(57)【要約】【課題】接合作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造およびその構築方法を提供する。【解決手段】木質部材１２Ａ、１２Ｂと鋼製部材１４とを接合してなる木−鋼ハイブリッド構造１０であって、鋼製部材１４を間に挟んで圧着される一対の木質部材１２Ａ、１２Ｂを備え、木質部材１２Ａ、１２Ｂに接する鋼製部材１４の表面には、木質部材１２Ａ、１２Ｂに噛み込まれる目荒らし部１６が形成されているようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質部材と鋼製部材とを接合してなる木−鋼ハイブリッド構造であって、
鋼製部材を間に挟んで圧着される一対の木質部材を備え、木質部材に接する鋼製部材の表面には、木質部材に噛み込まれる目荒らし部が形成されていることを特徴とする木−鋼ハイブリッド構造。
【請求項２】
目荒らし部は、針状突起であることを特徴とする請求項１に記載の木−鋼ハイブリッド構造。
【請求項３】
針状突起は、錘状、テトラポット状またはバリ状の針状突起であることを特徴とする請求項２に記載の木−鋼ハイブリッド構造。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の木−鋼ハイブリッド構造を構築する方法であって、
鋼製部材の表面に目荒らし部を形成するステップと、目荒らし部を形成した鋼製部材を一対の木質部材で挟み込むステップと、一対の木質部材と鋼製部材とを圧着することにより、鋼製部材の目荒らし部を木質部材に噛み込ませて一体化するステップとを備えることを特徴とする木−鋼ハイブリッド構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質部材と鋼製部材とを接合してなる木−鋼ハイブリッド構造およびその構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、木造建物の大型化（中高層建物）に対応するため、木質構造と鋼構造のハイブリッド構造（木−鋼ハイブリッド構造）が各種提案されている。このようなハイブリッド構造では、部材レベル（柱、梁）あるいは架構レベルで鋼製部材と木質部材の接合が必要とされる。
【０００３】
図３は、従来の木−鋼ハイブリッド梁の例であり、図４は、従来の木質耐震壁と鋼構造架構の接合構造の例である。なお、図４は、特許文献１において本特許出願人が提案したものに相当する。これらの図に示すように、木質部材１と鋼板２との接合には、支圧ボルト３やドリフトピン４、ラグスクリューボルト５、グルードインロッド（接着剤充填アンカー）を用いる方法、釘または接着剤で直接表面に張り付ける方法などがある。
【０００４】
上記のドリフトピンおよびラグスクリューボルトのように鋼棒を用いた接合方法の場合、ピンやボルトを木材に設置する作業中に下孔近傍の木材が割れるおそれがあるため作業に注意を払う必要があり、施工性を阻害するおそれがあった。
【０００５】
図５は、非特許文献１に示されている木−鋼ハイブリッド接合部の構造実験の概要である。（ａ）は接合部概要、（ｂ）は加力方法、（ｃ）は荷重変形関係、（ｄ）は終局時の破壊性状である。この図の（ａ）に示すように、この試験体は、Ｈ形鋼と鋼板と木梁とからなり、木梁端部の反力を支圧板、ボルト、高ナット、リブを介してＨ形鋼に伝達するように構成されている。木梁端部には、支圧部めり込み補強のためにコーチボルトが挿入配置されている。
【０００６】
この試験体は、ピンやボルト廻りの耐力を不足させた構造の例であるが、加力に伴う局所的なめり込み等によって、図の（ｃ）に示すように、荷重変形関係中にスリップ性状が現れ、変形が増大する。（ｄ）に示すように、終局状態においては鋼棒近傍の応力集中部で木材に割裂が発生し、脆性的に破壊する傾向がある。建物の構造性能を向上させるためには、地震時の建物変形を抑えること、終局時においても脆性的な破壊形式となるのを回避することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２０１６−２１８８２４号（現時点で未公開）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】河内、他：梁端木口面の支圧を利用した接合部の開発（その１〜３），日本建築学会大会学術講演梗概集，構造ＩＩＩ，ｐｐ．１４９−１５４，２０１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このため、接合作業時の木材の割裂の心配がなく、作業が容易で、終局時においても脆性的な破壊形式となるのを回避することのできる木−鋼ハイブリッド構造の開発が望まれていた。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造およびその構築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】
【００１１】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造は、木質部材と鋼製部材とを接合してなる木−鋼ハイブリッド構造であって、鋼製部材を間に挟んで圧着される一対の木質部材を備え、木質部材に接する鋼製部材の表面には、木質部材に噛み込まれる目荒らし部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の木−鋼ハイブリッド構造は、上述した発明において、目荒らし部は、針状突起であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の木−鋼ハイブリッド構造は、上述した発明において、針状突起は、錘状、テトラポット状またはバリ状の針状突起であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造の構築方法は、上述した木−鋼ハイブリッド構造を構築する方法であって、鋼製部材の表面に目荒らし部を形成するステップと、目荒らし部を形成した鋼製部材を一対の木質部材で挟み込むステップと、一対の木質部材と鋼製部材とを圧着することにより、鋼製部材の目荒らし部を木質部材に噛み込ませて一体化するステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造によれば、木質部材と鋼製部材とを接合してなる木−鋼ハイブリッド構造であって、鋼製部材を間に挟んで圧着される一対の木質部材を備え、木質部材に接する鋼製部材の表面には、木質部材に噛み込まれる目荒らし部が形成されているので、木質部材と鋼製部材を圧着するだけで一体化可能である。このため、接合作業が容易で、作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造を提供することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る他の木−鋼ハイブリッド構造によれば、目荒らし部は、針状突起であるので、例えばＮＣ旋盤やプレス機械等の加工装置を用いて機械的に形成でき、木−鋼ハイブリッド構造を安価かつ容易に構築できるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他の木−鋼ハイブリッド構造によれば、針状突起は、錘状、テトラポット状またはバリ状の針状突起であるので、加工装置を用いて機械的に形成でき、木−鋼ハイブリッド構造を安価かつ容易に構築できるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造の構築方法によれば、上述した木−鋼ハイブリッド構造を構築する方法であって、鋼製部材の表面に目荒らし部を形成するステップと、目荒らし部を形成した鋼製部材を一対の木質部材で挟み込むステップと、一対の木質部材と鋼製部材とを圧着することにより、鋼製部材の目荒らし部を木質部材に噛み込ませて一体化するステップとを備えるので、接合作業が容易で、作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造およびその構築方法の実施の形態を示す図であり、（１）は分解斜視図、（２）は中心鋼板の拡大斜視図、（３）は中心鋼板の変形例の拡大斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造の実施例を示す図であり、（１）は正面断面図、（２）は側断面図である。
【図３】図３は、従来の木−鋼ハイブリッド梁の一例を示す横断面図である。
【図４】図４は、従来の木質耐震壁と鋼構造架構の接合構造の一例を示す正面断面図である。
【図５】図５は、非特許文献１に記載の木−鋼ハイブリッド接合部の構造実験の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、木−鋼ハイブリッド構造を対象として、上記の従来技術のようにピンやボルトによらない木質部材と鋼製部材の接合構造とその構築方法を提供するものである。
【００２１】
以下に、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造およびその構築方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
図１（１）に示すように、本発明の実施の形態に係る木−鋼ハイブリッド構造１０は、一対の板状の木質部材１２Ａ、１２Ｂと、双方間に挟み込まれて圧着される中心鋼板１４（鋼製部材）とからなる。この構造１０は、例えば梁部材として用いられる。
【００２３】
中心鋼板１４の表面には、目荒らし部１６が形成されている。この目荒らし部１６は、木質部材１２Ａ、１２Ｂ、中心鋼板１４を板厚方向に圧着して一体化した際に木質部材１２Ａ、１２Ｂに噛み込まれる細かい鋭利な針状突起からなる。針状突起は、木質部材と接する中心鋼板１４の表面全体に対して、縦横に所定の間隔で複数設けられる。
【００２４】
この針状突起としては、例えば、図１（２）に示すような錘状またはテトラポット状の針状突起１６Ａや、（３）に示すようなバリ状の針状突起１６Ｂで構成することができる。
【００２５】
この針状突起１６Ａ、１６Ｂは、中心鋼板１４の素材となる鋼板の表面に目荒らし処理加工を施すことによって容易に形成することができる。この加工には、ＮＣ旋盤やプレス機等の汎用の加工装置を用いることができる。例えばプレス機等で鋼板を打ち抜いてできる貫通孔の周縁にバリ状の針状突起１６Ｂが残るようにし、この鋼板を中心鋼板１４に使用してもよい。なお、針状突起１６Ａ、１６Ｂが予め形成された鋼板を、母材となる鋼板の表面に接着等することによって中心鋼板１４を形成してもよい。
【００２６】
この針状突起が木質部材１２Ａ、１２Ｂに噛み込むように、木質部材１２Ａ、１２Ｂ、中心鋼板１４を圧着して一体化すれば、従来のピンやボルトの設置作業時に懸念される木材の割裂は発生せず、容易に一体化可能である。なお、木質部材１２Ａ、１２Ｂと中心鋼板１４の界面に接着剤を設けてもよい。接着剤を併用すれば、接合強度をさらに向上させることができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、所定間隔に分散して設けた複数の細かい針状突起で木質部材１２Ａ、１２Ｂ−中心鋼板１４間の応力伝達が行われるので、上記の従来技術のようなピンやボルト廻りのめり込みや割裂は発生しない。上述した荷重変形関係中のスリップ性状を緩和することで、地震時の架構の変形を抑制できる。また、木材の割裂による脆性的な破壊を回避することで、終局時の安全性を向上させることができる。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、木質部材１２Ａ、１２Ｂと中心鋼板１４を板厚方向に圧着するだけで一体化可能である。このため、接合作業が容易で、作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造を提供することができる。
【００２９】
また、本実施の形態によれば、上記の従来の接合構造のようにドリフトピンや圧着ボルト等を用いずに、木質部材と鋼製部材を一体的に接合することができる。また、こうしたピンやボルトのような部品数が少ないため、施工管理が容易である。さらに、中心鋼板１４の表面の目荒らし処理は、ＮＣ旋盤、プレス機等で機械化可能であり、安価に大量生産できる。木質部材１２Ａ、１２Ｂと中心鋼板１４は施工現場で圧着可能であり、施工の自由度が高まる。本発明は、木材と鋼板の接合全般に適用できるとともに、様々なバリエーションが考えられ、応用の幅は広い。
【００３０】
上記の実施の形態において、木質部材１２Ａ、１２Ｂは、ＣＬＴ（直交集成板）、杉などの様々な種類の木質の材料で構成することができる。なお、ＣＬＴはＣｒｏｓｓ  Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｔｉｍｂｅｒの略語である。ＣＬＴは、ひき板または小角材（これらをその繊維方向を互いにほぼ平行にして長さ方向に接合接着して調整したものを含む。以下、ラミナということがある。）をその繊維方向を互いにほぼ平行にして幅方向に並べ、または接着したものを、主としてその繊維方向を互いにほぼ直角にして積層接着し３層以上の構造を持たせた木質板材であり、耐震・耐火性能が高いという特長がある。
【００３１】
（実施例）
次に、本発明の実施例を説明する。
図２は、本発明を木質耐震壁架構に適用した実施例を示したものである。この図に示すように、木質耐震壁架構１００は、ＣＬＴからなる壁体１８（木質耐震壁）を備え、この壁体１８の上端と下端がＨ形鋼（鉄骨梁）である上梁２０と下梁２２に梁接合部２４を介してそれぞれ接合された矩形の壁である。ＣＬＴの繊維方向は鉛直面内の方向としてある。
【００３２】
壁体１８は、その上下方向略中央で上部壁体１８Ａと下部壁体１８Ｂとに上下に二分割されている。上部壁体１８Ａは上側に配置されて上端が梁接合部２４で上梁２０に接合され、下部壁体１８Ｂは下側に配置されて下端が梁接合部２４で下梁２２に接合される。上部壁体１８Ａと下部壁体１８Ｂは、壁体１８の左右方向略中央に設けた壁接合部２６で接合されている。壁接合部２６は、所定の荷重が作用すると梁接合部２４に先行して破壊する仕様に設計されている。
【００３３】
上側の梁接合部２４は、上梁２０に接合するとともに上部壁体１８Ａの上端から挿入配置されるガセットプレート２８（鋼板）からなる。このガセットプレート２８の両面には上記の目荒らし部１６が形成されている。
【００３４】
したがって、梁接合部２４は上記の実施の形態の木−鋼ハイブリッド構造１０に相当する。また上部壁体１８Ａ（下部壁体１８Ｂ）が一対の板状の木質部材１２Ａ、１２Ｂに、ガセットプレート２８が中心鋼板１４（鋼製部材）に相当する。なお、このような構造は、壁体１８（木材）とガセットプレート２８（鋼板）を小型に分割し、圧着工具を小型化するなどの工夫を行えば、現場で圧着して接合することにより構築可能である。
【００３５】
なお、左右両側部分のガセットプレート２８については、上部壁体１８Ａへの挿入長さを他部分よりも長くしてある。また、下側の梁接合部２４も上側の梁接合部２４と同様の構成である。ガセットプレート２８は上梁２０、下梁２２に対してプレート３２とボルト３４を介して接合される。
【００３６】
壁接合部２６は、上部壁体１８Ａと下部壁体１８Ｂに挿入配置されるガセットプレート３０（鋼板）からなる。このガセットプレート３０の両面にも上記の目荒らし部１６が形成されている。
【００３７】
したがって、壁接合部２６は上記の実施の形態の木−鋼ハイブリッド構造１０に相当する。また上部壁体１８Ａ（下部壁体１８Ｂ）が一対の板状の木質部材１２Ａ、１２Ｂに、ガセットプレート３０が中心鋼板１４（鋼製部材）に相当する。
【００３８】
この壁接合部２６は、木質耐震壁に所定の過大な荷重が作用した場合に、上下の梁接合部２４に先行して破壊するような仕様で設計されている。このため、ＣＬＴの壁体１８が割裂等の脆性的な破壊を生じることはなくなり、靱性に富んだ復元力を確保することが可能になる。このため、本実施例によれば、壁体１８の脆性的な破壊を防ぐことのできる極めて明快で簡単な構造の木質耐震壁架構を提供することができる。
【００３９】
特に、本実施例では、壁体１８にラミナが直交するＣＬＴを用いることにより、この木質耐震壁は割裂等の脆性的な破壊が生じることがない靱性に富んだ復元力を確保することが可能である。このため、この木質耐震壁は例えば木質中高層建物の上部階、３階建て程度の木質構造の耐震要素として有効である。また、壁体１８を上下に分割して取り付けるため、施工誤差を中央の壁接合部２６の位置で吸収可能である。
【００４０】
なお、本実施例では、壁体１８の高さが２．５ｍ程度、幅が２ｍ、厚さが０．２ｍ程度のものを想定している。また、梁接合部２４のガセットプレート２８の左右方向中央位置の高さが０．３ｍ程度のものを想定している。また、壁接合部２６のガセットプレート３０の高さが０．６ｍ程度、幅が１．８ｍ程度のものを想定している。梁接合部２４および壁接合部２６のガセットプレート２８、３０の寸法、目荒らし部１６の仕様等については、要求される耐力性能に応じて適宜選択可能である。
【００４１】
また、上記の木質耐震壁を形成する場合には、上部壁体１８Ａおよび下部壁体１８Ｂとして同厚のＣＬＴを２枚使用し、ＣＬＴを壁接合部２６のガセットプレート３０の表裏両面より圧着して形成することができる。この場合、例えば壁厚９０ｍｍ（例えば３層３プライ：ＭＸ６０）のＣＬＴを２枚使用してもよい。このＣＬＴは１枚当たりの重量が８５ｋｇ程度であることから、職人が手で取り付けることも可能である。また、取替も容易であるため、既設の壁体を耐震補強する場合に応用可能である。
【００４２】
また、上記の実施例において、上部壁体１８Ａと下部壁体１８Ｂとの間の中央の分割部分に、粘弾性ダンパー等の制震デバイスを組み込んでもよい。このようにすれば、復元力による吸収エネルギーをさらに大きく確保することが可能になる。
【００４３】
なお、上記の実施例においては、従来の図４と異なりラグスクリューボルトを用いない場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではない。梁接合部２４において、上部壁体１８Ａの左右上側と、下部壁体１８Ｂの左右下側に、図４に示すようなラグスクリューボルト５を設けてもよい。
【００４４】
なお、上記の実施の形態では、図１の木−鋼ハイブリッド構造の梁部材、図２の木質耐震壁架構の場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、木材と鋼材の接合全般に適用することができる。例えば、梁−梁継手、柱−柱継手、柱−梁接合部などのバリエーションが考えられ、応用の幅が広い。
【００４５】
以上説明したように、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造によれば、木質部材と鋼製部材とを接合してなる木−鋼ハイブリッド構造であって、鋼製部材を間に挟んで圧着される一対の木質部材を備え、木質部材に接する鋼製部材の表面には、木質部材に噛み込まれる目荒らし部が形成されているので、木質部材と鋼製部材を圧着するだけで一体化可能である。このため、接合作業が容易で、作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造を提供することができる。
【００４６】
また、本発明に係る他の木−鋼ハイブリッド構造によれば、目荒らし部は、針状突起であるので、例えばＮＣ旋盤やプレス機械等の加工装置を用いて機械的に形成でき、木−鋼ハイブリッド構造を安価かつ容易に構築できる。
【００４７】
また、本発明に係る他の木−鋼ハイブリッド構造によれば、針状突起は、錘状、テトラポット状またはバリ状の針状突起であるので、加工装置を用いて機械的に形成でき、木−鋼ハイブリッド構造を安価かつ容易に構築できる。
【００４８】
また、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造の構築方法によれば、上述した木−鋼ハイブリッド構造を構築する方法であって、鋼製部材の表面に目荒らし部を形成するステップと、目荒らし部を形成した鋼製部材を一対の木質部材で挟み込むステップと、一対の木質部材と鋼製部材とを圧着することにより、鋼製部材の目荒らし部を木質部材に噛み込ませて一体化するステップとを備えるので、接合作業が容易で、作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を起こし難い木−鋼ハイブリッド構造を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明に係る木−鋼ハイブリッド構造およびその構築方法は、木造建物などに用いられる木質構造と鋼構造の接合構造に有用であり、特に、接合作業時の木材の割裂の心配がなく、脆性的な破壊を回避するのに適している。
【符号の説明】
【００５０】
１０  木−鋼ハイブリッド構造
１２Ａ，１２Ｂ  木質部材
１４  中心鋼板（鋼製部材）
１６  目荒らし部
１６Ａ，１６Ｂ  針状突起
１８  壁体
１８Ａ  上部壁体
１８Ｂ  下部壁体
２０  上梁
２２  下梁
２４  梁接合部
２６  壁接合部
２８，３０  ガセットプレート（鋼製部材）
３２  プレート
３４  ボルト
１００  木質耐震壁架構
【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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