(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｅデフェンスにおける実物大実験では、瓦葺き軸組工法住宅の場合、初期段階の揺れで断面欠損の大きな通し柱と桁との接合部分（２階床面）が大きく屈曲破壊し、続く横揺れで捻り応力が働き倒壊に至っているのは、一番応力負担のかかる通し柱・隅柱の補強に関してはその対策が何もなされていないためである。新築はもちろんのこと耐震改修にも活用できる高耐震・高耐風性能をもつ工法を提供する。【解決手段】木構造のみならず柱・壁で構成される躯体構造の直下型地震における倒壊を防ぐ方法で、大きな変位・衝撃応力を受け破壊の危険性が高い４隅の通し柱３・隅柱に、直下型地震力に対応した強度と形状を持つ柱を配置する工法で、必要に応じて基礎・土台２・通し柱３・補強柱、通し柱３・補強柱を金属板で一体化したりアラミド繊維や炭素繊維の布を接着剤で取り付ける補強も可能である。【選択図】図８
2010229801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱と桁で構成される構造物において、躯体の接合部が強い衝撃・捻り応力で破壊することを防ぐ対応策として、この応力に対応する形状  Ｌ型・−型・Ｔ型・十型を柱又は集成材で構成し、構造物の性能を向上させる工法
【請求項２】
耐震改修において柱に添え柱をＬ型・−型・Ｔ型・十型となるように、接着剤・接合金物・緊結金物・接合仕口等を用いて一体化して構造耐力を向上させる工法。
【請求項３】
耐震改修時に、請求項２の工法の施工時にホゾの代わりに桁・土台に仕口を大入れなどの加工をして、接着剤・接合金物・緊結金物等を用いて取り付ける工法
【請求項４】
耐震性。耐風性など建物の性能を向上させるために、袖壁に柱を連続して並べ接合し、一体化することで壁を構成する躯体工法
【請求項５】
上記の補強柱を、木材以外の同等以上の強度を持つ金属・樹脂等の補強材を使用して、補強する構造を持つ工法。
【発明の詳細な説明】
【発明に属する技術分野】
【０００１】  この発明は、建築構造物（木造  在来・伝統・軸組工法・鉄骨その他構造）において、柱の直下型地震等の発生時に加わる強い衝撃力により生ずる接合部破壊と、捻り応力による倒壊の危険性を軽減する工法である。
【背景技術】
【０００２】  現在の一般的な木造住宅の多くは軸組工法で造られている。構造的には２階建ての場合、土台・通し柱・管柱・梁・桁・間柱・筋かいで構成される。通し柱は、２階の柱を兼ねる６ｍ程度の長さを持つ柱で、通常延床面積１００平米程度の２階建ての場合、４隅を主に４〜６本程度用いている。各躯体材の接合には、ホゾ・仕口を用いている。構造材の加工は、現在は従来の工法を基本としてコンピューターによる精度の高いプレカットと呼ばれる機械加工が多い。その構造に関する耐力基準は建築基準法で最低基準が決められている。建築基準法は大正１２年の関東大震災を機に法規上に採り入れられて以後、幾度かの地震による災害でその概念は変わってきている。１９７８年の宮城県沖地震では根本から見直しが図られ１９８１年に改正されたが、阪神淡路大震災の甚大な倒壊被害状況から２０００年には金物による接合部補強が取り入れられて現在の新建築基準法となっている。木造建築の耐震設計基準はもともと、地震の際、建物の柱や梁などの構造部分を頑丈に造りすぎると、建物のほかの部分が強い衝撃を受けて大きな損傷を招くことから、構造部分の一部の損傷を許すことで、全体としては衝撃を少なくするという狙いのものであった。阪神淡路大震災での被害が予想以上であったため、多度津試験場での世界初といわれる実物実験が実施され現実の倒壊状況が解析された。その結果「建築基準法通りきっちり造れば倒壊はしない。」と評価され、それを踏まえて金物による接合部の補強と構造計算が必要となった経緯を持つ。このように、建築基準法は阪神淡路大震災以降も構造的な耐震性強度の変更はなされていないが、最近になり阪神淡路大震災以降に繰り返し勃発している大地震の検証や、その後のＥデフェンスで実施された多くの実物大実験結果より、大地震の４００ガル以上の揺れには建築基準法の最低１．５倍以下は倒壊の危険性が大きいことと、さらに直下型地震の場合は予想以上の衝撃が加わることも解ってきた。現在では新建築基準法１．０に準ずるものを１等級、１．２５倍を２等級、１，５倍を３等級とする品確法も設けられてはいるものの、新築でも１等級クラスの建物も多く建てられ続けられており、倒壊の危険が大きいとされる１９７８年以前の建物の耐震改修も基準法に準じた耐震評点１，０を基準とした補強を進めているのが現状である。さらに、予測地震には直下型のものもあり、その対策はなされていない状況からも従来の構造では対応できないと予測される。仮に発生した場合には阪神淡路大震災のような大きな被害が再度繰り返されることが危惧されている。【０００３】  以下、図１  図２  図３より従来の軸組工法について説明する。【０００４】    図１    現在造られている一般的な２階建て軸組工法の構造の図である。４隅に通し柱を用いている。通し柱と桁との接合部は、ホゾとボルトで緊結されている。通し柱の断面欠損が大きく強度が著しく損なわれる。現在はそれを無くすためメタルジョイント工法もあるが、直下型地震の衝撃の際には、この部分に極めて大きな力が加わり、破壊しやすい。【０００５】    図２    現在造られている一般的な下部隅部の構造図である。基礎・土台・通し柱・筋かいで構成されている。現在造られている木構造では、地震の際の縦揺れは、金物（カスガイ・山型プレート等）で補強。横揺れは、圧縮を基本とした筋かいで対応している。【０００６】    図３    通し柱の桁との接合部補強に短冊金物などを用いた場合の図面である。
【先行技術文献】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  直下型地震の場合、本震の縦揺れ・横揺れが同時に加わる衝撃は、想像を超えた非常に大きな破壊力と考えられるが、実験による検証はなされていない。Ｅデフェンスの実験映像から見ても、家屋は、慣性により通し柱の桁との接合部が屈曲し割れ等を生じると共に、大きな変形から筋交いの割れ・外れ・坐屈・破壊を招き、さらに続く横揺れで倒壊にいたる。特に屋根荷重が大きく南面に開口部の大きな日本家屋の場合、壁剛心と重心との偏心率が大きい欠点を持つため、捻り応力を生じやすい構造といえ、４隅の通し柱の桁との接合部が破壊し倒壊に至る。直下型地震の場合は、初期においてさらに大きな変位を生ずると考えられる。このように阪神淡路大震災の被害状況より地震に強いとされた６面体で構成されるツーバイフォーとの耐震性能の決定的な違いは、屋根の重量差と耐力壁の強度、通し柱の強度が大きく影響している。現在造られている日本家屋の構造は、在来工法・伝統工法の場合、竹小舞・土壁・壁貫・力貫等を使って壁に強度を持たせており、構造材も大きな木材を使用して入る為、仕口・継ぎ手に余裕のある強度を持ち衝撃や捻りにもある程度対応すると考えられる。阪神淡路大震災で１７度傾いても倒壊しなかった大正時代の建物があったとの報道があったが、建築した大工の経験によって躯体破壊をしない余裕のある構造になっていたと思われる。しかし、現在多く建てられているいわゆる木造軸組工法は、在来・伝統工法と比較して使用木材は小さくなり、接合部は羽子板ボルトなどの金物を使用、横揺れに対して筋交いのみで対応する構造となっている。使用されている金物も接合部を緊結するために使用し、柱や筋交いの抜けや外れを防ぐ為のものであり、曲げや圧縮に対しての効果は低い。筋カイの取り付けに使用されている接合金物も１軸または２軸に釘・ネジを用いて固定する為、大きな地震の際には木材の欠点でもある割れ・裂けで外れる場合が多く、木材との取り付け部の破壊により強度が決まる。このように軸組構造は従来の日本家屋とは違う構造特性を持ち、接合部に衝撃力・捻りに対して対応した補強が必要だと言える。現在進められている耐震改修も、この建築基準法に準じた震度６クラスの地震に対して倒壊を防ぐとするものであり、耐震改修も基本的に静加力試験で耐力壁の壁倍率を評価し、その壁の配置により地震による倒壊を防ぐものである。実際の耐震改修工法は耐震を基本としており、構造用合板や金属筋かい等を使った補強が多い。しかし直下型地震の際には現在の許容耐力を超えた大きな衝撃が加わる。筋かい形式のものは取り付け部分の破壊や破断、面材の場合には瞬時の大きな変位により外れ・割れによる破壊を生じ、その耐力を失う実験結果が出ている。今後は、直下型地震の場合に対応した耐力壁面の開発や躯体に衝撃耐力・捩れ耐力を持つ工法の開発が必要と考られる。【０００８】  本発明は、従来の建物構造で直下型地震や大地震の際に加わる衝撃力と捻り応力で倒壊する問題を解決しようとするものであり、より安全な住いを提供するものである。また、この工法を既存住宅にも活用することで、安価で簡便・大きな補強効果の耐震改修を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は上記の目的を達成するために、柱を衝撃や捻りに強い形状にして解決するものである。詳しくは、軸組工法の通し柱・隅柱等は、直下型大地震の場合、初期段階の大きな衝撃で破壊される危険性が大きく、倒壊や破壊を防ぐのにはこの柱の補強が重要であると考えられる。それを解決するには現状の柱に強度を持たせる事が必要で、コーナーにおいてはＬ型、その他の箇所においてはＴ・十型の形状のものを用いて、破壊し難い躯体構造にする事が有効であると考える。この形状の柱は、集成材で製造、あるいは製材品を接着剤・ボルト・接合金物等で１体化しても良く、その他の材として同等以上の強度を持つ樹脂・金属等で造られたもの取り付け使用しても良い。その大きさは、柱と同等のものでも良いし、必要強度があれば大きさは問わない。既存建物耐震改修に活用する場合は、桁・土台に補強に用いる材と同寸の欠き込み入れ大入れ仕口とし、接着剤・ボルト等を使用して補強する柱と一体化をする。取り付け後、金属板やアラミド布シート・炭素繊維シート等で基礎・土台と固定すればさらに破壊を防ぐ効果を持つことになる。この工法は、木造軸組工法を主にした工法であるが、その他の柱・桁で構成される構造にも応用できる。
【発明の効果】
【００１０】  上記作用は次の通りである。直下型地震の際に加わる横方向の衝撃で、最も弱い通し柱と桁との接合部に加わる応力に対して、この工法で造られる断面積を持つ柱、あるいは強度の大きな補強柱は、変形を防ぎ接合部破壊を防ぐ効果を持つ。さらに捻り応力に対しては、隅柱の場合Ｌ型に一体化され、袖壁を構成することと同様に大きな効果を持つことになる。更なる強度が必要の場合には、金属板などを施工し、基礎・土台、桁との一体化のほか建物の隅以外の柱を十型やＴ型に補強することで大きな耐力を持たせることが可能となる。【００１１】  この工法は、従来の構造を躯体構造材の断面積を増して強度を高める補強方法で、現在の建築技術で可能な工法である。新築時のプレカット加工も容易に採用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の軸組工法の構造図
【図２】  従来の隅柱・通し柱と筋かい詳細図
【図３】  従来の通し柱補強例  短冊金物仕様
【図４−ａ】  本発明における耐震改修における既存建物隅柱補強図
【図４−ｂ】  耐震改修における通し柱・桁部分の補強図
【図５−ａ】  本発明の柱の基本形状例  Ｌ型
【図５−ｂ】        同    上          Ｌ型  片方に柱２本分の集成材を使用した場合
【図５−ｃ】        同    上          Ｌ型  １面に３本使用形状
【図５−ｄ】        同    上          Ｉ型  両側に柱を補強した形状
【図５−ｅ】        同    上          Ｔ型  外面の補強形状
【図５−ｆ】        同    上          十型  中央部などの通し柱に用いる十型補強形状
【図６−ａ】  新築時に従来の通し柱・桁を同形状の柱で接合部を補強する例
【図６−ｂ】  新築時に片方に柱以上の集成材を使用した例
【図７−ａ】  図１１−ａの土台との接合部
【図７−ｂ】  新築時に１方向に３本分の柱を一体化した例
【図８】  耐震改修時にこの工法を施工した例
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、本発明の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。
【００１３】  図１  現在の軸組工法の２階建ての構造図である。隅柱に１階から２階まで連続する通し柱と呼ばれる柱を使用している。一般的な軸組工法は２階の床を構成する梁・桁を通し柱に仕口加工し取り付け、羽子板ボルト等の接合金物を使用し緊結する。現在は、基礎・土台・通し柱を一体化するのにＮ値計算で必要の場合ホールダウン金物を使用する場合もある。また、通し柱の断面欠損が大きいこの部分の改善策として、メタルジョイント工法という取り付け金物を使用した通し柱に欠損部をなくする工法も開発されている。
【００１４】  図２  図１の下部における詳細図である。隅に配置された通し柱は、土台とホゾで繋がり、引き抜き力に対して山型プレートやカスガイなどの接合金物を用いて固定されている。筋かいは、軸組工法の場合唯一横からの応力に対して、圧縮力に対応した取り付けをする場合が多い。２階建ての場合は、通し柱の桁・梁との接合部に負担のかからない方向に入れることが基本となっている。
【００１５】  図３  現在施工されている通し柱の補強例である。通し柱は揺れの際に、ボルト等の緩みや捩れで断面欠損が大きくなる桁との接合部より破壊するため、通し柱・桁を一体化し接合部での変形を防ぐ補強方法がなされている。
【００１６】  図４−ａ  図４−ｂ  本発明による耐震改修例。隅に於ける通し柱の補強図である。ａは下部図。ｂは桁との接合部図。通し柱に面する土台・桁に補強に使用する柱の大きさに切り欠きをし、取り付け柱を取り付け長さに切断後、通し柱と取り付け柱・取り付け柱と土台を接着剤・接合金物等を使用して一体化した図を示している。この図は、１階部分の補強であるが、２階部分も必要な場合は同様な施工を行なう。通し柱が一体化したＬ型となり衝撃や捻りに大きな効果を持つ。
【００１７】  図５−ａ、図５−ｂ、図５−ｃ、図５−ｄ、図５−ｅ、図５−ｆ  本発明の柱の形状例である。Ｌ型の形状を基本とし、新築の場合、平屋建は４隅の柱、２階建ての場合は４隅の通し柱をこの形状にするか、又は１階部分の４隅の通し柱をこの形状にする。そのほか、より大きな耐震性能が必要な場合は、補強箇所に応じた形状を用いる。耐震改修の場合は、一般的に流通されている管柱を組み合わせてこの形状とすることになる。図５−ｃは耐震改修で袖壁のような耐力壁が取れない場合に、少ない幅で耐力壁を提供する例である。この形状は、必要の強度を満たすために集成材や製材品で必要な断面の柱を作成してもよい。図５−ｂ、図５−ｃは通常の通し柱より大きな断面積を持つ柱を使用した場合を図である。図５−ｄ、図５−ｅは通常の場合の外部に面する通し柱の形状、図５−ｆは中央部の柱の補強形状を示した図である。
【００１８】  図６−ａ、図６−ｂ  新築時における桁・梁との接合部の図５の例である。図６−ａは、現在の通し柱に管柱を組み合わせた場合、図６−ｂは通し柱に断面積の大きな集成材との組み合わせの例である。図６−ａの場合は、加工時に通し柱と連続するように管柱にホゾを用いて桁に取り付ける。ホゾや接合面に接着剤を塗布、ボルト・接合金物を用いて結合させる。
【００１９】  図７−ａ、図７−ｂ  新築時の下部の図である。図７−ａは、通常の補強例。図７−ｂは、袖壁のように、柱に壁耐力を必要とした例でこの場合は柱３本で壁を造った場合を記載している。勿論必要に応じて本数を増やしてもよい。この場合も、図６と同じように、柱と柱、柱と土台は接着剤・接合金物・ボルト等を用いて一体化する。
【００２０】  図８  耐震改修の際に通し柱の１階部分にこの工法でＬ型に補強した図である。桁・土台と補強柱は、仕口を大入れとしで接着剤・接合金物で固定。通し柱と面する部分は接着剤を塗布し、ボルト・ナット・座金を用いて一体化している。この補強で直下型地震の際の強い衝撃力による通し柱の桁との接合部の破壊から躯体を守る。さらに基礎・土台・通し柱・補強柱、補強柱・通し柱・補強柱と桁を補強するために、金属板やアラミド繊維・炭素繊維などのシートを使用して接着剤で固定して補強してもよい。柱施工後には、筋交いの突き上げによる通し柱の破壊の危険性も軽減するので、筋かいの襷掛けで大きな横揺れにも対応した耐力壁の設置が可能である。
【実施例】
【産業上の利用の可能性】
【００２１】  今回の発明は、建物の新築時や耐震改修時において、現在の加工技術と汎用材料を活用できることを第一に考えたものである。特殊技術・道具を必要としない簡単な施工で構造自体に大きな耐震・耐風性能を持たせる工法である。新築時においては、大工による加工は勿論、現在のプレカットでも容易に可能。耐震改修の場合は、土台と桁に取り付け柱の大きさで大入れ加工して施工する。直下型地震の場合予想以上の衝撃力で部位破壊を招き、それが家屋の倒壊の大きな要因となっている事が解ってきているが、その対策はまだなされていない。この衝撃力に対し、新築・既存を問わずローコストで簡単に出来る対策として、また耐震改修に基本として取り入れることで、直下型地震に対応し、より倒壊をし難い構造として提供できる。東京直下型大地震が予測されている現状、既存住宅の耐震改修には耐震・制震・免震等が施工されているが、今後はこの衝撃力に対する補強工法が重要になると考えられ、利用される可能性は大きい。
【符号の説明】  １、          コンクリート布基礎
２、          土台
３、          通し柱
４、          木筋かい
５、          桁
６、          梁
７、          アンカーボルト本体
８、          短冊金物
９、          管柱
１０、        補強柱
１１、        山型プレート
１２、        ボルト本体
１３、        座金
１４、        ナット
【図１】
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【図２】
2010229801.tif 000004
【図３】
2010229801.tif 000005
【図６−ａ】
2010229801.tif 000006
【図６−ｂ】
2010229801.tif 000007
【図７−ａ】
2010229801.tif 000008
【図７−ｂ】
2010229801.tif 000009
【図４−ａ】
2010229801.tif 000010
【図４−ｂ】
2010229801.tif 000011
【図５−ａ】
2010229801.tif 000012
【図５−ｂ】
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【図５−ｃ】
2010229801.tif 000014
【図５−ｄ】
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【図５−ｅ】
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【図５−ｆ】
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【図８】
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