(57)【要約】      （修正有）【課題】木材のめり込み耐力を向上させた木造建築構造を提供する。【解決手段】第１木材１の端面が、第２木材２の外周面に当接固定される木造建築構造において、第１木材１の端面が当接される第２木材２の接合面に、１００ｍｍ以下の長さを有して第２木材に打ち込まれる軸部と、前記軸部の断面積より大きい頭部と、を有する棒状の補強材ＢＳを配置する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１木材の端面が、第２木材の外周面に当接固定されて構成される木造建築構造において、
前記第１木材の端面が当接される第２木材の接合面に、
１００ｍｍ以下の長さを有して第２木材に打ち込まれる軸部と、前記軸部の断面積より大きい頭部と、を有する棒状の補強材を設けたことを特徴とする木造建築構造。
【請求項２】
前記補強材は、前記接合面に複数個が配置され、前記軸部にはネジが形成されている請求項１に記載の木造建築構造。
【請求項３】
前記複数の補強材は、隣接する補強材の間に割裂を生じさせない程度に密に配置される請求項１又は２に記載の木造建築構造。
【請求項４】
前記補強材は、前記接合面の平面視において碁盤目状又は千鳥状に複数本が配置される請求項１〜３の何れかに記載の木造建築構造。
【請求項５】
前記補強材の配置ピッチは、５０ｍｍ＊５０ｍｍの接合面に換算して、４〜９個である請求項１〜４の何れかに記載の木造建築構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１木材の端面が、第２木材の外周面に当接固定される軸組工法において、接合面に簡易な構成を付加することによって、第２木材のめり込み抵抗を大幅に向上させた木造建築構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、木造建築物において、柱と土台などを専用の接合金物を用いて接合することにより、耐力壁や筋交いを入れなくても、地震などの横揺れに耐えられる軸組工法がとられてきた（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−２１１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、如何に優れた接合金具を使用しても、構造部材として木材を使用する宿命として、荷重を支える土台などが経年的に沈み込むことが避けられないところであった。そして、柱を支える支持面が沈み込むと、建物全体としてのバランスを悪化させることになる。なお、この点は、柱と土台の接合面に限るものではなく、柱と梁との接合部においても同様に問題になることがある。
【０００４】
したがって、鉄骨を用いるより安価で、且つ、住む人間に安らぎを与える木材の利点を生かしつつ、その強度を高めることが強く望まれるところである。
【０００５】
本発明は、上記の要請に鑑みてなされたものであって、木材のめり込み耐力を向上させた木造建築構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明者が種々検討したところ、他の木材から荷重が加わる接合面に所定長さの補強材を打つことにより、めり込み耐力を大幅に向上できることを発見して本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、第１木材の端面が、第２木材の外周面に当接固定されて構成される木造建築構造において、前記第１木材の端面が当接される第２木材の接合面に、１００ｍｍ以下の長さを有して第２木材に打ち込まれる軸部と、前記軸部の断面積より大きい頭部と、を有する棒状の補強材を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、荷重を受ける第２木材の接合面に、単数又は複数本の補強材を打ち込むことを特徴とする。本発明者の実験結果によれば、第２木材に補強材を配置することによって、頭部に荷重を受ける補強材と、補強材の配置された第２木材との間に発生する摩擦力が、第２木材のめり込みに対する抵抗要素として有効に機能するものと推定される（図１（ａ）参照）。
【０００９】
ここで、軸部の長さが長いほど、補強材と木材との間に発生する摩擦力が増加すると思われるが、本発明者の検討によれば、軸部が長いほど、受けた荷重によって補強材と補強材との間に割裂が生じやすくなることが判明した。そして、もし割裂が生じると、木材との摩擦力が大幅に低下するので、軸部の長さは、１００ｍｍ以下に設定する必要がある。
【００１０】
軸部の長さは、木材の特性に応じて設定されるが、好適には、４５ｍｍ以上、９５ｍｍ以下の長さが選択される。この場合、補強材の軸部は、好ましくは、最大直径３．５ｍｍ〜６．０ｍｍ程度の略円柱形状に形成される。なお、前記の補強材に対応して、曲げヤング係数（Ｅ）による強度等級Ｅ１００以上（好ましくはＥ１２０以上）の木材が好適に使用される。
【００１１】
第１木材と第２木材は、典型的には、柱と土台、又は、梁と柱が、これに該当する。但し、このような組み合わせに限定されるものではなく、本発明は、圧縮力を受ける木材であれば、その接合面に好適に適用される。柱としては、強度等級Ｅ６５〜１０５程度の木材が好適に使用され、土台としては、強度等級Ｅ９５〜１０５の木材が好適に使用される。本明細書において、強度等級は、曲げヤング係数（Ｅ）による日本農林規格によるものであり、Ｅ６５とは、曲げヤング係数が６５であることを意味する（単位は１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）。
【００１２】
前記補強材は、好ましくは金属製であり、その軸部にネジが形成されているのが好適である。また、このような補強材が、接合面に複数個が配置されるのが好適である。ネジは、軸部の軸方向のほぼ全域に形成されているのが最適であるが、少なくとも、軸方向の５０％以上にわたってネジを形成するべきである。ネジが全く形成されていない場合も含め、ネジ部の長さが短い場合にも、補強材を打ち込まない場合と比較すると、耐力が向上するが、補強材の打ち込み作業に対応する実用的価値を確保する上では、十分なネジ部の長さを確保するべきである。
【００１３】
複数本の補強材が配置される場合、隣接する補強材の間に割裂を生じさせない程度に密に、補強材を配置するのが好ましい。この場合、前記接合面の平面視において碁盤目状又は千鳥状に複数本が配置されるのが効果的である。更に好ましくは、接合面を縦横に区画する仮想線の交点に、補強材が配置されるべきである。全ての交点に補強材が配置されると碁盤配列となり、１つ飛ばしの交点に補強材が配置することで千鳥配列を実現できる（図１（ｂ）（ｃ）参照）。
【００１４】
一般に、補強材の配置個数が増えるほど、耐力が増加する傾向となるが、余り多いと作業性に劣る。また、配置個数が増えると、限られた接合面における補強材の配列ピッチが狭くなる結果として、補強材と補強材との間に割裂が生じやすくなる。したがって、補強材の配列ピッチは、例えば、等級Ｅ１００以上のヤング係数を有する木材を使用する場合には、好ましくは、５０ｍｍ＊５０ｍｍの接合面に換算して、４〜９個とすべきである。
【発明の効果】
【００１５】
上記した本発明によれば、安価で簡易な構成でありながら、木材のめり込み耐力を向上させた木造建築構造を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を完成させるに至った実験内容について詳細に説明する。
【００１７】
＜試験機＞
めり込み耐力を計測するため、１００ｋＮ万能試験機（図２（ａ））を用いて、試験体木材に対して一方向加力とする試験を行った。
【００１８】
具体的には、５０ｍｍ（縦）×５０ｍｍ（横）×１０ｍｍ（厚さ）の鉄片（図２（ｂ））を、試験体に載置した状態で、変位量１０ｍｍを目安とし、荷重が一定の値で推移するまで圧縮力を加えた。したがって、この試験で使用する鉄片の面積（＝５０ｍｍ×５０ｍｍ）は、第１木材の端面が、第２木材の外周面に当接固定される接合面の面積に対応する。
【００１９】
＜木材＞
試験体の材料として、２本の木材Ａ，Ｂを用いた。木材Ａ，Ｂとも異等級構造用集成材（オウシュウアカマツ、Ｅ１２０−Ｆ３３０）であって、曲げヤング係数１２０（単位：１０３ｋｇｆ／ｃｍ２）、曲げ強度３３０（単位：ｋｇｆ／ｃｍ２）の等級区分に属する。なお、ヤング係数の計測値は、木材Ａ，Ｂとも同一値（１２４．７２［１０４Ｎ／ｃｍ２］）であった。
【００２０】
＜試験変数＞
実験変数は、（１）ビスの有無、（２）ビスの長さ、（３）ビスの本数、（４）ビスのピッチ、（５）試験体の加力位置の５通りとした。
【００２１】
＜ビスの種類Ｂ１〜Ｂ４＞
木材に打ち込むビスとして、Ｂ１〜Ｂ４の４種類を使用した。各ビスは、全長５０ｍｍで口径３．６ｍｍ（Ｂ１）、全長７５ｍｍで口径４．８ｍｍ（Ｂ２）、全長９０ｍｍで口径５．５ｍｍ（Ｂ３）、全長８０ｍｍで口径５．２ｍｍ（Ｂ４）である。
【００２２】
ビスＢ１〜Ｂ３には、軸方向ほぼ全域（８０％）にネジが設けられているが、ビスＢ４には、先端側の４３％だけにネジが設けられている。
【００２３】
＜ビスの配置ピッチ及び本数＞
５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形の接合面に、碁盤目状に、９本又は４本のビスを打った。
【００２４】
９本のビスを使用する場合、接合面（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を１２．５ｍｍの等間隔で縦横に区画する６本の仮想線の交点に、９本のビスを打ち込んだ（図３（ａ））。
【００２５】
４本のビスについては、配置ピッチを変えた２パターンを設けた。小ピッチの場合には、接合面を１６．６７ｍｍの等間隔で縦横に区画する４本の仮想線の交点に、４本のビスを打ち込んだ（図３（ｂ））。一方、大ピッチの場合には、それぞれ外周縁から１２．５ｍｍの間隔を空ける４本の仮想線の交点に、４本のビスを打ち込んだ（図３（ｃ））。
【００２６】
＜加圧位置＞
試験体の中央を加圧する場合と、試験体の隅角部を加圧する場合について実験した。
【００２７】
＜対照実験＞
ビスを打たない木材Ａ，Ｂについて加圧試験を行った。木材Ａの中央を加力位置としたサンプルをＥ１〜Ｅ３とし、木材Ｂの中央を加力位置としたＥ４〜Ｅ６と、木材Ｂの隅角部を加力位置としたサンプルを使用した。
【００２８】
＜対照実験の結果＞
図４に示す通り、加重に対応してめり込み量が増加する。使用する木材の違いから、初期剛性にやや違いが認められるが、ビスを打たない木材Ａ，Ｂの初期剛性は、９５０〜１３００Ｍ／ｍｍ程度であった。
【００２９】
ここで、初期剛性は、以下の手順で算出された値である（図８参照）。
ａ）図８に示す包路線上の０．１Ｐｍａｘと０．４Ｐｍａｘを結ぶ第I直線を引く。
ｂ）包路線上の０．４Ｐｍａｘと０．９Ｐｍａｘを結ぶ第II直線を引く．
ｃ）包絡線に接するまで第II直線を平行移動し、これを第III直線とする．
ｄ）第I直線と第III直線との交点の荷重を降伏耐力Ｐｙとし、この点からＸ軸に平行に第IV直線を引く。
ｅ）第IV直線と包路線との交点の変位を降伏変位δｙとする。
ｆ）原点と（δｙ，Ｐｙ）を結ぶ直線を第V直線とし、その傾きを初期剛性Ｋとする。
【００３０】
サンプルＥ４を除き、何れのサンプルＥ１〜Ｅ３，Ｅ５〜Ｅ６も、実験における荷重範囲では、荷重に対応して変位量が増加する。そこで、各サンプルを８．００ｍｍ変位させる荷重を、仮に、最大荷重とした。一方、サンプルＥ４については、同一木材を使用したサンプルＥ５やサンプルＥ６に比べ、荷重−変形関係が大きく異なる傾向を示す。そのため、サンプルＥ４については、便宜上、変位量４．５６ｍｍにおける荷重を最大荷重とした。
【００３１】
サンプルＥ４が特異な特性を示すのは、サンプルＥ４にだけ、鉄片を載置する加力表面に、密な節（フシ）があったためであると考えられる。したがって、以下の検討では、サンプルＥ４を除いた対照例を評価している。
【００３２】
サンプルＥ４を除いて対照例の最大荷重を評価すると、ビスを打たない木材Ａ，Ｂの最大荷重は、３１００Ｎ〜４２５０Ｎ程度であった。
【００３３】
なお、サンプルＥ４は、サンプルＥ５〜Ｅ６と比べ初期剛性で１７％低く、最大荷重で１４％高くなっている。本来、節があると曲げ強度その他の特性が低下するのが一般的であるが、めり込みに対する耐力には、密な節（フシ）が寄与するものと思われる。
【００３４】
＜種類の異なるビスを９本打ち込んだ実施例＞
木材Ａを用いた４個のサンプルの中央位置に、４種類のビスＢ１〜Ｂ４を各々９本打ち込み、加圧試験をした。その結果は、図５に示す通りである。
【００３５】
図５に示す通り、ビスを打つことにより初期剛性、最大荷重共に増加することが確認された。図５より、初期剛性においては、ビス長さ５０ｍｍ（ビスＢ１）が最も高く、次いで９０ｍｍ（ビスＢ３）、７５ｍｍ（ビスＢ２）の順となった。一方、最大荷重はビス長さ５０ｍｍ（ビスＢ１）で最も高く、７５ｍｍ（ビスＢ２）、９０ｍｍ（ビスＢ３）の順となったが、後者２つの差はほとんどなかった。
【００３６】
通常なら、ビスが長いほど、ビスと木部の接触面が増え、圧縮力による木部とビスのネジ部との摩擦抵抗によって耐力は増加することが予想される。しかし、ビス長さが長くなるとビス間で割裂が起こりやすく、特に９０ｍｍのビスを用いた場合は全ての試験体で木材表面での割裂が確認された。割裂が起きると木部とビスとの摩擦抵抗が小さくなり、加力に伴い割裂破壊が進行するため、ビスを長くすることが耐力の向上につながらないことが分かった。
【００３７】
また、ビスＢ４は、その他のビスＢ１〜Ｂ３と比べると初期剛性及び最大荷重とも低い結果となった。その理由として、摩擦抵抗に寄与すると思われるネジ部が短い（全長８０ｍｍ、ネジ部長さ３４ｍｍ）ことが考えられる。そのため、ビスと木部間の摩擦抵抗が減少し、ビスの長さに比例した結果にならなかったと考えられる。
【００３８】
以上より、割裂を考慮してビスの長さを１００ｍｍ以下に設定し、ネジ部の有効長さを十分にとることが好ましいことが確認された。
【００３９】
もっとも、ビスを打たない場合に比較すると、ビスＢ４の場合でも、最大荷重は大きく改善されている。ネジ部のないビスについても、ビスを打たない場合より最大荷重が改善されることを実験的に確認しており、したがって、ネジの有無に拘わらず、棒状の補強材を木材に打ち込むだけで、それなりの効果が発揮される。
【００４０】
＜ビスの配置ピッチを変えた実施例＞
木材Ｂに対して、５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形の接合面に、ピッチを変えて４本のビスを碁盤目状に打った。使用したビスは、長さ５０ｍｍのビスＢ１と、長さ９０ｍｍのビスＢ３である。長さ５０ｍｍのビスＢ１は、その４本を図３（ｂ）のように配置した。また、長さ９０ｍｍのビスＢ３は、その４本を、図３（ｂ）のように狭ピッチに配置した場合と、図３（ｃ）の場合のように広ピッチに配置した場合について加圧試験をした。その結果は、図６に示す通りである。
【００４１】
図６に示す通り、木材ＢのサンプルＥ５〜Ｅ６の場合と対比すると、ビスの本数を４本とした試験体は、初期剛性の増加が小さく、特に、９０ｍｍのビスＢ３を４本用いた試験体は、そのピッチに拘わらず、ほぼビスなしサンプルＥ５〜Ｅ６と同程度であった。これは、ビスの本数が減ったことにより、ビスと木部間の摩擦抵抗力が低下したためと思われる。
【００４２】
なお、最大荷重は、ビスの種類Ｂ１，Ｂ３に拘わらず、それほどの差はないが、最大荷重時における変位量は、ビスＢ１の方が有意に少ない。
【００４３】
また、ビスＢ１を木材Ａに９本打った場合（図５（ｃ）の２行目）と、ビスＢ１を木材Ｂに４本打った場合（図６（ｃ）の２行目）とを、各々、ビスなしの木材Ａ，Ｂからの改善率で評価すると、初期剛性の改善率（１．４７／１．１９）、及び、最大荷重時における変位量の改善率（０．６５／１．００）において、９本のビスを打った方が良いことが示されている。
【００４４】
したがって、隣接するビスの間に割裂を生じさせない程度に、密にビスを打つのが効果的であると考えられる。
【００４５】
＜加圧箇所を変えた実施例＞
木材Ｂを使用して、その角隅部に対する加圧実験をした。ビス無しの対照サンプルと、９０ｍｍのＢ３ビス４本を小ピッチで打った場合（図３（ｂ））と、９０ｍｍのＢ３ビス４本を大ピッチで打った場合（図３（ｃ））とについて加圧実験を実施した。
【００４６】
その結果は、図７に示す通りである。加力位置を木材の隅角部とした場合は、縁距離がなくなるため、めり込み耐力が小さくなる（ビスなしの場合）。これは、稲山のめり込み理論（地震に強い[木造住宅]パーフェクトマニュアル、株式会社エクスナレッジムック、２００３年１月１７日、ｐｐ．２６２−２７３）において、縁距離が小さくなるほどめり込み耐力が小さくなることが示されており、その事とも一致する。
【００４７】
加力位置が隅角部の場合においても、ビスを打つことにより耐力が上昇する効果は見られた。なお、木材の隅角部にビスを打つと、ビスを打つ位置に割裂防止のための孔をあけても割裂が発生したが、それでも、耐力の上昇が認められる。
【００４８】
以上の通り、ビスを打つことにより初期剛性、最大荷重共に増加することが確認された。但し、長いビスを用いると割裂が発生することから、木材の特性に合わせた適度な長さのビスを用いることによって割裂を防止すれば、初期剛性と最大荷重を大幅に改善させることができる。この場合、隣接するビスの間に割裂を生じさせない程度に、密集して多くのビスを打つのが効果的であると考えられる。
【００４９】
したがって、相対的に短いビスを使用する場合には、密集してビスを配置する一方、相対的に長いビスを使用する場合には、これに対応して配列ピッチを広げる必要がある。
【００５０】
ところで、本発明は、例えば図９に示す適用例が一典型である。この場合には、柱１の下方端面１ａが土台２の外周面２ａに当接される木造建築構造において、柱１と土台２の接合面に複数のビスＢＳが打ち込まれる。なお、柱１と土台２の接合面に、金属板を配置しても良い。
【００５１】
また、例えば、図１０に示すように、土台２に貫通穴ＨＯと取付溝ＧＶを設け、取付溝ＧＶに接合金具ＪＴ（図１０（ｂ））を配置する場合に、貫通穴ＨＯの外周にビスＢＳを打ち込むのも好適である（図１０（ｃ）参照）。この場合、取付溝ＧＶの外周にも、ビスＢＳを打ち込んでも良い。
【００５２】
更にまた、例えば図１１に示すように、柱１と梁３とを接合金具ＪＴを介して接合する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、柱１に貫通穴ＨＯと取付溝ＧＶを設け、取付溝ＧＶに接合金具ＪＴを配置するが、貫通穴ＨＯの外周にビスＢＳが打ち込まれる。この場合にも、取付溝ＧＶの外周に、複数のビスＢＳを打ち込んでも良い。
【００５３】
以上、本発明の適用例を３つ例示したが、それらに限定されず、２つの木材が当接されて荷重を受ける接合面であれば、本発明が好適に適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の構成を説明する図面である。
【図２】加圧実験に使用した試験装置を説明する図面である。
【図３】補強部材の配置位置を説明する図面である。
【図４】補強部材を設けない場合の荷重−変位特性を示す図面である。
【図５】９本の補強部材を設けた場合の荷重−変位特性を示す図面である。
【図６】４本の補強部材を、ピッチを変えて設けた場合の荷重−変位特性を示す図面である。
【図７】４本の補強部材を角隅部に設けた場合の荷重−変位特性を示す図面である。
【図８】初期剛性の算出手順を説明する図面である。
【図９】本発明の第１適用例を例示したものである。
【図１０】本発明の第２適用例を例示したものである。
【図１１】本発明の第３適用例を例示したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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