(57)【要約】【課題】本発明の目的は、補強のための部材を加えて開口部の間口及び高さを減じることがないように、簡単な構造で得られる木造建築の開口部用耐震構造を提供することにある。【解決手段】土台１ａと、その土台１ａ上に立設された一対の柱２１、２２と、それぞれの柱２１、２２の上部における互いに向き合う側面２１ａ、２２ａ間に架け渡された横架材３とよりなり、横架材３の高さ方向の寸法が水平方向の幅寸法の２倍以上である木造建築の開口部用耐震構造とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
土台と、その土台上に立設された一対の柱と、それぞれの柱の上部における互いに向き合う側面間に架け渡された横架材とよりなり、前記横架材の高さ方向の寸法が水平方向の幅寸法の２〜２．５倍の範囲にあることを特徴とする木造建築の開口部用耐震構造。
【請求項２】
前記横架材は、幅×高さの呼称寸法が１８０×３９０（ｍｍ）であると共に、前記柱の呼称寸法は１８０×１８０（ｍｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の木造建築の開口部用耐震構造。
【請求項３】
前記横架材と柱とは、前記横架材の上下の両側面のそれぞれの凹設部に装置された２個のナットと、前記柱を貫通して水平方向を向き上下方向に配置された２本のボルトとの螺合により結合され、前記ボルトの軸芯が前記横架材の上下のそれぞれの側面から４０±５ｍｍの深さに配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の木造建築の開口部用耐震構造。
【請求項４】
前記土台上に立設された一対の柱と、それぞれの柱の上部における互いに向き合う側面間に架け渡された横架材とにより形成されるフレームが、平面四角形の対辺位置の２ヶ所に配置され、その２ヶ所のフレームの柱のうち同一側のそれぞれの柱の対向する側面間に横架材が架け渡され、前記横架材が４ヶ所において同一高さに配置されることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の木造建築の開口部用耐震構造。
【請求項５】
前記土台と、４本の柱と、４本の横架材とで区画された空間が、地震の際に避難するためのシェルターとなることを特徴とする請求項４に記載の木造建築の開口部用耐震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造建築の開口部に筋交い或いは壁構造を設けることなく耐震性を強化した木造建築の開口部用耐震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、林業の復興や地産地消のために木材建築が見直されている。また、居住空間に多くの開口部を設けた家が建築されている。一方、阪神淡路大震災の被災経験から耐震構造の建築が重要視され、新築或いは改築を問わず、耐震化が図られている。
【０００３】
一般に木造建築においては、単に柱や梁を太くするだけでは耐震性の向上とはならないことが知られ、耐震性を向上させるためには、柱の間に筋交いを設けたり壁を設けたり、或いは、柱と梁の結合に金具を用いたりすることが必要である。しかし、筋交いや壁を設けることは、開口部により居住性を高めようとする意図に反することになる。そのため、開口部の耐震性を高めるための提案がなされている。
【０００４】
特許文献１に開示されている「木造建築物における開口部用耐震フレーム」は、木造建築物における南面に集中して設けられた開口部に、地震による偏心モーメントが働いて、木造建築物が倒壊したり崩壊したりしないように設けられるものである。その構成は、基礎と、その基礎の上面に並立された一対の柱と、それぞれの柱の上面に横架されたマグサで形成された正面方形の開口部内に嵌め込まれた正面方形の耐震フレーム本体とからなる。
【０００５】
特許文献２に開示されている「木造建築物における柱梁架構」は、外壁屋外側や建物入隅部においても、開口部を維持したまま耐震補強を行うことが可能なものである。その柱梁架構は、互いに対向配置され土台に立設された一対の柱と、それぞれの柱の頭部に架け渡された梁とよりなっている。そして、その一対の柱の互いに向き合う側面のそれぞれに添柱を接着し、添柱の頭部及び梁の端部を両側面から挟みこむように一対の補強板が取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２５６７３８号公報（［要約］を参照）
【特許文献２】特開２００７−４６４０３号公報（［要約］を参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１によれば、正面方形の耐震フレームを正面方形の開口部に嵌め込むことにより、耐震性が強化された木造建築物が得られるようになっている。ところが、開口部は耐震フレームにより間口が狭められ、高さが低くなっているため、開口部の開放感等を損なうものとなってしまう。
【０００８】
また、特許文献２によれば、一対の柱の内側に添柱を接着する必要がある。また、その添柱の頭部及び梁の端部を両側面から挟みこむように一対の補強板を設ける必要がある。このため、特許文献１における耐震フレームと同様に、添柱により施工前の一対の柱の間口は狭められ、補強板により添柱と梁との入隅部の空間が減じられてしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、補強のための部材を加えて開口部の間口及び高さを減じることがないように、簡単な構造で得られる木造建築の開口部用耐震構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するために請求項１に記載の木造建築の開口部用耐震構造の発明は、土台と、その土台上に立設された一対の柱と、それぞれの柱の上部における互いに向き合う側面間に架け渡された横架材とよりなり、前記横架材の高さ方向の寸法が水平方向の幅寸法の２〜２．５倍の範囲にあることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、土台上に立設された一対の柱の上部における互いに向き合う側面間に、高さ方向の寸法が水平方向の幅寸法の２〜２．５倍の範囲にある横架材を架け渡すようにした。このため、十分な高さの横架材が柱の曲げ強度を活かすことができる。従って、地震の際、横架材の長手方向と同一方向の水平力が作用しても、土台と、一対の柱と、横架材とで構成される構造は、水平力に抗して高い耐震性を発揮することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の木造建築の開口部用耐震構造において、前記横架材は、幅×高さの呼称寸法が１８０×３９０（ｍｍ）であると共に、前記柱の呼称寸法は１８０×１８０（ｍｍ）であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、柱として一般に呼称寸法１２０×１２０の太さものが用いられるところ、呼称寸法１８０×１８０の太さのものを用い、横架材として一般に幅×高さの呼称寸法が１２０×２１０のものが用いられるところ、呼称寸法１８０×３９０のものを用いるようにした。このような構成とすることにより、通常よりも十分な高さがある横架材が、通常よりも太い柱の曲げ強度を十分に活かすことができるので、筋交いや壁を設けることなく、また間口を狭め高さを減じることなく、簡単な構成の耐震性の高い構造を得ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の木造建築の開口部用耐震構造において、前記横架材と柱とは、前記横架材の上下の両側面のそれぞれの凹設部に装置された２個のナットと、前記柱を貫通して水平方向を向き上下方向に配置された２本のボルトとの螺合により結合され、前記ボルトの軸芯が前記横架材の上下のそれぞれの側面から４０±５ｍｍの深さに配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、柱と横架材とを結合する２本のボルトの軸芯が横架材の上下のそれぞれの側面から４０±５ｍｍの深さに配置されるようにした。このため、柱と横架材との結合部に地震の水平力が作用しても、横架材は、側面から浅い位置にあるボルト挿通用の孔のために、その端部が弱体部となって破壊されることが未然に防止される。また、横架材は、側面から深すぎない位置にあって所定の間隔に配置された２本のボルトにより柱に結合されるので、水平力の作用による曲げ応力に耐えられるように、柱の曲げ強度を活かすことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のうちいずれか一項に記載の木造建築の開口部用耐震構造において、前記土台上に立設された一対の柱と、それぞれの柱の上部における互いに向き合う側面間に架け渡された横架材とにより形成されるフレームが、平面四角形の対辺位置の２ヶ所に配置され、その２ヶ所のフレームの柱のうち同一側のそれぞれの柱の対向する側面間に横架材が架け渡され、前記横架材が４ヶ所において同一高さに配置されることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、４本の柱が平面四角形の土台の角部に立設され、それぞれの柱の互いに向き合う側面間に同一高さで横架材が配置されるようにした。この構造によれば、地震の際、四角形の直交する２辺のいずれの方向の水平力に対しても耐震性が発揮される。また、地震の水平力が四角形の対角方向に作用しても、４ヶ所の横架材が同一高さに配置されているため、水平力の分力が均等に柱と横架材とに作用するので、上記構造は捩れることが防止される。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の木造建築の開口部用耐震構造において、前記土台と、４本の柱と、４本の横架材とで区画された空間が、地震の際に避難するためのシェルターとなることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、土台と、４本の柱と、４本の横架材とで区画することにより、地震の水平力に抗して容易には崩れない空間を形成するようにした。この空間を家屋の間取りの一部に採用すれば、そこに得られた間取りは、地震の際に逃げ込むシェルターの役割を担うことになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、土台上に立設され対向配置された一対の柱において、それぞれの上部における対向する側面間に、高さ方向の寸法が水平方向の幅寸法の２倍以上である横架材を架け渡すようにした。このため、補強のための部材を加えて開口部の間口及び高さを減じることがないように、簡単な構造で得られる木造建築の開口部用耐震構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の開口部用耐震構造を示す正面図。
【図２】比較例としての開口部構造を示す正面図。
【図３】第２実施形態の開口部用耐震構造を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図１及び図２を用いて説明する。なお、寸法を数値のみで示している時の単位はｍｍである。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態の開口部用耐震構造は、図示しない基礎の上にアンカーボルト４ａとナット８とにより固定された土台１ａと、その土台１ａに立設された一対の柱２１、２２と、その柱２１、２２のそれぞれの上部における互いに向き合う側面２１ａ、２２ａ間に架け渡された横架材３とより構成されている。本実施形態の平屋建ての場合、柱２１、２２はヒノキ材を用い、各部の呼称寸法は１８０×１８０×３０００（ホゾを含む全長）である。横架材３はベイマツ材を用い、各部の呼称寸法は１８０×３９０×２０００である。即ち、高さ３９０が幅１８０の２倍以上となっている。この横架材３の高さは、耐震性の要件からは高いほうが好ましいが、天井裏と屋根裏或いは２階の床下との間の高さにより制限されるので、２．５倍以下であることが好ましい。また、土台１ａはヒノキ材を用い、各部の呼称寸法は１２０×１２０×２７２０である。
【００２４】
柱２１、２２は、土台１ａに凹設されたホゾ穴１１に対するホゾ１０の嵌合により位置決めされ、ホールダウン金物５を用いて、基礎に立設されたアンカーボルト４ｂに固定されている。ホールダウン金物５は、それぞれの柱２１、２２に対して、２本のボルト６と４個のナット８により固定されている。
【００２５】
横架材３は、その中心の高さが図示しない基礎から２８５０となるように配置されている。そして、横架材３は、それぞれの柱２１、２２を水平方向に貫通して上下の２ヶ所に配置された２本のボルト７と４個のナット８との螺合により、それぞれの柱２１、２２に対して結合されている。このナット８のうち横架材３側のナット８は、横架材３の上下の側面３ａ、３ｂのそれぞれの凹設部３ｃに装置されている。
【００２６】
上下２本のボルト７は、それぞれが横架材３の側面３ａ、３ｂから４０ｍｍの深さの２ヶ所に水平方向に配置されている。この深さは、４０±５ｍｍの範囲にあることが好ましい。深さを３５ｍｍよりも浅くした場合、地震の水平力により柱２１、２２と横架材３との結合部の変形に関わる荷重がボルト７にかかるため、横架材３の側面３ａ或いは側面３ｂが破壊される虞がある。また、深さを４５ｍｍよりも深くした場合は、２本のボルト７のうち、一方のボルト７と他方のボルト７側の横架材３の端部との距離が縮小することになる。即ち、例えば、柱２１と横架材３との結合部において、下側のボルト７と横架材３の上側の側面３ａの端部との距離が縮小すれば、横架材３がその端部を支点として反時計回りに回転する荷重を受けたとき、柱２１と横架材３との間で耐えることができる曲げ応力が減少するので好ましくない。同様に、上側のボルト７と横架材３の下側の側面３ｂの端部との距離が縮小すれば、横架材３がその端部を支点として時計回りに回転する荷重を受けたとき、柱２１と横架材３との間で耐えることができる曲げ応力が減少するので好ましくない。柱２２と横架材３との結合部についても同様のことが言える。
【００２７】
図２に示す開口部構造は、後述する耐震性に係る試験において比較例の試験体として用いられるものである。この開口部構造は、一般的に家屋の一部に用いられるものであって、図１に示した開口部用耐震構造との比較において、各部材の寸法及び一部の結合方法は異なるが、構成は略同一である。比較例の寸法は、柱３１、３２が１２０×１２０であり、横架材３３が１２０×２１０である点が、実施形態と相違する。また、土台１ａと柱３１、３２との結合はホゾとホゾ穴との嵌合のみであり、横架材３３と柱３１、３２との結合は１本のボルト９とナット８との螺合によっている。
【００２８】
次に、本実施形態の土台１ａ、一対の柱２１、２２及び横架材３よりなる構造の耐震性に係る試験方法及びその結果について、比較例の結果と共に、概略を説明する。
先ず、図示しない油圧シリンダを用いて、横架材３又は横架材３３の中心高さにおいて、柱２１又は柱３１の外側面に対して水平荷重を繰り返し作用させた。そして、その油圧シリンダのストロークを変化させながら、柱２１、２２が傾くことに伴う土台１ａと柱２１、２２との角度の変化、横架材３と柱２１、２２との角度変化、およびそれぞれの結合部位における木材の破壊の度合い等を観察した。そして、得られたデータを元に耐力や等価壁倍率等を算出した。
【００２９】
その結果、本実施形態の試験体にける１／１５ｒａｄ耐力（ｋＮ／実壁長ｍ）は２１．７９であり、比較例の３．１１の７倍の値であり、許容耐力（ｋＮ／実壁長ｍ）は７．０５であり、比較例の０．７３の５倍であって、いずれにおいても比較例の値よりも優れている。また、等価壁倍率（実壁長当たり）については、本実施形態においては３．６０であり、比較例の０．７３の略５倍となっている。ちなみに、建築基準法施行令第四十六条第４項第一号に示される片筋交い（４５×９０）の壁倍率は２．０（壁長１ｍ当たり）であり、両筋交い（４５×９０）の壁倍率は４．０（壁長１ｍ当たり）である。
【００３０】
従って、本実施形態の壁倍率の３．６は、前記両筋交いの壁倍率の４．０よりも下回るが、本実施形態の開口部用耐震構造においては、開口部が何ら狭められることなく活かされている点が優れているといえる。そして、これらの数値が示すように、建築基準法に規定される耐震等級３を満足しているのである。
【００３１】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、土台１ａ上に立設された一対の柱２１、２２の上部における互いに向き合う側面２１ａ、２２ａ間に、高さ方向の寸法が水平方向の幅寸法の２倍以上にあたる呼称寸法１８０×３９０である横架材３を架け渡すようにした。このため、柱２１、２２に結合された横架材３が、その高さ故に柱２１、２２の曲げ強度を活かすことができる。従って、地震の際、横架材３の長手方向と同一方向の水平力が作用しても、土台１ａと、一対の柱２１、２２と、横架材３とで構成される構造は、水平力に抗して高い耐震性を発揮することができ、建築基準法に規定される耐震等級３を満足することができる。
【００３２】
（２）上記実施形態では、柱２１、２２として一般に呼称寸法１２０×１２０の太さものが用いられるところ、呼称寸法１８０×１８０の太さのものを用い、横架材３として一般に幅×高さの呼称寸法が１２０×２１０のものが用いられるところ、呼称寸法１８０×３９０のものを用いるようにした。このため、単に柱及び梁を太くした場合と異なり、通常よりも十分な高さがある横架材３が、通常よりも太い柱２１、２２の曲げ強度を十分に活かすことができる。従って、筋交いや壁を設けることなく、また間口を狭めたり高さを減じたりすることなく、簡単な構成の耐震性の高い木造建築の開口部用耐震構造を提供することができる。
【００３３】
（３）上記実施形態では、柱２１或いは柱２２と横架材３とを結合する２本のボルト７の軸芯が横架材３の上下のそれぞれの側面３ａ、３ｂから４０±５ｍｍの深さに配置されるようにした。このため、柱２１、２２と横架材３との結合部に地震の水平力が作用しても、横架材３は、側面３ａ或いは側面３ｂから浅い位置にあるボルト７の挿通用の孔のために、その端部が弱体部となって破壊されることが未然に防止される。また、横架材３は、側面３ａ或いは側面３ｂから深過ぎない位置にあって所定の間隔に配置された２本のボルト７により柱２１、２２に結合されるので、水平力の作用による曲げ応力に耐えられるように、柱２１、２２の曲げ強度を活かすことができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化したの第２実施形態を、第１実施形態と異なる部分を中心に図３を用いて説明する。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態における開口部用耐震構造では、土台１ａと、その土台１ａに立設された一対の柱２１、２２と、その柱２１、２２のそれぞれの上部における互いに向き合う側面２１ａ、２２ａ間に架け渡された横架材３とより構成される一対のフレーム３０が互いに平行に配置されている。そして、平行に配置された土台１ａ間を繋ぐように一対の土台１ｂが互いに平行に配置され、一対の土台１ａと一対の土台１ｂとにより平面四角形（本実施形態では正方形）の土台が形成されている。また、隣合う柱２２、２２の上部における互いに向き合う側面２２ｂ、２２ｂ間に横架材３が架け渡されている。同様に、隣合う柱２１、２１の上部における互いに向き合う側面２１ｂ、２１ｂ間に横架材３が架け渡されている。これらのフレーム３０間に架け渡された２ヶ所の横架材３と、２ヶ所のフレーム３０の横架材３とは高さが同一に配置されている。
【００３６】
このように、柱２１、２２からなる４本の柱と、４本の横架材３とにより形成された直方体（本実施形態では立方体）の空間３４は、フレーム３０の横架材３の長手方向に沿った地震の水平力に対して耐震性を有すると共に、フレーム３０間に架け渡された横架材３の長手方向に沿った地震の水平力に対して耐震性を有するものとなる。また、同一高さで平面四角形をなすように配置された４ヶ所の横架材３により、四角形の対角線方向に作用する地震の水平力に対しても、水平力の分力が柱２１、２２と横架材３とに均等に作用するので、空間３４は捩れることなく耐震性を有することになる。
【００３７】
従って、この空間３４は筋交いや壁を有するものではないので、家屋内のいずれの場所にも配置することできて、配置された空間３４は地震の際に人が非難して被災を免れることができるシェルターとなり得る。
【００３８】
そして、この第２実施形態においては、第１の実施形態における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（４）上記実施形態では、柱２１、２２からなり平面四角形の角部Ｋ１〜Ｋ４に配置された４本の柱と、それぞれの柱の間の同一高さに配置された４本の横架材３とにより空間３４を形成するようにした。このため、この空間３４は、地震の際、直交する横架材３の長手方向のいずれの方向の水平力に対しても耐震性を有する。また、地震の水平力が、四角形をなすように配置された横架材３の対角線方向に作用しても、４ヶ所の横架材３が同一高さに配置されているため、水平力の分力が柱２１、２２と横架材３とに均等に作用するので、空間３４が地震の水平力により捩れることを防止することができる。
【００３９】
（５）上記実施形態では、筋交いも壁も設けることなく耐震性を有する空間３４を形成するようにした。このため、家屋全体を高耐震性とすることが、例えば、経済的に許されない場合であっても、この空間３４を家屋の間取りの一部に採用すれば、そこに得られた間取りを、地震の際に逃げ込むシェルターとすることができる。
【００４０】
（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・  平屋建ての場合の柱２１、２２として、呼称寸法が１８０×１８０×３０００（ホゾを含む全長）であるヒノキ材を用いたが、二階建てとして、呼称寸法が１８０×１８０×６０００（ホゾを含む全長）のものを用いること。
・  土台１ａの長さを呼称寸法３０００としたが、呼称寸法５０００までの長さとすること。
・  土台１ａを呼称寸法１２０×１２０の角材としたが、呼称寸法１２０×１８０の角材とすること。
・  横架材３にベイマツ材を用いたが、松材或いはヒノキ材とすること。
・  土台１ａにヒノキ材を用いたが、ベイヒバ材とすること。
・  一対の土台１ａと一対の土台１ｂとにより平面正方形としたが、平面長方形とすること。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ，１ｂ…土台、３，３３…横架材、３ａ，３ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…側面、３ｃ…凹設部、６，７，９…ボルト、８…ナット、２１，２２，３１…柱、３０…フレーム、３４…空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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