(57)【要約】【課題】木造ラーメン工法はその継手に何かしらの金属部品が使用されている。そしてその部品こそが応力の要であり力が集中し、木部との強度のバランスがラーメン工法の最重要検討箇所である。しかしそれは火災時には金属部品の高い熱伝導率によって、構造応力が局部に集中した状態の、木部との接触点の強度を著しく速い速度で降伏させる危険性の原因でも有る。【解決手段】耐火性能を求められた木造ラーメン工法の主要構造部位から、金属部品による接合を排除し、接着方式による、空隙のない木製継手によって、構造材全般に耐火炭化被覆を形成させ、部材の一部に局部応力を集中させない全断面型応力の継手を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系ラーメンの構成部材の仕口及び継手を、部材内に空隙の生じない木質系部材でのみ構成し、高い熱伝導率の緊結部品を用いないことを特徴とした構造
【請求項２】
各構成部材は高強度の接着剤によって接着され、その応力は全断面に分布したまま、接続部材に伝播する事を特徴にした工法
【請求項３】
ラーメンを構成する構造材が交差する部分には、梁等の接続部材の繊維方向に合わせて、あるいは方向を変えて、接着剤が含浸した木の薄板で積層したもの、あるいは層間に強化繊維を貼り込、木材の繊維方向強度差を解消あるいは強化した事を特徴とした、木製構造部材。
【請求項４】
以上の各請求項によって、火災時の、木造ラーメン工法の耐火被覆となる炭化被覆層を形成させ、ラーメン接合部の崩壊を防ぐ事を特徴とする木造ラーメン工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
集成材および一般木材を用いた建築に、ラーメン工法を実現するための、接合構造を提供する。
【背景技術】
【０００２】
この発明は木造建築等の柱と横架材の仕口及び横架と材横架材の継手を剛接合する工法に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願平１１−１３３１２７
【特許文献２】特願２０１１−８９５５３（Ｐ２０１１−８９５５３）
【特許文献３】特開２０１１−１４３６９８（Ｐ２０１１−１４３６９８Ａ）
【特許文献４】特開２００９−１９７４１６
【特許文献５】特開２００５−２６４６８８
【特許文献６】実願昭６３−６６９２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の木造ラーメン工法は、その接合に金属製のドリフトピンやボルトやプレートなどの金物を用いている。そのため、木部局部にその応力が集中し、めり込みや座屈などその降伏強度に至らぬ為の配慮としてプレート面積が大きくなったり、ドリフトピンを多く打つなどして、応力を分散させなければならなかった。
【０００５】
そのために多くの場合、柱と梁の位置は平面上中心軸に位置させなければならず、鉄筋コンクリートのように柱面と梁や壁面を同一面とすることが出来なく、スペースのロスあるいは雨仕舞等の収まり部品等の増加などで、ローコスト化の課題となっていた。
【０００６】
また、一般に柱は木の繊維を縦方向とし、梁は横方向使いとしているが、繊維方向と繊維直角方向の圧縮強度の差は3倍ほどある事は周知のことである。柱が貫通し側面に梁が取り付く場合、梁応力は柱の繊維方向に直角な弱い強度方向と接する事となる。その為、柱のめり込みを抑えるために金属プレート類を介しその応力を分散している。
【０００７】
木造ラーメン工法の中には、柱を貫通させた金属棒を梁内部まで貫入させ、その空隙をエポキシ樹脂等で充填し木部に定着させる工法も有る。この場合は炭化被覆層に関して言えば有利だが、金属部品の周りに応力を集中させ、部材内部の応力にはムラがある。
【０００８】
大規模な木造ラーメンが普及しつつあるが、要求される木造耐火性能の根底にあるものは、火災時に木材には炭化被覆層が形成され内部まで燃えることがない、という自己消火性の一点なのだが、ラーメン構造においてはその継手には以上のように多くの金属が使用され、その熱伝導率から木材着火温度が木材内部まで伝導している。また、炭化被覆層は酸素の供給が絶たれることによって炭化形成するのだが、多くの継手の場合、ボルト等の周囲には必ず空隙が有り、酸素は供給される状態にある。
【０００９】
さらに、耐火建築物としての一義的使命は、火災時には出来るだけ崩壊せず、原形をとどめながら利用者の避難時間を確保することである。しかしながら上記の状態では、金属部分つまりは応力が集中している柱・梁の重要構造部位の要となる継手から、高熱が伝導され、それを受ける木部が炭化あるいは燃焼することでの強度低下から梁等の構造部材が変位し、空隙が更に広まり、より酸素が供給され燃焼し、加速的に崩壊に至る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、これら重要な架構構造部内及びその継手を空隙の生じない構造とすることで、火災時は構造材端部の酸素の供給を絶ち、また接合金物など熱伝導率が高く、応力が局部に集中する部品を用いない工法を提供する。
【００１１】
各階の柱頂部、梁が取り付く位置には、繊維を梁方向に向けた薄木板を梁高さまで重ねあわせた積層ダイヤフラムブロックを設置させ、該当柱と密着させる。すでに木材の接着工法として認知されたフィンガージョイントと同じ要領で、部材内に空隙の生じない仕口形状で繋ぐ。
【００１２】
柱・梁その他の部材は、構造計算に基づき要求された計算応力を、緊結金物に集約せず、そのまま接続部位に伝播させる。また、接合には樹脂接着材を用い、熱伝導率の高い部品を排除した全断面での接合を特徴とする。
【００１３】
接着面での割裂破壊を防ぐため、接着剤には微細強化繊維を混入し、接着面は機械的な面荒らしあるいは強化繊維端部を突出させ、ミクロ領域での接着剤強度の均一化を防ぐ。
【発明の効果】
【００１４】
強度に関し、梁方向に繊維方向を合致させた積層ダイヤフラムブロックは、通常の集成材よりも圧縮強度が高くめり込みも少ない。
【００１５】
また直行する4方向に梁が取り付く場合においては、2方向に積層段ごとに向きをかえるが、積層厚を薄くすることによって、接着剤が含浸し圧縮強度をコントロールすることが出来る。また、その他の方向に梁が取り付く場合においても同様に設計できる。
【００１６】
今まで金属製緊結金物等の定着寸法の制約によって困難だった、図4にあるような相対する梁のズレ等、柱と梁の取り付け位置は自由度を増し、総体的に仕上げコストの低減を図ることが可能となる。
【００１７】
各部に空隙がない為に火災時にも酸素を供給されず窒息状態となり炭化被覆層が形成される。また、熱伝導率も低いために内部側からの着火もない。
【００１８】
また、梁の応力はその全断面に分散されたまま、ラーメンのコア部分である積層ダイヤフラムブロックに伝達され、反対側の梁や柱に応力の局部集中がないまま拡散されるので、木部や集成材を構成する木片ピースに過剰な負担がかからない。
【００１９】
金属製継手の場合、応力の集中と構成部材の断面欠損が避けられなくそれを補うのに、必要断面に欠損分を加算して補完しているため、柱梁とも部材が大きくなっていたが、構成部材全断面を有効応力領域とすることで、軽量化・ローコスト化を図ることが出来る。
【００２０】
従来のラーメン工法の床版は、柱脚を直接拘束させてはいないが、この工法は床版と柱脚を直接留め付けることが出来る。これによって応力伝播の効率のよいダイヤフラム床が形成される。
【００２１】
今までの工法での梁応力は、ドリフトピン周囲の木材からドリフトピンに集められて、それに接触するプレートに伝達され、更にはそれから柱を貫通するボルト・プレート、構成木材と直接接触するボルトやドリフトピンを経て受ける側の木材部品に加力あるいは分散される。全断面接着工法は木部に働く全荷重を分散させたまま相手側部材に直接伝える。力の集中など局部座屈や降伏崩壊などの恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】一般ラーメン架構図
【図２】ラーメン部分断面図
【図３】一般ラーメン架構平面図
【図４】梁をずらした架構の平面図
【図５】梁をずらした架構の透視図
【図６】変形ラーメン例、120度接続ラーメンの平面図
【図７】変形ラーメン例、120度接続ラーメンの透視図
【図８】変形ラーメン例、3方山形ラーメン頂部の透視図
【図９】変形ラーメン例、寄棟登り梁頂部の透視図
【図１０】変形ラーメン例、8方向登り梁頂部の透視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
柱・梁などの構造部材は全て構造計算にて算出する。
【００２４】
構造材料は、集成材でも一般的構造材でも、構造計算で安全を確かめた範囲で使用可能である。
【００２５】
構造計算によって算出された応力を満足させる積層ダイヤフラムブロックを作成し、柱頭に圧着接合する。
【００２６】
均一な部材接合部の接着面は水平方向の引張応力によって割裂破壊が発生する可能性があることから、接着剤の物性・性能も合わせて仕口形状を設計する。
【００２７】
割裂破壊現象は接着剤の弾性に大きく由来し、その原因はミクロ領域で、かつ局所的にひずみエネルギーが特定値を超えた時、微小亀裂が発生し、そのエネルギーは近傍で拡散されない限り、次の位置へと伝播し、さらにミクロ領域を超えると割裂となる。
【００２８】
この事から集成材積層時、あるいは積層ダイヤフラムブロック作成工程の積層時に強化繊維等を貼り付け、あるいは機械的な微細目荒らし工程を行うなど、仕口繊維方向を毛羽立ち状態とし、接着接合部面が均一となるのを防ぐ。
【００２９】
接続される梁は、集成材あるいは一般木材も考えられるが、繊維方向接合面は、上項と同様に、強化繊維小口処理あるいは機械式目荒らしなどを行う。
【００３０】
接着面及び接着剤の割裂破壊は、ミクロ領域では、金属棒を木部に貫通貫入させ接着剤にて定着させる工法と同じ条件にある。むしろ、空隙を充填する事で有る程度の塊となるがゆえに、接着剤のみの物性が顕著となる金属棒定着工法のほうが、収縮率界面剥離などの可能性が有る。
【００３１】
また、接合接着剤は割裂破壊を防ぐ実証実験を経る。ミクロ領域においては、弾性で不均等強度であるものとし、かつ、マクロ領域で、架構部材の強度を満足させるものとする為、微細強化繊維を混入する。
【００３２】
積層ダイヤフラムブロックの繊維方向は、基本的に梁方向に一致させるが、3方向接合あるいは4方向接合の場合はそれぞれの層の厚さを2.2mm〜3mm程度にとどめ、順次方向を梁に合わせ積層する。
【００３３】
従来の構造計算方法では、小梁などは剛接とする必要がない場合があり、その場合には金物で接合する場合が多いが、本発明では耐火性能を求められた場合、原則的に最下階の柱脚あるいは土台のアンカーボルト以外の、主要構造部位に金属構造部品を使用するのは禁じる。
【００３４】
ただし、建て込み時には所定の接着剤強度が出るまでは養生期間が必要となり、その間は、支保工や精度保持為の仮設緊結金物は必要となるが、耐火性能を全うするのに、それらは必然として優先される。
【実施例】
【００３５】
この工法は接着剤強度を重視するために、可能な限り建込みの事前工程をして工場での接着が望ましい。
【００３６】
工場では柱に積層ダイヤフラムブロックを接着させ、梁継手を有した状態で建て込む。
【００３７】
梁継手形状は、接着後梁内部に空隙のない、また建込みの精度や施工性効率から図1に示す引き寄せ機能を持ったフィンガージョイント形式とする。
【００３８】
これら形状はCNCで切削される、あるいは専用の切削治具で制作され、凸部凹部共に鋭角部を設けずR面加工とし、接着前の清掃をしやすくすることと、余剰接着剤が一箇所にとどまらないようにする。
【００３９】
接着剤強度は木材の圧縮許容応力・引張許容応力等の強度以上の物とする。
【００４０】
また、使用木材強度以上の必要が生じた場合には、集成材を製造する過程でアラミド繊維や炭素繊維など、強化繊維を集成材接着層形成時に貼りあわせ、所定強度にすることが出来る。
【００４１】
一般的に木造ラーメン工法は、柱梁の断面は共に矩形で構成されているが、上記項の強化繊維混入集成材の場合はH形あるいは用途に合致する断面性能を用いることができる。
【００４２】
これによって断面効率のよい、自重を少なく固定荷重を減じることでの地震応力の削減を可能にする。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明による構法は、従来の木造ラーメン工法の課題でも有った緊結金物の制約から逃れ、鉄筋コンクリートラーメン構造等に似た、設計の自由さが拡大可能になる。
【００４４】
図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10に示す例は、従来では金物の制約から、これらの形式のラーメン接続は困難を極める。特に図8、図9、図10の例は、比較的大空間に用いられる接続形式ではあるが、従来の木造ラーメン工法の場合ではこれらはピン接合にしかならない。しかしながら、大規模ゆえに必然的に耐火性を要求されることから、金属を用いるピン接合は向いていない。本案はそれらを補完し、より安全な建築に寄与する。
【００４５】
現在、構造計算はコンピューター化されたといえど、構造断面の考察などは、まだ手書き時代の公式を用いたものがほとんどである。構造断面性能を有限要素などで解析したならば、必要な構造断面は矩形断面ではなく不整形になっていく。コンピューター解析技術が進めば、柱梁など各部位ごとに異なった形状が求められるはずである。
【００４６】
木造集成材は、全断面を応力領域とすることと、真の固定接続が、実現可能な素材である。本案は、鉄骨構造ルーツの制約内から開放することにより、次世代の構造解析技術による、有機的スケルトンにも対応も可能とした。
【符号の説明】
【００４７】
1    架構基準線
2    積層ダイヤフラムブロック
2-1  薄木板
2-2  繊維方向を変えた薄木板
2-3  柱固定ダボ
3    柱
3-1  柱断面
4    梁
4-1  梁断面
4-2  梁仕口
5    フィンガージョイント
6    定着位置引き寄せ加工面
【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】
2015031079.tif 000009
【図８】
2015031079.tif 000010
【図９】
2015031079.tif 000011
【図１０】
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