特開 2024-31721 木造建築の柱勝構成の柱と梁の圧着接合連結体工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031721

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】木造建築の柱勝構成の柱と梁の圧着接合連結体工法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20240229BHJP

   E04B 1/26 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 503L

E04B1/58 505L

E04B1/58 508L

E04B1/58 504L

E04B1/26 G

E04B1/26 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2022144875

(22)【出願日】2022-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】593063552

【氏名又は名称】株式会社ライト建築事務所

(72)【発明者】

【氏名】庄司 悦治

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA03

2E125AB12

2E125AC23

2E125AG03

2E125AG13

2E125AG41

2E125AG60

2E125BB18

2E125BD01

2E125BE07

2E125CA79

(57)【要約】      （修正有）

【課題】木造建築の大形・高層化には、基本架構体の単純化・共通化・共用化が基本要素である。素材特徴である繊維方向力を活かす架構形式と接合手段の単純化により、生産性と事業性を加工産業界まで普及につなぐ、強度認証制度の確立で建築確認を素早く完了する事業体制の共感・共創が進展することである。
【解決手段】部材の共通化・架構のモデュール化により、荷重・応力の共通化し、木造建築の大形化・高層化に適応する。加工・組み立てと建設工程の作業効率・作業の削減・安全性・生産性が総合的な建築の事業性につなげる圧着接合をＰＣ構造の利点を応用したことである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

木造柱の柱頭小口と垂直に継ぐ柱脚小口に、柱頭柱脚小口径の約１／２で長さが約１．５～２倍の四角形鋼管の上下小口を鋼板で塞いだ部材を、前記、木造の柱頭柱脚小口同士が接合する位置で、前記、四角形鋼管小口が中心になり、長さの中央になるように挿入し、前記、四角形鋼管の上下小口の鋼板に近い位置の側面に対し直角に、丸鋼管の小口接合面を鋼板で塞いだ管底に予め備えたネジボルト先端部と、前記、四角形鋼管側面内に予め備えたナットを接合した丸鋼管が、前記、四角形鋼管の四方に複数本備えた、架構連結体の柱と柱の垂直接合構造。

【請求項2】

二本の木造柱と二本の木造柱の柱脚と柱頭が斜交する接合構造であって、４個所の柱小口に予め具備する緊張棒鋼端が、Ｘ型接合金物の貫通孔内に定着端を形成直交し、４本の柱小口が圧縮力と緊張力を一体的に構成した複数柱同士の連結体。

【請求項3】

前記、請求項１に記載の木造柱、又は、木造柱と、前記、木造梁の柱勝架構の接合構造であり、前記、請求項１、記載の木造柱、又は、木造柱との側面左右、又は、前後に、前記、梁が直交接合することができ、前記、梁は、長さが１～２ｍで、柱両側面に両梁端小口が接する、梁上下面から約６～１０ｃｍ位置で、約２～３本の緊張棒鋼が、柱を挟んで両梁端間を貫通し、前記、柱と梁が両梁端小口面の定着端で圧着接合した架構連結体であって、柱と梁の架横連結体複数階の架構を一体的に組み立てることができる木造の架構連結体。

【請求項4】

前記、請求項３に記載の架構連結体の柱と梁の接合面に、扁平型の楔を付加する接合構造であり、前記、柱側面と梁端小口が接する、梁断面の上下面線から上の楔が上に、梁下面線から下の楔が下になるように、前記、各々の楔の一部が柱側面間の約１／４～１／６位置まで食い込み、前記、楔の幅は梁断面幅の約１／４で、前記、楔高さの中心に緊張棒鋼が水平に柱を挟んで貫通し、左右、又は、前後の楔外側の定着端により圧着接合し、前記、楔高さは緊張棒鋼等の定着端が具備できるサイズとし、前記、楔は水平・垂直の、前記、緊張部材の貫通孔を具備し、前記、上下左右、４つの楔と緊張棒鋼等により、▲５▼ 柱の左右、及び梁端上下を、前記、楔が、金属・硬質化木材・炭素繊維等の多方向性の材質で形成した、前記、楔で柱と梁を圧着接合した、楔の形状は水平部が約２０ｃｍ×４０ｃｍの外形を構成し、前記、梁の長さが約１～２ｍの反対側の梁端小口面まで貫通する、水平の緊張棒鋼の梁両端小口面の定着端で圧着接合した架構連結体（図２）。

【請求項5】

前記、請求項３、に記載の架構連結体の柱の中心に対して、梁が多角の放射角で接合する、柱の形状を梁の数・角度に直角に接合する梁の多角形柱断面にし、又は、柱と梁が接合する柱部分の柱形状を多角形に変える添え部材を架構連結体に接合具備した架構構造。

【請求項6】

前記、請求項３、又は、請求項４、又は、請求項５、に記載の架構連結体を約２～４層が一体化した柱勝架構連結体。

【請求項7】

前記、請求項２、に記載の架構連結体の床架構、及び、内外装建材。

【請求項8】

前記、請求項２、に記載の楔同士を水平に緊張する緊張部材と定着具の間に、前記、楔定着面から梁断面の上下面に食い込む、せん断補強部材を緊張部材と一体的に具備する接合構造。（図２・二）

【請求項9】

前記、請求項２．叉は請求項３、それぞれ連結体の定着端に、位置情報・変形情報・劣化情報を得るための、応力履歴の機能、又は複数の機能を具備する、構造モニタリングセンサーを楔・定着端に装着した架構連結体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

柱と梁の繊維方向力を圧着接合で力学的に効率化する接合構法

【背景技術】

【01】

木材繊維は一方向で直角方向の強度は１／６程度とされ、集成材・ＬＶＬ・ＣＬＴ等は二方向比率・割裂・収縮・強度差等も接着剤で改善したが、木造建築の大型化・高層化に適応するには、素材特性・力学性・着脱性・単純化・増減移築等の綜合性が必要である。

【02】

一方、木造部材の金物接合が普及し、木材生産過程の山からの生産性の効率化を考慮し、梁勝構造が増えたが、木材繊維方向力を柱に活かさないと木造建築は持続性が活かせず、３００年持続する建築を放棄すれば大型・高層化木造の綜合性は得られない。

【03】

まず、柱と柱の接合力は梁接合技術と区分することを前提にした改善策が必要であり、柱と梁接合部に必要な木材の特質・多次元の機能を綜合化する技術が必要である。

【04】

木材と金物の強度差を補うために加工損傷を増やし複雑化し、接合金物の資材・加工ロス・施工ロス・長期持続性に適応する着脱更新性等、木造建築の素材を活かす本質・綜合性を見失う鋼板・ボルト・ピン接合に偏る、木材を金物で掴む技術から視野を広げる。

【05】

例えば、柱と梁をＰＣ棒鋼で緊結する圧着接合技術が効果的に活用できる。垂直に立つ柱と水平な床・梁を直接接合する、大型・高層化木構造の思考が矛盾を抱えていない改革が必要だろう。更に耐震強度を増す筋交い工法を応用するために柱を斜交する連結体に床を固定することで柱同士の交点に共通する接合金物に圧縮力と緊張力を備える多機能化と単純化を複合し、応力の集約化も合理的に作用するだろう。

【06】

想定外の腐蝕・焼損・割裂、等に適応する部材交換等、接合部の着脱性を造り、社会的課題である持続性のある木造の大型化・高層化が社会的に健全な技術と成るには、金物取付の加工損傷を抑制するために、強度の弱い木材に、多くの接合金物で適応する従来型の技術思考を、繊維方向力を圧着接合と伸縮復元力を単純化・工場化できる架構が必要である。

【07】

木造建築デザインの多様性を活かせないが、柱が四角・長方形に加え、多角の構造に、柱が多角形になる添え部材を付加しても、圧着接合なら接合金物等を不雑化せずに、木材を接合する接着技術を活かせば、梁端断面を従来の直角構成の断面で完結でき、力学性や経済性の負担を抑えて木造利用を促進する建築を普及することができる。

【08】

当該発明は、柱と柱の軸方向力を活かす接合構造、木材繊維方向力同士を圧着と緊張力を活かす接合構造を備える柱勝構成の、貫構法に相当する梁を柱に貫通せず、楔・嵌合接合部材で、梁端応力を柱の繊維方向力に効果的に伝達する高強度の多方向性強化木材や金属・炭素繊維、等素材で成る楔、嵌合部品を梁端と柱間に挿入し、柱部材の欠損を単純化し、楔・嵌合接合部品同士を、伸縮性のＰＣ棒鋼・鋼線ワイヤ・炭素繊維ロープ、等により、柱と両端の梁に圧着応力を複合した接合形式であり、柱と梁の断面欠損・加工を削減し、工場内で接合の柱に梁端と楔を緊張棒鋼、等で圧着した架構の連結体同士を現場で組み立てる工法であり、工場加工率と現場作業効果を一体的に大型・高層化木構造の建築から時代を跨ぐ社会の変化・技術進歩に建築が適応できる木造技術の綜合性を目指す。

【図面の簡単な説明】

【図1】（イ）柱勝架構 平面図： （ロ）基本架構の多角形連結体：柱勝。（ハ）平面接合図：Ａ緊張部材（水平）、Ｂ緊張部材（水平）。

【図2】（ホ）架構アイソメ：柱と柱の接合平面・断面、（ヘ）柱と梁の接合平面・接合断面図：楔型接合部材・扁平型嵌合接合部材多方向性・炭素繊維・金属・硬質木材。・等）（ト）摩擦接合：鋼管接合、せん断補強部材、・Ａ緊張部材の圧着接合・梁上下 ・Ｂ緊張部材（緊張部材・棒鋼・炭素繊維ロープ状。・Ｃ緊張部材（垂直・柱・両側梁の圧着接合）

【発明を実施するための形態】

【09】

鉄骨構造で淘汰された溶接工法の柱勝ラーメン構造を木造圧着工法に応用する。３～４層の柱部材に梁端を接合する架構体の９０％の加工と建設の組み立ての８０％程度を工場で造り、品質と生産性を両立し、梁端同士の接合と床架構・内外装建材システム、設計～施工～完成後の多様な使用・用途の変更や使い方の多様性に適応する、空間と構造が人の生活空間と融合する木造建築をデジタル構造化し綜合的に無駄を削減する。

【10】

３～４層の木造柱も２～３層を工場で垂直に接合一体化する。柱上端小口と垂直に継ぐ柱の下端小口同士を接合するために、柱上下端小口径の１／２程度で、長さが１．５～２倍程度の四角形鋼管小口が木造柱小口の中心になるように、柱頭柱脚小口同士が接する面から上下に鋼管が配置された、鋼管の上下端小口面の鋼板と木造柱中心に、前記、鋼管が挿入できる窪みの底に蜜着し、四角形鋼管の上下鋼板の直上、及び、直下に近い位置の鋼管側面に対し直角に接合する、丸鋼管の接合面を鋼板で塞いだ管底に予め備えたナットと、前記、木造柱外面から四角形鋼管側面に、予め装着した、前記ナットを丸鋼管孔内からネジボルト先端部が鋼管内で緊結した架構連結体柱同士の接合構造であって、複数階を一体に組み立てる木造の強靭な架構連結体を構築する。

【11】

柱と柱の接合部から梁の接合位置をずらし、接合部を単純化し、大きな木材部材と大きな角型鋼管を使い、木材繊維方向力を単純な木材加工で効果的に接合する。

【12】

柱と梁の接合構造を梁の繊維方向力を圧着接合で効果的に応力に反映し、大型高層化に伴う大型部材の接合部を共通的な接合構成を採用する。

【13】

平面的（図１・２）には、柱側面の左右、又は、前後と梁が接することができ、軸組的に柱側面に梁端小口が接する、梁端上下面の線から、楔の勾配は、図２．のように、梁端小口面の上の線から上に装着する楔の勾配が上向きに、前記、梁断面小口面の下の線から下に装着する楔の勾配が下向きになるように、

【14】

楔が柱に食い込む角度は、夫々１５～４５度程度、（梁上下端部の繊維方向力を柱繊維方向力に応力の伝達効果をだす）前記、楔の大きさは、柱側面幅の１／２程度であり、前記楔の先端が、前記、柱断面両側面間の１／４程度の欠込に挿入する楔であり、

【15】

楔の形状は、扁平型と勾配部と水平部を備える。楔の水平部が２０センチ～４０センチ程度の長さの楔の外形（楔と梁上下面が接する摩擦力を梁端上下面の楔同士を圧着する緊張部材）を構成する。

【16】

柱両側面の楔同士と梁端上下面、柱側面、及び、梁上下面に圧着する楔には水平と垂直の圧着接合力を生むための緊張棒鋼等の水平・垂直の貫通孔を数個を具備し、水平に装着するＡ緊張部材、及び（垂直に装着する）Ｂ緊張部材による。

【17】

上下左右４つの楔と緊張棒鋼等で柱の左右、及び梁端上下を楔で圧着接合、それぞれの梁と柱の接合面から梁端長さを１～２ｍ程度の反対側の梁端小口面まで貫通する水平のＣ緊張部材の両側の梁小口面に具備する定着端により圧着接合する柱勝構成の架構連結体（図２）。

【18】

楔の形状を、柱に食い込んだ楔の先端位置まで勾配のない扁平型の楔と勾配のある楔が想定する、嵌合接合を、金属・硬質化木材・炭素繊維等の多方向性の材質で形成した楔を備えた、木造の柱勝構成の架構連結体。

【19】

楔の形状を、梁方向の前後・左右の架構に複合する架構連結体、又は、梁と柱の接合端の梁下端面に、前記梁断面の幅を揃える、又は梁幅より狭い幅の添え梁部材を引きボルト・等で一部の梁、又は、全ての梁に付加する。

【20】

それぞれの緊張部材は、ＰＣ棒鋼・鋼線ワイヤ・炭素繊維等のロープ状で伸縮性を具備する、又は、定着部に伸縮性を具備する。

【21】

また、楔同士を水平に緊張するＡ緊張部材の定着具の間に、楔定着面から梁に食い込む部位まで広げた、せん断補強部材をＡ緊張部材と一体的に具備する。

【22】

楔は緊張部材、等により、柱と梁を一方向、又は直角の四方からの梁端を接合する。

【23】

柱の両側に具備する楔同士を水平と梁上下面に具備する楔同士を垂直に圧着する緊張材の貫通孔・定着体で構成する。又は、柱と梁端を工場で接合する連結体も造れる。

【24】

工場で柱と梁、楔同士の水平・垂直の緊張作業・柱と両側の梁を立面的・平面的に十字型になる連結体の両梁端の隣接連験結体側の梁端小口に、Ａ緊張部材（水平）・Ｂ緊張部材（水平）・Ｃ緊張部材（垂直）の緊張精度を工場内で完結することもできる。

【25】

楔が柱から離れる挙動を抑制する楔と複合するせん断機能を持たせる突起部品が梁に食いこみ、スベリを抑制する部材を付加できる構成である。

【26】

建築物の想定外の地震・水害・風害に適応する構造のモニタリング装置を定着端等に組み込み、又は、建設時の位置情報・変形情報・劣化情報を楔・定着端に付加する。連結体の定着端を共通化し、モニタリングが容易なシステムで導入コストが抑制できる応力を検知することで、全体構造を把握できる構成と部材位置に備え、位置情報・変形情報・劣化情報を得る応力履歴の機能、又は複数の機能を具備する、構造モニタリングセンサーを常時点検できる位置に装着している。

【27】

柱勝ち構成の場合の接合部材は、梁部材端の上下面と柱部材側面に接合部材の一部が食い込む楔形状の多方向性接合部材と繊維方向力を伝達する摩擦力と楔形状の角度を複合し、圧縮力・緊張力を活用する圧着接合に制震機能を複合する接合構成が木材に活きる。

【28】

複数階の通柱の場合は柱両側の梁端長さの一部を予め接合した架構体の、一部同士を立ち上げた、両架構体の梁端同士を直接、又は梁長さを調整するために、予め想定した梁長さの梁を介して、架構連結体同士を結合する、建設工法のデジタル化に役立てる。

【29】

木材の腐蝕・耐火技術の進化・複合により、基礎梁を木構造化し、基礎・地盤との部材更新・リユースに木材の低地下構造・地下建築物への波及効果も期待できる。

【30】

建築を軽く・弾性的な構造で地震対策・建設の再生資源比率を居住系建築に活用し日本の森林資源を建設資源の自給に備える、気候への適応・自然災害を一体的に森林資源の活用を深堀りする、世界に先導する技術の一端と位置付ける。

【実施例31】

木造の大型・高層化のラーメン構造は、多様な建築空間に共用できる多様性・連続性・可変性・着脱性を備え、屋内外がエコロジー・コミュニティな環境共生が活きるスケルトンには、架構体の連続性と同時に柱間スパンの調整ができ、建設現場の生産性・作業の安全性・増減移築が容易な可変的な長期耐用性・持続性・ライフサイクル性を持たせる。

【32】

建築空間の多様性は異次元的な人々に感性的な心理生理的な空間の視覚を通じる、心理生理的な健康・自然エネルギー利用に有効な斜め空間、ジグザグ空間を木材用を一体的・効果的に運用する、物理的な構造と生物的な空間を構成する構造を発明する。

【33】

空間の多様性をつくる構造構成の基本は、正方形・長方形であるが、柱が正方形の角にない、正方形の一辺に２本配置すれば、部材を共通化すると接合構造が一方向に限定し、空間の多様性が平面的には幾何学的な広がりが生まれるように、力学的荷重にも通じるなら、同じ部材サイズの架構体の生産性・組み立て・部材更新などが高度化できる。

【34】

平面的架構の連結構造が１方向に単純化でき、柱と梁の架構は剛接合となり梁端同士の接合形式がピン接合になる。

【35】

直交する梁は床架構の接合に共用する構成が工場生産の連結体と梁端同士の最少のピン接合で建築の現場施工性の生産性が３倍程度に高度化し、完成後の維持管理・用途替え・空間価値を持続化する建築社会に一変する。

【36】

床版は、井型の小梁を長方形叉は正方形の柱に連結し床版はＣＬＴ版を組み込み、ＣＬＴ床パネル上にコンクリートを現場打ち多様な仕上げ材で振動・遮音性を造る。

【37】

ラーメン構造の柱と梁は整然と囲碁・碁盤のように組まれるが、手数がＡＩで競われるように空間の連続性・視界・心理・感性を多次元的な人の感性・身体・経済性・社会性に適応するデジタル的空間の形成し、集まり住まう明日の都市づくりに貢献する。

【産業上の利用可能性】

森林資源の粗材生産効率の向上・加工削減による生産性・接合力学の適応・残材抑制・素材ロス抑制・供給・流通の単純・合理化・建設の合理化・建設産業のデジタル化による、明日の木造建築産業構造の多様化に適応する根幹である架構が空間の多様性づくりを通じて木造建築の綜合的な価値魅力づくり・持続性づくりに役立てる。

【図1】

【図2】