(57)【要約】 【課題】プレストレス導入木造建築物の効率的な施工を実現でき、締付け金具等のプレストレス保持部品の削減によって施工コストの低減を図ることのできるプレストレス導入木質材とその製作方法を提供すること。【解決手段】プレストレスがプレテンション方式で導入されているプレストレス導入木質材１０，１０Ａ，１０Ｂである。この製作方法は、枠状の反力架台Ｍ１の枠内に貫通孔１ｂを具備する木質材を配設し、貫通孔１ｂに緊張材２を挿通し、緊張材２を引っ張って反力架台Ｍ１に定着し、貫通孔１ｂに接着剤を注入し、接着剤の硬化を待って木質材１と緊張材２を相互に密着させ、木質材１からはみ出している緊張材２の端部を切断して、プレストレスがプレテンション方式で導入されているプレストレス導入木質材１０等を製作する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレストレスがプレテンション方式で導入されているプレストレス導入木質材。
【請求項２】
前記プレストレス導入木質材が、梁材、柱材、床材、壁材、屋根材のいずれかに適用される請求項１に記載のプレストレス導入木質材。
【請求項３】
枠状の反力架台の枠内に、貫通孔を具備する木質材を配設し、
前記貫通孔に緊張材を挿通し、緊張材を引っ張って反力架台に定着し、
前記貫通孔に接着剤を注入し、接着剤の硬化を待って木質材と緊張材を相互に密着させ、
木質材からはみ出している緊張材の端部を切断して、プレストレスがプレテンション方式で導入されているプレストレス導入木質材を製作する、プレストレス導入木質材の製作方法。
【請求項４】
プレテンション方式でプレストレスを導入して所定寸法のプレストレス導入木質材を製作した後、これを切断して相対的に小寸法のプレストレス導入木質材を加工する請求項３に記載のプレストレス導入木質材の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレストレスが導入されている木質材とその製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート構造では設計が困難な大スパン架構や積載荷重の大きな構造物に対し、ひび割れの制御をも可能とした構造形態として、プレストレストコンクリート構造が一般に用いられている。このプレストレストコンクリート構造では、梁等の構造部材に高強度の緊張材（PC鋼線、PC鋼より線、PC鋼棒）を配設し、これを油圧ジャッキ等で緊張することでコンクリートに圧縮力を付与し、構造部材の耐荷性や耐ひび割れ性を向上させることができる。
【０００３】
ところで、このプレストレスを木造建築物の骨格をなす木質梁や木質柱、木質スラブ等の木質材に導入し、木質材の耐荷性を高めることもおこなわれており、たとえば特許文献１〜４においてプレストレスが導入された木質材に関する技術の開示がある。
【０００４】
特許文献１に開示のプレストレスト木質材による建築物は、木質の柱に対して木質の梁が、梁の長手方向前後端に貫通して挿通された引張材（鋼索など）によって直接結合され、柱にも上下に貫通する引張材によって内部にプレストレスを発現させ、溶接構造の結合接手を介して木質の柱及び／又は木質の梁に対して引張材によってプレストレスを発現させるものである。
【０００５】
一方、特許文献２に開示のプレストレス建築用構造体は、長手方向に矩形状の空洞部を設けた直方体形状の中空集成材と、空洞部内に通した緊張材とを備え、緊張材を介して中空集成材にポストテンションによるプレストレスが導入された構造体であり、中空集成材は、たとえば木造住宅の解体に伴って木質廃材として発生した木材を繊維方向に沿って挽き、長尺部材とした多数のラミナで構成されているものである。
【０００６】
一方、特許文献３に開示の木質部材を用いたプレストレスト構造物は、被接合部材に長手方向端面を突き合わせて接合される接合木質部材を備え、接合木質部材は、長手方向に貫通した挿通孔を有し、挿通孔内に通されるとともに被接合部材を貫通させた緊張材により、接合木質部材の長手方向端面を接合木質部材の接合端面に押し付ける方向にプレストレスが導入され、接合木質部材を被接合材に接合させた木質部材のプレストレスト構造物である。接合木質部材は、長手方向に貫通した挿通孔の内側に嵌合された補強菅材を備え、補強菅材の両端部を接合木質部材の長手方向端部に露出させ、被接合部材に当接させたものである。
【０００７】
さらに、特許文献４に開示の外ケーブル方式プレストレスト集成材製橋桁を採用してなる木橋は、集成材からなる長梁を主桁に用いる木橋において、集成材製主桁にアングル方式定着金具や木製の定着ブロックを配設することによって外ケーブル方式によりプレストレスを導入し、内ケーブル方式によりプレストレスが導入された集成材製長梁を、橋脚上に順次その接合本数を増やしながら積み重ね、１段積み重ねる度ごとに上段に設置した接合梁に外ケーブルを配設し、プレストレスを加えつつ上下の集成材製長梁を複数のずれ止め金具で固定し、張り出し架設するものである。
【０００８】
このように、特許文献１〜４に開示の技術をはじめ、従来のプレストレスが導入された木質材に関する技術はいずれも、ポストテンションによるプレストレス導入木質材である。
【０００９】
そのため、木質梁や木質柱等を組み付けた後に緊張材にプレストレスを導入し、締付け金具等で緊張材を固定するといった作業が余儀なくされることから作業手間がかかり、締付け金具等のプレストレス保持部品に要するコストがかかるといった課題を有している。さらに、ポストテンションによるプレストレス導入木質材においては、緊張材が部材の断面剛性に寄与しないことから、部材の初期剛性を向上させることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−７６３１８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４４７４７号公報
【特許文献３】特開２０１２−８７５５６号公報
【特許文献４】特開２００４−４４２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、プレストレス導入木造建築物の効率的な施工を実現でき、締付け金具等のプレストレス保持部品の削減によって施工コストの低減を図ることのでき、さらには、断面剛性を向上させることのできるプレストレス導入木質材とその製作方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明によるプレストレス導入木質材は、プレストレスがプレテンション方式で導入されているものである。
【００１３】
本発明のプレストレス導入木質材は、木質材に対してプレストレスをポストテンションでなく、プレテンションにて導入したものであり、プレテンションにてプレストレスが導入されていることにより、施工効率を格段に向上させることができる。なお、コンクリート構造物に対してプレテンションにてプレストレスを導入する技術は一般的であっても、木質材に対してこの技術を導入することは、これまでにない画期的な技術思想である。
【００１４】
ここで、「木質材」には、木質の梁材や柱材、スラブ材（床材、壁材、屋根材等の面材全般を含む）が包含される。また、梁材や柱材、スラブ材の形状も、通常の六面体形状のもの以外にも、八面体形状のものや円形、楕円形等、多様な三次元形状のものが包含される。また、特にスラブ材に関しては、板の繊維方向が交互に直交するようにして、かつ板の広幅面同士が接触するようにして複数の板が積層され、広幅面同士が相互に密着されてなる集成材（たとえばクロスラミネイテッドティンバー（CLT））も含まれる。
【００１５】
施工に使用される梁材や柱材等の全ての構造部材において、組み付け前の段階でプレストレスが導入されていることにより、部材同士を単に組み付けるだけで耐荷性の高い木造建築物を施工することができる。また、この部材同士の組み付けの際に、締付け金具等のプレストレス保持部品は不要となり、部材同士の接合箇所の納まりもシンプルで見栄えが良好になる。さらに、プレテンション方式では、接着剤を介して木質材と緊張材の一体化が図られていることにより、木質材の断面剛性が向上する。この断面剛性向上効果に関し、木質材と緊張材が一体化していないポストテンション方式においては、緊張材と木質材の平面保持の仮定が成立しないことから、断面剛性向上効果を期待することはできない。
【００１６】
また、木質材に対するプレストレスの導入方法、もしくは緊張材の配設方法にも多様な形態がある。柱材や梁材では、その長手方向に単数もしくは複数の緊張材を配設してプレテンションにてプレストレスを導入する形態がある。また、たとえば上下２つの広幅面と４つの端面とからなる一般形状の六面体のスラブ材では、広幅面の二方向（２組の対向する端面間を繋ぐ方向）のうちの一方の方向に延びる複数の緊張材を併設した形態や、これをスラブ材の厚み方向で上下２箇所に配設した形態、広幅面に対して交差する２方向に段違いにしてそれぞれ複数の緊張材を配設した形態（交差態様を90度に交差する形態やそれ以外の角度で交差する形態がある）や、この交差する２段の緊張材をスラブ材の厚み方向で上下２箇所に設けた形態などを挙げることができる。
【００１７】
また、本発明はプレストレス導入木質材の製作方法にも及ぶものであり、この製作方法は、枠状の反力架台の枠内に、貫通孔を具備する木質材を配設し、前記貫通孔に緊張材を挿通し、緊張材を引っ張って反力架台に定着し、前記貫通孔に接着剤を注入し、接着剤の硬化を待って木質材と緊張材を相互に密着させ、木質材からはみ出している緊張材の端部を切断して、プレストレスがプレテンション方式で導入されているプレストレス導入木質材を製作するものである。
【００１８】
木質材が梁材、柱材、スラブ材等のいずれであっても、緊張材の配設方向に延びる貫通孔を部材に設けておく。ここで、「貫通孔」は、部材の厚みの途中に開設された孔のほかにも、部材の表面に設けられた溝を含む意味である。また、たとえば２枚の合板の対応箇所に溝を設けておき、この溝の表面に接着剤を塗布しておき、合板同士を接着することで２つの溝が一体化されて貫通孔を形成するような形態であってもよい。
【００１９】
また、接着剤としては、エポキシ樹脂をはじめとする樹脂系の接着剤やグラウト材など、多様な接着剤が適用できる。
【００２０】
さらに、「貫通孔に接着剤を注入」とは、文字通り貫通孔に接着剤を注入することの他にも、貫通孔や溝に接着剤を予め塗布等しておくことも含む意味である。
【００２１】
コンクリート構造部材にプレテンション方式にてプレストレスを導入する場合、型枠内に緊張材を配設して緊張しておき、次にフレッシュコンクリートを流し込み、硬化を待って緊張材を解放することでコンクリートに圧縮力を付与する方法が用いられている。これに対し、木質材に対してプレテンション方式にてプレストレスを導入する場合は、木質材と緊張材の密着を接着剤にて図る必要があり、この点がコンクリート部材との大きな相違点である。
【００２２】
プレストレスをプレテンション方式で導入し、所定寸法のプレストレス導入木質材を製作する。たとえば、広幅面の平面寸法が縦2m、横5mの大寸法の壁材を製作した後、横方向に1.5m幅で切断加工し、2m×1.5mの平面寸法でプレストレスがプレテンションにて導入されている壁材3枚を効率的に製作することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から理解できるように、本発明のプレストレス導入木質材とその製作方法によれば、プレストレスがプレテンション方式で導入されているプレストレス導入木質材を製作して適用することにより、プレストレスがポストテンションにて導入されている木質材を使用する場合に比して、施工効率を格段に向上させることができ、締付け金具等のプレストレス保持部品を不要とでき、部材同士の接合箇所の納まりもシンプルで見栄えの良好な接合構造を施工できる。また、木質材の断面剛性を向上させることができる。さらに、木質材の全体に亘って分布的にプレストレスを付与していることから、プレストレス導入後に切断加工することにより、プレストレスが付与された任意形状のプレストレス導入木質材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態１においてプレストレス導入前の梁材の斜視図である。
【図２】本発明のプレストレス導入木質材の製作方法の実施の形態１を説明した模式図である。
【図３】図２に続いて製作方法の実施の形態１を説明した模式図である。
【図４】図３に続いて製作方法の実施の形態１を説明した模式図である。
【図５】（ａ）は製作された本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態１の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）で示すプレストレス導入木質材の実施の形態１をさらに切断してできるプレストレス導入木質材の斜視図である。
【図６】本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態２においてプレストレス導入前の床材の斜視図である。
【図７】本発明のプレストレス導入木質材の製作方法の実施の形態２を説明した模式図である。
【図８】図７に続いて製作方法の実施の形態２を説明した模式図である。
【図９】図８に続いて製作方法の実施の形態２を説明した模式図である。
【図１０】製作された本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態２の斜視図である。
【図１１】図１０で示すプレストレス導入木質材の実施の形態２をさらに切断してできるプレストレス導入木質材の斜視図である。
【図１２】木質材（プレストレスなし）、プレストレス導入木質材（ポストテンション）、プレストレス導入木質材（プレテンション）の順に部材剛性が高まることを説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明のプレストレス導入木質材とその製作方法の実施の形態を説明する。
【００２６】
（プレストレス導入木質材とその製作方法の実施の形態１）
図１は本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態１においてプレストレス導入前の梁材の斜視図であり、図２〜４は順に本発明のプレストレス導入木質材の製作方法の実施の形態１を説明した模式図であり、図５ａ，ｂは製作された本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態１の斜視図である。
【００２７】
図１で示す木質材はプレストレス導入前の梁材１であり、複数の単板１ａを積層し、相互に接着させた合板から構成されている。なお、図示例は、板厚が同じ複数の単板１ａを積層した形態を示しているが、厚みの異なる単板を積層した形態であってもよい。
【００２８】
この梁材１に対し、その長手方向（Ｌ方向）に沿う貫通孔１ｂを設けておく。なお、図示例は、梁材１に１本の緊張材を配設することから１つの貫通孔１ｂが開設されているが、同じ段に複数の貫通孔を設けた形態や、複数段で各段に１つもしくは複数の貫通孔を設けた形態などであってもよい。なお、貫通孔１ｂの線形は、直線状や、梁材１の中央で最大に撓んだ湾曲状など、梁材１の断面に付与したい圧縮応力状態に応じて多様な線形が適用可能である。
【００２９】
このように貫通孔１ｂを備えたプレストレス導入前の梁材１をたとえば複数用意し、図２で示すように型鋼を枠状に組み付けてなる反力架台Ｍ１の枠内に梁材１を配設する。
【００３０】
反力架台Ｍ１を構成する一組４つの型鋼のうち、梁材１の長手方向にある一組の型鋼には緊張材２が挿通される孔Ｍ１ａが開設されている。
【００３１】
次に、図３で示すように、対応する孔Ｍ１ａと梁材１の貫通孔１ｂに緊張材２を挿通し、緊張材２の両端を２つの型鋼に架け渡す。
【００３２】
ここで、緊張材２には、PC鋼線やPC鋼より線などが適用される。
【００３３】
次に、図４で示すように、緊張材２をその両端から不図示の油圧ジャッキ等を使用して緊張力Ｔで引張り、所定の緊張状態とされた緊張材２の両端を反力架台Ｍ１に定着する。なお、図示例では、３本の梁材１の緊張材２を１つの反力架台Ｍ１で一度に緊張することができる。
【００３４】
緊張材２が反力架台Ｍ１に定着されたら、貫通孔１ｂと緊張材２の間の空間に接着剤を注入する。
【００３５】
ここで、使用される接着剤としては、エポキシ樹脂（ビスフェノールA型、F型エポキシ、多官能エポキシ、可撓性エポキシ、臭素化エポキシ、高分子型エポキシ、ビフェニル型エポキシなどを単独もしくは2種以上の組み合わせ）をはじめとする樹脂系の接着剤のほか、セメント系やガラス系、合成樹脂系のグラウト材（無収縮グラウトを含む）などが挙げられる。
【００３６】
貫通孔１ｂに注入した接着剤が硬化し、梁材１と緊張材２を相互に密着させたら、梁材１の端部からはみ出している緊張材２を切断する。
【００３７】
このように緊張材２を切断することにより、図５ａで示すように、緊張材２の有している緊張力が梁材１の内部にプレストレスとして作用し、プレテンションにてプレストレスが導入されたプレストレス導入梁材１０が製作される。
【００３８】
図５ａで示すプレストレス導入梁材１０を、図５ｂで示すようにその途中位置で切断することで、プレストレス導入梁材１０と同等のプレストレスが導入された、相対的に小寸法のプレストレス導入梁材１０Ａ，１０Ｂが製作される。
【００３９】
このように、図示する反力架台Ｍ１を使用することで、一度に複数のプレストレス導入梁材１０を製作することができ、プレストレス導入梁材１０をさらに複数に切断加工することで、多様な長さのプレストレス導入梁材１０Ａ，１０Ｂを効率的に製作することができる。
【００４０】
（プレストレス導入木質材とその製作方法の実施の形態２）
図６は本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態２においてプレストレス導入前の床材の斜視図であり、図７〜９は順に本発明のプレストレス導入木質材の製作方法の実施の形態２を説明した模式図であり、図１０、１１は製作された本発明のプレストレス導入木質材の実施の形態２の斜視図である。
【００４１】
図６で示す木質材はプレストレス導入前の床材３であり、複数の単板３ａを積層し、相互に接着させた合板から構成されている。なお、図示例は、板厚が同じ複数の単板３ａを積層した形態を示しているが、厚みの異なる単板を積層した形態であってもよい。ここで、各単板３ａの積層においては、単板３ａの繊維方向が交互に直交するようにして積層し、単板３ａの広幅面同士を接着させて広幅の合板からなるプレストレス導入前の床材３が製作される。この床材３としては、クロスラミネイテッドティンバー（CLT）等の集成材が一例として挙げられる。
【００４２】
この床材３に対し、２組の対向する端面３ｂ間、および３ｃ間をそれぞれ繋ぐ２つの方向（Ｌ１方向、Ｌ２方向で相互に直交する方法）に延びる貫通孔３ｄ、３ｅを設けておく。なお、図示例は、床材３の上段に直交２方向に延びる複数の緊張材を配設することから、上段において直交する２種の貫通孔３ｄ、３ｅが開設されているが、たとえば下段にも直交２方向に同様に貫通孔を設けてもよいし、直交以外の角度で交差する貫通孔を設けてもよい。
【００４３】
このように貫通孔３ｄ、３ｅを備えたプレストレス導入前の床材３を用意し、図７で示すように型鋼を枠状に組み付けてなる反力架台Ｍ２の枠内に床材３を配設する。
【００４４】
反力架台Ｍ２を構成する二組４つの型鋼のうち、床材３の貫通孔３ｄ、３ｅに対応する型鋼にはそれぞれ、緊張材２が挿通される孔Ｍ２ａ、Ｍ２ｂが開設されている。
【００４５】
次に、図８で示すように、対応する孔Ｍ２ａ、Ｍ２ｂと床材３の貫通孔３ｄ、３ｅにそれぞれ緊張材２を挿通し、緊張材２の両端を４つの型鋼に架け渡す。
【００４６】
次に、図９で示すように、緊張材２をその両端から緊張力Ｔで引張り、所定の緊張状態とされた緊張材２の両端を反力架台Ｍ２に定着する。
【００４７】
緊張材２が反力架台Ｍ２に定着されたら、貫通孔３ｄ、３ｅと緊張材２の間の空間に接着剤を注入する。
【００４８】
貫通孔３ｄ、３ｅに注入した接着剤が硬化し、床材３と緊張材２を相互に密着させたら、床材３の端部からはみ出している緊張材２を切断する。
【００４９】
このように緊張材２を切断することにより、図１０で示すように、緊張材２の有している緊張力が床材３の内部にプレストレスとして作用し、プレテンションにてプレストレスが導入されたプレストレス導入床材２０が製作される。
【００５０】
図１０で示すプレストレス導入床材２０を、図１１で示すようにその途中位置で切断することで、プレストレス導入床材２０と同等のプレストレスが導入され、相対的に小寸法のプレストレス導入床材２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃが製作される。
【００５１】
図５、図１０，１１で示すプレテンション導入梁材１０等やプレテンション導入床材２０等を使用して木造建築物を施工することにより、プレストレスがポストテンションにて導入されている木質材を使用する場合に比して、施工効率を格段に向上させることができる。また、ポストテンション方式でプレストレスが導入される場合に必須となる締付け金具等のプレストレス保持部品を不要とできることから、施工コストの削減を図ることができ、部材同士の接合箇所の納まりもシンプルで見栄えの良好な接合構造を施工することができる。
【００５２】
また、図１２で示すように、木質材（プレストレスなし）、プレストレス導入木質材（ポストテンション）、プレストレス導入木質材（プレテンション）の順に部材剛性は高くなる。プレテンション方式では、接着剤を介して木質材と緊張材の一体化が図られていることにより、木質材の断面剛性が向上する一方で、木質材と緊張材が一体化していないポストテンション方式においては、緊張材と木質材の平面保持の仮定が成立しないことから、断面剛性向上効果を期待することはできず、このことが、プレテンションとポストテンションで部材剛性が相違する理由である。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１…梁材（木質材、プレストレス導入前の梁材）、１ａ…単板、１ｂ…貫通孔、２…緊張材、３…床材（木質材、プレストレス導入前の床材）、３ａ…単板、３ｂ、３ｃ…端面、３ｄ、３ｅ…貫通孔、１０，１０Ａ，１０Ｂ…プレテンション導入梁材（プレストレス導入木質材）、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…プレテンション導入床材（プレストレス導入木質材）、Ｍ１，Ｍ２…反力架台、Ｍ１ａ、Ｍ２ａ…孔、Ｔ…緊張力
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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