JP6239556B2 - 木質構造材の接合構造及び木質構造材の接合構造を使用した建築物 - Google Patents

Description

本発明は隣接配置された木質構造材同士をジベルとボルト部材とを使用して接合するようにした木質構造材の接合構造及び木質構造材の接合構造を使用した建築物に関するものである。

従来から２つの隣接する木質構造材を接合（連結）するため、木質構造材の接合面に接合金具を配置するようにしている。
このような接合構造の接合方法が開示された文献として非特許文献１を示す。この文献において例えば最も簡単な接合構造としては図１６（文献では図６−７０）に示すものがある。これは斜材１００を梁１０１上に固定する場合に斜材１００と梁１０１にそれぞれ仕口１０２、１０３を形成し、収めた後で上下方向に通しボルト１０４を挿貫させて固定するものである。また、同様に図１７（文献では図６−３３）に示すものがある。これは接合面に図１８のような底のないリングジベル１０５を木質構造材１０６の接合面間に埋設し、同時にリングジベル１０５内において両木質構造材１０６間に通しボルト１０７を挿貫させて固定するものである。

後藤一雄著，「木構造の計算」，鹿島出版会，昭和５５年４月５日，ｐ．１７８，ｐ．２０６

このような接合構造において、剪断方向の力（接合面が相互にスライドする方向の力）を考えた場合、接合金具として上記の図１６のような通しボルト１０４だけを使う場合に比べると図１７のようなリングジベル１０５と通しボルト１０７の両方を配置するほうが剪断力に対して接合構造全体の剪断応力は低下する（接合構造部分の強度が向上する）。しかし、図１７ではリングジベル１０５と通しボルト１０７は特に相互に強度的な向上に寄与するように関連することはなく別個に剪断力を受動するのみである。このようなことから複数種類の接合金具を用いた木質構造材の接合構造であって、従来に比べてより接合構造部分の強度が向上させることができる新たな手段が求められていた。
本発明の目的は、接合金具としてジベルとボルト部材を使用して従来の接合金具よりも剪断方向の力に対する剛性を高くすることができる木質構造材の接合構造及びそのような木質構造材の接合構造を使用した建築物を提供することにある。

上記目的を達成するために、手段１として、接合金具を間に介して第１の木質構造材と第２の木質構造材を接合するようにした木質構造材の接合構造において、前記接合金具として、周回状に内部を包囲した壁部を構成する挿入部と同挿入部に対して底又は中底位置に配置され少なくとも中央に透孔を有する板部とを有するジベルと、ボルト部材とを使用し、前記ジベルを前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材との接合面位置で少なくともいずれか一方に前記挿入部が埋設されるように配置し、前記ボルト部材を前記ジベルの前記板部の前記透孔に貫挿させた状態で前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材内に螺着させ、前記ボルト部材と前記板部との間に前記ボルト部材に作用する剪断力を前記板部に伝達するための剪断力伝達部材を配設するようにした。
このような構成とすることで、ボルト部材に作用する剪断力は剪断力伝達手段によってジベルの板部にも伝達されることとなる。もし、剪断力伝達手段がないとすると剪断力はジベルに対する回転力となるが、本発明ではそれが防止される。そして、ボルト部材にかかる剪断力に対してジベルの板部でもこの力に対する応力が発生することとなり応力が分散することとなるため、このようなボルト部材とジベルを使用した木質構造材の接合構造の剛性を高くすることができる。

ここに「ジベル」は周回状に包囲した外壁を構成する挿入部と同挿入部に対して底又は中底位置に配置され少なくとも中央に透孔を有する板部とを有するのであるが、この挿入部の平面形状は円形形状でなくともよいが、円形状（楕円形状を含む）である方がよりよい。また、挿入部は同じ高さで構成してもよく、木質構造材側への食い込みやすさから挿入端側を尖らせたり、あるいは鋸歯状に構成するように構成してもよい。周回状に包囲した外壁は必ずしも全周にかけて連続している必要はなく、その一部が切れていてもよい。ジベルの板部は中央に透孔を有することが必要条件であるが、他の透孔が板部に形成されていてもよい。板部は底又は中底位置に配置されるが、底とは一方の木質構造材側からみて皿の底板位置となることを言っているにすぎず、他方の木質構造材側からみてあたかも「蓋」に位置に配置される場合でも本発明の板部に相当する。中底位置に配置される場合には挿入部は第１及び第２の木質構造材の両方に埋設される必要があるが、中底でなければ挿入部をいずれか一方の木質構造材のみに埋設させることも可能となる。
ボルト部材と板部との間に配設される剪断力伝達部材は、ボルト部材又は板部と一体化していても、あるいは別体で構成されていてもよい。
ここで第１の木質構造材と第２の木質構造材としては、例えば柱と梁で代表されるような架構部材（その他、例えば根太、束、土台、垂木、母屋、桁、筋交いのような斜材等）であってもよく、単一の構造材を集成して接合するもの（例えば、複数の板材から柱や梁や壁の集成材を構成する場合等）であってもよい。

また、手段２として、前記ボルト部材は雄ネジ部と、同雄ネジ部とは別位置に形成したラグスクリュー部との２種類のボルト部を有し、前記第１の木質構造材及び前記第２の木質構造材のいずれか一方に前記雄ネジ部が螺着され、いずれか他方にラグスクリュー部が螺着されているようにした。
このようなボルト部材を使用した接合構造はラグスクリュー部によってしっかり木部にボルト部材が食い込んで固定されるため接合構造の剛性が向上する。ここに雄ネジ部とラグスクリュー部との２種類のボルト部を有するとは、例えば１本のボルト部材の異なる位置に複数の雄ネジ部を形成することを排除する意図ではない。

また、手段３として、前記剪断力伝達部材は前記ボルト部材の外周に配設された突起部材であるようにした。
つまり、ボルト部材の外周に配設された突起部がジベルの板部に当接してボルト部材にかかる剪断力が板部側に伝達されるということである。ボルト部材の木質構造材への埋設量（進出量）を調整して板部に当接させることができる。ここで「配設」とはボルト部材の外周にボルト部材に対して相対的に移動不能に、例えば溶接で固定される場合や相対的に移動可能であるがナット部材のようにボルト部材軸方向に移動可能でボルト部材の所定位置で移動不能に支持されるような場合の両方を含むものである。
また、手段４として、前記突起部材は前記ボルト部材の外周に前記雄ネジ部に螺合されたナット部材であり、同ナット部材は前記板部に対して押圧状態で前記ボルト部材に支持されるようにした。
ナット部材はボルト部材の軸方向に移動して所望の位置に配設（支持）されるため、このようにナット部材を板部に対して押圧状態とすることが可能となり、ボルト部材の木質構造材への埋設量を調整しなくともナット部材を移動させるだけで、ボルト部材と板部との間の剪断力の伝達を可能とし、また、ナット部材を板部に対して押圧状態とするように締結することでナット部材が緩まず、常にボルト部材からの剪断力が板部に伝達されることとなる。

また、手段５として、前記剪断力伝達部材は前記板部の前記透孔位置に一体形成された雌ネジ部材であるようにした。
つまり、板部の前記透孔位置に一体形成された雌ネジ部材がボルト部材に螺合されて連結状態となりボルト部材にかかる剪断力が板部側に伝達されるということである。雌ネジ部材であるためボルト部材の進出量に応じた任意の位置に螺合されることとなる。

また、手段６として、前記ジベルの前記挿入部は、前記第１の木質構造材及び前記第２の木質構造材の少なくとも一方に座堀りされた凹部内に埋設されるようにした。
このように座堀り（座ぐり）することでジベルの挿入部を凹部内に埋設するとともに、板部を木質構造材に干渉させることなく凹部の底位置に配置することができる。挿入部外周は凹部の内周に近接させ、できれば挿入部外周と凹部の内周とは密着した状態で配置されることがよい。
また、手段７として、前記ジベルの前記挿入部は前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材の両方に埋設され、前記板部は前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材との接合面位置に配置されるようにした。
このような構成であれば必ずしもジベルの取り付けのために第１の木質構造材及び第２の木質構造材の間にジベルを埋め込むための凹部をおおきく座堀りしなくともよい。

また、手段８として、前記ボルト部材の一端は前記第１の木質構造材又は前記第２の木質構造材を貫通して裏面側に突出させられており、前記ボルト部材の突出部分は突出した前記第１の木質構造材又は前記第２の木質構造材との間で前記ボルト部材の前記雄ネジ部とナット部材とによって締結されているようにした。
このような構成とすることで、ボルト部材は第１及び第２の木質構造材に対してしっかりと固定されることとなる。

本発明によれば、ボルト部材とジベルを使用した木質構造材の接合構造の剛性を高くすることができる。

本発明の実施形態の木造建築物のトラス構造を説明する部分正面図。 図１のトラス構造において斜材を梁に接合する際の接合部分周辺の分解斜視図。 同じく斜材を梁に接合した状態の斜視図。 斜材を梁に接合する際の手順であって、リングジベルを梁に埋設する直前の状態を説明するための要部断面図。 斜材を梁に接合する際の手順であって、リングジベル埋設した後に雄ネジ付きラグスクリューボルトを梁に埋設する直前の状態を説明するための要部断面図。 雄ネジ付きラグスクリューボルトを梁に埋設した後の状態を説明するための説明図。 梁への斜材の接合が完了した状態を説明する要部断面図。 実施の形態の斜材の第１の当接面側からの斜視図。 （ａ）はリングジベルの平面図、（ｂ）は一部切り欠き側断面図。 実施の形態における雄ネジ付きラグスクリューボルトの正面図。 他の実施の形態の板材を接合する際の接合部分周辺の分解斜視図。 同じく板材を接合した状態の斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は他の実施の形態となるリングジベルの一部切り欠き側断面図。 他の実施の形態において斜材を梁に接合した状態の斜視図。 他の実施の形態の雄ネジ付きラグスクリューボルトの正面図。 従来の通しボルトを使用した斜材と梁との接合構造を説明する説明図。 従来の通しボルトを使用した木質構造材同士の接合構造を説明する説明図。 従来の底板のないリングジベルの斜視図。

以下、本発明の一実施の形態である木質構造材の接合構造及びそのような木質構造材の接合構造を使用した建築物について図面に基づいて説明する。
図１は木造建築物のトラス構造を構築している梁１と柱２と斜材３の繰り返し部分を示している。上下に平行に配置された梁１間に柱２が所定間隔で配置され、上方側の梁１と柱２の交差する位置から下方側の梁１と柱２の交差する位置へと斜めに斜材３が架設されている。
梁１は断面長方形形状の集成材から構成されている。本実施の形態では梁１は幅１２０ｍｍ、高さ１５０ｍｍとして構成されている。柱２は上下の梁１の間に架設されている。上下の梁１に対してそれぞれ図示しない接合金具を介して接合されている。柱２は断面正方形形状のむく材から構成されており、本実施の形態では各辺１２０ｍｍに構成されている。斜材３は断面長方形形状の集成材から構成されている。本実施の形態では斜材３は幅１２０ｍｍ、高さ１５０ｍｍとして構成されている。

次に、図２〜図８に基づいて本実施の形態を使用した接合構造の一例として梁１と斜材３を第１の木質構造材と第２の木質構造材とした場合を説明する。ここでは、図１において円で囲んだ下方側の梁１への斜材３の接合構造について説明する。
図２に示すように、斜材３は施工時の取り付け角度に合わせて先端が斜めにカットされ、梁１上面に当接する第１の当接面４と、柱２の側面に当接する第２の当接面５が形成されている。図２及び図６に示すように、斜材３上面の第１の当接面４と対向する位置にはナット収容部７が座堀りされている。ナット収容部７は第１の当接面４と平行な平面となる底面７ａを備えた平面視において長方形となる凹部として座堀りされている。図６及び図８に示すように、第１の当接面４にはジベル収容部８が形成されている。ジベル収容部８は平面視で円形の外形となる浅い皿状の凹部となるように座堀りされており、第１の当接面４と平行な平面となる底面（天井面と考えることもできる）８ａを備えている。ジベル収容部８は後述するリングジベル１１が隙間なく嵌合されるべく壁板部１４外周と同径に構成されている。ナット収容部７の底面７ａからジベル収容部８の底面８ａにかけてボルト挿貫用の透孔６が形成されている。透孔６はそれぞれの底面７ａ、８ａに直交し、ジベル収容部８の中央位置に開口されている。
図２及び図６に示すように、梁１の斜材３上面の第１の当接面４が当接される位置には、円形に周回する溝９が形成されている。溝９は後述するリングジベル１１の壁板部１４が嵌合されるべく壁板部１４と同形状に構成されている。図５に示すように、溝９の中心位置には案内孔１０が梁１の上面から２／３程度の深さまで穿設されている。

次に、このような加工が施された梁１と斜材３との接合に使用するための接合金具を説明する。
図２、図４〜図７、図９等に示すように、本実施の形態で使用するリングジベル１１は同形状の２つの器状の合金製の同一形状の２つのカップ体１２を面対称となるように接合して構成されている。各カップ体１２は円形の外形を有する板部としての平板状の底板部１３と底板部１３の全周から直交方向に立ち上がる挿入部としての壁板部１４から構成されている。本実施の形態のリングジベル１１の外径は６０ｍｍとされ、リングジベル１１の厚みは２．３ｍｍとされている。底板部１３と壁板部１４とは接続部が不連続とならないように滑らかに接合されている（つまり接合領域の断面形状がカーブを描くように）。各カップ体１２の底板部１３中央には円形の透孔１５が形成されている。透孔１５の周囲には１２０度ずつずれた位置にネジ穴１６が形成されている。両カップ体１２は底板部１３の底面によってネジ穴１６を照合させた状態で底板部１３で背中合わせとなるようにスポット溶接で連結されている。
図２、図５〜図７、図１０等に示すように、ボルト部材としての雄ネジ付きラグスクリューボルト２０（以下、ボルト２０とする）は本体２１の外周に雄ネジ部２２とラグスクリュー部２３が螺設されている。雄ネジ部２２とラグスクリュー部２３はそれぞれ異なる位置に隣接して配置され、略均等な長さで形成されている。本実施の形態ではボルト２０の長さは２３８ｍｍとされ、雄ネジ部２２が１２０ｍｍ、ラグスクリュー部２３が１１８ｍｍとされている。

次に、このように構成されたリングジベル１１とボルト２０を使用した上記梁１と斜材３との接合方法について説明する。
本実施の形態では上記のようなリングジベル１１とボルト２０の２つの接合金具の外に、剪断力伝達部材としてプレス用ナット２５を使用する。また、接合金具固定部材として大径ワッシャ２６、小ワッシャ２７、固定用ナット２８、ネジ２９等を使用する。
まず図４に示すように、梁１上面に形成した溝９に対してリングジベル１１を嵌合させる。この際において壁板部１４の断面形状は溝９形状と同じであるため、若干無理嵌め状にリングジベル１１を溝１１に装着することとなる。図５や図６に示すように下側となったカップ体１２が溝９に嵌合された状態でその底板部１３の裏面は梁１上面に密着する。そして、ネジ２９を底板部１３のネジ穴１６位置で梁１側に締結し、リングジベル１１を梁１に対して単独でしっかりと固定する。次にプレス用ナット２５をボルト２０の雄ネジ部２２に螺着させ、ラグスクリュー部２３との境界位置まで移動させる。ラグスクリュー部２３は雄ネジ部２２よりも径の大きなスクリューネジが形成されているため、プレス用ナット２５はラグスクリュー部２３側に移動することはできない。このようなプレス用ナット２５が装着されたボルト２０をラグスクリュー部２３側が下側となるようにリングジベル１１中央の透孔１５位置に開口する案内孔１０に対して下端を当接させた状態で支持し、図示しないトルクレンチでプレス用ナット２５を把持して下方にプレスしながら時計回り方向に回動させていく、するとボルト２０のラグスクリュー部２３は案内孔１０に案内されて梁１に埋設させられていく。ボルト２０の梁１内への埋設は図６に示すようにプレス用ナット２５がリングジベル１１の上側のカップ体１２の底板部１３に当接することで完了する。そして所定のトルクでしっかりと締結する。締結完了状態でプレス用ナット２５の上面はリングジベル１１の上側のカップ体１２の壁板部１４の上端よりも下側位置にある（つまり、プレス用ナット２５はリングジベル１１よりも上方に突出しない）。このとき、プレス用ナット２５は梁１に食い込むラグスクリュー部２３との間で互いに引っ張り合う力が発生し、この力によってプレス用ナット２５は底板部１３に対して押圧状態で当接する。この状態で梁１側の接合準備が完了する。

次いで、図２に示すように、梁１と柱２の交差する位置の近傍に斜材３の下端側を接近させ、第１の当接面４のジベル収容部８がリングジベル１１の上側のカップ体１２を収容させ、同時にボルト２０の雄ネジ部２２が透孔６に挿入されるように導く。このように導いて斜材３の第１の当接面４を梁１上面に当接させることで斜材３はちょうど梁１と柱２との交差位置に載置されることになる。このとき、第２の当接面５は柱２の最下部位置に当接する。尚、このときジベル収容部８の深さは部材の干渉を防止するためリングジベル１１の梁１上面における突出量よりも少なくとも同じあるいはそれ以上で形成されなくてはならない。
この状態で図３のようにボルト２０の雄ネジ部２２上部は斜材３の面から上方に突出することなくナット収容部７内に露出することとなる。そして、大径ワッシャ２６、小ワッシャ２７の順に雄ネジ部２２に挿貫させ、最後に固定用ナット２８によって大径ワッシャ２６、小ワッシャ２７ともどもナット収容部７の底面７ａに押しつけるように所定のトルクでしっかりと締結する（図７の状態）。

このような構成とすることで、本実施の形態の木質構造材の接合構造では次のような効果が奏されることとなる。
（１）剪断方向の力（ここでは梁１に対して相対的に斜材３が水平方向に移動する力）がかかった際に、ボルト２０はプレス用ナット２５によってリングジベル１１の底板部１３に連結されているため、ボルト２０にかかる応力が分散されることとなり、かつ剪断力によってリングジベル１１に作用する回転力も分散されることとなるため、トータルとして梁１と斜材３との接合構造の剛性が高まる。
（２）ボルト２０とリングジベル１１とを剪断力が伝達できるような状態にすることをボルト２０とリングジベル１１の取り付けと同時ではなく後からプレス用ナット２５を雄ネジ部２２を伝って移動させることで実現するようにしているため、このような応力分散構造が簡単に実現できる。
（３）プレス用ナット２５を雄ネジ部２２を伝って移動させることで剪断力が伝達できる構造に簡単にできるようになっている。
（４）リングジベル１１は梁１側と斜材３側の両方に埋設されるようになっているため、剪断力が分散でき接合構造の剛性が高まる。
（５）斜材３側はプレス用ナット２５が配置される領域を確保するためにジベル収容部８として凹部状に削る必要があるが、梁１側はそのような必要がないため壁板部１４が嵌合されるための溝９だけの構成として、極力欠込み部分を少なくして強度を上げるようにしている。

尚、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
・上記実施の形態では一例として梁１と斜材３との接合構造に具体化して説明したが、それ以外の木質構造材の接合構造に具体化するようにしてもよい。例えば、図１１に示すように２枚の板材３１を接合して厚みのある集成板材、あるいは集成柱材を構成する場合に、本発明を適用してもよい（図１１では上記実施の形態と同じ構成部材については同じ符号を付して説明は省略する）。
・梁１と柱２とで実現してもよい。
・上記実施の形態ではボルト２０側に剪断力伝達部材としてのプレス用ナット２５を装着するようにしていた。しかし、図１３（ａ）に示すようなリングジベル３３を構成し、そのリングジベル３３の透孔３４の内周位置にフランジ状にボルト２０の雄ネジ部２２に螺合するような雌ネジ部３５を一体的に形成するようにしてもよい。あるいは、１３（ｂ）に示すように、リングジベル３７の透孔３８の上にプレス用ナット２５を溶接によって固定するようにしてもよい。つまり、リングジベル３３、３７側に剪断力伝達部材を形成するようにしてもよい。
・上記実施の形態のリングジベル１１は梁１側と斜材３側の両方に埋設するために２つのカップ体１２を接合して構成されていたが、カップ体１２として例えば図１３（ｂ）のように片方だけで構成したリングジベル３７としてもよい（上記実施の形態のリングジベル１１に適用してもよい）。例えばこのリングジベル３７を使用すると、図１４に示すように、斜材３側にのみリングジベル３７を埋設するように使用することとなる。
・上記実施の形態ではボルト２０の雄ネジ部２２にプレス用ナット２５螺着させていたが、例えば、図１５のようにボルト２０の雄ネジ部２２とラグスクリュー部２３の間に一体的に剪断力伝達部材（突起部材）としてのナット部４１を形成するようにしてもよい。レンチでの掴みやすさを考慮するとナット部３５のような六角形状がよいが、その他掴みやすい形状で剪断力伝達部材（突起部材）を一体的にボルト２０に形成するようにしてもよい。
・上記ではプレス用ナット２５は一般的な六角ナットとしたが、内周に雌ネジが形成された六角ナット以外の外形の部材であってもよい。例えば、六角以外の例えば五角ナットとしたり、特殊なレンチのみで回動させられるような異形形状の外形としたりしてもよい。また、例えば、図１３（ｂ）のような使用でのプレス用ナット２５はそれ自体を回動させるものではないので外形はどのようなものであってもよい。例えば壁部は周回状に包囲されていれば真円形状でなくともよい。
・上記におけるリングジベル１１、３３、３７の構成は一例である。
その他本発明はその趣旨を逸脱しない態様で変更して実施することは自由である。

１…第１の木質構造材としての梁、３…第２の木質構造材としての斜材、１１…ジベルとしてのリングジベル、１３…板部としての底板部、１４…挿入部としての壁板部、１５…透孔、２０…ボルト部材としての雄ネジ付きラグスクリューボルト、２５…剪断力伝達部材としてのプレス用ナット。

Claims (7)

1. 接合金具を間に介して第１の木質構造材と第２の木質構造材を接合するようにした木質構造材の接合構造において、
   前記接合金具として、周回状に内部を包囲した壁部を構成する挿入部と、同挿入部に対して底又は中底位置に配置される透孔が形成された板部と、を有するジベルと、
   雄ネジ部と、同雄ネジ部とは別位置に形成したラグスクリュー部との２種類のボルト部を有するボルト部材とが使用され、
   前記ジベルは前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材との接合面位置で少なくともいずれか一方に前記挿入部が埋設されるように配置され、前記ボルト部材は前記ジベルの前記板部の前記透孔に貫挿された状態で、前記ラグスクリュー部が前記第１の木質構造材と螺着されるとともに、前記ボルト部材の一端が前記第２の木質構造材を貫通して裏面側に突出させられており、その突出部分に形成された前記雄ネジ部に対してナット部材が締結され、
   前記ボルト部材と前記板部との間に前記ボルト部材に作用する剪断力を前記板部に伝達するための剪断力伝達部材を配設するようにしたことを特徴とする木質構造材の接合構造。
2. 前記剪断力伝達部材は前記ボルト部材の外周に配設された突起部材であることを特徴とする請求項１に記載の木質構造材の接合構造。
3. 前記突起部材は前記ボルト部材の外周に前記雄ネジ部に螺合されたナット部材であり、同ナット部材は前記板部に対して押圧状態で前記ボルト部材に支持されていることを特徴とする請求項２に記載の木質構造材の接合構造。
4. 前記剪断力伝達部材は前記板部の前記透孔位置に一体形成された雌ネジ部材であることを特徴とする請求項１に記載の木質構造材の接合構造。
5. 前記ジベルの前記挿入部は、前記第１の木質構造材及び前記第２の木質構造材の少なくとも一方に座堀りされた凹部内に埋設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の木質構造材の接合構造。
6. 前記ジベルの前記挿入部は、前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材の両方に埋設され、前記板部は前記第１の木質構造材と前記第２の木質構造材との接合面位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の木質構造材の接合構造。
7. 請求項１〜６の木質構造材の接合構造を使用した建築物。

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