(57)【要約】【課題】鋼管と木柱とを強固に一体化し、ベースプレートとアンカーボルトの接合が鉄骨の柱脚と同等もしくは等価となるほどまでとした木造柱の柱脚部固定構造を提供する。【解決手段】基礎１０に打たれたアンカーボルト８により固定される鋼製ベースプレート３の上面には、木造角柱１の下端部を収容する角形鋼管２が溶接され、その角形鋼管に収容された柱脚部には、ベースプレート３を下面から貫入するラグスクリュー４が螺着・緊締される。その柱脚部と角形鋼管との間に残された隙間５には、隙間充填用樹脂７が注入されて樹脂層が形成され、そして、アンカーボルト８は柱脚の軸芯や重心に対して対称・非対称の如何を問わず配設されたアンポンドＰＣ鋼棒とされる。樹脂７の層内には露出することのない補強用鋼板１７が埋入されることもある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木造柱の下端部がコンクリート基礎上に載置される木造柱の柱脚部固定構造において、  前記基礎に打たれたアンカーボルトにより固定される鋼製ベースプレートの上面には、木造柱の下端部を収容する鋼管が溶接され、
該鋼管に収容された柱脚部には、前記ベースプレートを下面から貫入するラグスクリューが螺着・緊締され、
該柱脚部と前記鋼管との間に残された隙間には、隙間充填用樹脂が注入されて樹脂層が形成され、
前記アンカーボルトは前記柱脚の軸芯に対して対称・非対称の如何を問わず配設されたアンポンドＰＣ鋼棒とされていることを特徴とする木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項２】
前記ＰＣ鋼棒に代えて、普通鋼製のアンカーボルトとしたことを特徴とする請求項１に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項３】
前記木造柱は木造角柱であり、前記鋼管は角形鋼管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項４】
前記木造柱は木造丸柱であり、前記鋼管は丸形鋼管であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項５】
前記樹脂層内には露出することのない鋼板が埋入されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項６】
前記鋼板は平鋼板であることを特徴とする請求項５に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項７】
前記平鋼板は縞鋼板とし、突起のある凸面が柱の木肌に向けて配置されたことを特徴とする請求項６に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項８】
前記アンカーボルトには前記ベースプレートの高さ出しと水平出しをする樹脂製ナットがベースプレートの下面に螺着され、アンカーボルトのベースプレート上アンカーナットを締め上げると、樹脂製ナットにネジ破壊をきたさせるようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【請求項９】
前記鋼管の裾部には隙間充填用樹脂の注入口が設けられ、当該樹脂の注入・押し上げ・充填されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載された木造柱の柱脚部固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は木造柱の下端部をコンクリート基礎上に直接もしくは間接的に載置するようにしている木造柱の柱脚部固定構造に関し、詳しくは、柱などの部材強度に対して接合部の強度が上回る接合効率の高い木質構造とし、地震や風荷重を受けたときの水平方向の抵抗力が極めて高く、大きい曲げモーメントに対抗できるようにした柱脚部固定構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば図７に示すように、木造柱２５の柱脚は、コンクリート基礎２１すなわち地中梁から上方に向けて伸びているアンカーボルト２２により固定されている木製土台２３に、ホールダウン金物２４を介するなどして固定される。ホールダウン金物は柱の抜けを防止するように作用するが、柱の回転を阻止できるものでない。すなわち、水平方向の抵抗力が極めて弱い。そこで、柱２５と土台２３からなる軸組に木製筋交い２６を入れたブレース仕様としたり、図８に示すように、柱と土台の交差部位に構造用合板２７をあてがう耐力壁仕様とされるなどして回転の抑制や面剛性が高められるようにしている。
【０００３】
そのような措置が施されるにしても柱と土台との一体性は依然として低く、地震や風荷重に抵抗して、大きい曲げモーメントに対抗できるようになるとは言いがたい。近年木造住宅の耐震設計において、耐力壁を耐震要素とする構法より計画自由度の高い構造の需要が高まっている。それは接合部にモーメント抵抗を持たせた木質ラーメン構造であり、その種の研究が数多く行われてきている。代表的なものとしては、引きボルト接合、鋼板挿入ドリフトピン接合、合わせ梁接合などがある。それぞれについての一例ではあるが、順に、特許文献１〜３などにおいて開示された接合形態を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９６２６２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１３８０５
【特許文献３】特開２０１３−７９５４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した耐力壁仕様や筋交い仕様の木造建築としなければならないのは、端的に言って柱脚の固定ができていないことに起因する。また、上で例示した接合形態でさえ、部材（柱やその軸組）の強度に対して接合部の強度が到底上回り得ない。したがって、木造の設計は接合部で決まるとまで言われる。よって、接合強度つまり接合効率の高い木質構造の柱脚構造を創出することが、強く望まれる。
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、鋼管と木柱とを強固に一体化して、ベースプレートとアンカーボルトの接合が、鉄骨の柱脚と同等もしくは等価となるほどまでの構造とし、在来の木柱での施工性や固定度不足といった難点を著しく改善することができる木造柱の柱脚部固定構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、木造柱の下端部が地中梁などのコンクリート基礎上に載置される木造柱の柱脚部固定構造に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、基礎１０に打たれたアンカーボルト８により固定される鋼製ベースプレート３の上面には、木造柱１の下端部を収容する鋼管２が溶接され、その鋼管に収容された柱脚部は、ベースプレート３を下面から貫入するラグスクリュー４が螺着・緊締される。その柱脚部と鋼管２との間に残された隙間５には、隙間充填用樹脂７が注入されて樹脂層が形成される。そして、アンカーボルト８は柱脚の軸芯や重心に対して対称・非対称の如何を問わず配設されたアンポンドＰＣ鋼棒とされていることである。
【０００８】
ＰＣ鋼棒に代えて、普通鋼製のアンカーボルト（図示せず）としてもよい。
【０００９】
図５の（ａ），（ｂ）に示すように、樹脂７の層内には露出することのない補強用鋼板１７が埋入されることもある。その鋼板が木造角柱に適用される場合、平鋼板としておけばよく、その鋼板を縞鋼板とする場合は、突起のある凸面を柱の木肌に向けて配置しておくことが好ましい。
【００１０】
図１に示すように、アンカーボルト８にはベースプレート３の高さ出しと水平出しをする樹脂製ナット１２がベースプレートの下面側に螺着され、ベースプレート３上に出たアンカーボルト８のアンカーナット２０を締め上げれば、樹脂製ナット１２のネジを破壊させることができる。
【００１１】
鋼管２の裾部には、隙間充填用樹脂の注入口１６（図５（ａ）を参照）が設けられ、樹脂を注入・押し上・充填されるようにしておく。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基礎に打たれたアンカーボルトにより固定される鋼製ベースプレートの上面に木造柱の下端部を収容する鋼管が溶接されているから、柱脚が剛強な固定となっている。それゆえ、木造建築の水平方向の抵抗力を高めることができる。すなわち、極端な場合、耐力壁や筋交いなくしても耐震性を高く発揮させることができる。また、アンカーボルトの重心と柱の重心が一致するように設計されるが、ＰＣ鋼棒に軸力を導入した圧着部分では、ベースプレート下面は裏込めモルタルやコンクリート基礎から離反しないので、これらの重心を一致させる必要もなくなる。
【００１３】
また、抜出し防止に設置したラグスクリューは、強い締付け力を有するため樹脂が硬化していない時点でも木柱と鋼管の相対位置を維持しておくことができる。このことは、注入後、すぐに柱をハンドリングできるため、生産性が極めて高くなることを意味する。
【００１４】
アンカーボルトをコンクリートとの付着を切るコーティング処理によりアンボンド化していることにより、ナットを締め付けた時のボルトの伸び代が大きく、十分な締付け力を長期にわたって維持させることができる。木柱底部のラグスクリューは組立を容易にするだけでなく、充填した樹脂と角形鋼管内面との接着力が経年変化によって低下した場合でも、柱の引き抜き応力に対して抵抗すべく寄与する。
【００１５】
この樹脂による充填は鋼管と木材間のクリアランスを埋めることになり、樹脂の注入によりガタを抑制することができ、小さな変形時点から安定して剛性を得ることができる。アンカーボルトにはアンポンド処理したＰＣ鋼棒を用いて初期軸力を導入しておくから、この導入軸力は柱に作用するあらゆる水平力に対してベースプレートの下面が裏込めモルタルと離反することがないようにしておくことができる。この離反がないかぎり柱と下部モルタルおよびコンクリート基礎との一体性が保たれ、柱脚の固定が圧着接合的に実現される。
【００１６】
ＰＣ鋼棒に代えて普通鋼製のアンカーボルトとした場合は、ＰＣ鋼棒並みの能力は期待できないが、柱と下部モルタルおよびコンクリート基礎との一体性をさほど高く要求されない場合に適用すれば、工事経費の節減が図られることもあり、都合がよい。
【００１７】
鋼管との隙間に鋼板を配置もしくは挿入した後、樹脂を注入して木柱と鋼板を一体化させるようにしておくなら、この部分の剪断に対して著しい補強に効果が発揮される。
その鋼板を木造角柱に適用する場合、平鋼板としておけば充分であるが、その鋼板を縞鋼板とする場合には突起のある凸面を柱の木肌に向けて配置しておけば、突起は柱との間にほぼ均等な樹脂充填空隙を残すため、ほぼ均一な接着がなされる利点が生じる。
【００１８】
アンカーボルトに樹脂製ナットをベースプレートの下面側に螺着させておけば、ベースプレートの高さ出しや水平出しが容易となる。加えて、ベースプレート上のアンカーナットを締め上げれば樹脂製ナットのネジを破壊させることができ、スムーズな張力導入が可能となる。
【００１９】
鋼管の裾部に隙間充填用樹脂の注入口を設けておけば、樹脂の注入・押し上・充填が確実になされ、エアの噛みこみなどが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明に係る木造柱の柱脚部固定構造の正面図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ線矢視図。
【図２】（ａ）は圧着部分において、アンカーボルトを４本とし、ベースプレート下面と裏込めモルタル、コンクリート基礎が離反しないゆえに、各部材の重心や軸芯を一致させない配置とした柱脚部固定構造の正面図、（ｂ）はそのII−II線矢視図。
【図３】（ａ）は圧着部分において、アンカーボルトを２本とし、ベースプレート下面と裏込めモルタル、コンクリートが離反しないゆえに、各部材の重心や軸芯を一致させない配置とした柱脚部固定構造の正面図、（ｂ）はその III−III 線矢視図。
【図４】（ａ）は柱脚の最も簡素な例、すなわち木造柱が断面均一材とされた概要を表した柱脚部固定構造の正面図、（ｂ）はそのIV−IV線矢視図。
【図５】（ａ）は樹脂注入用の隙間に補強用鋼板が挿入された柱脚部固定構造の一例の正面図、（ｂ）はそのＶ−Ｖ線矢視図。
【図６】補強用鋼板が導入された柱脚部におけるアンカーボルトの地中梁中アンカーフレームとの配置の兼ね合い構図の一例。
【図７】ブレース仕様の柱脚構造の斜視図。
【図８】耐力壁仕様の柱脚構造の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る木造柱の柱脚部固定構造を、図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、その柱脚形態を示す。木造角柱１の下端部１ａを柱脚部の角形鋼管２の一辺より若干小さくし、鋼管２内に柱辺Ｌｏの２倍程度の深さＬａに挿入する。そして、ベースプレート３の下面からラグスクリュー４によって固定する。なお、角形鋼管２はベースプレート３に溶接されている。鋼管２と木柱下端部１ａの隙間５には、最下部側面部（鋼管裾部）の樹脂充填用注入口（後述する図５中の符号１６を参照）にパイプ６（図４（ｂ）を参照）を入れ、下端から押し上げるように樹脂７を注入口から充填する。エア溜まりなどの発生が確実に抑えられる。
【００２２】
アンカーボルト８には、アンポンド処理（コンクリートとの付着をフリーにした処理）したＰＣ鋼棒（ＪＩＳＧ３１０９、特公昭４１−１３３６３号公報および特許第２５５６３８８号公報等を参照）を用い、初期軸力を導入する。導入軸力は柱に作用するあらゆる水平力に対してベースプレート３の下面が裏込めモルタル９と離反しない程度の大きさとされる。これは、離反しないかぎり柱と下部モルタルおよびコンクリート基礎とが一体であるため、柱脚の圧着接合による固定が実現する。なお、１０は地中梁などのコンクリート基礎である。
【００２３】
テンプレート１１はアンカーボルト８であるＰＣ鋼棒の位置決めを正確にするための型板であり、テンプレートの下のポリエチレンナット１２は、裏込めモルタル９を打つ前にベースプレート３の高さおよび水平を出すためのものである。ＰＣ鋼棒８のナット本締めのときにはネジ山が抜けて（ＰＣ鋼棒のネジ山よりはるかに弱い）、ＰＣ鋼棒に初期張力がアンカーナット２０によって容易に導入される。また、ＰＣ鋼棒の材料強度は、通常アンカーボルトに使われる普通鋼に比べて３〜４倍程度と大きいので、同じ耐力に対して普通鋼アンカーボルトに比べて著しく小さい断面のもので済ますことができる。これは同じ張力を導入するから、ＰＣ鋼棒８の伸びが３〜４倍大きいことを意味する。加えて、ＰＣ鋼棒のネジは細目ネジとされているから、導入張力の制御が容易であることとコンクリートの乾燥収縮による張力損失が極めて小さいからである。
【００２４】
通常アンカーボルトの重心と柱の重心が一致するように配置されるが、ＰＣ鋼棒８に軸力を導入した圧着部分では、ベースプレート３の下面と裏込めモルタル９、コンクリート基礎１０が離反しないので、これらの重心や軸芯を一致させる必要がない（図２（ａ），（ｂ）や図３（ａ），（ｂ）を参照）。また、ＰＣ鋼棒８は図３（ａ），（ｂ）に示すように、２本でもよい（アンカーボルトは図１（ｂ）のように標準的には４本である）。ＰＣ鋼棒８とベースプレート３とは必ずしも重心を一致させる必要はないが、設計や配置作業の簡便性、構造パーフォーマンスのうえからも、一致させておくに越したことはない。なお、図２（ｂ）に示すようにベースプレート３を配置するため基礎を広くした袴基礎１３が施されたり、図３（ｂ）のように、ベースプレートの乗載の安定を図る袴基礎１４が設けられたりする。ただ、重心がむやみに離れすぎないように配慮せねばならないことは言うまでもない。
【００２５】
木柱１の底部のラグスクリュー４は、組立を容易にするため（柱とベースプレートとの一体化）と、充填した樹脂７と角形鋼管２の内面の接着力が経年変化によって低下した場合でも、柱１の引き抜き応力に対して抵抗させるために導入される。
【００２６】
ところで、柱脚の最も簡素な例の概要を、図４（ａ），（ｂ）に示す。なお、このときの樹脂７の充填状況は省略する。木柱１に予め建方調整に用いる木ダボの穴１５（図５の（ｂ）を参照）を設けておき、ベースプレート３と溶接された鋼管２に木柱１を通す。その際に、外装材の貼付等に不都合が生じないように鋼管２と木柱１の面を揃える処理を施す。その後、木ダボを挿入し位置決めを行った後にラグスクリュー４を通し、鋼管２と木材間のクリアランス５を充填するために、ポンプにより樹脂を注入口１６から圧入する。これによりガタを抑制することができ、小さな変形時から安定して剛性を得ることが可能となる。
【００２７】
なお、具体的な一例を挙げれば、木柱１の断面は鋼管２の内部および鋼管直上５ｍｍほどの範囲が□−１１０×１１０（柱断面の縦１１０ｍｍ、横１１０ｍｍの意）、その他は□−１２５×１２５とし、角形鋼管２はＪＩＳ規定のＳＨＳ１２５×１２５×３．２t （または４．５t ）である。充填樹脂は常温硬化型エポキシ樹脂としておけばよい。ところが、図４を見ても分かるが、柱材の外形寸法を一定にしておくことが好ましい。段差がなければその加工工程は省かれるうえに、応力集中等により破損しやすくなる脆弱部の存在を排除しておくことができる。
【００２８】
ところで、木柱１の断面の一辺より若干大きい辺長を持つ短い角形鋼管２（鉄骨柱のようにベースプレート３に予め溶接）に木柱１を挿入し、隙間５に樹脂７を注入するが、この部分には、必要に応じて図５（ａ），（ｂ）のように平らな補強用鋼板１７（例えば縞鋼板も含む）が四面それぞれに挿入される。ベースプレート３の下面からラグスクリュー４を打設する。柱１に引張り力が作用したとき、木柱１が抜け出すことを防止しておくことはすでに述べた。
【００２９】
柱に地震などによる水平力が作用する水平力の作用点は、柱の反曲点と言われるもので柱の曲げモーメントが０となる点である。この水平力が作用すると木柱１に作用する曲げモーメントは鋼管頂部で最大となり、下端で０となる。鋼管２の中では、モーメント勾配（変化）が鋼管より上方の柱におけるそれよりは著しく大きくなる。この勾配が力学でいう剪断力と定義されるものであり、断面を横切る力である。木材の場合、圧縮、引張りや曲げ耐力に比べ剪断耐力や剪断剛性が著しく小さくなるため、この部分の有効な補強が望ましくなる。特に、建築納まり上、鋼管部分を低くしたい場合では、この傾向が顕著になる。補強なしでは、十分な固定度を有する柱脚の設計は難しいことがあり得る。そこで、鋼管２との隙間５に平らな鋼板、例えば１．２ｍｍ厚以上の縞鋼板を挿入し、または木柱に予め釘１９や木ネジなど（図５の（ａ）を参照）で固定した後、樹脂７を注入して木柱１と上記した補強用鋼板１７と鋼管２を一体化しておく。ちなみに、縞鋼板を使用する場合は、突起のある凸面を柱の木肌に向けて配置し、ネジ止めなどしておく。突起は柱との間にほぼ均等な樹脂充填空隙を残し、樹脂の接着効果が助長される。
【００３０】
図６は、アンカーボルト８が基礎内のアンカーフレーム１８の間に配置された様子を示す。以上の説明から分かるように鋼管２と木柱１が強固に一体化されればベースプレート３とアンカーボルト８の接合は、鉄骨の柱脚と同等となる。従来の木柱での施工性や固定度不足といった問題が著しく改善される。また、抜出し防止に設置したラグスクリュー４は、強い締付け力を有するため樹脂７が硬化しない時点でも木柱１と鋼管２の相対位置を維持しておくことができる。このことは、注入後、すぐに柱１をハンドリング（次の工程に移っての処理・操作）できることになるため、生産性が極めて高くなる。通常、樹脂を使うと硬化し強度が発現するまで２４時間程度が必要なため、その間は治具などで固定しておく必要があったが、それが必要でなくなる。
【００３１】
さらに述べれば、コンクリート基礎１０との付着をきたさなくするコーティング処理によりアンカーボルト８をアンボンド化（特殊アスファルト系ポリマーを被覆後にポリプロピレン、ポリエチレンシースをコーティング）しており、これによりアンカーナット２０（図１（ａ）を参照）を締め付けたときにボルトの伸び代が所望量となり、十分な締付け力を長期にわたって維持することができる。具体的な締付け力の目安は、地震や暴風による水平力作用時に引張り側アンカーボルト８の位置のベースプレート３が下部のモルタルと離反しない程度とされる。こうすることによって、鋼管部の補強と相まって木柱脚と基礎コンクリートの完全一体化が図られる。
【００３２】
アンカーボルト８としては、実用的には高強度のＰＣ鋼棒が最適である。強度が高いため棒径を小さくでき、結果として伸び代を大きくできる。長期の張力消失防止や張力導入の精度と施工性が著しく向上する。ベースプレート３の下の樹脂製ナット１２は、施工時のレベル調整が目的である。先に触れたように、裏込めモルタル９の硬化後にアンカーナット２０を本締めすると樹脂製ナット１２のネジが破壊され、スムーズな張力導入が可能となる。ちなみに、ＰＣ鋼棒に代えて普通鋼のアンカーボルトでも対応させることができる場合には、ＰＣ鋼棒に限られることはない。
【００３３】
上記の補強鋼板１７を使用する場合の柱脚組立て手順は、以下のごとくである。まず、木柱１の下部に補強鋼板４枚を釘または木ネジで固定する。ただ、木柱表面と補強鋼板の間は樹脂が充填できる程度に隙間を空けておく。次に、木柱１を鋼管２に挿入し、位置決め用木ダボを打込む。その後に、ラグスクリュー４を打設し、木柱１を立てて樹脂７を注入する。
【００３４】
以上詳細に述べたことから分かるように、本発明は、木造角柱の下端部がコンクリート基礎（地中梁）上に直接もしくは間接的に載置される木造柱の柱脚部固定構造に適用されることが理解される。その構成は以下の通りである。基礎１０に打たれたアンカーボルト８により固定される鋼製ベースプレート３の上面には、木造角柱１の下端部１ａを収容する角形鋼管２が溶接される。その角形鋼管２に収容された柱脚部には、ベースプレート３を下面から貫入するラグスクリュー４が螺着・緊締される。その柱脚部と角形鋼管２との間に残された隙間５には、隙間充填用樹脂７が注入されて樹脂層が形成される。そして、アンカーボルト８は柱脚の軸芯や重心に対して対称・非対称の如何を問わず配設されたアンポンドＰＣ鋼棒とされている。なお、樹脂７の層内には露出することのない補強用鋼板１７が埋入されることもある。
【００３５】
以上、木造柱としては木造角柱を対象にして説明してきたが、木造丸柱もしくは他の幾何学的断面を持った柱であってもよい。その場合、木柱の径より若干大きい径を持つ短い丸形鋼管などが使用される。また、樹脂層内に配設される鋼板は、半円弧状やその他柱の断面形状に馴染む形をなす折り板や曲げ板としておけばよい。いずれにしても、地中梁上面にベースプレートを直接または間接に載置することになるので、木造建築で使用されてきた地中梁上の木製土台は、大部分の場合必要とされなくなる。なお、図４に示したが、柱の断面は一律に同じ形状・同じ寸法としておくことは、図１、図２、図３、図５、図６においても可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３６】
１…木造角柱、１ａ…角柱の下端部、２…角形鋼管、３…ベースプレート、４…ラグスクリュー、５…隙間（クリアランス）、７…充填樹脂（樹脂）、８…アンカーボルト（ＰＣ鋼棒）、１０…コンクリート基礎（地中梁）、１２…ポリエチレンナット（樹脂製ナット）、１６…注入口、１７…補強用鋼板、２０…アンカーナット。
【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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【図８】
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