JP5554948B2 - 部材の締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、木造建築物の骨格などに使用される棒状の部材の締結構造に関する。

住宅や物置小屋などの木造建築物の施工方法は、これまでに様々な技術が開発されているが、国内では、柱や梁などを組み上げて骨格を構築する軸組工法が広く普及している。軸組工法は、骨格の強度を確保するため、部材同士を強固に締結する必要があり、以前から部材の端面に仕口を加工するなどの対策が講じられているが、最近では仕口の代用として、各種の連結金物を用いることも多くなっている。この連結金物にプレカット技術を組み合わせることで、据え付け精度が向上するほか、現地での施工作業も簡素化され、優れた品質とコストダウンが実現している。

最近では大断面の集成材の普及によって大規模な木造建築物の施工が容易になり、個人の住宅においても、柱の間隔を従来よりも延長できるようになり、大規模なインナーガレージなどが実現可能になってきた。このような大断面の集成材同士を締結する場合、従来の締結方法では十分な剛性を確保できないため、専用の連結金物を使用しており、本願発明者は、後記特許文献のような技術を開発している。この技術は、締結される二部材の両方にラグスクリューを埋め込んでおり、ラグスクリューの端面同士を接触させた上、双方をボルトで一体化している。

特開２００９−１２７２１１号公報

前記特許文献のように、ラグスクリューを用いて部材同士を締結する構造は、曲げモーメントに対する剛性が高いほか、ラグスクリューが木材と強固に一体化しているため、木材の経年変形による強度の低下も発生しないなど、様々な利点がある。ただしラグスクリューは、その大きさから小断面の部材に埋め込むことが難しく、用途が門形フレームなどの部材に限定されている。またラグスクリューは、その大きさから製材段階で部材中に埋め込む必要があり、設計変更といった突発事態が発生した場合や、建物の改築工事などには、使用が難しいこともある。

前記のように、様々な理由でラグスクリューの使用が難しい締結部においても、曲げモーメントに対する剛性を高くしたい場合や、木材の経年変形による強度の低下を防止したい場合がある。その際は、連結金物や釘の使用数を増やすといった単純な対策も可能だが、連結金物や釘は、木材の経年変形に対して万全の対策を講じることが難しい。また連結金物や釘の使用数を増やすことで、施工の際に時間や手間が増加する恐れもある。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、様々な大きさの部材に適用可能で、しかも設計変更や改築工事などにも柔軟に対応でき、さらに木材の経年変形による強度の低下も抑制できる、部材の締結構造の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、主幹部材の側面と結合部材の端面を接触させて、これらをＴ字状またはＬ字状につなぐ部材の締結構造であって、前記主幹部材と前記結合部材との境界を跨ぐように埋め込むホゾパイプと、前記主幹部材と前記結合部材を一体化するネジ釘と、該ネジ釘を補強する補強軸と、を用い、前記ネジ釘は、前記主幹部材の側面から前記結合部材に向けて差し込み、且つそのネジ山の形成範囲は、該結合部材の内部に限定してあり、前記補強軸は、前記主幹部材の側面から前記結合部材に向けて差し込み、且つその側周面には螺旋状に伸びる凸条を形成してあり、該凸条の形成範囲は、前記主幹部材と前記結合部材の両方の内部に跨っていることを特徴とする部材の締結構造である。

本発明は、木造建築物の骨格として使用される柱や梁などの二部材を締結するために使用されるが、この二部材のうちの一方を主幹部材と称して、他方を結合部材と称するものとする。そして主幹部材の側面に結合部材の端面が接触することで、Ｔ字状またはＬ字状の締結部が構成される。また主幹部材と結合部材のいずれも、集成材を含む木質系であることを前提とする。なお主幹部材と結合部材は、原則として直交するように配置されるが、屋根を構成する箇所などでは、所定の交角を有するように配置される場合もある。

主幹部材と結合部材との締結には、主幹部材の側面からねじ込まれて結合部材に螺合するネジ釘と、主幹部材と結合部材との境界を跨ぐように埋め込まれたホゾパイプと、を用いる。ネジ釘は汎用品であり、主幹部材の側面から結合部材に向けてねじ込まれる。なおネジ釘のネジ山が形成されている範囲は、先端部だけに限定されており、ねじ込みを終えた状態において、ネジ山の全域は結合部材の中に位置している必要がある。したがって、主幹部材の側面に接触するネジ釘の頭部と、結合部材と螺合するネジ山が引き合うことで、主幹部材と結合部材が一体化される。

ホゾパイプは、主幹部材と結合部材との境界を跨ぐように埋め込まれる棒状のもので、結合部材に作用するせん断荷重を主幹部材に伝達する役割がある。したがってホゾパイプは、原則として水平方向に埋め込む必要がある。またホゾパイプの具体的な形状については限定されないが、円断面のものが最適である。なおホゾパイプの中に前記のネジ釘を通過させることもできるが、ネジ釘を通過させる必要がない場合、中実のものも使用できる。

補強軸は、主幹部材と結合部材との締結を一段と強固にするために使用され、ネジ釘と同様な形状のもので、側周面に凸条が螺旋状に形成されている。ただし本発明で用いる補強軸は、凸条の外径が最大でも２０ｍｍ程度で、また凸条の高さ（突出長さ）は最低でも２ｍｍは確保されており、汎用のネジ釘に比べて寸法が大きい。施工時は、主幹部材の側面から両部材の境界に向けて補強軸をねじ込んでいき、その先端が両部材の境界を通過して結合部材に到達することで、部材同士が強固に締結される。なお、補強軸の使用数やねじ込み位置については自在であり、荷重条件などに応じて最適な状態に配置することができる。

補強軸のねじ込み作業を終えた状態で、凸条は主幹部材と結合部材の両方を跨ぐように配置されている必要がある。これによって、いずれか一方の部材に作用した荷重は、凸条を介して補強軸に伝達して、さらに凸条を介して他方の部材に伝達していくため、両部材の境界に隙間が生じることを防止できる。なお凸条を有効に機能させるため、補強軸が主幹部材を横断している区間については、その延長の半分以上の範囲で凸条が形成されている必要があり、さらに結合部材側についても、主幹部材側と同等もしくはそれ以上の範囲に凸条が形成されている必要がある。

施工の際、主幹部材と結合部材との境界に隙間がある状態で補強軸をねじ込むと、以降、凸条の作用でその隙間が消滅することなく残存して、締結部の剛性が低下する恐れがある。したがって補強軸をねじ込む際は、あらかじめネジ釘で両部材を密着させておく必要があり、しかも補強軸をねじ込む際の反力によって隙間が生じないよう、所定の強度を維持できる必要がある。本発明による補強軸は、通常のネジ釘よりも直径などが大きいため、事前に下穴を加工しておく必要があるが、それでもラグスクリューなどよりは小さく、持ち運び可能な小形ドリルを用いて現地で対応できる。

このように螺旋状の凸条を有する補強軸を部材の中にねじ込むことで、汎用のラグスクリューなどと同様、補強軸と部材が広範囲に一体化するため、木材の経年変形の影響を受けることなく強度を維持できる。しかも両部材の境界を跨ぐように凸条を配置しているため、一方の荷重に作用した荷重は、速やかに他方の部材に伝達していき、締結部の剛性が維持される。

請求項１記載の発明のように、主幹部材と結合部材をホゾパイプとネジ釘で一体化した上、さらに両部材を貫通する補強軸を打ち込むことで、ネジ釘と併せて、補強軸に形成された凸条を介して両部材が一体化される。そのため、両部材を引き離そうとする荷重が作用した場合、これに強固に対抗可能で、締結部の剛性を一段と向上できる。また補強軸の凸条は、両部材に跨ってねじ込まれているため、木材の経年変形に対抗して両部材の密着状態を維持でき、締結部の剛性を長期間維持できる。

さらに補強軸の大きさや使用数を調整することで、大規模な骨格構造から、軒先を支える小断面の部材まで、幅広く対応可能で汎用性に優れている。また曲げモーメントに対して強固に対抗する必要がある場合には、部材の端部近傍に補強軸を集中的にねじ込むといった対策ができるなど、柔軟性も高い。そのほか補強軸は、従来のラグスクリューなどに比べて直径が小さいため、その下穴は、持ち運び可能な小形ドリルで加工でき、突発的な設計変更や改築工事にも問題なく対応できる。なお補強軸は、汎用の釘などよりも寸法が大きく、使用数を抑制しながら所定の強度を確保できる。

そのほか、ホゾパイプとネジ釘で主幹部材と結合部材を締結することで、せん断荷重を確実に伝達可能で、しかも施工作業も単純であり、さらに部品の入手も容易でコストを抑制できる。

本発明による部材の締結構造の概要を示す斜視図と縦断面図である。 図１に示す締結構造の施工途中の状態を示す斜視図と縦断面図である。 結合部材が斜方向に配置されている場合に、本発明を適用したときの形態例を示す斜視図である。 補強軸の詳細を示しており、（Ａ）は大きさの概要を表す側面図で、（Ｂ）は凸条の配置例を表す側面図と、その使用状態の縦断面図である。

図１は、本発明による部材の締結構造の概要を示している。主幹部材１１は直立しており、この上部の側面に結合部材２１の端面が接触して、Ｌ字状の締結部が構成される。主幹部材１１と結合部材２１の締結には、ネジ釘３８とホゾパイプ３６と補強軸３１が使用されており、そのうちホゾパイプ３６は、金属製のパイプを所定の長さに切断したもので、上下に並んで二個が組み込まれており、結合部材２１に作用する垂直荷重を主幹部材１１に伝達している。なおホゾパイプ３６を埋め込むため、主幹部材１１と結合部材２１の接触面を起点として両側にパイプ穴１３、２３を加工している。

ネジ釘３８は汎用品であり、先端部にのみネジ山が形成されており、主幹部材１１の側面から結合部材２１に向けて水平方向にねじ込まれる。なおネジ釘３８のねじ込みが終わった状態では、縦断面図のように、ネジ山の全域は結合部材２１の中に位置している。したがってネジ釘３８を締め上げると、その頭部が主幹部材１１を押圧して、主幹部材１１と結合部材２１の密着が維持される。このネジ釘３８をねじ込むため、主幹部材１１にはパイプ穴１３と同心のネジ穴１２を加工しており、結合部材２１も同様にパイプ穴２３の奥にネジ穴２２を加工している。なお本図ではホゾパイプ３６とネジ穴１２、２２が同心であるため、ホゾパイプ３６の内径は縦断面図のように、ネジ釘３８が余裕で通過できる大きさとしている。

ネジ釘３８のねじ込みを終えると、主幹部材１１と結合部材２１は一体化されるが、木材の経年変形によってネジ釘３８の頭部が陥没していき、両部材の密着が維持できない恐れがある。またネジ釘３８だけを用いた場合、その弾性変形によって曲げモーメントに対する剛性が低下する恐れがある。そこで本発明では、ネジ釘３８とは別に補強軸３１を使用して、これらの問題を解消している。補強軸３１は、基本的にネジ釘３８と同じものだが、ネジ山である凸条３２をほぼ全域に形成しており、ねじ込みが終わった段階では、縦断面図のように凸条３２が、主幹部材１１と結合部材２１の両方に食い込んでいる。したがって補強軸３１は、主幹部材１１と結合部材２１の両方と強固に一体化しており、一方の部材に作用した荷重は速やかに他方の部材に伝達していく。また凸条３２によって部材の経年変形が拘束され、強度の低下も発生しにくい。

補強軸３１をねじ込むため、主幹部材１１と結合部材２１には、下穴となる軸穴１４、２４をあらかじめ加工しておく。ただし補強軸３１の凸条３２の外径は、最大でも２０ｍｍ程度であり、従来のラグスクリューに比べて小さい。したがって軸穴１４、２４は、持ち運び可能な小形ドリルで加工でき、必要に応じて現地で施工可能で柔軟性に優れている。なお補強軸３１のねじ込み位置や使用数は自在であり、曲げモーメントに効率よく対抗するため、本図のように結合部材２１の上下面の近傍に配置することもできる。そのほか、主幹部材１１と結合部材２１の姿勢は自在であり、主幹部材１１が水平に敷設され、結合部材２１が垂直に延びていても構わない。

図２は、図１に示す締結構造の施工途中の状態を示している。本発明による補強軸３１をねじ込む際、主幹部材１１と結合部材２１の境界に隙間があると、以降、凸条３２によってその隙間が保持され、強度などに悪影響を与える。そこで本図のように、施工の際は、まずホゾパイプ３６を埋め込み、次にネジ釘３８をねじ込んで、主幹部材１１と結合部材２１を密着させた後、主幹部材１１の側面から補強軸３１をねじ込んでいく。

図３は、結合部材２１が斜方向に配置されている場合に、本発明を適用したときの形態例を示している。主幹部材１１と結合部材２１は、直角に配置されている必要はなく、本図のように結合部材２１が下向きに傾斜していても何ら問題はなく、本発明は、屋根や軒先など傾斜して配置される部材の締結にも適用可能である。結合部材２１が傾斜しているため、補強軸３１をねじ込むための軸穴１４、２４は、この傾斜と同方向に加工してある。ただしネジ釘３８やホゾパイプ３６は、垂直荷重を伝達できるよう水平方向に配置され、ネジ穴１２、２２などは水平方向に加工してある。なお図１ではネジ釘３８とホゾパイプ３６を上下に二組使用しているが、本図では形状の制約から一組だけを使用しており、補強軸３１が主体となって締結部の強度を確保している。

図４は、補強軸３１の詳細を示しており、図４（Ａ）は大きさの概要で、図４（Ｂ）は凸条３２の配置例である。補強軸３１は、現地でのねじ込み作業を円滑に実施できるよう、図４（Ａ）のように、凸条３２の最大外径を２０ｍｍ以下としている。ただし所定の強度を発揮できるよう、最低でも６ｍｍ程度は必要である。また凸条３２は、図４（Ｂ）のように二つの領域に分割可能で、場合によっては三つ以上の領域に分割する場合もある。このような補強軸３１を用いる場合、縦断面図のように、二つの領域に分割された凸条３２のうち、一方の領域を主幹部材１１の中に配置して、他方の領域を結合部材２１の中に配置して、主幹部材１１と結合部材２１を一体化する。

１１ 主幹部材
１２ ネジ穴（主幹部材側）
１３ パイプ穴（主幹部材側）
１４ 軸穴（主幹部材側）
２１ 結合部材
２２ ネジ穴（結合部材側）
２３ パイプ穴（結合部材側）
２４ 軸穴（結合部材側）
３１ 補強軸
３２ 凸条
３６ ホゾパイプ
３８ ネジ釘

Claims (1)

1. 主幹部材（１１）の側面と結合部材（２１）の端面を接触させて、これらをＴ字状またはＬ字状につなぐ部材の締結構造であって、
   前記主幹部材（１１）と前記結合部材（２１）との境界を跨ぐように埋め込むホゾパイプ（３６）と、前記主幹部材（１１）と前記結合部材（２１）を一体化するネジ釘（３８）と、該ネジ釘（３８）を補強する補強軸（３１）と、を用い、
   前記ネジ釘（３８）は、前記主幹部材（１１）の側面から前記結合部材（２１）に向けて差し込み、且つそのネジ山の形成範囲は、該結合部材（２１）の内部に限定してあり、
   前記補強軸（３１）は、前記主幹部材（１１）の側面から前記結合部材（２１）に向けて差し込み、且つその側周面には螺旋状に伸びる凸条（３２）を形成してあり、該凸条（３２）の形成範囲は、前記主幹部材（１１）と前記結合部材（２１）の両方の内部に跨っていることを特徴とする部材の締結構造。

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