入されている、又は、補強部に芯材が設けられているので、木質構造部材に圧縮力や曲げ変形が作用した際の補強部の割れ等の破損が防止又は抑制される。
【００１２】
第三態様は、木質梁の上に柱が接合された仕口部と、前記仕口部における前記木質梁の梁成方向に貫通する複数の孔に充填された充填材が硬化して形成された前記木質梁よりも高強度の補強部と、を備えた仕口部構造である。
【００１３】
第三態様では、仕口部における木質梁の梁成方向に貫通する複数の孔に充填された充填材が硬化して形成された木質梁よりも高強度の補強部によって、木質梁の梁成方向の圧縮強度が高くなる。よって、木質梁によって柱の軸力が効果的に伝達される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、木質構造部材の軸方向又は軸方向と直交する方向の強度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態の木質構造部材の端面図である。
【図２】第一実施形態の木質構造部材の部分断面斜視図である。
【図３】第一実施形態の木質構造部材の製造工程図である。
【図４】第一実施形態の変形例の補強部の木質構造部材の端面図である。
【図５】（Ａ）は図４の変形例の補強部の木質構造部材において木質部材にモルタルを充填する前の図であり、（Ｂ）は（Ａ）の軸方向と直交する断面の拡大断面図である。
【図６】（Ａ）は図４の一方の端部の軸方向に沿った断面の拡大断面図であり、（Ｂ）は他方の端部の軸方向に沿った断面の拡大断面図である。
【図７】第一実施形態の変形例の円柱状の木質構造部材の端面図である。
【図８】第一実施形態の木質構造部材の変形例の製造工程図である。
【図９】図７の木質構造部材製造工程図である。
【図１０】第一実施形態の木質構造部材の変形例の製造工程図である。
【図１１】第二実施形態の建物の構造を模式的に示す立面図である。
【図１２】（Ａ）は図１１の建物の建物下部を構成する木質梁の要部の上面図であり、（Ｂ）は図１１の建物の建物下部の仕口部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の木質構造部材について説明する。
【００１７】
［構造］
先ず、木質構造部材の構造について説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、木質構造部材１００は、柱又は梁として使用可能な角柱状の木材である。なお、図２に示すように、角柱の軸方向（長手方向）を矢印Ｇで示す。
【００１９】
木質構造部材１００は、角柱状の木質部材１１０と、木質部材１１０の内部に軸方向に沿って形成された複数の円柱状の補強部５０と、で構成されている。本実施形態の木質部材１１０は、無垢材で構成され、木目方向は軸方向に沿っている。
【００２０】
補強部５０は、木質部材１１０を軸方向に貫通する複数の断面円形の孔５２に充填された充填材の一例としてのモルタルＳが硬化することで形成されている。本実施形態では、モルタルＳには、繊維の一例としての炭素繊維が混入されている。この炭素繊維が混入されたモルタルＳが硬化して形成された補強部５０は、木質部材１１０よりも高強度である。
【００２１】
なお、木質構造部材１００の補強部５０は、図１における縦横に等間隔で九箇所に設けられているが、これに限定されない。補強部５０はどのように配置されていてもよい。
【００２２】
［製造方法］
次に、木質構造部材１００の製造方法の一例について説明する。
【００２３】
図３（Ａ）に示すように、無垢材で構成されている角柱状の木質部材１１０に、図３（Ｂ）に示すように、間隔をあけて複数の断面円形の孔５２を形成する。
【００２４】
図３（Ｃ）に示すように、孔５２に炭素繊維が混入されたモルタルＳを充填し、モルタルＳを硬化させることで複数の円柱状の補強部５０を形成する。
【００２５】
なお、本実施形態では、軸方向に貫通する孔５２は、無垢材の木質部材１１０に、冶具であけて形成している。
【００２６】
［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００２７】
軸方向（木目方向）に貫通する複数の孔５２に充填されたモルタルＳが硬化して形成された高強度の補強部５０を木質構造部材１００に設けることで、軸方向（木目方向）の全域が容易に高強度化する。よって、木質構造部材１００は、軸方向（木目方向）に作用する圧縮力や軸方向に対する曲げ変形に対する強度が高くなる。
【００２８】
また、モルタルＳには炭素繊維が混入されているので、木質構造部材１００に圧縮力や曲げ変形が作用した際の補強部５０の割れ等の破損が防止又は抑制される。
【００２９】
［変形例］
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００３０】
（補強部の変形例）
まず、補強部の変形例について説明する。
【００３１】
図４に示す木質構造部材１０３の補強部６０には、モルタルＵに芯材の一例としての炭素繊維棒６２が埋設された構造となっている。このように、補強部６０には炭素繊維棒６２を埋設されているので、木質構造部材１０３に圧縮力や曲げ変形が作用した際の補強部６０の割れ等の破損が防止又は抑制される。
【００３２】
なお、補強部６０（モルタルＵ）に炭素繊維棒６２を埋設させる方法は、どのような方法であってもよいが、次にその一例を説明する。
【００３３】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、炭素繊維棒６２に放射状（十字状）に腕部が延びるスペーサー７０を上下方向に間隔をあけて設けて、孔５２に挿入する。なお、スペーサー７１には腕部の根元が固定されるリング部材があり、そのリング部材に炭素繊維棒６２を挿通して接着剤等で固定している。
【００３４】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）の炭素繊維棒６２の一方の端部６２Ａに平面視放射状（十字状）の固定部材７２を取り付ける、
【００３５】
また、図５（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、炭素繊維棒６２の他方の端部６２Ｂに引張機構８０を設ける。
【００３６】
図６（Ｂ）に示すように、引張機構８０は、挿通孔８３が形成された第一部材８２と挿通孔８５が形成された第二部材８４とを有している。第一部材８２の凸状の第一ネジ部８６が、第二部材８４の凹状の第二ネジ部８８にねじ込まれている。炭素繊維棒６２は、第一部材８２及び第二部材８４の挿通孔８３、８５に挿通され、第二部材８４から突出した突出端には円盤部９０が設けられている。
【００３７】
そして、第二部材８４を回転させて引張機構８０の全長を伸張させることで、炭素繊維棒６２が孔５２の円中心位置に張られた状態となり、その状態で棒状の孔５２の一方の開口からモルタルＵを充填する。モルタルＵが硬化後に、固定部材７２及び引張機構８０を取り外すと共に炭素繊維棒６２の端部６２Ａ、６２Ｂを切断する。
【００３８】
なお、モルタルＵでなく、炭素繊維が混入されたモルタルＳを充填してもよい。
【００３９】
（全体形状の変形例）
次に、木質構造部材の全体形状の変形例について説明する。
【００４０】
図１及び図２に示す木質構造部材１００の全体形状は、角柱状であったが、これに限定されない。例えば、図７の木質構造部材１０２のように円柱状であってもよい。なお、木質構造部材１０２では、補強部５０は軸芯から放射状に延びる仮想線上に形成されている。
【００４１】
（製造方法の変形例）
次に、木質構造部材の製造方法の変形例について説明する。
【００４２】
軸方向に貫通する孔５２は、無垢材の木質部材１１０に冶具であけて形成しているが、これに限定されない。
【００４３】
図８（Ａ）のように断面半円形状の溝５３が形成された複数の木質材１１１Ａ、１１１Ｂを、図８（Ｂ）のように積層して接合し、孔５２が形成された木質部材１１０としてもよい。
【００４４】
また、図９（Ａ）のように断面半円形状の溝５３が形成された複数の断面扇状の木質材１１３を、図９（Ｂ）のように接合して孔５２が形成された円柱状の木質部材１１２（図７も参照）としてもよい。
【００４５】
更に、図１０（Ａ）のように軸方向に短い木質材１１５に軸方向に短い孔５５を形成し、図１０（Ｂ）のように複数の木質材１１５を軸方向に積層して接合し、複数の孔５５が繋がって孔５２となった木質部材１１０としてもよい。
【００４６】
＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態では、第一実施形態の木質構造部材１００で構成した木質柱と本実施形態の木質梁とで構成された仕口部構造が適用された建物について説明する。なお、水平方向の直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、それぞれ矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向をＺ方向とし、矢印Ｚで示す。また、図１２（Ｂ）の断面図では、図が煩雑になるのを避けるため、木質部分には断面を表す斜線（ハッチング）は省略している。
【００４７】
［構造］
図１１に示す建物１０は、建物下部１４は木造とされ、建物上部１２は非木造（鉄骨造や鉄筋コンクリート造）とされている。
【００４８】
木造の建物下部１４は、第一実施形態の木質構造部材１００（図１及び図２等）を木質柱２００、２０１として用いている。つまり、木質柱２００（後述する木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）及び木質柱２０１の内部には鉛直方向（軸方向、木目方向）に沿って補強部５０（図１２（Ｂ）、図１及び図２参照）が設けられている。なお、以降、本実施形態では、木質柱２００の補強部５０（図１２（Ｂ）、図１及び図２参照）を「柱側補強部５０」とする。
【００４９】
木質柱２００は、複数本（本実施形態で三本）の木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃで構成され、木柱２０２Ａと木柱２０２Ｂとの間及び木柱２０２Ｂと木柱２０２Ｃとの間に、それぞれ木質梁３００が配置され接合されている。
【００５０】
本実施形態の木質梁３００は、無垢材で構成され、木目方向は軸方向（梁長方向、Ｘ方向）に沿っている。木質梁３００における木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃとの接合部位である仕口部３５０には、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、軸方向と直交する方向である梁成方向（Ｚ方向）に沿って梁側補強部３２０が設けられている。
【００５１】
梁側補強部３２０は、木質部材３１０の梁成方向（Ｚ方向）に貫通する複数の断面円形の孔３２２に充填されたモルタルＳが硬化することで形成されている。炭素繊維が混入されたモルタルＳが硬化して形成された梁側補強部３２０は、木質梁３００の木質部材３１０（木質部分）よりも高強度である。
【００５２】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、木質梁３００の仕口部３５０の上下には凹部３５２が形成され、図１２（Ｂ）に示すように凹部３５２には軸力伝達部材の一例としての鋼製の支圧板３６０が接合されている。なお、支圧板３６０の木質梁３００への接合は、どのような方法であってもよい。例えば、ビスで接合してもよいし、接着剤で接合してもよい。また、上下の支圧板３６０が、ＰＣ鋼線等の連結材で連結されていてもよい。
【００５３】
本実施形態では、支圧板３６０が木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）とも接合されることで、木質梁３００と木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）とが接合されている。つまり、支圧板３６０が木質柱２００とは、支圧板３６０を介して接合されている。
【００５４】
支圧板３６０と木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）との接合は、どのような方法であってもよい。例えば、支圧板３６０に面外方向に突出するプレートやポールなどの突出部が設けられており、この突出部が木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）に形成された挿入部に挿入され、ドリフトピン等で接合されていてもよい。
【００５５】
なお、木質梁３００と木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）との接合は、どのような方法であってもよい。周知の木質梁と木質柱との接合方法を用いることができる。
【００５６】
［製造方法］
次に、木質梁３００の製造方法の一例について説明する。
【００５７】
木質梁３００の製造方法は、第一実施形態の木質構造部材１００の製造方法と同様に、木質部材３１０の仕口部３５０になる部位に複数の断面円形の孔３２２を形成してモルタルＳを充填し、モルタルＳを硬化させることで複数の円柱状の梁側補強部３２０を形成する。
【００５８】
なお、木質梁３００、３０１には、梁方向（軸方向、Ｘ方向）に沿った補強部５０（図２参照）が設けられていてもよい。
【００５９】
［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【００６０】
建物１０の建物下部１４を構成する木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）及び木質柱２０１には、軸方向（鉛直方向）に沿って柱側補強部５０が設けられ、軸方向の全域が容易に高強度化し、圧縮強度が高くなっている。よって、木質柱２００（木柱２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ）及び木質柱２０１は、建物上部１２の荷重を受ける耐力が確保されている。
【００６１】
また、木柱２０２Ａと木柱２０２Ｂの間及び木柱２０２Ｂと木柱２０２Ｃとの間にそれぞれ配置された木質梁３００の仕口部３５０には、梁側補強部３２０が設けられ、高強度化され、梁成方向の圧縮強度が高くなっている。よって、木質梁３００の仕口部３５０を介して軸力が効果的に伝達される。
【００６２】
なお、本実施形態では、木質梁３００の仕口部３５０の上下には、支圧板３６０が設けられている。よって、柱側補強部５０と梁側補強部３２０の軸芯が一致していなくても、支圧板３６０を介して軸力が伝達される。
【００６３】
＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００６４】
上記実施形態では、木質構造部材１００、１０２、１０３及び木質梁３００は、無垢材であったが、これに限定されない。例えば、集成材であってもよい。
【００６５】
第二実施形態の木質梁３００の梁側補強部３２０は、炭素繊維が混入されたモルタルＳが硬化して形成されているが、これに限定されない。モルタルＵに炭素繊維棒が埋設された構成であってもよい。
【００６６】
また、第二実施形態では、木質梁３００の仕口部３５０に接合される柱は、木質柱２００、２０１であったが、これに限定されない。例えば、木質梁３００の仕口部３５０に、鉄筋コンクリート造や鉄骨造の柱が接合されてもよい。
【００６７】
また、例えば、上記実施形態では、補強部（柱側補強部）５０、補強部６０及び梁側補強部３２０は、円柱状であったが、これに限定されない。例えば、角柱状の補強部であってもよい。
【００６８】
また、例えば、補強部は、モルタルＵのみが硬化して形成されていてもよい。また、充填材は、モルタル以外、例えば、樹脂、石膏、グラウト材、コンクリート及び繊維補強コンクリート等であってもよい。要は、充填材は、硬化して木質部材よりも高強度の補強部となる材料であればよい。また、充填材に混入する繊維は、炭素繊維以外、例えば金属繊維やガラス繊維であってもよい。また、充填材に埋設させる芯材は、炭素繊維棒以外、例えば、針金等であってもよい。
【００６９】
更に、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。
【符号の説明】
【００７０】
１０      建物
５０      柱側補強部（補強部）
５２      孔
５５      孔
６０      柱側補強部（補強部）
６２      炭素繊維棒（芯材の一例）
１００      木質構造部材
１０２      木質構造部材
１０３      木質構造部材
１１０      木質部材
１１２      木質部材
２００      木質柱
３００      木質梁
３１０      木質部材
３２０      梁側補強部（補強部）
３２２      孔
３５０      仕口部
【図１】
2020056198.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020056198.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020056198.tif 000009
【図８】
2020056198.tif 000010
【図９】
2020056198.tif 000011
【図１０】
2020056198.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020056198.tif 000014