(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記フランジ部を形成する板状の部材の端部には、該板状の部材に軸線方向の割れが生じるのを抑制する金属の拘束部材が取り付けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の木質部材。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献1に記載の木質構造材では、上下のフランジ部によって大きな曲げ剛性を有するものとなるが、支間が大きい横架材としたときには、上下のフランジに大きな断面の部材を用いることになる。そして、これらを薄いウェブで接合するものであり、ウェブとフランジとを強固に接合するための作業に多くの工数が必要となる。
また、2つのフランジを接合するウェブが薄く、せん断力が大きく作用する両端部を他の部材に接合して支持するときに、端部の補強が必要となることがある。
【0005】
一方、特許文献2に記載されている構造では、根太の全長にわたって下面にフランジが設けられており、根太の曲げ剛性を大きくすることができるが、大きな支間に用いると重量が増大する。また、端部を他の部材と接合する構造が複雑となり、架設作業の効率が悪くなる。
【0006】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽量で大きな耐荷力を有するとともに、部材を製作するための加工や端部を他の部材と接合するための加工が容易となる木質部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、 木質材料からなる矩形断面の本体部と、 前記本体部の下面に接合され、前記本体部の両側に張り出した木質の板状の部材からなるフランジ部と、を有し、 前記フランジ部は、前記本体部の軸線方向における
中央部を含み両端部を除く該本体部の全長より短い範囲に設けられ、
前記フランジ部の全長にわたって前記本体部と接合されており、 該フランジ部の軸線方向における両端部は、端面の位置に向かって張り出し長が徐々に減少するものである木質部材を提供する。
【0008】
両端で支持される横架材には支間の中央部に大きな曲げモーメントが発生する。上記木質部材では、曲げモーメントが大きく発生する支間の中央部に限定してフランジ部が設けられているので、部材の重量を低減することができるとともに、少ない木質材料の使用で曲げに対して大きな耐荷力を有するものとなる。また、フランジ部によって有効に曲げ剛性が増大しており、横架材として使用したときの振動を抑制することができる。さらに、上記フランジ部の軸線方向の端部は、徐々に幅が縮小されているので、断面性能の急変にともなう応力度の集中が回避され、フランジ部の割れが抑制される。
一方、フランジ部が軸線方向の限定された範囲に設けられて端部は断面が矩形の本体部によって支持されるので、せん断力に対して十分な耐荷力を有するとともに、他の部材と容易に接合することが可能となる。
【0009】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の木質部材において、 前記フランジ部が設けられた範囲は、前記本体部の全長の30%から90%までの範囲とする。
【0010】
この木質部材では、横架材として用いたときの曲げモーメントが大きく発生する範囲を有効に補強することができるとともに、たわみを有効に低減することができる。
【0011】
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載の木質部材において、 前記フランジ部を形成する板状の部材の端部には、該板状の部材に軸線方向の割れが生じるのを抑制する金属の拘束部材が取り付けられているものとする。
【0012】
フランジ部に引張応力度が生じ、この引張応力度がフランジ部の軸線方向における端部で本体部に伝達されるときに、張り出したフランジ部から幅方向の中央にある本体部への応力度の流れが生じる。この引張応力度が幅方向の成分を有することによってフランジ部を構成する板材の端部に軸線方向の割れが生じやすくなる。本発明の木質部材では、拘束部材がフランジ部の幅方向に作用する引張力に抵抗し、幅方向に広がるのを拘束するので、上記割れを抑えることができる。
【0013】
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の木質部材において、 前記拘束部材は、前記フランジ部の一方の側面から端面又は下面を経て反対側の側面に連続するように当接して固定された鋼板材からなり、 該鋼板材に切り込み線を設けて該鋼板材の板面より突出するように折り曲げられた複数の爪状体を有し、 該爪状体を前記フランジ部に貫入して該フランジ部に固定されているものとする。
【0014】
この木質部材では、拘束部材の爪状体をフランジ部の端部に圧入又は打ち込むことによって簡単に取り付けることができるとともに、有効にフランジ部の割れを抑制することができる。
【0015】
請求項5に係る発明は、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の木質部材において、 前記フランジ部は、前記本体部との当接面に塗布された接着剤と、該フランジ部を貫通して前記本体部にねじ込まれた複数のビスとによって前記本体部と接合されており、 前記フランジ部の軸線方向における両端部のあらかじめ定められた範囲では、前記接着剤が塗布されず、前記ビスのみで接合されているものとする。
【0016】
本体部とフランジ部との間に接着剤が塗布された領域では、本体部とフランジ部との軸線方向の相対的変位が強く拘束され、接着剤が塗布されずにビスのみで接合されている領域では本体部とフランジ部との間で微小なずれが生じ得るものとなっている。これにより、フランジ部に生じた引張応力度がフランジ部の端部で集中して本体部に伝達されるのが緩和され、端部付近の接着剤が塗布されていない領域から徐々に本体部に引張応力度が移行する。したがって、フランジ部の端部で幅方向に生じる引張応力度が緩和され、フランジ部の割れを回避することが可能となる。
【0017】
請求項6に係る発明は、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の木質部材において、 前記フランジ部は、該フランジ部を貫通して前記本体部にねじ込まれた複数のビスを用いて前記本体部と接合されており、 前記フランジ部の軸線方向における両端部のあらかじめ定められた範囲では、該フランジ部の端面の位置に向かって、前記ビスをねじ込む軸線方向の間隔が拡大されているものとする。
【0018】
この木質部材では、本体部とフランジ部とを接合するビスの間隔によって、本体部とフランジ部との拘束力が変動する。つまり、軸線方向に間隔が大きい端部では、間隔が小さい支間の中央部より双方間の微小なずれが生じる程度が大きくなる。したがって、端部付近では、フランジ部に生じた引張応力度が本体部に徐々に伝達され、フランジ部の端部に生じる幅方向の引張応力度が緩和される。これにより、フランジ部の端部に割れが生じるのを抑制することができる。
【発明の効果】
【0019】
以上説明したように、本発明の木質部材では、軽量で大きな耐荷力を有するとともに、加工や他の部材との接合が容易となる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態である木質部材の側面図、平面図、底面図及び正面図である。また、
図2は拡大した正面図であり、
図3は底面図の一部を拡大した図である。
この木質部材1は、主に横架材として用いられるものであり、小断面の木材を貼り合わせて形成された集成材からなる本体部2と、板状の集成材からなるフランジ部3とを有するものである。
上記本体部2は、水平方向の寸法より上下方向の寸法が大きい矩形断面を有するものであり、両端部が他の部材、例えば他の横架材又は柱に支持されるものである。つまり、本体部2は単独で他の梁や柱と接合して少なくとも横架材の端部に作用するせん断力を他の部材に伝達することができる断面寸法を有するものである。本実施の形態では断面の縦方向の寸法が450mm、横方向の寸法が105mmのものを用いており、軸線方向に9mの長さを有するものである。
【0022】
上記フランジ部3は、横方向に架け渡された本体部2の底面に、軸線方向に沿って板状の集成材を接合したものである。このフランジ部3の幅は本体部2の幅より大きく、本体部2の両側方に等しく張り出している。このフランジ部3は本体部2の長さより短い範囲に設けられており、本体部2の両端部はフランジ部3が設けられていない。そして、フランジ部3が設けられた範囲の両端部では、フランジ部3の幅がフランジ部3の途切れる端縁3aに向かって徐々に縮小され、端縁3aでは本体部2の幅とほぼ等しくなっている。
本実施の形態では、フランジ部3として幅が600mm、厚さが38mmの板材が用いられており、本体部2の支間の中央部分における6mの範囲に設けられている。すなわち、本体部2の長さの2/3の範囲がフランジ部3を有するものとなっている。そして、フランジ部3が設けられた範囲の端部では、本体部2の軸線方向とほぼ30°の角度で幅を縮小するものである。
【0023】
また、フランジ部3を形成する集成材の端部には、木目の方向に割れが生じるのを抑制する拘束部材4が取り付けられている。本実施の形態ではフランジ部3を形成する集成材として、本体部2の軸線方向に木目が伸びる小断面部材を集成したものを用いており、端部に割れが生じるおそれがある。上記拘束部材4は、金属からなる部材であり、フランジ部を構成する板状の集成材に取り付けて、割れを生じさせることがある幅方向の引張力に抵抗するものである。なお、拘束部材4の詳細については後述する。
【0024】
本体部2とフランジ部3との接合には、接着剤とビス5とが併用されている。接着剤は、本体部2とフランジ部3との当接面の全域に塗布されるのではなく、フランジ部3の幅が減少する範囲を除外した等幅の領域、すなわち
図1中に符号Cで示すに範囲に限定して用いられている。一方、ビス5は本体部2の軸線方向にあらかじめ定められた等間隔でフランジ部3が設けられた範囲のほぼ全域に用いられ、フランジ部3を構成する板材を貫通して本体部2にねじ込まれている。したがって、フランジ部3の等幅の範囲では接着剤とビス5との双方によって本体部2とフランジ部3とが強固に接合されるとともに、フランジ部3の幅が縮小される範囲ではビス5のみによって本体部2とフランジ部3が接合されている。
【0025】
本体部2とフランジ部3とを接合するビス5は、
図4及び
図5に示すように、フランジ部3を構成する板材に凹部を形成し、この凹部内からフランジ部3を貫通し、本体部2にねじ込まれている。このビス5の頭部は、鍔状の張り出し部5aを有するものであり、広い範囲に当接して締め付けることができるものとなっている。また、本実施の形態では、頭部の工具を係合する穴として六角星形のヘックスローブ穴を有するものが用いられている。
なお、上記ビスに代えて、ビスの頭部をワッシャーに係止して締め付けるものを用いることができる。また、ラグスクリュー、釘等フランジ部3と本体部とを強固に接合することができる他の部材を用いることもできる。
【0026】
上記拘束部材4は、
図6に示すように鋼板材を加工したものであり、フランジ部2の端部の底面に当接される台形部分4aと、フランジ部3の端面に当接され部分4b、本体部2の軸線と30°の角度を持った両側面に当接される部分4cとが連続する矩形部分とからなるものである。底面に当接される台形部分4aと端面に当接される部分4bとの間は、
図6中に符号aで示す折り曲げ線でほぼ90度に折り曲げられる。また、矩形部分は、端面に当接される部分4bと側面に当接される部分4cとの間は、
図6中に符号b及び符号cで示す折り曲げ線でほぼ120°の角度となるように折り曲げられる。
【0027】
この拘束部材4の底面に当接される台形部分4a、端面及び側面に当接される部分4b、4cのいずれにも、フランジ部3を形成する集成材に貫入する複数の爪状体4dが、集成材に当接される範囲に分布して形成されている。この爪状体4dは、拘束部材4を形成する鋼板材に貫通する切り込み線を設けて舌片を形成し、この舌片を鋼板材の板面に対してほぼ90°に曲げ起こして形成されたものである。切り込み線は、所定の長さの2本の平行な線と、これらに鋭利な角度で突き当る線とを含むものとし、2本の平行な線の間で突き合わせるように2つの舌片が形成される。これらの舌片を曲げ起こして、先端の尖った形状の2つの爪状体4dとするものである。
【0028】
上記拘束部材4は、折り曲げ線a、b、cで折り曲げて、
図4及び
図7に示すように台形部分4aがフランジ部3の底面に当接されるとともに、矩形部分がフランジ部3の端面及び側面に当接され、
図8に示すように爪状体4dがフランジ部3を形成する集成材に貫入される。爪状体4dは打撃によって打ち込むものであってもよいし、圧入するものであってもよい。
このように拘束部材4がフランジ部3の端部に取り付けられることによって、フランジ部3を形成する板状の集成材の端部に幅方向の引張力が作用したときにも、該引張力に拘束部材4が抵抗し、フランジ部3を形成する集成材が木目の方向に割れるのが抑制される。
なお、上記拘束部材は、一方の側面に当接される部分から端面に当接される部分及び他方の側面に当接される部分まで連続するものであるが、これに代えて一方の側面に当接される部分から底面に当接される部分及び他方の側面に当接される部分まで連続するものであってもよい。
【0029】
以上に説明した木質部材1は、横架材として例えば端部を次のように他の部材と接合することができる。
図9は、断面が矩形で扁平な形状の柱11の上端面に本実施の形態の木質部材1を載せ架け、曲げモーメントの伝達が可能に接合したものである。柱11の断面形状は、木質部材1の軸線方向に長辺を有する矩形となっており、この柱11と上記木質部材1とによってラーメン構造を形成している。
柱11と木質部材1との接合は、例えば次のような構造を採用することができる。
柱11の上端部には、断面の長辺方向の端部に切り欠き11aを設け、該切り欠き内から鉛直方向にスクリュー部材(図示しない)をねじ込む。また、横架材である木質部材1の端部の対応する2か所にも鉛直方向にスクリュー部材12をねじ込む。そして、スクリュー部材の端面から軸線方向に設けられたネジ穴にねじ込まれたボルトによってそれぞれのスクリュー部材を接合金具13に接合し、柱11と横架材である木質部材1とを接合金具13を介して接合するものである。
【0030】
また、
図10に示すように他の木質部材からなる梁14と接合することもできる。
この接合構造では、他の木質部材である梁14の側面に梁受け金具(図示しない)を固定しておき、この梁受け金具の張り出し板を本実施の形態の木質部材1の端部に形成したスリット1aに挿入する。そして、側方から複数のドリフトピン15を挿通して木質部材1の端部と梁受け金具とを結合し、木質部材1の端部を支持するものである。
このように本実施の形態の木質部材1は端部では矩形の断面となっており、通常に広く用いられる矩形断面の横架材と同じように他の部材と接合することができるものとなっている。
【0031】
以上に説明したように上記木質部材1では、フランジ部3が本体部2の全長より短い範囲に設けられて、他の部材と簡単に接合して用いることができる。そして、曲げモーメントが大きく作用する支間の中央部付近ではフランジ部3が設けられて曲げ剛性が大きくなっており、曲げモーメントに対して大きな耐力を有するとととともに、たわみを小さく抑えることができる。
また、フランジ部3の端部付近では、フランジ部3の張り出し長が縮小されており、
図3中に矢印で示すように、フランジ部3に作用する引張応力度が徐々に本体部2に移行され、フランジ部3の端縁付近に作用する引張応力度の幅方向の成分を小さく抑えることができる。
さらに、フランジ部3の幅が縮小される範囲では、本体部2とフランジ部3との接合に接着剤が用いられていない。したがって、フランジ部3が等幅の部分では接着剤とビス5とによって本体部2とフランジ部3との軸線方向のずれが生じないように強固に接合されるのに対し、接着剤が用いられずにビス5のみで接合されている部分では、本体部2とフランジ部3との間に微小なずれが生じる。これによってフランジ部3から本体部2への引張力の移行はフランジ部3の端縁より離れた位置から徐々に生じ、端縁付近で引張応力度の幅方向の成分が小さく抑えられる。
したがって、フランジ部3を構成する板状の集成材に軸線方向の割れが生じるのを抑制することが可能となる。
【0032】
図11は、上記木質部材1に荷重を載荷したときの荷重とたわみ量との関係を示すものである。フランジ部3の割れが抑止されると荷重の増加に従って連続的にたわみが増大するものとなるが、フランジ部3に割れが生じると、曲げ剛性が急激に低下することがある。油圧等による載荷試験では、
図11中の破線で示すように割れた生じたときに荷重が一旦急減する。本発明の木質部材1では、フランジ部3の割れよる曲げ剛性の低下が抑止され、安定した部材とすることができる。
【0033】
また、この木質部材1では、矩形断面の本体部2の底面にフランジ部3を接合することによって曲げ剛性を増大しており、簡単な作業で曲げ剛性の大きな部材とすることできる。また、上部にはフランジ等が設けられず、本体部の上面及び側面が露出しているので、床材の取り付け、根太の接合等を容易に行うことができる。
【0034】
図12は、本発明の他の実施形態である木質部材の底面の一部を示す拡大図である。
この木質部材21は、
図1から
図8までに示す木質部材1と同様の本体部22、フランジ部23及び拘束部材24を有するものであるが、本体部22とフランジ部23との接合方法が異なるものである。
この木質部材21では、本体部22とフランジ部23との接合に接着剤は用いられておらず、ビス25を用いて接合されている。そして、
図12に示すようにフランジ部23の端部において、ビス25をねじ込む間隔が端縁に向かって徐々に拡大するものとなっている。
このような木質部材21では、曲げモーメントが作用してフランジ部23に引張応力度が生じたときに、本体部22とフランジ部23とを互い拘束する力が端縁に向かって徐々に減少し、本体部22とフランジ部23との微小なずれが増大する。これにより、フランジ部23に作用する引張力は、フランジ部23の端縁に向かって徐々に本体部22に移行し、フランジ部23の端縁付近に割れが生じるのを抑制することができる。
【0035】
以上に説明した実施の形態では、本体部の全長に対してフランジ部が2/3の範囲に設けられているが、フランジ部を設ける範囲は適宜に変更することができる。
木質部材の全長にわたって等分布の荷重が作用した場合を考えると、中央部の約30%の領域にフランジ部を設けることによって、曲げモーメントの最大となる領域を補強することができ、これ以上の範囲に設けるのが望ましい。また、中央部の70%もしくは80%程度の範囲にフランジ部を設けると、フランジ部が設けられていない領域の曲げモーメントが支間中央に作用する最大曲げモーメントのほぼ1/2以下となり、フランジ部の端縁を引張応力度が十分に小さい領域に設けることができる。これにより、フランジ部から本体部への応力度の流れが円滑に行われ、フランジ部となる板材に割れが生じるおそれを顕著に低減することができる。
【0036】
一方、フランジ部を大きな曲げモーメントが生じる領域に設けることによって荷重載荷時のたわみ量を有効に低減することができる。木質部材の全長にわたって等分布の荷重が作用した場合を考えると、支間の中央部において全長の40%の領域にフランジ部を設けることにより、全長にわたってフランジ部を設けたときのたわみ低減効果の1/2程度のたわみ低減効果を得ることができる。また、中央部の50%程度の領域にフランジ部を設けることによって、全長にわたってフランジ部を設けたときのたわみ低減効果の7割程度のたわみ低減効果を得ることができる。したがって、少ない板材の使用で有効にたわみを低減することができる。また、全長の90%の領域にフランジ部を設けることによって全域にフランジ部を設けるのとほぼ同等のたわみ低減効果が得られる。
したがって、フランジ部を設ける範囲は本体部の全長の約30%から約90%までの範囲の設けるのが望ましく、設ける範囲をより限定するときには約40%から70%もしくは80%程度までの範囲に設けるのが望ましい。
【0037】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態の他に、木質部材の支間長、断面寸法、フランジ幅を徐々に低減する範囲、拘束部材の形状および寸法等を、本発明の範囲内で適宜に変更して実施をすることができる。また、上記実施の形態では、本体部及びフランジ部に集成材を用いているが、一つの木材から成形した製材、薄い木材を木目の方向がほぼ同方向となるように梁合わせたLVL材(Laminated veneer Lumber)等の木質の材料を用いることができる。