(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ形鋼を用いた耐火木材柱とＨ形鋼を用いた耐火木材梁を接合する構造にあって、前記耐火木材梁のＨ形鋼端面に、一対のＬ字状金物で、複数のボルト貫通孔を有する長辺を垂直に、水平状の短片を梁芯側に配して、前記耐火木材梁のＨ形鋼の両フランジと、前記Ｌ字状金物長辺の端とを溶着し形成された耐火木材梁のＨ形鋼の端面を、直接又は介在物を介して前記耐火木材柱のＨ形鋼フランジ外面に当接し、前記耐火木材柱のＨ形鋼フランジに設けている複数のボルト貫通孔と、前記耐火木材梁のＨ形鋼の端面に有するボルト貫通孔を合致させ、ボルトを貫入しナット締めにより締結固定したことを特徴とする鋼材内蔵型木材の柱−梁の接合構造。
【請求項２】
前記耐火木材柱のＨ形鋼の両フランジとウェブに溶着しているプレ−トで、前記プレ−トの中央を楕円形状に開口すると共に、四隅にはボルト孔を設けて、前記ボルト孔の下にナットを付着している第１のプレ−トの上に、前記耐火木材柱のＨ形鋼の両フランジとウェブに内接した形状で、四隅にボルト孔を有する第２のプレ−トを重ね合わせて、前記第１のプレ−トと第２のプレ−トの相互のボルト孔に、ボルトを挿入し、前記第１のプレ−トのナットと結合固定したことを特徴とする請求項１記載の鋼材内蔵型木材の柱−梁の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造耐火建築物を構成する耐火木材の鋼材内蔵型の柱と梁の接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然環境保全やＣＯ２削減の機運が高まるなか、国は快適な住環境の形成や地域経済の活生化につながるといった理由から平成２２年１０月「公共建築物等における木材の利用の促進にかんする法律」を施行し、低層の公共建築物は原則として木造とする目標が揚げられた。
【０００３】
平成２７年、６月１日に施工された改正建築基準法では、建築物における木材利用の促進を図るため、耐火建築物等の基準に適合する３階建ての学校などについて、一定の防火措置を講じた場合には、主要構造物を準耐火構造等にできるようになった（建基法21条・27条）。
【０００４】
平成２６年8月には、木材の構造部材をせっこうボ−ドで被覆したメンブレン型耐火構造の壁の仕様で、告示追加されている。
【０００５】
大規模の建築物の主要構造部は、その主要構造部（床、屋根および階段を除く）の自重や積載荷重を支える部分に木材など可燃材料を用いた場合、一定の耐火性能のある建築物とすることが建築基準法第２１条に定められている。現在、木造で耐火建築をつくるための構造部材である耐火木材は、工法別に大きく３つに分類されている。（１）メンブレン型で、木質構造部にせっこうボ−ドなど不燃材料で被覆して木質構造部を燃焼・炭化しないようにする方法である。コスト低減が図りやすいが木の表面が見えないので意匠上のデメリットがある。（２）鋼材内蔵型で、鉄骨の周りに、燃えしろ層として木材を付けて、加熱中は燃えしろが延焼し、加熱終了後、燃えしろ木材が鉄骨の影響で延焼を停止する方法である。燃えしろ層として木材を被せるので木材の表面が見えるが、純粋な木造とはいえない。（３）燃え止まり型は、他の２つと違い純木造でできるので、構造そのもので空間を表現できるが、燃えしろ分だけ部材が大きくなる。構造部材の構成は、木質構造部の外側に、不燃材・難燃処理木材等での燃え止まり層を設け、前記燃え止まり層の外側に燃えしろ層を備えている。
【０００６】
現在、耐火木材の柱と梁の接合部における構造は開発の途上であり、特開２００８−１４０３６号（第１公知例）では、柱と梁との接合構造及び柱と梁との接合方法が開示されているが、燃え止まり型である。
【０００７】
特開平６−１０８５３２号（第２公知例）では、端部鉄骨の接合によるプレキャスト鉄筋コンクリ−ト架構として端部鉄骨の接合が開示されている。
【０００８】
最近、鋼材内蔵型での柱と梁の接合構造が図７で紹介されている。例えば、Ｈ形鋼柱１とＨ形鋼梁２を接合する場合、まず、工場でプレ−トを箱状に組立ててダイヤフラム１４が作られ、そのダイヤフラム１４にＨ形鋼柱とブラケット１５が当接して柱１が製作され、建設現場では、柱から突起しているブケット１５に梁２が接合されている。製造工程を説明すると、柱を製作する場合、Ｈ形鋼を使用した上層階柱１の下端と下層階の柱１の上端の間にダイヤフラム１４を設けて、そのダイヤフラム１４の横にブラケット１５を配置して、各々の当接した箇所に溶接を施し、柱１の構造体が製作されている。次に、その構造体に集成材１３を添着し耐火木材が製作されている。集成材１３が添着している範囲は、上層階柱１の場合は、柱足元の床周りのコンクリ−トに接する箇所以外に集成材１３が添着している。ダイヤフラム１４と下層階柱１においては、集成材１３が全体に添着している。梁２では、接合部以外の梁３面に集成材１３が添着している。建設現場では、ブラケット１５の孔と梁２との孔に、スプライスプレ−ト１６の孔を合わせ、ＨＴＢボルト９を挿入して継ぎ手箇所が結合されている。次いで、ブラケット１５と梁２の接合部に、耐火被覆材１７で被覆を施し、梁接合カバ−１８が取付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１４０３６号
【特許文献２】特開平６−１０８５３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、図７の例においては、一般的な鉄骨構造（継手部分が高力ボルトの摩擦接合）のため、製作費が高コストになっている。例えば、ダイヤフラムを製作するにも、各プレ−トを所定の寸法に切断・組立・溶接等の複数の作業を必要とする工程である。また、柱を製作するにも、上層階の柱と下層階の柱の間にダイヤフラムを設けて、その横にブラケットを組み合わせるが、その際には組立ジグが必要で、組立ジグを製作するにも、ジグの製作期間と費用がかかる。すなわち、鋼材内蔵型が他の耐火木材と比較してコストが高くなっている原因でもある。さらに、ダイヤフラムが複雑（凸凹）な形状のため、ダイヤフラムに集成材を添着する場合は、その集成材の加工・取付けにも時間が浪費されて高コストになっている。また、梁の接合箇所が１スパンに２ケ所あり継手箇所が現出するため、美観上の観点から課題が残っている。
【００１１】
本発明の解決すべき課題は、木造耐火建築物における、鋼材内蔵型での構造の要である柱と梁の接合部において、構造性能が担保でき、単純化した納まりで、梁の接合手段が梁の中間で表面に現出しない、低コストの接合構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための本発明に係る鋼材内臓型木材の柱−梁の接合構造は、Ｈ形鋼を用いた耐火木材柱とＨ形鋼を用いた耐火木材梁を接合する接合構造にあって、前記耐火木材梁のＨ形鋼端面に、一対のL字状金物で、複数のボルト貫通孔を有する長片を垂直に、水平状の短片を梁芯側に配して、前記Ｈ形鋼梁の両フランジと、前記のＬ字状金物長片の端とを溶着し形成されたＨ形鋼梁の端面を、直接又は介在物を介して前記耐火木材柱のＨ形鋼フランジ外面に当接し、前記柱Ｈ形鋼フランジ面に設けている複数のボルト貫通孔と、前記Ｈ形鋼梁の端面に有するボルト貫通孔を合致させ、ボルトを貫入しナット締めにより締結固定したことを特徴とする。
上記において、前記柱Ｈ形鋼の両フランジとウェブに溶着しているプレ−トで、前記プレ−トの中央を楕円形状に形成すると共に、四隅にはボルト孔を設けて、前記孔の下にナットが付着し形成しているプレ−トの上に、前記柱Ｈ形鋼の両フランジとウェブに内接した形状で、四隅にボルト孔を有するプレ−トを重ね合わせて、前記の相互のボルト孔に、ボルトを挿入し、前記のナットと結合するシステムを用いることで、二方向ラ−メン構造の接合時に、柱内部からＨＴＢボルトを二方向への挿入を可能にし、相互のプレ−トが一体化することで構造性能の担保が得られることにある。
【発明の効果】
【００１３】
（Ａ）本発明に係る接合構造によれば、Ｈ形鋼柱とＨ形鋼梁の接合部におけるボルト接合は、一般的な高力ボルト摩擦接合と異なり、高力ボルト引張接合である。従ってダイヤフラムやスプライスプレ−ト等の製作が不要となり、加工が簡略化される。さらに、一般形鋼材を加工した金物を使用することで、鉄骨の材料・加工費を大幅に低減することができる。
【００１４】
（Ｂ）本発明に係る接合構造によれば、Ｈ形鋼柱とＨ形鋼梁との接合時に、柱内部から二方向へのＨＴＢボルトの接合が可能なため、高力ボルト引張接合における二方向ラ−メン構造で、低コスの鉄骨製作をすることができる。
【００１５】
（Ｃ）本発明に係る接合構造によれば、柱と梁の接合部（ダイヤフラムに該当する箇所）の鉄骨の露出部は、耐火被覆が施された後、単純化された集成材のパネルを取りける工法である。従ってダイヤフラムでの煩雑な集成材の取付けから解消され、作業性が向上する。
【００１６】
（Ｄ）本発明に係る鋼材内臓型木材の柱−梁の接合構造によれば、梁表面の中間部には梁の接合部が現出しない構造のため、美観的に優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図７に基づいて、本発明を実施するための最良形態を説明する。図１は本発明に係る鋼材内臓型木材の柱−梁の接合構造で接合形態の一例を示す図面であり、（ａ）はＡ−Ａ平断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ平断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ縦断面図である。この例において、耐火木材の柱１、耐火木材の梁２，水平スチフナＡ型３、水平スチフナＢ型４、受けプレ−ト４ａ、ボルト４ｂ、ナット４ｃ、梁受けプレ−ト５、Ｌ字状金物Ａ型６、スリット６ａ、Ｌ字状金物Ｂ型７、ボルト貫通孔８、ＨＴＢボルト９、ＨＴＢナット１０、ＲＣスラブ１１、せっこうボ−ド１２、および集成材１３から構成されている。以下、これに沿って説明する。
【００１８】
まず、柱と梁の接合部における耐火木材の柱１について説明する。耐火木材の柱１は、図１（ａ）と図２に示すように、Ｈ形鋼、水平スチフナＡ型３、水平スチフナＢ型４、受けプレ−ト４ａ、ナット４ｃおよび集成材１３で構成されている。以下、これに沿って説明する。図１と図２に示すように、Ｈ形鋼柱１のフランジには、Ｈ形鋼梁２の端面に対応した、接合用のボルト貫通孔８が複数加工されていて、プレ−ト形状の水平スチフナＡ型３は、図１（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼柱１の両フランジ間で、Ｈ形鋼梁２の下側のフランジと同レベルに配設され、溶接で固定されている。また、受けプレ−ト４ａは、Ｈ形鋼梁２の上側フランジと同レベルの近辺で、Ｈ形鋼柱１の両フランジ間に配設され、溶接で固定されている。尚、前記受けプレ−ト４ａには、図２に示すように、プレ−ト中央部が楕円形状に加工され、ボルト孔が４ヶ所設けられ、その下側にはナット４ｃ（図示せず）が溶着している。水平スチフナＢ型４は、図２に示すように、プレ−ト四隅にボルト４ｂ用の貫通孔を有し、中央部には手かけ用の溝が加工されている。Ｈ形鋼に添着している集成材１３は、図１（ｂ）に示すように、床周りのＲＣスラブ１１に接する面から、水平スチフナＡ３の下部のＨＴＢボルト９が入る空間まで、その範囲の集成材１３がカットされている。
【００１９】
次に、耐火木材の梁２について説明する。図３に示すように、耐火木材の梁２は、Ｈ形鋼、Ｌ字状金物Ａ型６、スリット６ａ、Ｌ字状金物Ｂ型７、せっこうボ−ド１２、および集成材１３で構成されている。以下、これに沿って説明する。図３（a）に示すように、Ｌ字状金物は２種類あり、Ｌ字状金物Ａ型６、Ｌ字状金物Ｂ型７共、圧延製造された不等辺山形鋼を切断加工して所定の長さに形成されている。Ｌ字状金物Ａ型６は、垂直状の長片に、Ｈ形鋼柱１フランジに対応した、ボルト接合用のボルト貫通孔８が複数加工され、水平状の短片には、H形鋼梁２のウェブとの連結を完全にするため、中央部にスリット６ａが施されている。また、Ｌ字状金物Ｂ型７の垂直状の短片は、Ｈ形鋼柱１フランジに対応したボルト接合用としてボルト貫通孔８が複数加工され、水平状の長片には、H形鋼梁２のフランジとの連結ボルト接合用としてボルト貫通孔８が複数加工されている。Ｈ形鋼梁２の上下のフランジには、図３（a）に示すように、前記Ｌ字状金物Ｂ型７の長片に対応した、連結ボルト接合用のボルト貫通孔８が複数加工されている。
【００２０】
次いで、Ｈ形鋼梁２とＬ字状金物Ａ型６の接合について説明する。図３（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼梁２フランジの小口に、垂直形状にしたＬ字状金物Ａ型６の長片の端が当接され、その接触面には突合せ溶接を、その他の接触箇所は隅肉溶接が施されてＨ形鋼梁２の端面が形成されている。尚、前記のＨ形鋼梁２のフランジ小口とＬ字状金物の長片端の接触面では、前期Ｌ字状金物の長片の端がＲ形状の製品のため、精度にもよるが開先加工を省略することもできる。また、H形鋼梁２のウェブと、Ｌ字状金物Ａ型６短片のスリット６ａ周りが溶着されることで、短片がリブの働きをして長片の変形防止を図っている。続いて、せっこうボ−ド１２が集成材１３の端に設けられているが、火災時、ボルト部と鉄骨部への火炎熱の伝達を防ぐことを目的に設置されている。Ｈ形鋼梁２に添着している集成材１３は、図１（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼梁２の端面で、高力ボルト締付け機でＨＴＢナット１０を締付ける際に障害になる、集成材１３はカットされている。
【００２１】
続いて、耐火木材柱１と耐火木材梁２における接合の施行例を説明する。まず、図４に示すように、Ｈ形鋼柱１のフランジ外面下部に、Ｌ字状金物Ｂ型７の垂直状の短片が当接され、同位置で接触している前記Ｈ形鋼柱１フランジと、前記Ｌ字状金物Ｂ型７の短辺に有している双方のボルト貫通孔８に、ＨＴＢボルト９を挿入し、ＨＴＢナット１０を螺合して締結される。次に、Ｌ字状金物Ｂ型７の長辺の上面で、図５に示すように、Ｈ形鋼柱１のフランジ外面にＨ形鋼梁２の端面が当接され、図４に示すように、前記Ｈ形鋼柱１フランジと、前記Ｈ形鋼梁２の端面の双方に有しているボルト貫通孔８に、耐火木材柱１の内部からＨＴＢボルト９を挿入し、Ｈ形鋼梁２の端面の内側からＨＴＢナット１０を螺合して締結されている。Ｈ形鋼梁２とＬ字状金物Ｂ型７の長辺の接合も、前記と同様に双方のボルト貫通孔８にＨＴＢボルト９を挿入し、ＨＴＢナット１０を螺合して締結されている。尚、Ｌ字状金物Ｂ型７は地上でＨ形鋼柱１にセットされるため、建て方時に、前記のＬ字状金物Ｂ型７長片の上面に、Ｈ形鋼梁２を仮置きすることができ、安全性が高く、効率の良い作業の効果を得ることができる。続いて、上部には配置するＬ字状金物Ｂ型７の長辺を前記Ｈ形鋼梁２のフランジ上面に乗せ、下部に位置しているＬ字状金物Ｂ型７と同じ接合作業を行い、Ｈ形鋼柱１とＨ形鋼梁２が連結されている。
【００２２】
以上、前述したのは、一方向ラ−メン構造での作業方法である。一方向ラ−メン構造では、図４に示すように、Ｈ形鋼柱１の内部からＨＴＢボルト９を横から貫通孔８に挿入することができる。しかし、二方向ラ−メン構造の場合は、図６に示すように、Ｈ形鋼柱１のウェブ側には梁を支持する梁受けプレ−ト５が必要で、そのプレ−ト５が障害となり、横からＨ形鋼柱１の内部へのＨＴＢボルト９の挿入は不可能である。そこで、ＨＴＢボルト９を上から貫通孔８へ挿入する方法を行うことで、二方方向ラ−メン構造の場合でも接合作業を可能にしている。例えば、図６に示すように、上からボルト貫通孔８へ挿入したＨＴＢボルト９を、Ｈ形鋼梁２の端面の内側からＨＴＢナット１０を螺合し締結している。前記のＨＴＢボルト９の締結が完了すると。次に、Ｈ形鋼柱１に付着している受けプレ−ト４ａに水平スチフナＢ型４を重合わせ、前記受けプレ−ト４ａに設けているナット４ｃへボルト４ｂを差込み、ボルト４ｂ・ナット４ｃを緊結することで、水平スチフナＢ型４が固定化されている。従って、図１（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼梁２の両フランジのラインがＨ形鋼柱１の内部まで一直線に繋がり、力の流れをスム−ズに伝達ができて、Ｈ形鋼柱１フランジの面外変形を拘束し、Ｈ形鋼梁２フランジ接合部における局所の変形を防ぐことができ、半剛接合が確保されている。
【００２３】
次に、耐火被覆の施行等について説明する。耐火木材の柱１と耐火木材の梁２が接合され一体化した鉄骨の露出部は、次の工程で耐火被覆された後、集成材を加工したパネルが取付けられている。
【００２４】
上述した建材の材質と寸法は、一般構造用圧延鋼材のＨ形鋼で柱サイズでは３００×３００〜４００×４００ｍｍ程度、梁サイズでは４００×２００〜６００〜２００ｍｍ程度、Ｌ字状金物は不等辺山形鋼でＬ−１５０×９０〜Ｌ−２５０×９０程度を加工し、長さは２４０〜３４０程度である。集成材の種類はカラマツ・ベイマツ等であり、せっこうボ−ドは１５ｍｍ程度である。本発明ではこれに限ることなく、大臣認定品等で機能的に満足すべき性能が得られることができれば公知の材質で良い。
【００２５】
以上説明したように耐火木材の柱−梁の接合構造において、鋼材内蔵型での高力ボルトの引張接合の方法を採用することで加工が簡略化され、さらに、一般形鋼材を利用した加工部品を使用することで、加工工数が減少し、大幅にコストを下げることができる。したがって、現在、開発途上にある、鋼材内蔵型での柱と梁の接合部に貢献することができ、建設業界での社会に与える効用は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る鋼材内臓型木材の柱−梁の接合構造で接合形態の一例を示す図面であり、（ａ）はＡ-Ａ平断面図、（ｂ）はＢ-Ｂ平断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ縦断面図である。
【図２】柱及び柱に付属する部品を示す説明図である。
【図３】梁及び梁に付属する部品を示す説明図である。（ａ）は梁の分解斜視図、（ｂ）は梁の製造工程を示す斜視図である。
【図４】柱と梁との接合工程を示す説明図である。
【図５】柱と梁との接合工程と接合状態を示す説明図である。
【図６】二方向ラ−メン構造における柱と梁との接合工程を示す説明図である。
【図７】最近、鋼材内蔵型での柱と梁の接合部が紹介された例で、接合詳細を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      耐火木材の柱
２      耐火木材の梁
３      水平スチフナＡ型
４      水平スチフナＢ型
４a     受けプレ−ト
４b     ボルト
４c     ナット
５      梁受けプレ−ト
６      L字状金物A型
６a     スリット
７      L字状金物B型
８      ボルト貫通孔
９      ＨＴＢボルト
１０    ＨＴＢナット
１１    ＲＣスラブ
１２    せっこうボ−ド
１３    集成材
１４    ダイヤフラム
１５    ブラケット
１６    スプライスプレ−ト
１７    耐火被覆材
１８    梁接合カバ−
【要約】
【課題】本発明は、木造耐火建築物を構成する耐火木材の鋼材内蔵型の柱と梁の接合構造を提供すること。
【解決手段】木造耐火建築物を構成する耐火木材の柱と梁の接合部にあって、Ｈ形鋼を用いた耐火木材梁２のＨ形鋼端面に、一対のＬ字状金物６で、複数のボルト貫通孔８を有する長片を垂直にして、前記Ｈ形鋼梁２の両フランジと、前記Ｌ字状金物６長片の端とを溶着し形成されたＨ形鋼梁２の端面を、前記Ｈ形鋼柱１フランジ外面に当設し、前記Ｈ形鋼柱１フランジ面に設けている複数のボルト貫通孔８と、前記Ｈ形鋼梁２の端面に形成しているボルト貫通孔８を合わせて、Ｈ形鋼柱１の内部からＨＴＢボルト９を挿入し、孔から突出したボルトの先端にＨＴＢナット１０を螺合結合したこと。
【選択図】図４【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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