特許 7503510 接合構造および接合構造の構築方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-12

(45)【発行日】2024-06-20

(54)【発明の名称】接合構造および接合構造の構築方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/30 20060101AFI20240613BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

E04B1/30 Z

E04B1/58 505N

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021019055

(22)【出願日】2021-02-09

(65)【公開番号】P2022122012

(43)【公開日】2022-08-22

【審査請求日】2023-07-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】日向 大樹

(72)【発明者】

【氏名】久保田 淳

(72)【発明者】

【氏名】坂 敏秀

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕樹

【審査官】土屋 保光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０１２９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１４４３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３６４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０９１５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／１８，１／２４，１／２６，１／３０

Ｅ０４Ｂ １／３８ － １／６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、
本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、
前記本体の側面には、前記本体の上下に設けられたダイアフラム同士を連結するように接合板が設けられており、
前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、
前記鉄骨梁のウェブが、前記本体の前記接合板にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造。

【請求項2】

木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、
本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、
前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、かつ、前記ダイアフラムの前記本体と反対側の面に固定された前記ダイアフラムから突出する突起が、前記柱の端面に形成した凹部に挿入され、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、
前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造。

【請求項3】

木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、
本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、
前記柱の端面に形成された非貫通孔から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、
前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造。

【請求項4】

木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、
本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、
前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、
前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合され、
前記本体は、鋼管の内部にコンクリートが充填されたものであることを特徴とする接合構造。

【請求項5】

請求項１に記載の接合構造の構築方法であって、
下階の前記柱を建て込む工程と、
下階の前記柱の上に前記仕口部材を設置し、当該柱と前記仕口部材の本体の下側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合する工程と、
上階の前記柱と前記仕口部材の本体の上側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合して上階の前記柱を建て込む工程と、
を具備し、
前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが前記本体の前記接合板にボルトを用いて接合されることを特徴とする接合構造の構築方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木質柱と鉄骨梁の接合構造およびその構築方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境負荷低減や建物利用者のウェルネスの観点から、建物への木質材料の利用が推奨されトレンドとなりつつある。集成材等の木質材料は軽量で強度が高いという特徴があり、建物の重量低減にもつながるが、靭性能が低く割裂などの脆性的な破壊を起こしやすい。

【0003】

そのため、フレーム架構に木質材料を採用する場合には、柱を木質材料とし梁を鉄骨造として、鉄骨梁が先行降伏するように設計することで、変形性能や地震エネルギー吸収能力を確保することが考えられる。

【0004】

例えば特許文献１には、木質柱と鉄骨梁との接合部にネジ部と異形鉄筋部とからなる鋼棒を用い、鋼棒のネジ部を上側柱部材および下側柱部材に付着固定し、鋼棒の異形鉄筋部を木材より硬質の材料からなる仕口部材内で鉄筋継手に接合することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第6638906号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１記載の接合構造は、異形鉄筋部とネジ部を有する鋼棒やスリーブ系の鉄筋継手等を用いた複雑な構成であり、作業工程が複雑で施工費用が嵩み、生産性が低いという問題点があった。

【0007】

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、木質柱と鉄骨梁とを容易に接合できる接合構造等を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前述した目的を達成するための第１の発明は、木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、前記本体の側面には、前記本体の上下に設けられたダイアフラム同士を連結するように接合板が設けられており、前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが、前記本体の前記接合板にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造である。

【0009】

第２の発明は、木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、かつ、前記ダイアフラムの前記本体と反対側の面に固定された前記ダイアフラムから突出する突起が、前記柱の端面に形成した凹部に挿入され、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造である。

【0010】

第３の発明は、木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、前記柱の端面に形成された非貫通孔から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合されたことを特徴とする接合構造である。

【0011】

第４の発明は、木質材料を用いた柱と鉄骨梁との接合構造であって、本体と、前記本体の上下に設けられたダイアフラムと、を備えた仕口部材を有し、前記柱の端面から突出する棒材であって、前記ダイアフラムに設けられた孔に挿通された棒材を用いて前記柱と前記仕口部材が接合され、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが、前記本体にボルトを用いて接合され、前記本体は、鋼管の内部にコンクリートが充填されたものであることを特徴とする接合構造である。

【0012】

第５の発明は、第１の発明の接合構造の構築方法であって、下階の前記柱を建て込む工程と、下階の前記柱の上に前記仕口部材を設置し、当該柱と前記仕口部材の本体の下側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合する工程と、上階の前記柱と前記仕口部材の本体の上側のダイアフラムを前記棒材を用いて接合して上階の前記柱を建て込む工程と、を具備し、前記鉄骨梁のフランジが前記ダイアフラムに接合され、前記鉄骨梁のウェブが前記本体の前記接合板にボルトを用いて接合されることを特徴とする接合構造の構築方法である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、木質柱と鉄骨梁とを容易に接合できる接合構造等を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】仕口部材１、木質柱２、鉄骨梁３を示す図。

【図2】接合構造の構築方法を示す図。

【図3】仕口部材１ａ、１ｂを示す図。

【図4】仕口部材１ｃ、１ｄ、１ｅを示す図。

【図5】仕口部材１ｆを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0016】

（１．仕口部材１、木質柱２、鉄骨梁３）
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る接合構造で用いる仕口部材１を示す図である。仕口部材１は、木質柱２と鉄骨梁３の接合に用いる部材である。図１（ｂ）は木質柱２の棒材２２付近の鉛直断面を示す図であり、図１（ｃ）は仕口部材１の本体１１の高さにおける水平断面を示す図である。

【0017】

仕口部材１は、本体１１とダイアフラム１２等を有する。

【0018】

本体１１は、矩形状断面の鋼管１１１の内部にコンクリート１１２を充填したものである。本体１１の各側面には、接合板（シアープレート）１１３が固定される。各接合板１１３は、板面を鉛直方向に合わせて本体１１の側面の法線方向に突出するように配置される。なお鋼管１１１の断面は矩形に限らず、円形でもよい。

【0019】

ダイアフラム１２は、鉄骨梁３のフランジ３１と接合される部分であり、本実施形態では本体１１の上下に設けられた矩形状の鋼板である。ダイアフラム１２の外周部は鋼管１１１より外側に位置し、当該外周部には木質柱２の接合に用いる複数の孔１２１が設けられる。なおダイアフラム１２の平面形状も矩形に限らず、円形でもよい。

【0020】

上下のダイアフラム１２の一方には、コンクリート１１２の充填に用いる開口１２２が、鋼管１１１より内側の位置で形成される。必要に応じて、コンクリート１１２の充填時の空気抜き孔（不図示）も開口１２２と併せて形成される。開口１２２は、ダイアフラム１２の中央部に設けられるが、これに限らない。

【0021】

木質柱２は、集成材等の木質材料を用いた柱体であり、柱軸方向の端面２１から棒材２２が突出する。棒材２２は、木質柱２の端面２１に形成された孔２３に挿入され、孔２３に接着剤等の充填材２４を充填することによって木質柱２に固定される。棒材２２は例えば鉄筋や全ネジ棒であり、少なくとも端面２１からの突出部分の一部または全体がネジ加工されている。

【0022】

鉄骨梁３には、上下のフランジ３１とウェブ３２とを有するＨ形鋼が用いられる。鉄骨梁３は、ウェブ３２の梁軸方向の端部がフランジ３１から張り出すように加工される。ただしこれに限ることはなく、例えば接合板１１３がダイアフラム１２より外側に突出している場合（後述する図４（ａ）の例など）、ウェブ３２の梁軸方向の端部はフランジ３１から張り出さなくてもよい。

【0023】

（２．仕口部材１を用いた接合構造の構築方法）
次に、図２等を参照し、仕口部材１を用いた接合構造の構築方法について説明する。

【0024】

本実施形態では、図２（ａ）に示すように下階の木質柱２の建て込みを行った後、図２（ｂ）に示すように木質柱２の上に仕口部材１を設置する。この際、木質柱２の端面（上端面）２１から突出した棒材２２を、仕口部材１の下側のダイアフラム１２の孔１２１に挿通し、孔１２１から突出する棒材２２の突出部分にナット２５を締め込む。

【0025】

ここで、ダイアフラム１２の外縁は、木質柱２の外縁と同位置または木質柱２の外縁より外側に位置する。ダイアフラム１２の外縁を木質柱２の外縁より内側とすると、後述する鉄骨梁３のフランジ３１とダイアフラム１２の溶接作業が難しくなるためである。ただし、木質柱２の側面を一部切り欠くことで、ダイアフラム１２の外縁を木質柱２の外縁（の切欠部を除く部分）の内側に位置させつつ、当該切欠部において溶接を行うことは可能である。

【0026】

また、仕口部材１は、工場において鋼管１１１にコンクリート１１２を充填したプレキャスト部材として製作し、これを現場搬入して用いることが望ましいが、現場で鋼管１１１にコンクリート１１２を充填してもよい。前者の場合、上側のダイアフラム１２の開口１２２からコンクリート１１２を充填して製作した仕口部材１を、現場で上下反転して設置することで、下側のダイアフラム１２に開口１２２が位置することとなる場合もある。

【0027】

棒材２２についても、事前に工場で木質柱２に固定してもよく、現場で木質柱２に固定してもよい。ただし、孔２３内での棒材２２の位置調整や充填材２４の温度管理を現場で行うことはやや困難であり、この点では前者の方が好ましい。

【0028】

図２の説明に戻る。本実施形態では、次に、図２（ｃ）に示すように、鉄骨梁３のウェブ３２の梁軸方向の端部を仕口部材１の接合板１１３に重ね、ボルト３３を用いてウェブ３２の当該端部と接合板１１３とを接合する。ボルト３３には高力ボルトが用いられる。また、鉄骨梁３のフランジ３１の梁軸方向の端部は、突き合わせ溶接によりダイアフラム１２に接合する。これにより、仕口部材１と鉄骨梁３が接合される。

【0029】

その後、図２（ｄ）に示すように、仕口部材１の上に上階の木質柱２を建て込む。当該木質柱２の端面（下端面）にも、前記と同様に棒材２２が設けられており、当該棒材２２が仕口部材１の上側のダイアフラム１２の孔１２１に挿通され、孔１２１から突出する棒材２２の突出部分にナット（不図示）が締め込まれる。

【0030】

以上の工程により、木質柱２と鉄骨梁３を仕口部材１により接合した接合構造が構築される。仕口部材１には鉄骨梁３が平面において十字状に接続されるが、図２（ｃ）、（ｄ）では、説明のため、仕口部材１の手前側に接合される鉄骨梁３の図示を省略している。

【0031】

以上説明したように、本実施形態では、仕口部材１と木質柱２との接合を、木質柱２の端面から突出し、且つ仕口部材１のダイアフラム１２の孔１２１に通された棒材２２を用いて容易に行える。また仕口部材１と鉄骨梁３との接合もボルト３３等を用いた簡易なものであり、木質柱２や鉄骨梁３を仕口部材１を介して容易に接合でき、生産性が高い。

【0032】

また、仕口部材１により木質柱２と鉄骨梁３とが剛接合されるので、鉄骨梁３に生じるモーメントを木質柱２に伝達させてエネルギー吸収能力を確保し、靭性能に優れた架構とすることができる。また、木質柱２を採用することで建物重量を低減でき、地震力の低減、基礎構造の簡略化、施工時の揚重量の低減による生産性向上効果が期待できる。

【0033】

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば、本実施形態では仕口部材１のダイアフラム１２の各辺に鉄骨梁３を接合するが、一部の辺のみに鉄骨梁３を接合してもよい。

【0034】

また、棒材２２の木質柱２への固定方法も前記に限らない。例えば棒材２２を頭付きのボルトとし、仕口部材１のダイアフラム１２の孔１２１に挿通した当該ボルトの軸部を、木質柱２に予め埋設したラグスクリューボルト（雌ねじ）に螺合させてもよい。

【0035】

また仕口部材１の構成も上記したものに限らない。例えば本体１１を、鋼管１１１内にコンクリート１１２を充填したものとせず、Ｈ型鋼を十字に組み合わせたものとしてもよい。ただし、木質柱２と鉄骨梁３の接合部には主にせん断耐力と軸耐力とが求められ、特に軸耐力に対してはコンクリート１１２の寄与が大きい。そのため、本体１１を鋼管１１１にコンクリート１１２を充填したものとすることで、鋼材量を少なくしつつ高い耐力を確保することができ、コストを抑えることができる。

【0036】

その他、図３（ａ）の仕口部材１ａに示すように、ダイアフラム１２の本体１１と反対側の面に、ダイアフラム１２から突出する突起（シアーコッター）１４を固定してもよい。木質柱２と仕口部材１ａとの接合時には、図３（ｂ）に鉛直断面を示す木質柱２のように、木質柱２の端面２１に形成した凹部２６に突起１４を挿入し、ダイアフラム１２と当該端面２１との間にモルタル等の充填材４を充填する。これにより、木質柱２と鉄骨梁３の接合部に作用するせん断力に対する補強を行うことができる。

【0037】

なお、図３（ａ）、（ｂ）は本体１１の上側のダイアフラム１２の突起１４を上階の木質柱２との接合に利用する例であるが、本体１１の下側のダイアフラム１２にも同様の突起１４が設けられ、下階の木質柱２が図３（ｂ）と同様に接合される。

【0038】

また、第１の実施形態では開口１２２がダイアフラム１２の中央部に設けられるが、図３（ａ）の例では、強度等の面を考慮し、開口１２２を、仕口部材１ａに接続される鉄骨梁３の中心線の位置を避けて設けている。この例では仕口部材１ａに平面十字状に鉄骨梁３が接続されるものとし、それらの中心線を避けた位置で複数（図の例では４つ）の開口１２２が設けられる。

【0039】

また、図３（ｃ）の仕口部材１ｂに示すように、ダイアフラム１２の各辺の中央部に外側へと突出する突出片１２３を設け、鉄骨梁３と仕口部材１ｂとの接合時に、鉄骨梁３のフランジ３１をこの突出片１２３に溶接するようにしてもよい。これにより木質柱２から離れた位置で溶接作業を行うことができ、作業が容易になる。またダイアフラム１２の平面寸法を小さくし、突出片１２３を除く部分の外縁を、木質柱２の外縁と同位置または木質柱２の外縁より内側に位置させることも可能である。

【0040】

さらに、図４（ａ）に側面を示す仕口部材１ｃのように、接合板１１３ａを上下のダイアフラム１２同士を連結するように設けることにより、接合板１１３ａをダイアフラム１２の補強部材として機能させることも可能である。接合板１１３ａは、木質柱２の曲げに伴うダイアフラム１２の面外変形に抵抗し、また仕口部材１ｃの軸耐力も向上させることができる。

【0041】

また、図４（ｂ）に側面を示す仕口部材１ｄのように、三角形状の補強部材であるリブ１５を、本体１１と下側のダイアフラム１２との隅部に固定してもよい。この場合も、リブ１５によりダイアフラム１２の面外変形に抵抗させることができる。リブ１５は本体１１と上側のダイアフラム１２との隅部に固定してもよい。リブ１５の形状や数等は特に限定されず、リブ１５の平面位置も、接合板１１３と干渉しない位置であれば特に限定されない。

【0042】

また、図４（ｃ）に側面を示す仕口部材１ｅのように、柱状の補強部材１６を上下のダイアフラム１２を連結するように固定してもよい。図４（ｄ）は本体１１の高さにおける仕口部材１ｅの水平断面を示す図であり、補強部材１６はダイアフラム１２の四隅に設けられる。補強部材１６により仕口部材１ｅの軸耐力が向上し、ダイアフラム１２の面外変形も抑制される。なお補強部材１６の形状や数は特に限定されない。また補強部材１６の平面位置もダイアフラム１２の四隅に限らない。

【0043】

さらに、図５（ａ）に示すように、仕口部材１ｆの本体１１とダイアフラム１２から外側に突出するようにブラケット１７を固定してもよい。ブラケット１７には、上下のフランジ１７１とウェブ１７２とを有するＨ形鋼が用いられる。ブラケット１７は、フランジ１７１をダイアフラム１２に、ウェブ１７２を本体１１に溶接することにより工場で予め固定される。

【0044】

仕口部材１ｆと鉄骨梁３との接合時には、図５（ｂ）に示すように、鉄骨梁３のフランジ３１とブラケット１７のフランジ１７１を一対の添接板１８で挟み込み、これらの添接板１８とフランジ３１、１７１とをボルト１９を用いて締結する。ボルト１９には高力ボルトが用いられる。鉄骨梁３のウェブ３２についても同様に、鉄骨梁３のウェブ３２とブラケット１７のウェブ１７２を一対の添接板１８で挟み込み、これらの添接板１８とウェブ３２、１７２とをボルト１９を用いて締結する

【0045】

前記のようにダイアフラム１２に鉄骨梁３のフランジ３１を溶接する場合、木質柱２が燃えるのを防ぐために火花養生が必要となるが、ブラケット１７を用いてボルト接合することにより、養生を省略できる。ただし、ブラケット１７のフランジ１７１と鉄骨梁３のフランジ３１を溶接により接合することも可能である。

【0046】

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0047】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ：仕口部材
２：木質柱
３：鉄骨梁
４、２４：充填材
１１：本体
１２：ダイアフラム
１４：突起
１５：リブ
１６：補強部材
１７：ブラケット
１８：添接板
１９、３３：ボルト
２１：端面
２２：棒材
２３、１２１：孔
２５：ナット
２６：凹部
３１、１７１：フランジ
３２、１７２：ウェブ
１１１：鋼管
１１２：コンクリート
１１３、１１３ａ：接合板
１２２：開口
１２３：突出片

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】