(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板と、
該鋼板の一方の面に配された第一木質系部材と、
前記鋼板の他方の面に、前記鋼板を間に挟んで前記第一木質系部材と対向する位置に配された第二木質系部材と、
前記鋼板の板厚方向に前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に挿通されて、これらと前記鋼板とを圧着固定する締結部材と、
を備え、
該締結部材が、高力ボルトと、
該高力ボルトと締結されたナットと、
を備えて、
前記締結部材による前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の圧縮ひずみが、５０％以上、かつ８０％以下であることを特徴とする接合構造。
【請求項２】
前記高力ボルトが、トルシア型高力ボルトであることを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
【請求項３】
前記高力ボルトの頭部又は前記ナットが収容される座ぐり穴部が、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造。
【請求項４】
前記締結部材の締結方向と前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の繊維方向とが交差することを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の接合構造。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一つに記載の接合構造を備え、
前記鋼板が直交する長手方向及び板幅方向を有するとともに、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材が、前記鋼板の板幅方向の両端側に配されていることを特徴とする複合材。
【請求項６】
鋼板の一方の面に第一木質系部材を配するとともに、前記鋼板の他方の面に、前記鋼板を間に挟んで前記第一木質系部材と対向する位置に前記第二木質系部材を配する配置工程と、
前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に前記鋼板の板厚方向に高力ボルトを挿通して締め付け、これらを前記鋼板と圧着固定する締結工程と、
を備え、
前記締結工程では、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の圧縮ひずみが５０％以上、かつ８０％以下となるように締め付けることを特徴とする接合方法。
【請求項７】
前記高力ボルトが、トルシア型高力ボルトであることを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
【請求項８】
前記高力ボルトの頭部又は前記ボルトと締結されるナットが収容される座ぐり穴部が、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に配されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の接合方法。
【請求項９】
前記締結部材の締結方向と前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の繊維方向とが交差することを特徴とする請求項６から８の何れか一つに記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系部材と鋼板との接合構造、複合材、及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材は古くから日本の代表的な建築材料として使用されており、近年では、環境問題への配慮等から、再び木材の積極的利用を求める動きが高まっている。しかし木材を構造部材として利用する際には、節や繊維の傾きなど木材特有の性格の影響により生じる材料強度のばらつきや接合部の弱さ、流通上の寸法の制約を考慮しなければならない。
【０００３】
そこで、これらの短所を補う目的のため、鋼板を木製部材又は集成材といった木質系部材で挟みこみ、ボルトを挿入して締結した複合材が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、十分な耐力を付加するために、ボルトの挿通孔に摩擦式シア部材を挿入し、各木質系部材の外側に押え部材を配置することによって、シア部材底面と接合用鋼板との接触面圧を確保するものも提案されている（例えば、特許文献２、非特許文献１参照。）。
【０００４】
一方、Ｈ形鋼やＩ形鋼といった形鋼の周囲に木質系部材を配することによって、木造建築物の構造部材としての強度を確保するとともに、床材等の他の木質系部材を直接釘にて接合することができるようにしたものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３９４５３号公報
【特許文献２】特開２００６−００２５５６号公報
【特許文献３】特開２００９−１９７４５５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】坂田弘安ほか, 摩擦接合型コネクタを用いたスギ−鋼板ハイブリッド具材の軸方向特性, 日本建築学会構造系論文集, 第６２７号,ｐｐ８１１−８１７, ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２や非特許文献１に記載の技術の場合、シア部材を挿入する分、接合構造が複雑になり、経済的にも不利となる。また、特許文献３に記載の技術では、形鋼を使用することによって木質系部材で挟みこむ鋼材の重量が大きくなり、高コストとなってしまう。さらに、上記特許文献１に記載の技術の場合、節や繊維の傾きなどの木質系部材特有の性質により、木質系部材には材料強度のばらつきが生じているので、木質系部材と鋼板とを単に締め付けただけでは、接合構造の耐力が安定せず、また経時変化してしまう場合がある。
【０００８】
そこで、本発明者は、どの程度の締め付けが好ましいかを検討するため、鋼板を木質系部材で挟み込んだ複合材を圧縮した。その結果、圧縮ひずみの増大にともない破損するのではないかとの予想を大きく外れ、図４に示すように、圧縮ひずみが５０％を超えたあたりから、却って剛性が指数関数的に増加するという知見を得た。
【０００９】
本発明は上記知見に基づいて成されたものであり、簡単な構成で安定した耐力を安価に確保することができる木質系部材と鋼板との接合構造、複合材、及び接合方法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】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る接合構造は、鋼板と、該鋼板の一方の面に配された第一木質系部材と、前記鋼板の他方の面に、前記鋼板を間に挟んで前記第一木質系部材と対向する位置に配された第二木質系部材と、前記鋼板の板厚方向に前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に挿通されて、これらと前記鋼板とを圧着固定する締結部材と、を備え、該締結部材が、高力ボルトと、該高力ボルトと締結されたナットと、を備えて、前記締結部材による前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の圧縮ひずみが、５０％以上、かつ８０％以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る接合方法は、鋼板の一方の面に第一木質系部材を配するとともに、前記鋼板の他方の面に、前記鋼板を間に挟んで前記第一木質系部材と対向する位置に前記第二木質系部材を配する配置工程と、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に前記鋼板の板厚方向に高力ボルトを挿通して締め付け、これらを前記鋼板と圧着固定する締結工程と、を備え、前記締結工程では、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の圧縮ひずみが５０％以上、かつ８０％以下となるように締め付けることを特徴とする。
【００１２】
この発明は、第一木質系部材及び第二木質系部材の圧縮ひずみが、５０％以上、かつ８０％以下となるように、締付力の高い高力ボルトにて鋼板と第一木質系部材及び第二木質系部材とを締め付けて接合させている。そのため、第一木質系部材及び第二木質系部材の接合部分の間隙率を大幅に減少することができ、変形後に高圧力を支持して、圧縮前に材料強度のばらつきがあっても剛性を上げて接合することができる。
【００１３】
また、本発明に係る接合構造は、前記接合構造であって、前記高力ボルトが、トルシア型高力ボルトであることを特徴とする。
【００１４】
この発明は、所定の締め付け力でボルトを締結したことを目視にて確認することができ、締め付けトルクの管理を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明に係る接合構造は、前記接合構造であって、前記高力ボルトの頭部又は前記ナットが収容される座ぐり穴部が、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材に配されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明は、座ぐり穴部の深さに応じて、第一木質系部材及び第二木質系部材の圧縮量とボルトの締付可能長さとを好適に調節することができる。
【００１７】
また、本発明に係る接合構造は、前記接合構造であって、前記締結部材の締結方向と前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材の繊維方向とが交差することを特徴とする。
【００１８】
この発明は、第一木質系部材及び第二木質系部材の木質繊維の直交方向の剛性を増大させることができ、第一木質系部材及び第二木質系部材の変形後の圧縮状態を好適に維持して剛性を維持することができる。
【００１９】
本発明に係る複合材は、本発明に係る接合構造を備え、前記鋼板が直交する長手方向及び板幅方向を有するとともに、前記第一木質系部材及び前記第二木質系部材が、前記鋼板の板幅方向の両端側に配されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明は、複合材をＨ形鋼等の形鋼と同様の断面形状にすることができ、鋼板の剛性を高めることができる。また、Ｈ形鋼に比べて鋼材の使用量を減らすことができ、安価なものを提供することができる。さらに、通常の木質系の梁部材よりも高い耐力を維持しつつ、他の木質系部材と第一木質系部材及び第二木質系部材とを釘により接合することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、鋼板と木質系部材との接合において、簡単な構成で安定した耐力を安価に確保することができる。また、本発明において使用する木質系部材は、細くて短いために主要な木材として余り使用されずに多摩地方等で伐採されている、灌木やスギ等の間伐材も使用することができる。したがって、輸入材木の入手が困難になりつつある状況下であっても、木質系部材と鋼板との新たな複合材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合材を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る接合方法の締結工程における締結状態を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る木質系部材の荷重とひずみ度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る接合構造の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る（ａ）接合構造（ｂ）比較例それぞれのせん断試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係る複合材１は、図１及び図２に示すような接合構造１０を備えている。
【００２４】
すなわち、接合構造１０は、鋼板１１と、鋼板１１の一方の面１１Ａに配された第一木質系部材１２と、鋼板１１の他方の面１１Ｂに、鋼板１１を間に挟んで第一木質系部材１２と対向する位置に配された第二木質系部材１３と、を備えて、Ｈ形鋼と同様の断面構造となっている。また、接合構造１０は、鋼板１１の板厚方向Ｘに第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３に挿通されて、これらと鋼板１１とを圧着固定する締結部材１５を備えている。
【００２５】
鋼板１１は、直交する長手方向Ｙ及び板幅方向Ｚを有している。締結部材１５は、高力ボルト１６と、これと螺合されるナット１７と、座金１８と、を備えている。鋼板１１の板厚方向Ｘには、高力ボルト１６のボルト部分が挿入される第一貫通孔２０ａが配されている。
【００２６】
第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３は、スギ等の間伐材を利用した角材で、高力ボルト１６のボルト部分が挿入される第二貫通孔２０ｂが締結方向に配されている。そして、表面には、座金１８とともに高力ボルト１６の頭部１６Ａ及びナット１７が収容される座ぐり穴部２０ｃが、所定の深さで配されている。第二貫通孔２０ｂは、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の繊維方向と直交する方向が好ましい。なお、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３は、木製材や集成材であっても構わない。
【００２７】
第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３では、圧縮ひずみが、５０％以上、かつ８０％以下、より好ましくは、７０％から８０％となるように、座ぐり穴部２０ｃに収容された座金１８が内部にめり込むようにして締め付けられている。
【００２８】
複合材１では、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３が、鋼板１１の板幅方向Ｚの両端側に配されている。この際、鋼板１１の板幅方向Ｚの両端面１１Ｃと、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の表面とが同一平面上となるように配されている。
【００２９】
次に、本実施形態に係る接合方法について説明する。
この接合方法は、配置工程と、締結工程と、を備えている。
【００３０】
配置工程は、鋼板１１の一方の面１１Ａに、第一貫通孔２０ａと第二貫通孔２０ｂとが連通するように第一木質系部材１２を配する。同様に、鋼板１１の他方の面１１Ｂに、鋼板１１を間に挟んで第一貫通孔２０ａと第二貫通孔２０ｂとが連通するように、第一木質系部材１２と対向する位置に第二木質系部材１３を配する。
【００３１】
締結工程は、図３に示すように、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の第二貫通孔２０ｂに高力ボルト１６を挿通してナット１７を締め付けた後、さらに座金１８が第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３にめり込むようにしてこれらを鋼板１１と圧着固定する。
【００３２】
ここで、図４は、鋼板を木質系部材で挟み込む場合、どの程度の締め付けが好ましいのかを本発明者が検討するために、鋼板を木質系部材で挟み込んだ複合材を圧縮した結果を示すものである。複合材の圧縮にともない破損するのではないかという予想が大きく外れ、図４に示すように、圧縮ひずみが５０％を超えたあたりから、却って剛性が指数関数的に増加するという知見を得た。このように、木材を圧縮するにつれて、圧縮ひずみが５０％付近から剛性が上がりはじめ、７０％を超えると初期剛性と同程度の剛性になり、耐力も上昇し続けるので、本実施形態では、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の圧縮ひずみが、５０％以上、かつ８０％以下、好ましくは、７０％から８０％となるように締め付ける。
【００３３】
複合材１の長さが不足する場合には、別の複合材１を鋼板１１部分で互いに接続して長さ方向に付け足すことにより長尺なものを確保してもよい。
【００３４】
この複合材１、接合構造１０によれば、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の圧縮ひずみが、５０％以上、かつ８０％以下となるように、鋼板１１と第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３とを接合させている。そのため、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の接合部分の間隙率を大幅に減少することができ、圧縮前に材料強度のばらつきがあっても剛性を上げて接合することができる。そして、変形後に高圧力を支持して耐力の変動を好適に抑えることができる。
【００３５】
特に、締付力の高い高力ボルトにて締め付けられているので、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３を上述の圧縮ひずみになるまで圧縮させることができる。
【００３６】
また、高力ボルト１６の頭部１６Ａ又はナット１７が収容される座ぐり穴部２０ｃが、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３に配されているので、座ぐり穴部２０ｃの深さを調節することによって、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の圧縮量と高力ボルト１６の締付可能長さとを好適に調節することができる。
【００３７】
さらに、締結部材１５の締結方向と第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の繊維方向とを交差させた場合には、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の木質繊維の直交方向の剛性を増大させることができ、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の変形後の圧縮状態を好適に維持して剛性を維持することができる。
【００３８】
また、複合材１をＨ形鋼等の形鋼と同様の断面形状にすることができ、鋼板１１の剛性を高めることができる。また、Ｈ形鋼に比べて鋼材の使用量を減らすことができ、安価なものを提供することができる。さらに、通常の木質系の梁部材よりも高い耐力を維持しつつ、他の木質系部材と第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３とを釘により接合することができる。
【００３９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、締結部材１５として高力ボルト１６及びナット１７の代わりに、図５（ａ）に示すように、トルシア型ボルト２１を使用してもよい。この場合、ボルトの締め付け完了が、図５（ｂ）から図５（ｃ）に示すように、ピンテール２２の破断により、目視によって確認することができる。また、ピンテール２２の破断強度が一定なので、締め付け軸力を安定させることができるとともに、締め付け完了時のトルクチェックを省略することができる。
【００４０】
また、長尺の鋼板に対して、長手方向に離間した状態で複数の第一木質系部材及び第二木質系部材が配されていても構わない。
【００４１】
さらに、鋼板１１の板幅方向Ｚの両端面１１Ｃと、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の表面とが同一平面上となるように配されているが、これに限らず、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３と鋼板１１との何れか一方が他方に対して突出するように配されていても構わない。
【００４２】
また、鋼板１１の板幅方向Ｚに対する、第一木質系部材１２及び第二木質系部材１３の長さを調節することによって、複合材１の耐性及び鋼板１１の耐火性能を好適に調節することができる。
【実施例１】
【００４３】
本実施形態に係る接合構造１０について、鋼板１１の板幅方向Ｚを鉛直方向としたときに、上側の第一木質系部材１２と下側の第二木質系部材１３をそれぞれ鉛直方向に押圧したときの荷重［Ｎ］と、第一木質系部材１２と鋼板１１及び第二木質系部材１３と鋼板１１のそれぞれのずれの和の１／２を平均ずれ［ｄ］として、その平均ずれ［ｄ］と荷重［Ｎ］との関係を試験により確認した。この際、特許文献２に記載のような従来の構造のものを比較例として、同様のせん断試験を行った。せん断試験結果を図６に示す。
【００４４】
本実施形態に係る接合構造１０のほうが、比較例よりも割線剛性の傾きが大きく、高い耐性を有していることがわかった。
【符号の説明】
【００４５】
１  複合材
１０  接合構造
１１  鋼板
１１Ａ  一方の面
１１Ｂ  他方の面
１２  第一木質系部材
１３  第二木質系部材
１５  締結部材
１６  高力ボルト
１６Ａ  頭部
１７  ナット
２０ｃ  座ぐり穴部
Ｘ  板厚方向
Ｙ  長手方向
【図１】
0005419013.tif 000002
【図２】
0005419013.tif 000003
【図３】
0005419013.tif 000004
【図４】
0005419013.tif 000005
【図５】
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【図６】
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