(57)【要約】【課題】  木造であっても火災発生時の安全性を充分に確保し得る構造を実現する。【解決手段】  少なくとも倒壊を防止し得る終局耐力を有するメインフレーム３を有し、それとは別に設けた各階の柱４として、長期鉛直荷重を支持し得る木材からなる柱本体と、その芯部を上下方向に挿通する鋼材からなる吊り材７とによる複合柱を採用し、各階の柱を上下方向に連設し、それら一連の柱における一連の吊り材の最上部をメインフレームに連結して、終局時の鉛直荷重を吊り材を介してメインフレームによって吊り支持可能とする。各階の柱の間に仕口部材を介装し、各階の吊り材どうしを仕口部材を介して連結する。仕口部材と吊り材との連結部にそれらを熱的に絶縁する断熱材を介装する。仕口部材を耐火材により被覆する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の構造材として木材と鋼材とを混用する木鋼複合構造であって、
少なくとも倒壊を防止し得る終局耐力を有するメインフレームを有し、そのメインフレームとは別に設けた各階の柱として、長期鉛直荷重を支持し得る木材からなる柱本体と、その芯部を上下方向に挿通する鋼材からなる吊り材とによる複合柱を採用し、
各階の柱を上下方向に連設するとともに、それら一連の柱における一連の吊り材の最上部を前記メインフレームに連結することにより、終局時の鉛直荷重を吊り材を介してメインフレームによって吊り支持可能としたことを特徴とする木鋼複合構造。
【請求項２】
請求項１記載の木鋼複合構造であって、上下方向に連設される各階の柱の間に仕口部材を介装し、各階の吊り材どうしを仕口部材を介して連結したことを特徴とする木鋼複合構造。
【請求項３】
請求項２記載の木鋼複合構造であって、仕口部材と吊り材との連結部にそれらを熱的に絶縁する断熱材を介装したことを特徴とする木鋼複合構造。
【請求項４】
請求項２または３記載の木鋼複合構造であって、仕口部材を耐火材により被覆したことを特徴とする木鋼複合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建築物の構造に係わり、特に構造材として木材と鋼材とを混用する木鋼複合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、木造建築物は構造体自体が可燃材料により構成されることから、火災発生時の安全性を確保するために様々な規制を受けるものであり、したがって従来においては木造は小規模な住宅に適用されるに留まり、大規模な中高層の建築物を木造とすることは非現実的であるとされてきたし、大規模な建築物における主要構造部材として木材をそのまま用いることも様々な困難が伴うものであった。
【０００３】
そのため、木材と鋼材やコンクリート系材料とを組み合わせた複合材の開発もなされ、たとえば特許文献１には、コンクリート系の素材を基材としてその表面に木材を化粧材として積層するという複合材が提案されている。
【特許文献１】特開平５−３３１９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されるような複合材は外見上は木材であるかのように見え、これを構造材として用いればあたかも木造建築物であるかのような外観は得られるが、そのようなものは構造的には木造といえるようなものではなく、木造本来の様々な利点、特質を充分に生かせるものでない。
【０００５】
本発明は、基本的に木造ではあるが火災発生時の安全性も充分に確保することができ、以て、大規模な中高層の木造建築物をも実現することのできる有効な構造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】
【０００６】
請求項１の発明は、建築物の構造材として木材と鋼材とを混用する木鋼複合構造であって、少なくとも倒壊を防止し得る終局耐力を有するメインフレームを有し、そのメインフレームとは別に設けた各階の柱として、長期鉛直荷重を支持し得る木材からなる柱本体と、その芯部を上下方向に挿通する鋼材からなる吊り材とによる複合柱を採用し、各階の柱を上下方向に連設するとともに、それら一連の柱における一連の吊り材の最上部を前記メインフレームに連結することにより、終局時の鉛直荷重を吊り材を介してメインフレームによって吊り支持可能としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明の木鋼複合構造であって、上下方向に連設される各階の柱の間に仕口部材を介装し、各階の吊り材どうしを仕口部材を介して連結したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明の木鋼複合構造であって、仕口部材と吊り材との連結部にそれらを熱的に絶縁する断熱材を介装したことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２または３の発明の木鋼複合構造であって、仕口部材を耐火材により被覆したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、木材からなる柱本体の芯部に鋼材からなる吊り材を内蔵させた複合柱を採用し、その柱における柱本体を外観のみならずそのまま構造的にも木造柱として機能させて長期鉛直荷重を負担させるとともに、その芯部に挿通させた鋼材からなる一連の吊り材をメインフレームにより吊り支持可能に連結したので、万一の火災発生により任意の階において柱本体が被災して鉛直荷重に対する耐力を失ったとしても、それよりも上階の鉛直荷重は吊り材を介してメインフレームにより吊り支持され、したがって少なくとも建築物全体が倒壊してしまうような事態を防止でき、火災安全性を確保することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、各階の柱を仕口部材を介して上下方向に連設するとともに各階の吊り材を仕口部材を介して連結するので、各階の柱を順次連結して積み上げていくことで施工を容易に行い得るし、火災後には被災階の柱のみを修復あるいは交換することで容易に復旧することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、仕口部材と吊り材との連結部に断熱材を介装したので、吊り材および仕口部材を介しての他の階への延焼を防止することができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、仕口部材を耐火材により被覆したので、火災時における仕口部材の損傷と仕口部材を介しての他の階への延焼を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明をたとえば地上１０階建ての建築物に適用した場合の一実施形態を図１〜図２に示す。本実施形態における建築物は、図１に示すように全高にわたるコアウォール１（鎖線で示してある）とそれらの頂部相互間に架設されたハットトラス２とからなる大規模なメインフレーム３を有し、ハットトラス２の下方空間に各階の柱４および床５（後述するように床５には梁１２が含まれている）を設け、それら柱４および床５の構造を基本的に木造としたものである。
【００１５】
メインフレーム３は充分な耐火性能を有するとともに、この建築物に火災が発生してその内部の柱４が耐力を消失したとしても少なくともこの建築物全体が倒壊してしまうことを防止し得る程度の終局耐力を有するものとして設計されている。コアウォール１の構造は鉄筋コンクリート造とすることが現実的であり、ハットトラス２の構造としては鋼管等による鉄骨造とすることが現実的であるが、あるいは所望の剛性と耐火性能を確保できる場合にはそれらのコアウォール１やハットトラス２も木造ないしそれに準ずる構造とすることも可能である。
【００１６】
図２に示すように、各階の柱４としては木材からなる柱本体６と、その芯部を上下方向に挿通している鋼材からなる吊り材７とによる複合柱が採用されており、それら各階の柱４が仕口部材８を介して上下方向に連設されている。本例における柱本体６は円形断面の木材からなるものであり、これ自体が構造的に木造柱として機能して長期鉛直荷重を支持し得るように設計されている。吊り材７としてはＰＣ鋼棒やＰＣ鋼撚線が好適に採用可能であり、各階の吊り材７の上端部および下端部がそれぞれ上記の仕口部材８に対して連結されることでそれら仕口部材８を介して最下階から最上階まで一連のものとなり、その一連の吊り材７の最上端部は上記のハットトラス２に対して連結されている。
【００１７】
仕口部材８は鋼材からなるもので、厚肉鋼管からなる短管部材９の上下に円形鋼板からなる板体１０がそれぞれ溶接されており、上記の吊り材７の端部が各板体１０の中心孔に挿入されてそこにナット部材１１が螺着されることで仕口部材８に対して定着されるようになっている。なお、短管部材９にはナット部材１１を締めるための開口が設けられている。
【００１８】
仕口部材８にはその周囲に梁１２を接合するための接合板１３が設けられており、その仕口部材８は仕口部に配置されてその上下にそれぞれ柱４が接合され、かつその周囲に接合板１３を介して梁１２が接合され、梁１２の上下にはそれぞれ下地板１４を介して床材１５および天井材１６が取り付けられ、これら下地板１４と床材１５、天井材１６とにより梁１２を内蔵する床５が形成されている。本例においては梁１２および下地板１４としては木材が採用され、床材１５および天井材１６としては耐火性能を有する素材たとえば珪藻土からなるパネルが採用されており、それらによりこの床５の構造は基本的には木造とされているが、梁１２の上下にそれぞれ耐火性能を有する床材１５および天井材１６を設けることでこの床５は充分な耐火性能を有し、階ごとの防火区画を形成できるものとなっている。
【００１９】
なお、仕口部材８と柱４との間にはコンクリート板等からなる耐火材１７が介装されていて、万一の火災時にも仕口部材８が直接的に高温にさらされることが防止されるようになっている。また、吊り材７と仕口部材８との連結点つまり板体１０とナット部材１１との間には断熱材１８が介装されていて、それらは熱的に絶縁されて熱伝導が遮断されている。
【００２０】
上記構造によれば、柱４における柱本体６が外観のみならず構造的にもそのまま木造柱として機能するので、通常の木造建築物の場合と同様にその柱本体６に長期鉛直荷重をそのまま負担させることができる。また、上記構造によれば、万一の火災発生により任意の階において柱本体６が被災して鉛直荷重に対する耐力を失ったような場合においては、それよりも上階の鉛直荷重が吊り材７を介してメインフレーム３により吊り支持され、したがって少なくとも建築物全体が倒壊してしまうような事態を防止できて火災安全性を確保することができる。
【００２１】
すなわち、従来一般の単なる木造の建築物の場合には、火災発生により木造柱が被災してしまうと、それよりも上階の鉛直荷重を支持できなくなって建築物全体が早期に倒壊してしまうという事態に至るのであるが、本実施形態の構造によれば柱本体６が被災して耐力を失ったとしても、それよりも上階の鉛直荷重は吊り材７を介してメインフレーム３により吊り支持されるので、少なくとも建物が倒壊してしまうようなことを防止することができる。たとえば、図１（ｂ）に示すように４階において火災が発生してその階の柱本体６が燃え尽きたとしても、４階以上の鉛直荷重は矢印で示すように吊り材７を介してハットトラス２およびコアウォール１によりそのまま安定に吊り支持されるから倒壊に至るようなことはない。勿論、仮にハットトラス２が被災してその耐力が消失してしまったとしても、各階の柱４が健全であれば倒壊するような懸念はない。
【００２２】
つまり、本実施形態の構造は、通常は従来一般の木造建物と同様に機能しつつ、万一の火災発生時にはメインフレーム３と吊り材７とによる一種の吊り構造に自ずと切り替わるものであり、それにより基本的には木造でありながらも充分な火災安全性を自ずと確保できるものであり、したがって従来においては火災安全性の観点から木造とすることが困難であった大規模な建築物や中高層の建築物、あるいは特殊用途の建築物にも支障なく適用できるものである。
【００２３】
しかも本実施形態の構造では、水平荷重は全てメインフレーム３に負担させており、柱本体６は長期鉛直荷重のみを負担すれば良いのでそれに必要な最小限の断面のもので良く、また、吊り材７およびメインフレーム３は火災時には終局耐力で抵抗すれば良いため、構造的にも極めて合理的である。
【００２４】
勿論、仕口部材８や吊り材７は不燃材料であるし、上記実施形態のように仕口部材８を耐火材１７により被覆し、かつ仕口部材８と吊り材７との連結点に断熱材１８を介装し、さらに必要に応じて要所に適宜の耐火シール材を取り付けることにより、仕口部材８や吊り材７を介して他の階に延焼してしまうようなことは確実に防止することができる。
【００２５】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく適宜の設計的変更が可能であり、たとえば図２に示した仕口部材８の変形例として図３に示すものも考えられる。これは、仕口部材８における短管部材９を省略して上下の板体１０どうしを接合板１３により直接的に連結して応力を伝達するようにしたものである。
【００２６】
また、上記実施形態では各階の柱４に１本の吊り材７を挿通するものとしたが、必要に応じて吊り材７を２本以上としても勿論良く、また吊り材７としては所望の吊り荷重を負担し得るものであればＰＣ鋼棒やＰＣ鋼撚線のみならず小断面の鉄骨材等の適宜の鋼材も採用可能である。勿論、仕口部材８の形態や、仕口部材８に対する耐火処理や断熱処理も様々な構成が考えられる。たとえば図４に示す実施形態は、柱本体６を円筒状としてその芯部に吊り材７を２本ずつ挿通させ、かつ仕口部材８として円筒ブロック状のものを採用してその仕口部材８に上下２本ずつ計４本の吊り材７を定着するようにしたものである。この場合、上下の吊り材７どうしの干渉を避けるためにそれらを交互に配列すれば良い。また、仕口部材８には断熱材１９を介装してその上下を熱的に絶縁することが好ましく、図示は省略しているが上記実施形態と同様に仕口部材８を適宜の耐火材により被覆したり、要所に耐火シール材を介装することが好ましい。
【００２７】
また、上記実施形態では各階の吊り材７を仕口部材８を介して連結するようにしたので、その施工を各階ごとに順次行うことができ、かつ火災後の復旧も被災階のみで行うことができるが、場合によっては長尺の吊り材７をハットトラス２から最下階まで通し、その吊り材７の途中に各階の仕口部材８あるいは柱本体６を装着することも考えられる。ただし、その場合、吊り材７や仕口部材８に充分な断熱処理を施すことで吊り材７を通しての延焼を確実に防止する必要がある。
【００２８】
さらに、上記実施形態ではメインフレーム３をコアウォール１とハットトラス２により構成したが、吊り材７を介して各階の鉛直荷重を支持し得て倒壊を防止できるものである限りにおいてメインフレーム３の構造や形態は任意であるし、梁１２や床５の構造、形態についても同様である。柱４は円形断面に限らず角形断面とすることも可能であるし、柱本体６の素材としては無垢材および集成材のいずれも良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態である木鋼複合構造の概要を示す図である。
【図２】同、仕口部の一構成例を示す拡大図である。
【図３】同、仕口部の他の構成例を示す拡大図である。
【図４】同、仕口部のさらに他の構成例を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  コアウォール
２  ハットトラス
３  メインフレーム
４  柱（複合柱）
５  床
６  柱本体
７  吊り材
８  仕口部材
９  短管部材
１０  板体
１１  ナット部材
１２  梁
１３  接合板
１４  下地板
１５  床材
１６  天井材
１７  耐火材
１８  断熱材
１９  断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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