(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材の座屈を防止する配置に木材がアンボンド状態に合成されて成り、前記木材の端部から突き出された金属部材の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする、木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項２】
金属板の両面に木材が重ね合わされ、前記両側二つの木材の側面に木板が沿わされ、該木板と前記金属板の両側の二つの木材とがそれぞれ釘等で連結されて成り、木材の端部から突き出された金属板の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする、木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項３】
金属板の両面に木材が重ね合わされ、前記両側二つの木材はその外周を複数のバンド類で結束されて成り、前記木材の端部から突き出された金属板の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする、木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項４】
木材に、金属管の横断面形状とほぼ同形、同大で同金属管を通すことが可能な通孔が設けられ、前記通孔へ金属管が貫通されて成り、木材の両端から突き出された金属管の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする、木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項５】
木材及び木板の外周が複数のバンド類で結束されていることを特徴とする、請求項１又は２若しくは４に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項６】
木板は、金属板の長手方向に複数個に分断された木板ピースの集合で構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項７】
金属板の両面に重ね合わされた二つの木材と、その側面に沿って重ねられた木板との間に補強シートが挟み込まれていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【請求項８】
木板ピースのうち、部材両端に位置するものは、合板等のせん断強度が高い材料で製作されていることを特徴とする、請求項６に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、木材を金属部材の座屈補剛材として用い、両材をアンボンド状態に合成して成る軸力部材の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
多目的ドームや体育館のような大空間、大スパンの建築物には、鉄骨トラス構造を採用することが多い。しかし、鋼材やアルミニューム材等の金属部材は圧縮力により曲げ座屈を生じるため、金属部材本来の圧縮強度（圧縮降伏強度）を十分に期待することは難しい。
【０００３】
最近ではまた、環境に優しい建築が志向され、木質系材料を使用した建築物の設計、施工が広がっている。
特開２００１−１９３２２０公報に記載された建築用合成材は、鋼板の両面に集成材を配置し、同鋼板と集成材をドリフトピン接合した構成であり、集成材と鋼板の両方で軸力を負担するもので、「筋交い」などに使用すると説明されている。
【０００４】
本願の発明者らが２００１年の建築学会大会に発表した「木材と鋼板を組み合わせた合成部材の圧縮強度実験」の内容も、鋼板の補剛材として木材を使用し、両材を接着により一体化した合成部材の実大試験により、圧縮性状を検討した結果を紹介している。
なお、本出願人の先の出願に係る鉄骨ブレースを鋼管で補剛したアンボンド鉄骨ブレースの発明は、特開平７−３２４３７７号公報に開示されている。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
本願の発明者らによる上記「木材と鋼板を組み合わせた合成部材」の研究によれば、「木材は軽くて強い」のであるが、木材の強度性能にはバラツキが大きく、鋼材ほどには一様な信頼を寄せ難い。にも拘わらず、鋼板と集成材などを接着・スタッド接合・ボルト接合・ドリフトピン接合等して一体化した所謂ボンド型合成材の場合は、合成材が負担する荷重の一部を木材が受け持っている。つまり、木材が、鋼板の曲げ座屈に対する補剛作用の外に、軸力の一部をも負担しているのである。しかし、軸力は本来強度が大きい鋼材に負担させるのが合成材の所期の目的である。木材が軸力をも負担するのでは、適さない目的（強度）のために木材を使用していることに他ならず、不合理である。
【０００６】
上記した従来のボンド型合成材の場合、木材が負担する軸力の大きさは、木材と鋼材との固定度（接合度＝固定部分の剛性）に左右される。しかし、前記固定度は木材のめり込み剛性や加工寸法に大きく依存するため、一般的に不確定性が高い。よって木材が軸力の一部を負担するボンド型合成材は、木材の強度のバラツキと、木材が負担する軸力の大きさのバラツキという二重の不確定性を有することになり、結局は合成材の耐力の信頼性が損なわれるか、又はそれでも十分な信頼性を獲得するためには不経済な設計になってしまうという問題点がある。
【０００７】
その他、鋼板と木材、集成材などを接着等して一体化したボンド型合成材の場合は、木材と鋼板の熱膨張係数の相違に起因する種々な不都合の解決も重要な課題となる。
【０００８】
上記した特開平７−３２４３７７号公報に開示された、鉄骨ブレースを鋼管で補剛したアンボンド鉄骨ブレースの場合は、「鋼材は強いが重い」という問題点が、用途や運搬等に大きな解決課題を生じさせる。
【０００９】
本発明の目的は、構造が簡単で軽量、小型であり、安価に実施でき、軸力に対する耐荷重性能と安定性に優れ、木材と金属との熱膨差に起因する問題も全くなく、経済的で信頼性の高い、木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材は、
金属部材の座屈を防止する配置に木材がアンボンド状態に合成されて成り、前記木材の端部から突き出された金属部材の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載した発明に係る木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材は、金属板の両面に木材が重ね合わされ、前記両側二つの木材の側面に木板が沿わされ、該木板と前記金属板の両側の二つの木材とがそれぞれ釘等で連結されて成り、木材の端部から突き出された金属板の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した発明に係る木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材は、金属板の両面に木材が重ね合わされ、前記両側二つの木材はその外周を複数のバンド類で結束されて成り、前記木材の端部から突き出された金属板の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明に係る木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材は、木材に、金属管の横断面形状とほぼ同形、同大で同金属管を通すことが可能な通孔が設けられ、前記通孔へ金属管が貫通されて成り、木材の両端から突き出された金属管の両端部が軸力の入力部として構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載した発明は、請求項１又は２若しくは４に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材において、木材及び木板の外周が複数のバンド類で結束されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載した発明は、請求項１又は２に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材において、木板は、金属板の長手方向に複数個に分断された木板ピースの集合で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載した発明は、請求項１又は２に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材において、金属板の両面に重ね合わされた二つの木材と、その側面に沿って重ねられた木板との間に補強シートが挟み込まれていることを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載した発明は、請求項６に記載した木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材において、木板ピースのうち、部材両端に位置するものは、合板等のせん断強度が高い材料で製作されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下に、図示した本発明の実施形態を説明する。
本発明に係る木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材の基本は、鋼材やステンレス鋼材、アルミニューム材のごとき構造用の金属部材の座屈を防止する配置に木材がアンボンド状態に合成されて成り、前記木材の端部から突き出された金属部材の両端部が軸力の入力部とした構成で好適に実施される（請求項１に記載した発明）。つまり、金属部材が全荷重を負担し、木材は純粋に座屈補剛材としてのみ働かせる考え方を実現する構成である。
【００１９】
さらに具体的に説明すると、先ず図１Ａ〜Ｃに示したアンボンド合成軸力部材は、鋼板１の表裏両面に、角材として作られた木材２、２が重ね合わされ、この両側二つの木材２、２の両側面に木板３、３が沿わされ、該木板３、３と前記鋼板１の両側の二つの木材２、２とがそれぞれ複数本の釘４等で相互に連結されて成り、木材２、２の端部から突き出された鋼板１の両端部が他の材と連結する軸力の入力部５、５として構成されている（請求項２に記載した発明）。要するに、鋼板１と二つの木材２、２及び木板３、３とは、一切接着や連結をされていない。釘４は、鋼板１の両側に重ねた二つの木材２、２と木板３とを結合することにのみ使用され、もってアンボンド状態を実現している。木材２と鋼板１は、単に重ね合わせにより接した面の摩擦力によってのみ、重力の作用や振動によって両材の相対位置が変化しない（ずれない）組み合わせ状態を保つアンボンドの構成であり、前記の摩擦力は通常問題にならない程に小さい。したがって、このアンボンド合成軸力部材は、他にアンボンド処理するボルトなどの部品類は一切無用であり、その構造はきわめて簡単であり、製作が容易である。
【００２０】
このアンボンド合成軸力部材に圧縮力が作用して座屈による曲げ変形を起こした状態を考える。両側の木材２、２は、鋼板１の曲げ変形に追従しつつも、軸力に関しては鋼板１とはほぼ完全に縁が切れているため、鋼板１が入力部５、５を通じて全軸力を負担し、木材２は純粋に座屈補剛材としてのみ働く。また、引張り力が作用した場合を考えると、やはり鋼板１が入力部５、５を通じて全軸力を負担する。木材２が鋼板１の弾性座屈を防止するのに必要十分な曲げ剛性を有する場合、このアンボンド合成軸力部材の圧縮耐力は引張り耐力と同等となる。鋼板１（鋼材）の代わりに、ステンレス鋼材やアルミニューム材など一般に構造材として使用される金属部材を同様に適用可能である。木材２及び木板３としては、通常の製材の他に、集成材などの加工材を使用することもできる。
【００２１】
因みに、上記アンボンド合成軸力部材の大きさ等の仕様の一例を示すと、鋼板１は、厚さ９mm、幅寸が１０５mm、長さが４３００mmであり、重量は約３０kgである。木材２は、一辺の長さが１０５mmの杉角材で、長さは４ｍであり、１本あたりの重量は２２kgである。木板３は、厚さが１５mm、幅寸が２１０mm、長さは４ｍで、１枚あたりの重量は約６kgである。したがって、このアンボンド合成軸力部材を構成する各部品の重量は、作業員が１人で運べる程度の重さである。部材の総重量は８６kgとなる。鋼板１の両端の長さ１５０mm相当分が入力部５とされる。前記仕様のアンボンド合成軸力部材の最大耐力の平均値は、２３７ＫＮ、最大耐力時の鋼板圧縮応力度の平均値は２５１ＭＰａ、最大圧縮時の軸方向変形量は５．３２mm、同前の面外方向最大変形は中央部位で約７．２mmであった。木板３の割裂破壊により最大耐力点に至った。したがって、このアンボンド合成軸力部材は、例えば小規模建物の柱、筋交い、或いはトラス材などとして使用可能である。
【００２２】
比較のため、上記構成のアンボンド合成軸力部材に使用した鋼板１の曲げ座屈補剛材に、従来技術の通り角形鋼管を使用した場合を、同角形鋼管の必要断面二次モーメントが約３０６cm４ 、又は約６７cm４の２通りで検討する。それぞれの角管重量は約１０６kgと約８６kgであるから、その運搬にはもはや重機の使用が必要である。鋼板１の重量（約３０kg）と加算した総重量は、前者が１３６kg、後者は１１６kgとなる。本発明のアンボンド合成軸力部材は、前記の比較例に対し２５％〜３６％の軽量化を達成できることが明らかである。
【００２３】
次に、図２Ａ〜Ｃに示した実施形態を説明する。
このアンボンド合成軸力部材も、鋼板１の両面に、角材として製作した二つの木材２、２が重ね合わされる点までは、上記図１の実施形態と共通する。但し、鋼板１とその両面の木材２、２との拘束手段として、前記両側二つの木材２、２の外周が複数のバンド類６で結束されて成る点が異なる。従って、鋼板１と木材２とは単に接しているだけのアンボンド状態である。木材２の端部から突き出された鋼板１の両端部が軸力の入力部５、５として構成される点は同じである（請求項３に記載した発明）。
【００２４】
前記のバンド類６としては、木材類の梱包などに多用されている周知の金属板を曲げ加工したバンド、樹脂製（強化繊維入りを含む）バンド、鋼線類その他を適宜に選択して使用できる。要は木材２による鋼板１の曲げ座屈の補剛効果を損なうことのない結束力を発揮し、且つ相当長期間の耐用寿命を発揮するものであれば足りる。バンド類６で結束する本数及びピッチも同様の考えに基づいて決定される。
【００２５】
なお、バンドで鋼板１と木材２とをアンボンド状態に拘束する構成のバリエーションとして、上記図１の木板３を含む実施形態において、釘４を使用しないで、バンド類６で結束した構成も実施できる（請求項５に記載した発明）。
【００２６】
次に、図３Ａ、Ｂに示した実施形態は、図１のアンボンド合成軸力部材について、木板３の剪断破壊防止の措置を講じた実施例を示している。即ち、図１のアンボンド合成軸力部材に圧縮力が作用し、座屈による曲げ変形が発生すると、木板３は曲げに伴う剪断力を負担することになる。木板３の剪断強度は本来非常に低いため、この木板３が先行して破壊し（試験の結果、最大耐力に達して、木板３の両端中央から軸方向に割裂が入った。）アンボンド合成軸力部材の耐力低下を引き起こすことが懸念された。
【００２７】
その対案として、図３の実施形態では、木板は、鋼板１の長手方向（木板の材軸直交方向）に複数個に分断（分割）した複数の木板ピース３’の集合で構成されている（請求項６に記載した発明）。
その意図するところは、図３Ｂに示したように、鋼板１に圧縮力が作用して曲げ座屈が発生した場合に、各木板ピース３’に大きな剪断応力を負担させることなく、鋼板の曲がりに追従させ、隣り合う木板ピース３’の接合縁の間に相応のズレを生じさせ、少なくとも木板ピース３’の剪断破壊を防止するにある。このように木板を小さく分割する構成の場合には、木板ピース３’自体が小さな寸法のもので良いことになり、小径木や半端材などの安価な木質材料を有効利用することができ、割裂による耐力低下を防止することと同時に、コストダウンを図れる利点もある。各木板ピース３’を複数の釘４にて木材２と連結することは図１の場合と同じである。
図３の実施形態の場合には、各木板ピース３’は、木材繊維の筋を鋼板１の軸方向と直交する向きに使用して、木板の強度をより有効活用することもできる。あるいは部材両端に位置する木板ピース３ａ’、３ａ’に、合板等のせん断強度が高い材料で製作したものを使用すると一層強度及び信頼性の高い合成材となる（請求項８に記載した発明）。
【００２８】
図４は、木板ピース３’の長さを少し大きくして分割数を減らし、且つ部材両端の木板ピース３ａ’に合板などせん断強度の高い材料を使用した実施形態を示している。かくすれば、アンボンド合成軸力部材の製作工数を減らせて好都合だからである。
【００２９】
次に、図５に示した実施形態は、やはり図１の実施形態と同様に、鋼板１の両面に、角材として製作した二つの木材２、２が重ね合わされ、前記二つの木材２、２の側面に沿って木板３が配置され、該木板３と二つの木材２、２が釘４で連結した構成である。但し、鋼板１の両面に重ね合わされた二つの木材２、２と、その側面に沿って重ねられた木板３との間に補強シート７が挟み込まれていることを特徴とする（請求項７に記載した発明）。補強シート７が木板３の剪断破壊の防止の作用を奏する実施例である。
補強シート７としては、例えばガラス繊維入りの膜材などを好適に使用することが出来る。
【００３０】
次に、図６に示したアンボンド合成軸力部材は、所謂丸太を使用した木材１２の中心部の軸方向に、例えば鋼管、アルミニューム管などの金属管１１の横断面形状とほぼ同形、同大で同金属管１１を通すことが可能な通孔が設けられ、前記通孔へ金属管１１が貫通されて成り、木材１２の両端から突き出された金属管１１の両端部が軸力の入力部１５として構成されていることを特徴とする（請求項４に記載した発明）。
金属管１１は、丸太の木材１２に対して、全長にわたり軽く接触する程度に製作すれば足りる。本実施例の場合、丸太の木材１２はもともと一体構造であるから、単に金属管１１を貫通させるだけで良く、製作がきわめて容易である。そして、丸太の木材１２には、金属管１１の座屈補剛材としての働きを十分に期待できるのである。
【００３１】
図７のアンボンド合成軸力部材は、図６の木材１２の外周を更に複数のバンド類６で結束して補強した構成の例を示している。バンド類６による結束は、丸太の木材１２の初期割れによる座屈補剛効果の低下を防止出来る効果がある。
【００３２】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜８に記載した発明に係る木材と金属部材のアンボンド合成軸力部材は、木材と金属材の力学的機能が明確に分離され、金属材は全荷重を負担し、木材は金属材の座屈補剛材としてのみ働く構成であるから、各部材の強度に関する信頼性が高く、合理的、経済的な設計が可能となる。
しかも木材を使用した分だけ軽量となり、部材として高い比強度を発揮するほか、その各構成部品の重量は作業員が一人で運べる程度となり、重機類の必要が無く、施工性に優れ、施工コストを低下できる。
また、構造が簡単であり、安価に製造でき、軸力に対する耐荷重性能と安定性に優れる。そして、木材と金属との熱膨差に起因する問題も全くなく、経済的で信頼性が高いのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係るアンボンド合成軸力部材の一実施形態を示した正面図と平面図および拡大した縦断面図である。
【図２】Ａ、Ｂ、Ｃは本発明に係るアンボンド合成軸力部材の異なる実施形態を示した正面図と平面図および拡大した縦断面図である。
【図３】Ａ、Ｂは本発明に係るアンボンド合成軸力部材の異なる実施形態を示した正面図と、その曲げ座屈状態を概念的に示した説明図である。
【図４】本発明に係るアンボンド合成軸力部材の更に異なる実施形態を示した正面図である。
【図５】Ａ、Ｂは本発明に係るアンボンド合成軸力部材の異なる実施形態を示した正面図と、平面図である。
【図６】Ａ、Ｂは本発明に係るアンボンド合成軸力部材の異なる実施形態を示した正面図と拡大した縦断面図である。
【図７】Ａ、Ｂは本発明に係るアンボンド合成軸力部材の更に異なる実施形態を示した正面図と拡大した縦断面図である。
【符号の説明】
１          鋼板（金属部材）
２          木材
３          木板
４          釘
５          入力部
６          バンド類
３’        木板ピース
７          補強シート
３ａ’      木板ピース
【図１】
0003661059.tif 000002
【図２】
0003661059.tif 000003
【図３】
0003661059.tif 000004
【図４】
0003661059.tif 000005
【図５】
0003661059.tif 000006
【図６】
0003661059.tif 000007
【図７】
0003661059.tif 000008