(57)【要約】【課題】軸力を負荷された際の木質材の割裂防止に高い効果を奏しつつ、合成部材の質感を損ない難い合成部材の補強方法を提供する。【解決手段】軸圧縮を受ける鋼管１２と、その周囲を覆う木質材１４で構成される合成部材１０の補強方法であって、少なくとも木質材１４の両端部に割裂防止手段を備えたことを特徴とする。割裂防止手段は鋲１８であり、鋼管１２と木質材１４は共に矩形断面を有し、鋼管１２の断面における角部と木質材１４の断面における外周側角部とを結ぶ直線に対して、互いに異なる方向から交差する鋲を打込むようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸圧縮を受ける鋼管と、その周囲を覆う木質材で構成される合成部材の補強方法であって、
少なくとも前記木質材の両端部に割裂防止手段を備えたことを特徴とする合成部材の補強方法。
【請求項２】
前記割裂防止手段は鋲であり、前記鋼管と前記木質材は共に矩形断面を有し、
前記鋼管の断面における角部と前記木質材の断面における外周側角部とを結ぶ直線に対して、互いに異なる方向から交差する前記鋲を打込むことを特徴とする請求項１に記載の合成部材の補強方法。
【請求項３】
前記鋲は、前記木質材の木口面を構成する辺の半分よりも長い長さを持つものを用い、
異なる方向から打込む前記鋲は、互いに直交するように打ち込み、
前記木質材における対向する側面から打込まれる前記鋲は、先端側に重複区間を構成することを特徴とする請求項２に記載の合成部材の補強方法。
【請求項４】
前記木質材の木口面を覆う補強カバーを取り付けることを特徴とする請求項１に記載の合成部材の補強方法。
【請求項５】
軸圧縮を受ける角形鋼管と、その周囲を覆う木質材で構成される合成部材であって、
少なくとも前記木質材の両端部には、前記角形鋼管の断面における角部と前記木質材の断面における外周側角部とを結ぶ直線に対して、互いに異なる方向から交差するように打ち込まれた鋲を備えており、
前記鋲は、前記木質材の木口面を構成する辺の半分よりも長く、かつ、対向する側面から打込まれた前記鋲に対して互いに先端部分が重複していることを特徴とする合成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管材と木質材を組み合わせた合成部材に係り、特に柱やトラス、ブレース等の圧縮軸力を受ける部材に適用される合成部材に、軸力の負荷に伴う木質材の割裂が生じることを防ぐのに好適な補強方法、およびこの補強方法を適用した合成部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨部材は、圧縮力が作用して撓みが大きくなると曲げ座屈を生じ、単独の線材としては本来の降伏強度を十分に発揮することが難しいため、トラスやブレースに用いる場合は、補剛や拘束などの手段が講じられることが多い。
【０００３】
最近では、環境に配慮した建築が志向され、鉄やコンクリートと併せて木材を使用した建築物や部材の設計が盛んに行われるようになり、木質材で鋼材を補剛した合成軸力部材（以下、合成部材と称す）も開発されている。特許文献１に開示されているような合成部材は、木質材の中心に貫通孔を設け、この貫通孔に鉄筋材を配置するというものであるが、前述した合成軸力部材の一部に含むことができる。
【０００４】
しかし、こうした鋼材（鋼管材を含む）と木質材からなる合成部材を両端ピン支持の条件で圧縮載荷すると、軸材の鋼材が１次モードの曲げ座屈を生じ、木質材の端部および中央部で内部から鋼材に押圧される力が加わる。作用する荷重が増大して横たわみが大きくなると、最初に相対的に弱い端部の隅角部がひび割れ、これが伸展すると木質材全体が割裂する様相を呈し、軸力の支持能力を喪失して破壊に至る。
【０００５】
こうした問題に対し、特許文献２には、木質材合わせ面と直交する方向に釘を打ち、釘により木質材を結合させた合成部材や、鋼管材の周囲に配置された木質材の外周を覆うようにバンドを配置し、このバンドを合成部材の長手方向に沿って複数設けるという構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３９５０４号公報
【特許文献２】特許第３６６１０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示されている構成のうち、木質材の外周にバンドを配置する構成は、バンドの配置位置や木質材との密接具合等を工夫すれば、木質材の割裂を防止するのに好適な効果を得ることができる可能性がある。しかし、木質材の外周にバンドを複数配置した場合、木質材の長手方向に複数の帯状部材が配置されることとなり、その外観の特徴を著しく損なうこととなってしまう。このため、意匠の美観を必要とする建物への実用性に欠けるといった問題がある。
【０００８】
そこで本発明では、軸力を負荷された際の木質材の割裂防止に高い効果を奏しつつ、合成部材の質感を損ない難い合成部材の補強方法、およびこの補強方法を適用した合成部材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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る合成部材の補強方法は、軸圧縮を受ける鋼管と、その周囲を覆う木質材で構成される合成部材の補強方法であって、少なくとも前記木質材の両端部に割裂防止手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような特徴を有する合成部材の補強方法において、前記割裂防止手段は鋲であり、前記鋼管と前記木質材は共に矩形断面を有し、前記鋼管の断面における角部と前記木質材の断面における外周側角部とを結ぶ直線に対して、互いに異なる方向から交差する前記鋲を打込むようにする。このような特徴を有することによれば、木質材の角部には、鋲が交差する領域が形成されることとなる。これにより、木質材の角部に割裂が生じることを抑制することができる。
【００１１】
また、上記のような特徴を有する合成部材の補強方法において、前記鋲は、頭付き半ねじ型の螺旋鋲（ねじ釘）とする。このような特徴を有することによれば、半ねじによる定着と、鋲頭によるめり込み抵抗により、より大きな補強効果を得ることができる。
【００１２】
また、上記のような特徴を有する合成部材の補強方法において、前記鋲は、前記木質材の木口面を構成する辺の半分よりも長い長さを持つものを用い、異なる方向から打込む前記鋲は、互いに直交するように打ち込み、前記木質材における対向する側面から打込まれる前記鋲は、先端側に重複区間を構成する。このような特徴を有する事により、木質材の内部断面には、鋲が存在しない無補強の区間がなくなり、割裂強度の向上を図ることができる。
【００１３】
さらに、上記のような特徴を有する合成部材の補強方法では、前記木質材の木口面を覆う補強カバーを取り付ける構成とすることができる。このような特徴を有する事によっても、木質材の割裂防止効果を奏することができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明に係る合成部材は、軸圧縮を受ける角形鋼管と、その周囲を覆う木質材で構成される合成部材であって、少なくとも前記木質材の両端部には、前記角形鋼管の断面における角部と前記木質材の断面における外周側角部とを結ぶ直線に対して、互いに異なる方向から交差するように打ち込まれた鋲を備えており、前記鋲は、前記木質材の木口面を構成する辺の半分よりも長く、かつ、対向する側面から打込まれた前記鋲に対して互いに先端部分が重複していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記のような特徴を有する合成部材の補強方法、および合成部材によれば、軸力を負荷された際の木質材の割裂防止に高い効果を奏しつつ、合成部材の質感を損ない難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る合成部材の補強方法を適用した合成部材の断面を示す図である。
【図２】実施形態に係る合成部材における端部の部分透過側を示す図である。
【図３】鋲が打ち込まれた木質材の一部を示す拡大断面図である。
【図４】合成部材の全体イメージを示す側断面図である。
【図５】合成部材に対する軸圧縮と、座屈のイメージを示す図である。
【図６】補強の無い合成部材における木質材の割裂発生箇所を示す図である。
【図７】補強の無い合成部材と、補強の有る合成部材との間における部材耐力の変化を示すグラフである。
【図８】応用形態として、木質材の木口面に補強カバーを配置する場合の例を示す分解斜視図である。
【図９】応用形態として、木質材の木口面に補強カバーを配置した場合の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の合成部材の補強方法、および合成部材に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る合成部材の補強方法、および合成部材の実施にあたる一部の形態に過ぎず、本発明における合成部材の補強方法、および合成部材は、これらの形態に限定されるものではない。
【００１８】
［合成部材の構成］
本実施形態に係る合成部材の補強方法を適用する合成部材は、図１から図４に示すように、鋼管１２と、この鋼管１２の外周を覆う木質材１４により構成されている。ここで、図１は、実施形態に係る合成部材における端部の断面の構成を示す図であり、図２は、実施形態に係る合成部材における端部の部分透過側を示す図である。また、図３は、鋲が打ち込まれた木質材の一部を示す拡大断面図であり、図４は、合成部材の全体イメージを示す側断面図である。
【００１９】
鋼管１２は、種々の形態のものを想定することができるが、以下に示す形態では、矩形断面を有するものを対象としている。なお、本実施形態でいう矩形は、必ずしも厳密な四角でなく、角部にフィレットが施されていたり、辺が内側、あるいは外側に湾曲しているような形態も含む。木質材１４は、１つの木材を加工したものであっても、寄木により形成したものであっても良い。木質材１４を寄木により構成する場合、各木片の目の方向を調整することで、経年的なしなりや撓みなどを抑制することもできる。なお、木片の接合は、接着剤などによれば良い。また、木質材１４の形態は、概ね、鋼管１２の外形に沿った形態とされていると良い。なお、図１から図４に示す例では、合成部材１０について、鋼管１２と木質材１４との間に、耐火被覆材１６としてのけい酸カルシウム板を配置している。
【００２０】
［合成部材の補強方法］
本実施形態に係る合成部材の補強方法は、図１に示すように、鋼管１２の断面における角部と、木質材１４の断面における外周側角部とを結ぶ直線Ａに対して、互いに異なる方向から交差するように鋲１８を打ち込む構成とする。具体的には、矩形断面を構成する木質材１４に対して、各辺を構成する外周面を打ち込み面１４ａとした際、当該打ち込み面１４ａに隣接する打ち込み面１４ａと、鋼管１２の外周面との間に、鋲１８が配置されるように打ち込みを行う。鋲１８の打ち込みは、木質材１４の打ち込み面１４ａに対して直交する方向に行う。このような打ち込み形態とすることで、直線Ａに交差する鋲１８は、互いに直交配置されることとなる。
【００２１】
ここで、木質材１４に打ち込む鋲１８は、螺旋鋲、すなわち、ねじとすることが望ましい。釘に比べて高い抜け止め効果を奏することができるからである。
鋲１８として螺旋鋲を用いる場合、当該螺旋鋲は、いわゆる全ねじ型のものであっても良いが、好適には、図１から図３に示すように、先端側のみにねじ部１８ａを有する半ねじ型のものとすることが望ましい。また、螺旋鋲は、いわゆる頭１８ｂが小さなものの方が、打ち込み後に目立たなくなるが、本実施形態では、大きな頭１８ｂを有するねじとする。また、螺旋鋲の長さは、木質材１４が構成する木口の一辺の半分よりも長いものとすると良い。
【００２２】
図６に示すような無補強の合成部材１０の場合、材軸方向に負荷（圧縮力）が加えられた際、図６にＢで示すように、鋼管１２の外周辺の延長線上（図６で示す例では、耐火被覆材１６の延長線上）の、応力集中が生じる箇所で木質材１４が割裂（断面方向に破断）する傾向にある。補強に用いる鋲１８を半ねじ型の螺旋鋲とした場合、鋲１８は、その先端側が木質材１４にかかることとなり、図６に示したＢの部分には、螺旋鋲による引張荷重は負荷されないこととなる。また、鋲１８の頭１８ｂを大きくした事により、木質材１４に割裂方向の力が加えられた際、鋲１８の頭１８ｂが木質材１４の打ち込み面１４ａにめり込み、大きな抵抗力が生じる。すなわち、鋲１８を半ねじ型の螺旋鋲とした場合、木質材１４に割裂方向の力が加えられると、図３に示すように、ねじ部１８ａの周辺部分と、頭１８ｂの周辺部分に応力が生じることとなる。よって、鋲１８を半ねじ型の螺旋鋲とすることによれば、木質材１４に生じる応力集中を軽減し、結果的に割裂強度を向上することができる。
【００２３】
また、本実施形態に係る鋲１８は、木質材１４が構成する木口の一辺の半分よりも長いものとすることで、対向する打ち込み面１４ａから打込まれる鋲１８との間で、その先端に重複区間Ｃを形成することができる。このような構成とすることで、鋲１８を介して引張力が負荷される部位には、全て、鋲１８が配置されることとなる。これにより、鋲１８が配置されていない無補強の部分で、木質材１４に割裂が生じるという事を避けることができる。
【００２４】
さらに本実施形態に係る合成部材の補強方法では、合成部材１０を構成する木質材１４の長手方向両端部に、鋲１８を配置する構成としている。合成部材１０に圧縮方向の負荷が加えられると、図５に示すように鋼管１２には、長手方向中央部に、圧縮方向の力と交差する方向への横撓みが生じることとなる（矢印ａで示す方向の逃げ）。補強材としての木質材１４の曲げ合成が鋼管１２よりも低い場合、木質材１４の両端部には、鋼管１２により、木口を広げる方向の力が加えられることとなる（矢印ｂで示す方向の力）。よって、木質材１４の割裂は、長手方向両端部を基点として発生することが多い。このため、割裂の基点となる部分に補強を施すことで、外観上の変化を小さく留め、合成部材１０における木質材１４の質感を保ちつつ、高い補強効果を得ることが可能となる。
【００２５】
補強のための鋲１８は、補強箇所毎に複数本の打ち込みを行うことが望ましい。鋲１８は、長手方向に沿って配置し、その本数を増やすことで、負荷に対する強度を向上させることができるが、その数を多くした場合には、木質材１４の質感を低下させることとなる。実験によれば、鋲１８の形態や、配置間隔等にも左右されるが、概ね４本までは、鋲１８の数の増加と、割裂に対する耐力の向上との間に、加算則が成立することとなった。
【００２６】
また、本実施形態に係る合成部材の補強方法によれば、図７にグラフを示すように、鋲１８による補強を行った合成部材１０は、補強を行わない合成部材１０と比較した場合、割裂強度のバラつきについては、著しい変化を見ることができない。一方、補強を行う事で合成部材１０の平均的な耐力が向上するとともに、そのバラつきが極めて小さくなっていることを読み取ることができる。
【００２７】
このため、合成部材１０の許容荷重を設定する場合に、耐力（圧縮）のバラつきを見込んだ過度な安全率を設定する必要がなくなり、施工コスト削減に寄与することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
上述したように、合成部材１０において、木質材１４に割裂が生じる場合、その長手方向両端部を基点として生じることが多い。このため、鋲１８以外の要素により、木質材１４の長手方向両端部、すなわち木口面に加えられる割裂方向の力を抑え込むようにしても良い。
【００２９】
具体的には、図８、図９に示すような、補強カバー２０を、木質材１４の木口面に配置するようにしても良い。補強カバー２０は、側板２０ａと、上板２０ｂとから成り、上板２０ｂには、鋼管１２を貫通させるための貫通孔２０ｃが設けられている。側板２０ａは、木質材１４における長手方向端部の外周に配置される板部材であり、木質材１４の外周を覆うことで、木質材１４の広がりを抑制し、割裂を防ぐ役割を担う。また、上板２０ｂは、複数の側板２０ａに連結され、側板２０ａを木口面に保持するための役割を担う。
このような方法であっても、本発明に係る合成部材の補強方法の一部とみなすことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０………合成部材、１２………鋼管、１４………木質材、１４ａ………打ち込み面、１６………耐火被覆材、１８………鋲（ビス、釘）、１８ａ………ねじ部、２０………補強カバー、２０ａ………側板、２０ｂ………上板、２０ｃ………貫通孔。
【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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【図９】
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