(57)【要約】【課題】貫通孔を有する木質横架材の強度性能を効果的に高める木質横架材の補強構造を提供する。【解決手段】この補強構造は、木質横架材１の両側面２、２における貫通孔３周りに補強プレート５、５を夫々張り合わせたものであって、各補強プレート５、５は、貫通孔３に対応する開口８が形成された本体部６と、この本体部６の数カ所に設けた複数の係合部７・・とを備え、各係合部７・・は、貫通孔３から放射状に延びる木製横架材１の亀裂発生部位２０・・を挟むようにして木質横架材１の側面２に食い込む複数の爪１１、１１を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対する側面（２）（２）間に亘って貫通孔（３）を形成した木質横架材（１）に対して、その木質横架材（１）の両側面（２）（２）における貫通孔（３）周りに補強プレート（５）（５）を夫々張り合わせた補強構造であって、前記各補強プレート（５）（５）は、前記貫通孔（３）に対応する開口（８）が形成された本体部（６）と、この本体部（６）の数カ所に設けた複数の係合部（７）・・とを備え、前記各係合部（７）・・は、前記貫通孔（３）から放射状に延びる木質横架材（１）の亀裂発生部位（２０）・・を挟むようにして前記木質横架材（１）の側面（２）に食い込む複数の爪（１１）（１１）を有していることを特徴とする木質横架材の補強構造。
【請求項２】
前記各係合部（７）・・を、前記木質横架材（１）に対して曲げ応力及び／又は剪断応力が作用したときに引張力が発生し易い箇所に対応して設けた請求項１記載の木質横架材の補強構造。
【請求項３】
前記各係合部（７）・・を、前記本体部（６）を打ち抜き折曲加工することにより形成し、それら各係合部（７）・・における爪（１１）（１１）のプレート面からの張り出し量（Ｐ）を、５ｍｍ程度とした請求項１又は２記載の木質横架材の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主として木造建築物における梁や土台等の木質横架材の補強構造に関し、特に配管や配線等を挿通させるための貫通孔周りの補強に係る。
【背景技術】
【０００２】
木造建築物では、梁や土台等の木質横架材に対して、水回り設備の配管や電気設備の配線等を挿通させるための貫通孔を形成することがあり、この場合、断面欠損によって木質横架材の強度が低下する。ところが、木造建築物においては、鉄骨造やＲＣ造、ＳＲＣ造建築物のような有孔横架材に対する耐力評価方法や補強方法については、未だ十分に確立されておらず、夫々固有の対応をしているのが現状である。
【０００３】
その対応の一つとして、例えば特許文献１や特許文献２にも開示されているように、木質横架材の両側面の貫通孔周りに、補強プレートを多数のビスで止め付けるといった補強構造がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２４１２５号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の補強構造においては、木質横架材の貫通孔周りに多数のビスをねじ込むため、木質横架材の繊維が多量に損傷して、木質横架材自体の強度が大きく低下してしまうといった不具合があった。
【０００６】
かといって、木質横架材の繊維の損傷を少なくするために、補強プレートを止め付けるビスの本数を極力減らすようにすると、木質横架材に作用する曲げ応力や剪断応力を補強プレートへ効率良く伝達することができなくなり、補強プレートの補強効果を生かし切れず、依然として十分な強度性能を確保することができなかった。
【０００７】
このため、木造建築物において有孔木質横架材を用いる場合には、大幅な強度低下を見込んで構造計画を行わざるを得ず、構造計画が煩雑になるといった不具合があった。
【０００８】
そこで、この発明は、上記不具合を解消して、貫通孔を有する木質横架材の強度性能を効果的に高めることができる木質横架材の補強構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の補強構造は、相対する側面２、２間に亘って貫通孔３を形成した木質横架材１に対して、その木質横架材１の両側面２、２における貫通孔３周りに補強プレート５、５を夫々張り合わせたものであって、前記各補強プレート５、５は、前記貫通孔３に対応する開口８が形成された本体部６と、この本体部６の数カ所に設けた複数の係合部７・・とを備え、前記各係合部７・・は、前記貫通孔３から放射状に延びる木質横架材１の亀裂発生部位２０・・を挟むようにして前記木質横架材１の側面２に食い込む複数の爪１１、１１を有していることを特徴とする。
【００１０】
また、前記各係合部７・・を、前記木質横架材１に対して曲げ応力及び／又は剪断応力が作用したときに引張力が発生し易い箇所に対応して設けている。さらに、前記各係合部７・・を、前記本体部６を打ち抜き折曲加工することにより形成し、それら各係合部７・・における爪１１、１１のプレート面からの張り出し量Ｐを、５ｍｍ程度としている。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の補強構造においては、木質横架材の両側面に補強プレートを張り合わせる際に、各係合部における例えば張り出し量が５ｍｍ程度の複数の爪を木質横架材の側面に食い込ませているので、補強プレートを止め付けるビス等の本数を少なくしても、木質横架材に作用する曲げ応力や剪断応力を複数の爪を介して補強プレートへ効率良く伝達することができる。しかも、各係合部の爪は、木質横架材の亀裂発生部位を挟むようにして木質横架材の側面に食い込むようになっているので、木質横架材における亀裂の発生や拡大を抑制することができる。
【００１２】
これによって、木質横架材の繊維の損傷を少なくして木質横架材自体の強度低下を抑えながら、木質横架材に作用する曲げ応力や剪断応力を両補強プレートによって確実に負担させ、しかも木質横架材の割れを抑制することができ、貫通孔を有する有孔横架材であるにもかかわらず、無孔横架材と同等な強度性能を確保することができる。従って、有孔横架材であっても、無孔横架材と同様に扱うことが可能となり、水周り設備の設置等に伴って有孔横架材を採用しても、躯体架構については何ら見直す必要がなく、設備計画によって構造計画が煩雑になるといった不具合をなくすことができる。さらに、補強プレートを止め付けるビス等の本数が少なくなると、木質横架材への補強プレートの張り合わせ作業が簡単になり、施工性の向上も図ることができる。
【００１３】
また、木質横架材に対して曲げ応力及び／又は剪断応力が作用したときに引張力が発生し易い箇所に対応して各係合部を設けて、その引張力が発生し易い箇所に各係合部の爪を食い込ませることで、木質横架材に作用する曲げ応力や剪断応力を補強プレートへより確実に伝達することができ、木質横架材の曲げ応力や剪断応力に対する耐力をより一層高めることができる。
【００１４】
さらに、各係合部を打ち抜き折曲加工により形成することで、爪付きの補強プレートを簡単に製造することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１及び２は、この発明の一実施形態に係る木質横架材１の補強構造を示している。横架材１は、木造建築物における梁や土台等として用いられるものであって、複数の帯板状のラミナを上下に積み重ねて接合した断面略長方形状の集成材からなる。この横架材１には、相対する長手方向に沿った側面２、２間に亘って配管又は配線挿通用の貫通孔３が略水平に形成されている。なお、横架材１としては、集成材に限らず、無垢材であっても良い。
【００１６】
そして、この横架材１の両側面２、２における貫通孔３周りには、補強プレート５、５が夫々張り合わされている。この補強プレート５は、図３及び図４に示すように、鋼板製の略平板状の本体部６と、この本体部６の数カ所に設けた複数の係合部７・・とを備えている。
【００１７】
本体部６は、横幅Ｗが３４０ｍｍ程度、高さＨが１７５ｍｍ程度、厚さＴが２ｍｍ〜３ｍｍ程度とされ、その略中央には、貫通孔３に対応する上方へ開放した略Ｕ字形の開口８が形成されている。なお、開口８の直径Ｌは、１４０ｍｍ程度とされている。
【００１８】
各係合部７・・は、本体部６を打ち抜き折曲加工することにより形成され、略円形の孔１０周りに横架材１の側面２に食い込む２本の短尺な爪１１、１１を対向配置した形状となっている。すなわち、各係合部７・・は、図５に示すように、本体部６の数カ所を爪部分１１ａ、１１ａを残して打ち抜いて、これら爪部分１１ａ、１１ａを同じ方向に折り曲げることによって形成されている。これら各係合部７・・における爪１１、１１は、図６に示すように、プレート面からの張り出し量Ｐが５ｍｍ程度となっている。また、孔１０の直径は３０ｍｍ程度となっている。
【００１９】
これら係合部７・・は、図４に示すように、本体部６の開口８を挟んだ左右両側の１６箇所、及び、開口８の下側の２箇所の合計１８箇所に設けられている。具体的には、本体部６の開口８を挟んだ右側においては、幅方向に間隔をあけて２個、高さ方向に間隔をあけて４個の合計８個の係合部７・・が設けられ、本体部６の開口８を挟んだ左側においては、幅方向に間隔をあけて２個、高さ方向に間隔をあけて４個の合計８個の係合部７・・が設けられ、本体部６の開口８の下側においては、開口８の中心直下を避けるようにして幅方向に間隔をあけて２個設けられている。
【００２０】
そして、本体部６の開口８を挟んだ右側の８個の係合部７・・のうち、最上部の２個の係合部７、７については、それら爪１１、１１が鉛直方向に対して左斜め４５度の方向に対向配置され、残り６個の係合部７・・については、それら爪１１、１１が鉛直方向に対して右斜め４５度の方向に対向配置されている。また、本体部６の開口８を挟んだ左側の８個の係合部７・・のうち、最上部の２個の係合部７、７については、それら爪１１、１１が鉛直方向に対して右斜め４５度の方向に対向配置され、残り６個の係合部７・・については、それら爪１１、１１が鉛直方向に対して左斜め４５度の方向に対向配置されている。本体部６の開口８の下側の２個の係合部７、７のうち、右側の係合部７については、その爪１１、１１が鉛直方向に対して右斜め７５度の方向に対向配置され、左側の係合部７については、その爪１１、１１が鉛直方向に対して左斜め７５度の方向に対向配置されている。
【００２１】
また、上記の補強プレート５においては、本体部６の開口８を挟んだ右側の４箇所、本体部６の開口８を挟んだ左側の４箇所の合計８箇所にビス挿入用孔１２・・が形成されている。これらビス挿入用孔１２・・は、幅方向に間隔をあけて設けた係合部７、７間に形成されている。
【００２２】
上記構成の補強プレート５の横架材１への張り合わせに際しては、補強プレート５の開口８を横架材１の貫通孔３に一致させるようにして、補強プレート５を横架材１の側面２に重ね合わせて、補強プレート５のビス挿通孔１２・・に挿入した８本のビス１５・・を横架材１の側面２にねじ込んで、補強プレート５の合計３６本の短尺な爪１１・・を横架材１の側面２に食い込ませるようにしている。従って、横架材１にねじ込むビス１５・・の本数を、従来であれば３０本〜６０本程度のところを８本と少なくしても、横架材１に作用する曲げ応力や剪断応力を複数の爪１１・・を介して補強プレート５へ効率良く伝達することができる。これにより、横架材１の繊維の損傷を少なくして、横架材１自体の強度低下を抑えながら、横架材１に作用する曲げ応力や剪断応力を補強プレート５によって確実に負担させることができる。なお、この補強プレート５の横架材１への張り合わせに際して、ビス１５・・を使用する代わりに、ボルト及びナットを使用したり、接着剤によって横架材１の側面２に接着しても良い。
【００２３】
図７は、横架材１に対して曲げ応力や剪断応力が作用したときの貫通孔３周りの亀裂発生部位２０・・を示している。これら亀裂発生部位２０・・は、貫通孔３を中心として貫通孔３から放射状に延びるように(貫通孔３の接線方向と略直交する方向に延びるように)して形成される。上記のように補強プレート５を横架材１に張り合わせた状態においては、図８に示すように、横架材１に食い込んだ各係合部７・・の爪１１、１１が貫通孔３のほぼ接線方向に対向して、横架材１の亀裂発生部位２０・・を挟むように配置されており、これによって横架材１における亀裂の発生や拡大を抑制することができる。
【００２４】
図９の細点で示す範囲は、曲げ応力が作用したときの横架材１の貫通孔３周辺における引張力が発生し易い箇所を示しており、図１０の細点で示す範囲は、剪断応力が作用したときの横架材１の貫通孔３周辺における引張力が発生し易い箇所を示している。すなわち、曲げ応力や剪断応力が作用したときの引張力が発生し易い箇所は、貫通孔３を挟んだ両側及び下側に主として位置している。上記のように補強プレート５を横架材１に張り合わせた状態においては、図１１に示すように、各係合部７・・が横架材１の引張力が発生し易い箇所に対応して位置しており、この引張力が発生し易い箇所に食い込んだ爪１１・・によって、横架材１に作用する曲げ応力や剪断応力を補強プレート５へ効率良く伝達することができるようになっている。
【００２５】
図１２は、別の実施形態に係る補強プレート３０を示している。この補強プレート３０においては、各係合部７・・が３本の爪１１・・を有している。これら各係合部７・・における３本の爪１１・・は、略円形の孔１０周りに等間隔に配置されている。
【００２６】
この補強プレート３０を横架材１に張り合わせた状態においては、図１３に示すように、横架材１に食い込んだ各係合部７・・の３本の爪１１・・のうちの少なくとも２本の爪１１、１１が、横架材１の亀裂発生部位２０・・を挟むように配置されており、これによって横架材１における亀裂の発生や拡大を抑制している。なお、その他の構成及び作用効果は、図３に示す補強プレート５の場合と同様であり、図１２及び図１３において補強プレート５と同様の機能を有する部材については同符号を付してある。
【００２７】
図１４及び図１５は、さらに別の実施形態に係る補強プレート４０、５０を示している。上記の補強プレート５、３０においては、横架材１に架け渡した根太等を回避するために高さを１７５ｍｍ程度に小さく抑えているが、これら補強プレート４０、５０においては、高さが２２０ｍｍ程度となっていて、その本体部４１、５１の略中央には、貫通孔３に対応する略円形の開口４２、５２が形成されている。
【００２８】
そして、本体部４１、５１の開口４２、５２を挟んだ左右両側の２０箇所、及び、開口４２、５２の下側の２箇所の合計２２箇所に係合部７・・が設けられている。具体的には、本体部４１、５１の開口４２、５２を挟んだ右側においては、幅方向に間隔をあけて２個、高さ方向に間隔をあけて５個の合計１０個の係合部７・・が設けられ、本体部４１、５１の開口４２、５２を挟んだ左側においては、幅方向に間隔をあけて２個、高さ方向に間隔をあけて５個の合計１０個の係合部７・・が設けられ、本体部４１、５１の開口４２、５２の下側においては、開口４２、５２の中心直下を避けるようにして幅方向に間隔をあけて２個設けられている。
【００２９】
また、補強プレート４０、５０においては、本体部４１、５１の開口４２、５２を挟んだ右側に４箇所、本体部４１、５１の開口４２、５２を挟んだ左側の４箇所、開口４２、５２の下側に１箇所の合計９箇所にビス挿入用孔１２・・が形成されている。なお、その他の構成及び作用効果は、図３、図１２に示す補強プレート５、３０と同様であり、図１４及び図１５において補強プレート５、３０と同様の機能を有する部材については同符号を付してある。
【００３０】
図１６は、各種試験体に対して曲げ実験を行ったときの実験結果を示している。試験体としては、貫通孔を有しない欠損無の横架材であって無補強のもの「Ｎｏ１」、貫通孔３を有する欠損有の横架材１であって無補強のもの「Ｎｏ２」、貫通孔３を有する欠損有の横架材１であって上記補強プレート５、４０(各係合部７・・に２本の爪１１、１１を有する)によって補強したもの「Ｎｏ３」、貫通孔３を有する欠損有の横架材１であって上記補強プレート３０、５０(各係合部７・・に３本の爪１１・・を有する)によって補強したもの「Ｎｏ４」、貫通孔３を有する欠損有の横架材１であって従来のビス(３３本〜６２本程度)のみによって止め付ける補強プレートによって補強したもの「Ｎｏ５」が用意されている。
【００３１】
実験結果としては、「Ｎｏ１」の試験体では亀裂が生じたときの最大荷重が１２０ｋＮ〜１３０ｋＮ、「Ｎｏ２」の試験体では亀裂が生じたときの最大荷重が８５ｋＮ〜１００ｋＮ、「Ｎｏ３」の試験体では亀裂が生じたときの最大荷重が１１０ｋＮ〜１３０ｋＮ、「Ｎｏ４」の試験体では亀裂が生じたときの最大荷重が１１５ｋＮ〜１４０ｋＮ、「Ｎｏ５」の試験体では亀裂が生じたときの最大荷重が９５ｋＮ〜１０５ｋＮであった。この実験結果から明らかなように、断面欠損率が４０％と非常に大きな貫通孔３を有する横架材１であっても、上記の補強プレート５、３０、４０、５０を張り合わせて補強することで、貫通孔を有しない欠損無の横架材と同等の曲げ強度を維持することができ、これによって有孔横架材１であっても無孔横架材と同様に扱うことが可能となる。
【００３２】
この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の一実施形態に係る横架材の補強構造を示す分解斜視図である。
【図２】同じくその斜視図である。
【図３】補強プレートの斜視図である。
【図４】補強プレートの正面図である。
【図５】補強プレートの本体部の打ち抜き状態を示す図である。
【図６】補強プレートの係合部周りの縦断面図である。
【図７】横架材の亀裂発生部位を示す正面図である。
【図８】横架材の亀裂発生部位と補強プレートの爪との位置関係を示す正面図である。
【図９】曲げ応力が作用したときの横架材の貫通孔周辺における引張力が発生し易い箇所を示す正面図である。
【図１０】剪断応力が作用したときの横架材の貫通孔周辺における引張力が発生し易い箇所を示す正面図である。
【図１１】横架材の引張力が発生し易い箇所と補強プレートの係合部との位置関係を示す正面図である。
【図１２】別の実施形態に係る補強プレートの正面図である。
【図１３】横架材の亀裂発生部位と補強プレートの爪との位置関係を示す正面図である。
【図１４】さらに別の実施形態に係る補強プレート(２本爪)の正面図である。
【図１５】さらに別の実施形態に係る補強プレート(３本爪)の正面図である。
【図１６】曲げ実験を行ったときの実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・木質横架材、２・・側面、３・・貫通孔、５、３０、４０、５０・・補強プレート、６、４１、５１・・本体部、７・・係合部、８、４２、５２・・開口、１１・・爪、２０・・亀裂発生部位、Ｐ・・張り出し量
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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