(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】P2024068896
(43)【公開日】2024-05-21
(54)【発明の名称】木質部材の接合構造
(51)【国際特許分類】
E04B 1/26 20060101AFI20240514BHJP
E04B 1/58 20060101ALI20240514BHJP
【FI】
E04B1/26 E
E04B1/58 504L
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022179550
(22)【出願日】2022-11-09
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124084
【弁理士】
【氏名又は名称】黒岩 久人
(72)【発明者】
【氏名】相馬 智明
(72)【発明者】
【氏名】一色 裕二
(72)【発明者】
【氏名】安田 聡
(72)【発明者】
【氏名】森田 仁彦
(72)【発明者】
【氏名】森田 尚
【テーマコード(参考)】
2E125
【Fターム(参考)】
2E125AG03
2E125BB01
2E125BB22
2E125CA05
(57)【要約】
【課題】簡易な構造でありながら木質部材相互を強固に接合可能な、木質部材の接合構造を提供すること。
【解決手段】木質部材の接合構造1は、複数の木材10A、10B相互を接合する。各木材10A、10Bには、貫通孔12が形成され、各木材10A、10Bの側面11A、11Bには、貫通孔22が形成された鋼板20が取り付けられる。複数の木材10A、10B相互は、鋼板20相互が当接するように配置されて、木材10A、10Bの貫通孔12および鋼板20の貫通孔22に挿通されたボルト40で固定される。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の木質部材相互を接合する木質部材の接合構造であって、
前記各木質部材には、貫通孔が形成され、
前記各木質部材の外側面には、貫通孔が形成された鋼板が取り付けられ、
前記複数の木質部材相互は、前記鋼板相互が当接するように配置されて、前記木質部材の貫通孔および前記鋼板の貫通孔に挿通されたボルトで固定されることを特徴とする木質部材の接合構造。
【請求項2】
前記木質部材と前記鋼板とは、棒状の接合具および接着剤のうち少なくとも一方で固定されることを特徴とする請求項1に記載の木質部材の接合構造。
【請求項3】
前記棒状の接合具の端面は、当該鋼板の表面と略面一であることを特徴とする請求項2に記載の木質部材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の木質部材相互を接合する、木質部材の接合構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、木質部材相互の接合構造が提案されている(特許文献1~3参照)。
特許文献1には、土台と柱との接合構造が示されている。土台の上面には、接合金物がビスで固定されており、柱の下面の収容部には、この接合金物が収容されている。さらに、柱のピン孔および接合金物には、ドリフトピンが貫通しており、収容部内の間隙には、液状固化剤が注入されている。
【0003】
特許文献2には、金属板の所定の複数個所を切り起こして形成した複数の爪部を有するメタルプレートコネクタを、板材相互の接合部に跨って設置することにより板材相互を接合する、メタルプレートコネクタ接合構造が示されている。爪部は、板材の接合部近傍に圧入されているとともに、メタルプレートコネクタは、接着剤によって板材に接着されている。
特許文献3には、柱と梁とが接合する入隅部に、木質補強部材である方杖とタイバーとが設けられた木質部材の接合構造が示されている。柱および梁と方杖との接合部には、柱または梁と嵌合した方杖を貫くように、複数本の木ダボが貫入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010-133093号公報
【特許文献2】特開2011-241975号公報
【特許文献3】特開2015-14155号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、簡易な構造でありながら木質部材相互を強固に接合可能な、木質部材の接合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1の発明の木質部材の接合構造(例えば、後述の木質部材の接合構造1)は、複数の木質部材(例えば、後述の木材10A~10C)相互を接合する木質部材の接合構造であって、前記各木質部材には、貫通孔(例えば、後述の貫通孔12)が形成され、前記各木質部材の外側面(例えば、後述の側面11A、11B、凹部の底面11C)には、貫通孔(例えば、後述の貫通孔22)が形成された鋼板(例えば、後述の鋼板20)が取り付けられ、前記複数の木質部材相互は、前記鋼板相互が当接するように配置されて、前記木質部材の貫通孔および前記鋼板の貫通孔に挿通されたボルト(例えば、後述のボルト40)で固定されることを特徴とする。
【0007】
この発明によれば、複数の木質部材の表面に鋼板を固定し、木質部材相互を鋼板相互が当接するように配置して、ボルトで固定した。よって、ボルトに導入された締め付け力が鋼板を介して木質部材に面状に作用するため、ボルトが木質部材に局所的にめり込むのを防止できる。また、ボルトに導入された締め付け力が鋼板を介して木質部材に面状に作用することで、木質部材の支圧剛性および割裂耐力が増大する。よって、本発明の木質部材の接合構造によって、木質部材相互の接合部の剛性および耐力が増大されるから、簡易な構造でありながら木質部材相互を強固に接合できる。
【0008】
第2の発明の木質部材の接合構造は、前記木質部材と前記鋼板とは、棒状の接合具(例えば、後述のビス21)および接着剤のうち少なくとも一方で固定されることを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、接合具により鋼板を木質部材に固定した場合には、木質部材に打ち込まれた接合具により、せん断抵抗断面積が増大するため、木質部材のせん断剛性や割裂強度が増大されるため、木質部材相互の接合強度を高めることができる。
また、接着剤により鋼板を木質部材に固定した場合には、この接着剤で固定された鋼板により、木質部材相互の接合面に沿ったせん断変形がより抑制されるため、木質部材相互の接合強度およびせん断剛性を高めることができる。
【0010】
第3の発明の木質部材の接合構造は、前記棒状の接合具の端面は、当該鋼板の表面と略面一であることを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、鋼板に打ち込んだ接合具の端面を鋼板表面と略面一としたので、木質部材の鋼板相互を隙間なく当接するため、接触面で確実に接合することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、簡易な構造でありながら木質部材相互を強固に接合可能な、木質部材の接合構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】本発明の第1実施形態に係る木質部材の接合構造が適用された木橋の側面図である。
【
図3】木橋における2本の木質部材の接合構造を示す模式的な断面図である。
【
図4】第1実施形態に係る木質部材の接合構造に用いられる鋼板(ビス穴が4つのもの)の平面図および断面図である。
【
図5】第1実施形態に係る木質部材の接合構造に用いられる鋼板(ビス穴が8つのもの)の平面図および断面図である。
【
図6】従来の木質部材の接合構造に引張力が作用した場合の木材の変形を示す図である。
【
図7】第1実施形態の木質部材の接合構造に水平力(せん断力)が作用した場合の力の流れを示す図である。
【
図8】本発明の第2実施形態に係る木質部材の接合構造の断面図である。
【
図9】加力試験に用いる試験体の一覧を示す図である。
【
図11】試験体に用いる鋼板(Aタイプ)を示す図である。
【
図12】試験体に用いる鋼板(Bタイプ)を示す図である。
【
図13】継手方向が繊維方向のNo.1~No.7試験体に加力する方法を示す図である。
【
図14】継手方向が直交方向のNo.8、No.9試験体に加力する方法を示す図である。
【
図15】No.1~No.7試験体についての加力試験結果を示す図である。
【
図16】No.8、No.9試験体についての加力試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る木質部材の接合構造が適用された木橋1の側面図である。
図2は、木橋1のA-A断面図である。
木橋1は、複数の所定長さを有する木材10を組み合わせて構成されている。例えば
図2中破線Bで示すように、木橋1では、複数の木材10相互が端部を含む各所で接合されている。
【0015】
図3は、木橋1における2本の木質部材としての木材10A、10Bの接合構造を示す模式的な断面図である。
木材10A、10Bは、断面矩形状の所定長さを有する部材である。以下、各木材10A、10Bの背中合わせとなる2つの側面を側面11A、側面11Bとする。木材10A、10Bには、側面11Aから側面11Bに至る貫通孔12が形成されている。
木材10A、10Bの側面11Aには、鋼板20が棒状の接合具としてのビス21で取り付けられている。ビス21の基端面は、鋼板20の表面と略面一となっている。この鋼板20には、木材10A、10Bの貫通孔12に連通する貫通孔22が形成されている。また、
図4および
図5に示すように、鋼板20の貫通孔22の周囲には、ビス21を挿通するための4つあるいは8つのビス穴23が等間隔で形成されている。
【0016】
木材10A、10B相互は、鋼板20相互が当接するように配置されるとともに、木材10A、10Bの側面11Bには、支圧プレート30が配置される。この支圧プレート30には、木材10A、10Bの貫通孔12に連通する貫通孔31が形成されている。
木材10A、10B相互は、支圧プレート30の貫通孔31、木材10A、10Bの貫通孔12、および鋼板20の貫通孔22にボルト40が挿通されて、このボルト40にナット41を締め付けることで、互いに固定されている。
【0017】
従来では、
図6に示すように、木材110A、110Bの側面に鋼板を設けていない。この場合、木材110A、110Bにせん断力P(
図6中白抜き矢印で示す)が作用すると、木材110A、110B相互を接合するボルト140により木材110A、110Bの貫通孔112の内壁面が押されて、
図6中斜線で示すように、ボルト140が木材110A、110Bに局所的にめり込む支圧変形が生じている。
これに対し、本発明では、木材10A、10Bの側面11Aに鋼板20を設けた。よって、木材10A、10Bに一面せん断のせん断力P(
図3中白抜き矢印で示す)が作用すると、
図7に示すように、木材10A、10B相互を接合するボルト40は、押圧力P
1で鋼板20の貫通孔22の内壁面を押圧する。すると、この押圧力P
1は、鋼板20と木材10A、10Bとの接合面Sにせん断力P
2が面状に作用するため、ボルト40が木材10A、10Bに局所的にめり込むのを防止できる。
【0018】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)複数の木材10A、10Bの側面11Aに鋼板20を固定し、これら木材10A、10Bの鋼板20相互を当接させて配置して、木材10A、10B相互をボルト40およびナット41で固定した。よって、ボルト40に導入された締め付け力が鋼板20を介して木材10A、10Bに面状に作用するため、ボルト40が木材10A、10Bに局所的にめり込むのを防止できる。また、ボルト40に導入された締め付け力が鋼板20を介して木材10A、10Bに面状に作用することで、木材10A、10Bの支圧剛性および割裂耐力が増大する。よって、本発明の木質部材の接合構造により、木材10A、10B相互の接合部の剛性および耐力が増大するから、簡易な構造でありながら木材10A、10B相互を強固に接合できる。
また、木材10A、10Bの側面11Aと鋼板20との接着面積や、鋼板20から木材10A、10Bに打ち込むビス21の本数によって、鋼板20による補剛効果を調整できるうえに、木質部材10A、10B相互の接合部の剛性および耐力を調整できる。
【0019】
(2)鋼板20を木材10A、10Bにビス21で固定したので、木材10A、10Bに打ち込まれたビス21により、せん断抵抗断面積が増大するため、木材10A、10Bのせん断剛性や割裂強度が増大されるため、木材10A、10B相互の接合強度を高めることができる。
(3)鋼板20に打ち込んだビス21の基端面を鋼板20表面と略面一としたので、木材10A、10Bの鋼板20相互を隙間なく接合して、確実に面接触させることができる。
【0020】
(4)本実施形態では、木材10A、10Bの側面11Aに鋼板20を収容するための凹部13(
図8参照)が座彫りされておらず、木材10A、10Bは、鋼板20相互を当接させて配置される。よって、対向する木材10A、10B相互が直接当接することなく、木材10A、10B相互の間に鋼板20が介装されることで、本実施形態の木質部材の接合構造を屋外に設置した場合でも、木材10A、10B相互の接合部に雨水が留まることはない。また、木材10A、10Bの側面11Aに凹部が座彫りされていないので、木材10A、10B内部への雨水の浸透が低減される。したがって、木材10A、10B相互の接合部の耐久性を高めることができる。
【0021】
〔第2実施形態〕
図8は、本発明の第2実施形態に係る木質部材の接合構造1Aの断面図である。
本実施形態は、3本の木材10A、10B、10Cを接合したものである。
木材10Cは、断面矩形状の所定長さを有する部材である。木材10Cには、側面11Aから側面11Bに至る貫通孔12が形成されている。木材10Cの側面11A、11Bでかつ貫通孔12の端部には、凹部13が形成されている。
木材10Cの凹部13には、鋼板20が収納されてビス21で取り付けられている。これにより、鋼板20の表面は、木材10Cの側面11Aと略面一となっている。鋼板20には、木材10Cの貫通孔12に連通する貫通孔22が形成されている。
【0022】
木材10A、10Bの側面11Aでかつ貫通孔12の端部には、凹部13が形成され、鋼板20は、この凹部13に収納されている。これにより、鋼板20は、凹部13の底面11C上に配置されており、鋼板20の表面は、木材10A、10Bの側面11Aと面一となっている。
木材10A、10Bの側面11Bのうち貫通孔12の端部には、支圧プレート30が配置される凹部14が形成されている。
【0023】
木材10A、10Bは、木材10Cを挟んで、木材10A、10B、10Cの鋼板20相互が当接するように配置される。さらに、木材10A、10Bの側面11Bの凹部14には、支圧プレート30が配置される。この支圧プレート30には、木材10A、10Bの貫通孔12に連通する貫通孔31が形成されている。
木材10A~10C相互は、支圧プレート30の貫通孔31、木材10A~10Cの貫通孔12、および鋼板20の貫通孔22にボルト40が挿通されて、このボルト40にナット41を締め付けることで、互いに固定されている。
本実施形態では、
図8に示すように、二面せん断のせん断力P(
図8中白抜き矢印で示す)が作用する。
本実施形態によれば、上述の(1)~(3)と同様の効果がある。
【0024】
〔実施例〕
以下、
図9に示すように、No.1~No.9までの9つの試験体を製作し、鉛直荷重Pを加えて、木材相互の相対変位δを測定する加力実験を行った。No.1試験体は、従来を代表する比較例であり、No.2~No.9試験体は、本発明の実施例である。
各試験体は、内側の1本の木材を挟んで外側の2本の木材を配置し、これら3本の木材をボルトで接合したものである(
図13および
図14参照)。
木材は、ひのきで製作し、木材の繊維方向は、木材の長さ方向となるようにする。木材の断面は、120mm×120mmの正方形状とする。
円プレート(鋼板)を固定するためのビスは、シネジック株式会社製のネダノットであり、
図10に示すサイズである。
【0025】
No.6試験体のみ、円プレート(鋼板)をBタイプとし、No.6試験体以外の試験体は、円プレート(鋼板)をAタイプとした。Aタイプは、
図11に示すように、木材の側面に、円プレートを収容するための凹部が座彫りされておらず、木材表面に円プレートが当接している。また、Aタイプは、ビスの頭部が円プレートのビス穴に座彫りされた凹部に収容されており、ビスの基端面が円プレートの表面と略面一となっている。一方、Bタイプは、
図12に示すように、円プレートが木材に座彫りされた凹部に収容されている。また、Bタイプは、円プレートのビス穴には、ビス頭部を収容する凹部が座彫りされていない。
継手方向が繊維方向とは、
図13に示すように、内側の木材および外側の木材を略平行に配置して接合したものである。継手方向が繊維方向と直交する方向とは、
図14に示すように、内側の木材と外側の2本の木材とを略直交するように配置して接合したものである。
【0026】
加力試験は、
図13および
図14に示すように、試験体を構成する外側の木材を治具の上に載置し、内側の木材に
図13および
図14中白抜き矢印で示す方向に鉛直荷重(せん断力)Pを加えて、木材相互の相対変位δを測定した。
図15および
図16は、加力試験結果(試験体に加えた鉛直荷重と木材相互の相対変位との関係を示す)を示す。なお、
図15および
図16には、木材、ボルト、ビスの各材料強度から算定される降伏強度Py(24kN)を併記した。
【0027】
図15および
図16に示すように、継手方向を繊維方向とした場合は、継手方向を繊維方向と直交する方向とした場合と比べて、各試験体の最大耐力は、各材料強度から算定される降伏強度の5倍以上に達した。また、継手方向を繊維方向とした場合、各試験体の破壊形態は、木材間の相対変位が40mm以上まで変形した後、ボルトが挿通された木材の貫通孔周りに割裂破壊が発生して、最大耐力に至った。
各試験体について、鉛直荷重Pと相対変位δとの関係における初期剛性は、各材料強度から算定される降伏強度Pyを上回る荷重レベルまで、高剛性を示した。
図15および
図16に示す荷重-変位関係における試験体の最大耐力は、木質部材の接合構造の降伏耐力に対応している。
このように、実施例の各試験体の最大耐力、最大耐力時の相対変位量、初期剛性、および破壊形態に関する試験結果を踏まえると、本発明の木質部材の接合構造は、木質部材相互を強固に接合できることが判る。
【0028】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
なお、上述の各実施形態では、ビス21により鋼板20を木材10A~10Cに固定したが、これに限らず、鋼板20と木材10A~10Cとの接合面に塗布した接着剤により、鋼板20を木材10A~10Cに固定してもよいし、ビス21に加えて接着剤により、鋼板20を木材10A~10Cに固定してもよい。このように接着剤を用いて鋼板20を木材10A~10Cに固定した場合、以下のような効果がある。すなわち、接着剤で固定された鋼板20により、木材10A~10C相互の接合面に沿ったせん断変形がより抑制されるため、木材10A~10C相互の接合強度およびせん断剛性を高めることができる。
【符号の説明】
【0029】
1…木橋(木質部材の接合構造) 1A…木質部材の接合構造
10、10A、10B、10C…木材(木質部材)
11A、11B…側面(外側面) 11C…凹部の底面 12…貫通孔
13…鋼板が収容される凹部 14…支圧プレートが収容される凹部
20…鋼板 21…ビス(棒状の接合具) 22…貫通孔 23…ビス穴
30…支圧プレート 31…貫通孔
40…ボルト 41…ナット