(57)【要約】【課題】既設家屋の耐震補強工事にも使用できる木造建築物の耐震構造を提供する。【解決手段】４本の構造材で枠状に形成された木製の壁体について、壁体の四隅に固定される基端金具１と、柱の対向面に、各々１個以上固定される２×Ｎ個の連結金具２と、基端金具１と連結金具２とを交差状態で連結する合計４個の基端木材と、対面する柱に固定された連結金具２を交差状態で連結する合計２×（Ｎ−１）個の傾斜木材と、を設けて構成され、基端木材及び傾斜木材の長さが２．５ｍ以下に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１横架材及び第２横架材と、第１縦架材及び第２縦架材とで枠状に形成された木製の壁体について、
壁体の四隅に固定される基端金具と、第１縦架材と第２縦架材の対向面に、各々１個以上固定される２×Ｎ個の連結金具と、基端金具と連結金具とを交差状態で連結する合計４個の基端木材と、連結金具の個数が４個以上の場合に使用され、第１縦架材と第２縦架材に固定された連結金具を交差状態で連結する合計２×（Ｎ−１）個の傾斜木材と、を設けて構成され、
基端木材及び傾斜木材の長さが２．５ｍ以下に設定されていることを特徴とする木造建築物の耐震構造。
【請求項２】
連結金具は、縦架材に当接する平坦面を有する本体部と、本体部から直立する板状の接続部とで構成され、前記接続部には、貫通孔が形成されている請求項１に記載の耐震構造。
【請求項３】
基端金具は、横架材に当接する平坦面を有する第１本体部と、縦架材に当接する平坦面を有する第２本体部と、第１本体部と第２本体部とを連結する板状の接続部と、で一体的に構成され、前記接続部には、貫通孔が形成されている請求項１又は２に記載の耐震構造。
【請求項４】
１≦Ｎ≦２に設定されている請求項１〜３の何れかに記載の耐震構造。
【請求項５】
第１横架材及び第２横架材と、第１縦架材及び第２縦架材とで枠状に形成された木製の壁体について、
第１横架材及び第２横架材の対向面に、各々１個固定される第１連結金具と、第１縦架材と第２縦架材の対向面に、各々１個以上固定される２×Ｎ個の第２連結金具と、第１連結金具と第２連結金具とをＶ字状に連結する合計４個の基端木材と、第１縦架材と第２縦架材に固定された第２連結金具を交差状態で連結する合計２×（Ｎ−１）個の傾斜木材と、で構成され、
基端木材及び傾斜木材の長さが２．５ｍ以下に設定されていることを特徴とする木造建築物の耐震構造。
【請求項６】
第１連結金具と第２連結金具は同一形状に構成されている請求項５に記載の耐震構造。
【請求項７】
第１連結金具及び第２連結金具は、何れも、横架材又は縦架材に当接する平坦面を有する本体部と、本体部から直立する板状の接続部とで構成され、
前記接続部には、貫通孔が形成されている請求項５又は６に記載の耐震構造。
【請求項８】
２≦Ｎ≦３に設定されている請求項５に記載の耐震構造。
【請求項９】
前記接続部の第１面と第２面には、一対の木材の終端部が各々当接され、当接された一対の終端部は、前記貫通孔を通過するボルト材によって一体化されている請求項２、３、６の何れかに記載の耐震構造。
【請求項１０】
前記本体部には、複数個の貫通孔が形成され、貫通孔を通過して固定具が木材に打ち込まれることで、前記本体部が固定されている請求項２、３、６の何れかに記載の耐震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造建築物の耐震構造に関し、特に、解体家屋などから取得した柱や梁材などを有効活用することもできる木造壁体の耐震構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本各地では、各種レベルの地震が比較的短い周期で発生しており、木造建築物についての耐震構造についての研究も盛んである（特許文献１〜９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４８８５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２８５８７３号公報
【特許文献３】特開２００８−０６９５５２号公報
【特許文献４】特開２００７−１９１９４３号公報
【特許文献５】特開２００６−０８３６７６号公報
【特許文献６】特開２００１−０２６９８４号公報
【特許文献７】特開２０００−３５２２１８号公報
【特許文献８】特開２０００−１１０３９９号公報
【特許文献９】特開平１０−０１８４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、新築家屋を前提とした耐震構造が提案されているに過ぎず、耐震性能が不足する既設家屋について、その耐震補強工事をする場合に適した構造ではない。また、上記の発明は、特殊な補強金具や補強棒を使用するか、或いは、梁材と同程度以上の長尺の木材を必要とするものであり、１〜２．５ｍ程度の短い木材を有効活用できるものではない。
【０００５】
ここで、１〜２．５ｍ程度の短い木材を使用して耐震構造を構築することができれば、耐震補強工事が容易化される上に、柱材や梁材の製造時の端材や、解体家屋からの廃材を活用することができ非常に好ましい。また、木材が軽量化されるので、人力での運搬が可能となり、急傾地などに建っている耐震性能の低い建物についても、その耐震改修を容易化することができる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、既設家屋の耐震補強工事にも使用できる木造建築物の耐震構造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】
【０００７】
上記の目的を達成するため、種々検討した結果、横架材と縦架材とで構成された枠体の四隅を、筋交いによって補強して固定状態で維持するより、ある程度の水平移動を許容する方が耐震構造上有効であることを発見して本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明は、第１横架材及び第２横架材と、第１縦架材及び第２縦架材とで枠状に形成された木製の壁体について、壁体の四隅に固定される基端金具と、第１縦架材と第２縦架材の対向面に、各々１個以上固定される２×Ｎ個の連結金具と、基端金具と連結金具とを交差状態で連結する合計４個の基端木材と、連結金具の個数が４個以上の場合に使用され、第１縦架材と第２縦架材に固定された連結金具を交差状態で連結する合計２×（Ｎ−１）個の傾斜木材と、を設けて構成され、基端木材及び傾斜木材の長さが２．５ｍ以下に設定されている。
【０００９】
本明細書において、横架材は、水平方向に延びる構造材を意味し、梁、桁、胴差し、土台などを意味する。一方、縦架材は、横架材に直交して、垂直方向に延びる構造材を意味する。
【００１０】
連結金具は、特に限定されないが、縦架材に当接する平坦面を有する本体部と、本体部から直立する板状の接続部とで一体的に構成され、前記接続部には、貫通孔が形成されているのが好ましい。基端金具も特に限定されないが、横架材に当接する平坦面を有する第１本体部と、縦架材に当接する平坦面を有する第２本体部と、第１本体部と第２本体部とを連結する板状の接続部とで一体的に構成され、前記接続部には、貫通孔が形成されているのが好ましい。また、連結金具の個数（２×Ｎ個）も適宜に選択されるが、好ましくは、１≦Ｎ≦２に設定すべきである。
【００１１】
本発明は、また、第１横架材及び第２横架材と、第１縦架材及び第２縦架材とで枠状に形成された木製の壁体について、第１横架材及び第２横架材の対向面に、各々１個固定される第１連結金具と、第１縦架材と第２縦架材の対向面に、各々１個以上固定される２×Ｎ個の第２連結金具と、第１連結金具と第２連結金具とをＶ字状に連結する合計４個の基端木材と、第１縦架材と第２縦架材に固定された第２連結金具を交差状態で連結する合計２×（Ｎ−１）個の傾斜木材と、で構成され、基端木材及び傾斜木材の長さが２．５ｍ以下に設定されている。
【００１２】
本発明において、第１連結金具と第２連結金具とが必須となるが、同一形状に構成するのが好適である。また、第１連結金具及び第２連結金具は、何れも、横架材又は縦架材に当接する平坦面を有する本体部と、本体部から直立する板状の接続部とで構成され、前記接続部には、貫通孔が形成されているのが好適である。そして、このような連結金具の個数（２×（Ｎ＋１））も適宜に選択されるが、好ましくは、２≦Ｎ≦３に設定される。
【００１３】
連結金具に、板状の接続部が設けられている場合、板状接続部の両面に、一対の木材の終端部が各々当接されるのが典型的であり、当接された一対の終端部は、貫通孔を通過するボルト材によって一体化されるのが好適である。
【００１４】
連結金具に、平坦面を有する本体部が設けられている場合、本体部には、複数個の貫通孔が形成されているのが典型的であり、この貫通孔を通過して固定具が木材に打ち込まれることで、本体部が木材に固定されるのが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
上記何れの発明も、枠体の四隅に筋交いを設けることなく、枠体のある程度のスライド移動を許容することで耐震構造を実現している。
【００１６】
また、多数の傾斜木材の協働によって耐震構造を構築し、各傾斜木材の長さが短いので、柱材や梁材の製造時の端材や、解体家屋からの廃材を有効活用することができる。なお、本発明の傾斜木材は、その長さが２．５ｍ以下であるが、１〜２ｍ程度の長さで足りるよう、傾斜木材の使用個数を増加させるのも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例の試験体を示す図面である。
【図２】各試験体についての試験結果を示す図面である。
【図３】各試験体のエレルギー吸収量と破壊状況を示す図面である。
【図４】実施例で使用した接合金具を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１９】
［１］研究目的
本研究は、木造の解体家屋から得た柱や梁材などの資材を既存建物の耐震改修用に再使用することを目指したものである。解体資材は、ほぞ孔の加工などもあり、傷がなく２〜３ｍ以上の長さをもった同一の材種が数多く揃うとは限らない。そこで、耐震改修に数多く提供できることを見込めるよう、できるだけ短い軸組材を斜材に用いることにした。
【００２０】
但し、実験では、古材ではなく、取り敢えず新しい建築資材を使って、斜材の断面寸法と段組数で形態を変え、架構への接合位置を違えて、数種の耐力壁を用意し、耐震性能を調査した。
【００２１】
［２］実験計画
２．１試験体
図１に示す形状の試験体を合計７体、用意した。材種はすべてスギを用いた。そして、枠体を構成する柱と土台には、断面１０５ｍｍ×１０５ｍｍの木材を使用し、梁材には、断面１０５ｍｍ×１８０ｍｍの木材を使用した。
【００２２】
斜材（傾斜木材）は、断面形状の違いによって、断面が４０ｍｍ×１０５ｍｍの［Ｂ４０試験体］と、断面が３０ｍｍ×１０５ｍｍの［Ｂ３０試験体］の２種類に大別される。図２に示す識別記号において、Ｂ４０−＊＊やＢ３０−＊＊の数字（３０，４０）が、断面の違いを示している。
【００２３】
また、配置方法は、斜材を対角（四隅）に設置する［Ｄ試験体］と、斜材を土台や梁材の中央に設置する［Ｃ試験体］の２種に大別される。図２と図３の試験体ＮＯ．１〜ＮＯ．６を特定する識別記号において、＊＊−３Ｃ、＊＊−１Ｄ、＊＊−２Ｄ、＊＊−３Ｄなどのアルファベット記号（Ｃ，Ｄ）が、配置構造を示している。なお、斜材の段組数として、１段、２段、３段の３種を組み合わせ、その段数は、識別記号のアルファベットに先行して示されている。
【００２４】
柱と柱の芯間距離は、９１０ｍｍ、土台と梁材との芯間距離（高さ）は２７３０．５ｍｍとした。斜材と柱や横架材との接合は、ＳＳ４００材相当２．３ｍｍの鋼製金物を製作し、径１０ｍｍの普通ボルト１本と釘６本を用いて接合した。一方、四隅に使用する金物は別に製作した。なお、全実験を通じて鋼製金物では破壊は生じていない。
【００２５】
試験体Ｂ４０−３ＤとＢ４０−３Ｃ１は、層間変形角１／１２ｒａｄ前後で土台部が割裂破壊を生じた段階で実験終了した。これらの試験体は、斜材に顕著な損傷は認められなかった。Ｂ４０−３Ｃ１は後に、Ｂ３０−３Ｃの骨組架構と接合金物を再使用して、斜材だけを新規に入れ替えたＢ４０−３Ｃ２を用意し、層間変形角１／５０ｒａｄの繰り返し載荷段階から加力を開始した。断面寸法４０×１０５ｍｍのＢ４０斜材が破壊に到るまでの経緯を確認するためである。
【００２６】
２．２接合金具
接合金具としては、枠体の四隅に配置する基端金具１（図４（ａ））と、それ以外の場所に配置する連結金具２（図４（ｂ））を用意した。
【００２７】
基端金具１は、図４（ａ）に示す通り、９０度に屈曲形成された長板状の本体部１０（１０ａ＋１０ｂ）と、本体部１０の中央位置に溶接された三角板状の接続部１１とで構成されている。板厚は、４．５ｍｍ程度であり、本体部１０は、９０ｍｍ×２９０ｍｍ程度の全長を有し、直交する各辺１０ａ，１０ｂは、各々９０ｍｍ×１４５ｍｍ程度である。図示の通り、本体部１０には、８個の釘穴が形成され、接続部１１には、１０ｍｍ程度のボルト穴が貫通している。
【００２８】
連結金具２（図４（ｂ））は、長板状の本体部２０と、本体部２０の中央位置に溶接された三角板状の接続部２１とで構成されている。板厚は、４．５ｍｍ程度であり、本体部２０は、９０ｍｍ×２００ｍｍ程度の全長を有している。図示の通り、本体部２０には６個の釘穴が形成され、接続部２１には、１０ｍｍ程度のボルト穴が貫通している。
【００２９】
２．３実験装置
実験装置は、広島県立総合技術研究所林業技術センター（三次高平施設木材実験棟）の壁体面内せん断試験機（１００ｋＮ用）を用いた。実験方法は「柱脚固定式の鉛直構面の面内せん断試験」によっており、短期基準せん断耐力Ｐ０ならびに短期許容せん断耐力Ｐａの評価方法も同じである。なお、詳細には、（財）日本住宅・木材技術センター：木造軸組工法住宅の許容応力度設計（２００８年版）ｐｐ．５６１−５７４に記載の通りである。以下、この文献を準拠文献と称する。
【００３０】
正負繰り返し加力を、試験体上部の梁材に見かけの層間変形角で、１／４５０、１／３００、１／２００、１／１５０、１／１００、１／７５、１／５０、１／１５ｒａｄで、油圧ジャッキにより水平方向変位を制御して与えた。同一変形域で繰り返しを各３回行った。最大荷重に達した後の加力は、最大荷重の８０％に低下するか、層間変形角が１／１５ｒａｄ以上に達するまでとした。
【００３１】
２．３壁倍率の評価方法
準拠文献に基づいた、試験体の壁倍率の計算式を示す。短期許容せん断耐力Ｐａ［ｋＮ］は、
Ｐａ＝Ｐ０×（１−ＣＶ×ｋ）・・・（１）である。但し、Ｐ０［ｋＮ］：短期基準せん断耐力で、「降伏耐力Ｐｙ」、「終局耐力Ｐｕ・（０．２／Ｄｓ）」、「最大荷重Ｐｍａｘの２／３」、「特定変形時の耐力」の４つの値の中で最も小さい値、ＣＶ：変動係数、ｋ：定数０．４７１とした。（１）式で求めたＰａを使って壁倍率を求めた。
【００３２】
壁倍率＝Ｐａ×（１／１．９６）×（１／Ｌ）・・・（２）
ここで、１．９６［ｋＮ／ｍ］：壁倍率＝１を算定する数値、Ｌ［ｍ］：壁の長さである。
【００３３】
［３］実験結果
３．１荷重―層間変形角関係
全試験体について図２及び図３に、（ａ）試験体形状、（ｂ）荷重―層間変形角関係、（ｃ）完全弾塑性モデルによる降伏耐力および終局耐力の表示、（ｄ）層間変形角１／１５ｒａｄまでの荷重―層間変形角関係の包絡曲線をなど示す。なお途中からの載荷を行ったＢ４０−３Ｃ２の層間変形角１／１５ｒａｄまでの荷重―層間変形角履歴はＢ４０−３Ｃ１のデータを繋いで完成した。
【００３４】
３．２壁倍率評価
壁倍率の一覧を表１に示す。壁倍率は、比較の対象としたたすき掛け筋かい試験体Ｂ４０−１Ｄは２．１９となった。たすき掛け筋かいは他の試験体と較べて、剛性が２倍程度高いが、構面外への座屈により粘りがなかったため、完全弾塑性モデルによる終局耐力で壁倍率が決定している。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
断面寸法４０×１０５ｍｍのＢ４０斜材の場合、試験体Ｂ４０−３Ｄは１．９６でたすき掛け筋かいとほぼ同等の壁倍率を得た。たすき掛け筋かい以外は初期剛性が低いが、粘りがあって降伏耐力および終局耐力は高い。いずれも特定変形（１／１２０ｒａｄ）時の耐力で壁倍率が決定する結果となっている。斜材段組数を３段で、斜材を対角に設置した［Ｄ試験体］と中央に設置した［Ｃ試験体］の２種を較べると、試験体Ｂ４０−３Ｃ１は１．５０でＢ４０−３Ｄに較べてやや低い。
【００３７】
断面寸法３０×１０５ｍｍのＢ３０斜材の場合も、斜材を対角に設置した［Ｄ試験体］と中央に設置した［Ｃ試験体］の２種を較べると、Ｂ３０−３Ｄが壁倍率１．９６で壁倍率１．３３のＢ３０−３Ｃより高く、Ｂ４０斜材と同じ傾向が認められる。また斜材段組数を２段と、３段で比較すると、Ｂ３０−３Ｄが壁倍率１．９６で壁倍率１．２０のＢ３０−２Ｄより高い。壁倍率の評価では対角に設置した［Ｄ試験体］で、斜材段組数が３段のＢ４０−３Ｄと、Ｂ３０−３Ｄが優れていると確認出来る。
【００３８】
３．３履歴吸収エネルギー
図３及び図３（ａ）には、全試験体のエネルギー吸収量も示されている。棒グラフは履歴ループの１サイクル毎のエネルギー吸収量Ｅｉ（左軸で表示）の推移を、折れ線グラフは累積エネルギー吸収量ΣＥｉ（右軸で表示）の推移を表したものである。表２に層間変形角１／１００ｒａｄ、１／５０ｒａｄ、１／１５ｒａｄにおける１サイクル毎のエネルギー吸収量Ｅｉと累積エネルギー吸収量ΣＥｉを示した。
【００３９】
【表２】
2012172408.tif 000004
【００４０】
Ｂ４０斜材の場合、斜材段組数が３段で、斜材を対角に設置した［Ｄ試験体］であるＢ４０−３Ｄが履歴ループの１サイクル毎のエネルギー吸収量Ｅｉも、累積エネルギー吸収量ΣＥｉも、他の試験体に比較して大きい。Ｂ３０斜材の場合も同様に、３段で、斜材を対角に設置した［Ｄ試験体］であるＢ３０−３Ｄが両者のエネルギー吸収量も大きい。一方、たすき掛け筋かい試験体Ｂ４０−１Ｄは他の試験体と較べて、粘りがなく、エネルギー吸収量において性能は低くなる。この従来型筋かい耐力壁のもつ弱点を克服している点が評価できる。
【００４１】
３．４破壊状況
図３（ｂ）と表３に各試験体の最終破壊状況を示した。Ｂ４０−３ＤとＢ４０−３Ｃ１の２体では、柱の浮き上がり防止を担う引き寄せ金物の固定先を土台にしたことによって、大変形時に土台が割裂破壊し、斜材の損傷にまで到らなかった。
【００４２】
【表３】
2012172408.tif 000005
【００４３】
その後の実験では、載荷装置の下の鋼製の試験体受け台に引き寄せ金物を取り付け、柱を引っ張ることにしたので、その他の試験体は、たすき掛け筋かい試験体Ｂ４０−１Ｄを除いて、斜材が割裂破壊するまでの載荷を可能とし、短い軸組材を使用した木造壁体の耐震改修性能の評価ができることになった。たすき掛け筋かい試験体Ｂ４０−１Ｄは筋かいが構面外に座屈するとともに、接合金物から筋かいが抜けて破壊に到った。
【００４４】
斜材の割裂は、引っ張り力を受けた際に個々の材が徐々に接合金物のボルトにより損傷し、個材が一つずつ破壊していく過程を経ている。従って、短い軸組材のそれぞれが十分に機能を発揮しながら損傷していくので、破壊性状として非常に好ましい。ただ問題点があるとすれば、斜材が割裂破壊で縦に割れ、最終状況では脆性破壊的な側面があるのは今後改善の余地があると考える。
【００４５】
［４］結論
（１）壁倍率の評価では斜材を対角に接合した［Ｄ試験体］で、段組数が３段のＢ４０−３Ｄと、Ｂ３０−３Ｄがいずれも壁倍率１．９６で優れている。これは同じ断面寸法の材を用いたたすき掛け筋かい壁とほぼ同等の壁倍率である。斜材を梁材中央に接合した［Ｃ試験体］、ならびに斜材段組数を２段にした試験体は、壁倍率で０．５ほど劣る。
【００４６】
（２）斜材を対角に設置した［Ｄ試験体］が履歴ループの１サイクル毎のエネルギー吸収量Ｅｉも、累積エネルギー吸収量ΣＥｉも、他の試験体に比較して大きい。たすき掛け筋かい壁が他の試験体と較べて、粘りがなく、エネルギー吸収量において性能が低い弱点を克服している点が評価できる。
【００４７】
（３）斜材の破壊は、引っ張りを受けた際に個々の材が接合金物のボルトにより徐々に損傷し、個材が一つずつ破壊していく過程を経ている。短い軸組材のそれぞれが十分に機能を発揮しながら損傷していくので、破壊性状として好ましい。ただ最終状況で斜材が割裂破壊する点に改善の余地がある。
【００４８】
以上、実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではなく、特に、接合金具については、図４の構成に全く限定されない。
【００４９】
例えば、基端金具１の接続部１１は、必ずしも本体部１０ａ，１０ｂの中央位置に配置する必要はない。この場合には、接続部３１と本体部３０ａ，３０ｂとに区分された一枚の平板材を折り曲げることで基端金具を完成させることができる（図４（ｃ）参照）。また、本体部３０ａ，３０ｂを、やや幅狭に形成し（図４（ｅ）参照）、この形状の基端金具を背中合わせに使用することで、図４（ａ）の形状を実現することもできる。
【００５０】
同様に、連結金具２０についても、本体部４０と接続部４１とに区分された一枚の平板材を折り曲げることで完成させることができる（図４（ｄ）参照）。この構成でも、本体部４０を、やや幅狭に形成し（図４（ｆ）参照）、この形状の連結金具を背中合わせに使用することで、図４（ｂ）の形状を実現することもできる。
【００５１】
なお、図４（ｅ）や図４（ｆ）の構成を採る場合には、必要に応じて、補強用の板材を組み合わせても良い。図４（ｇ）は、図４（ｆ）の連結金具を背中合わせに使用する共に、補強板４２を固着したものである。
【符号の説明】
【００５２】
１      基端金具
２      連結金具
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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