特許 7574491 補強構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-18

(45)【発行日】2024-10-28

(54)【発明の名称】補強構造

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/14 20060101AFI20241021BHJP

【ＦＩ】

E04C3/14

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024098748

(22)【出願日】2024-06-19

【審査請求日】2024-08-08

【早期審査対象出願】

(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】高谷 真次

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】皆川 宥子

【審査官】兼丸 弘道

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１１５６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第５５０１０５４（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００２－０２１２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１７６３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０６３３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１０８７４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２４－０８４３５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｃ ３／１２－３／１８

Ｅ０４Ｃ ５／０７

Ｂ２７Ｍ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

木質梁の補強構造であって、
前記木質梁は、梁材の梁軸方向の側面である対向面同士が対向するように複数の梁材を梁幅方向に重ねたものであり、
前記梁材は、梁幅方向に貫通する貫通孔を有し、
繊維補強シートが、前記梁材の対向面の前記貫通孔の周囲と、前記貫通孔の孔壁とに設けられたことを特徴とする補強構造。

【請求項2】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面の前記貫通孔の周囲と、前記貫通孔の孔壁にのみ設けられることを特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項3】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面において、
前記貫通孔の中心から梁軸方向に対して45°傾斜した４方向の位置を覆うように配置されたことを特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項4】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面と前記貫通孔の孔壁とに亘って連続するように設けられることを特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項5】

前記貫通孔の開口縁が面取りされたことを特徴とする請求項４記載の補強構造。

【請求項6】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面において、前記梁材の対向面に設けた溝内に配置されることを特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項7】

前記貫通孔の延伸方向から見た時に、複数の前記梁材の対向面の繊維補強シートが、一部が重なるように配置されたことを特徴とする請求項１記載の補強構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木質梁の補強構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、木質材を建物の梁として使用する事例が増加しつつある。このような木質梁に貫通孔をあけて設備配管等を通すことは、天井裏空間の有効活用につながり、階高を低減できるメリットがある。

【0003】

ただし、木質梁に貫通孔をあけると耐力の低下が予測される。例えば図１１は貫通孔１０１を有する木質梁１００の概略を示す図であるが、鉛直荷重等に対して木質梁１００の貫通孔１０１周辺に生じる応力は、木質梁１００の梁軸方向の側面において、貫通孔１０１の中心Ｃから梁軸方向Ｈに対しておよそ45°傾斜した方向ａの位置で大きくなり、当該位置を起点に木質梁１００に梁軸方向の亀裂（割裂）１０２が生じる可能性が高いことが知られている（「円形孔を有する集成材梁の耐力に関する研究」岡本他、日本建築学会構造系論文集、第85巻、第775号、1199-1208、2020年9月）。

【0004】

これに対し、特許文献１では、貫通孔を有する木質梁の補強構造として、木質梁の梁心部の側面に繊維補強シートを設け、これにより木質梁の耐力の低下を抑制することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第6482224号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

木質梁としては、梁材を梁幅方向に重ねて用いたものもある。このような場合にも、貫通孔の補強構造として、確実に貫通孔の補強を行えるようなものが求められていた。

【0007】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、梁材を梁幅方向に重ねた木質梁において、確実に貫通孔の補強を行える補強構造等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するための本発明は、木質梁の補強構造であって、前記木質梁は、梁材の梁軸方向の側面である対向面同士が対向するように複数の梁材を梁幅方向に重ねたものであり、前記梁材は、梁幅方向に貫通する貫通孔を有し、繊維補強シートが、前記梁材の対向面の前記貫通孔の周囲と、前記貫通孔の孔壁とに設けられたことを特徴とする補強構造である。

【0009】

本発明では複数の梁材により木質梁を構成し、この時、梁材の対向面の貫通孔の周囲と、貫通孔の孔壁とに繊維補強シートを設ける。これにより、梁材を梁幅方向に重ねた木質梁において確実に貫通孔の補強を行い、貫通孔から進行する亀裂を繊維補強シートによって抑制することができる。また梁材の対向面の繊維補強シートは梁材の間に挟まって木質梁の内部に配置されるため、耐久性等の面でも好ましい。

【0010】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面と前記貫通孔の孔壁にのみ設けられることが望ましい。
これにより、繊維補強シートが木質梁の外部に露出するのを避けることができ、木質梁の意匠面で好ましい。

【0011】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面において、前記貫通孔の中心から梁軸方向に対して45°傾斜した４方向の位置を覆うように配置されることが望ましい。
これにより、貫通孔を有する梁材について、前記した亀裂の発生や進行をより確実に防止できる。

【0012】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面と前記貫通孔の孔壁とに亘って連続するように設けられることが望ましい。また、前記貫通孔の開口縁が面取りされることも望ましい。
繊維補強シートが梁材の対向面と貫通孔の孔壁との間で連続していれば、繊維補強シートの施工を簡易に行うことができる。また貫通孔周辺の応力に対し、梁材の対向面の繊維補強シートと貫通孔の孔壁の繊維補強シートとが一体で抵抗できる。さらに、貫通孔の開口縁が面取りされることにより、繊維補強シートが開口縁で直角に折れ曲がるのを避け、繊維補強シートに損傷が生じるのを抑制できる。

【0013】

前記繊維補強シートは、前記梁材の対向面において、前記梁材の対向面に設けた溝内に配置されることも望ましい。
これにより、梁材の対向面から繊維補強シート等が浮き上げるのを避けることができ、梁材同士を隙間なく並べることができる。

【0014】

複数の前記梁材の対向面の繊維補強シートが、前記貫通孔の延伸方向から見た時に、一部が重なるように配置されることも望ましい。
これにより、繊維補強シートの使用量を減らしつつ広範囲を補強できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、梁材を梁幅方向に重ねた木質梁において、確実に貫通孔の補強を行える補強構造等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】補強構造１０を有する木質梁１を示す図。

【図2】木質梁１の断面を示す図。

【図3】木質梁１を構成する梁材２を分解して示した斜視図。

【図4】繊維補強シート３の配置の別の例。

【図5】繊維補強シート３の配置の別の例。

【図6】溝２１１、２２１を示す図。

【図7】貫通孔２１の開口縁を面取りする例。

【図8】補強構造１０ａを有する木質梁１ａを示す図。

【図9】繊維補強シートを、対向面２２のシート３１と貫通孔２１の孔壁のシート３２とに分割する例。

【図10】貫通孔２１の断面を矩形状とする例。

【図11】木質梁１００の概略を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

（１．木質梁１）
図１は、本発明の実施形態に係る補強構造１０を有する木質梁１を示す図であり、木質梁１の梁軸方向の側面を示したものである。梁軸方向は図１の左右方向に対応する。図１に示すように、木質梁１は、梁材２と繊維補強シート３等を有する。補強構造１０は、繊維補強シート３によって木質梁１の梁材２を補強するものである。

【0019】

梁材２は、木質梁１において主に荷重を負担する荷重支持部であり、木質材により梁状に形成される。梁材２の梁軸方向と直交する断面は、例えば矩形状である。木質材は、繊維方向を梁軸方向とした集成材等であるが、これに限ることはない。例えばCLT(Cross Laminated Timber)など、繊維方向を梁軸方向または梁せい方向としたその他の木質材を用いてもよい。梁せい方向は図１の上下方向に対応する。

【0020】

図２は、図１の線Ａ－Ａによる木質梁１の断面を示したものである。図２に示すように、木質梁１は、複数の梁材２を、梁軸方向の側面である対向面２２同士が対向するように梁幅方向に重ねて形成される。梁幅方向は梁軸方向および梁せい方向と直交する方向であり、図２の左右方向に対応する。

【0021】

梁材２は貫通孔２１を有する。貫通孔２１は、梁材２を梁幅方向に貫通するように設けられる。貫通孔２１は設備配管等を通すためのものである。図１に示すように、本実施形態では梁材２の梁せい方向の中心部に貫通孔２１が形成され、その断面が円形とされる。しかしながら、貫通孔２１の位置や形状等は特に限定されない。

【0022】

繊維補強シート３は、梁材２の対向面２２および貫通孔２１の孔壁に設けられる帯状のシートである。繊維補強シート３は、梁材２の補強を行い、前記した亀裂の発生や進行を抑制する。繊維補強シート３としては、構造性能が既知のアラミド繊維シートが用いられる。繊維補強シート３は例えば幅10cm程度の細幅のものであり、厚さは例えば1mm以下である。しかしながら、繊維補強シート３の材料や寸法がこれらに限ることはない。例えば繊維補強シート３として炭素繊維補強シートを用いることもできる。

【0023】

本実施形態では、繊維補強シート３が、梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁とに亘って連続するように設けられる。繊維補強シート３は、図示しない接着材により梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁に接着して固定される。接着材としては、エポキシ樹脂系の接着材を用いることができるが、これに限ることはない。

【0024】

梁材２の対向面２２における貫通孔２１および繊維補強シート３の位置は、木質梁１を構成する複数の梁材２の間で対応している。これらの梁材２の対向面２２の繊維補強シート３同士は、図示しない接着材等で固定される。あるいは、両梁材２の対向面２２の繊維補強シート３を貫通するように、梁幅方向のビス（不図示）を木質梁１に打ち込んでもよい。

【0025】

（２．繊維補強シート３による補強構造１０）
図３は、木質梁１を構成する梁材２を分解して示した斜視図である。本実施形態では、４本の繊維補強シート３（３－１～３－４）を用いて梁材２の貫通孔２１の周囲が補強され、これにより貫通孔２１を起点とする梁軸方向（梁材２の繊維方向）の亀裂が防止される。

【0026】

繊維補強シート３－１～３－４の長手方向の一方の端部は、梁材２の対向面２２において、貫通孔２１から外側へと放射状に配置される。当該端部は、貫通孔２１の中心Ｃから梁軸方向Ｈに対して４５度傾斜した４方向ａ１～ａ４の位置を覆うように配置される。

【0027】

繊維補強シート３－１～３－４の長手方向の他方の端部は、貫通孔２１の開口縁で折り返されて貫通孔２１内に折り込まれ、貫通孔２１の孔壁に設けられる。当該端部は、貫通孔２１の延伸方向の中間部まで達している。しかしながら、当該端部は、貫通孔２１内において、梁材２の対向面２２と反対側の側面２３の手前まで達するように配置してもよいし、当該側面２３に達するように配置してもよい。

【0028】

梁材２の対向面２２における繊維補強シート３－１～３－４の長さＬや幅Ｗは、事前の構造計算で割り出した貫通孔２１の開口縁の応力が大きくなっている範囲を余裕をもって覆うことができるように決定する。繊維補強シート３－１～３－４の幅Ｗは、貫通孔２１の孔壁においても、亀裂の起点となると想定される範囲を余裕をもって覆うようにする。これにより、貫通孔２１の孔壁上の起点から梁材２に発生すると想定される亀裂の幅を繊維補強シート３－１～３－４で覆うことができ、亀裂の発生を防止できる。

【0029】

貫通孔２１は工場等において梁材２に形成され、繊維補強シート３も工場等で梁材２に設けられる。こうして製作された梁材２を現場に搬入し、一対の梁材２を重ねて配置して木質梁１とする。あるいは、工場等で一対の梁材２を重ねて木質梁１を製作し、完成品の木質梁１を現場に搬入して使用してもよい。

【0030】

以上説明したように、本実施形態では、複数の梁材２により木質梁１を構成し、この時、梁材２の対向面２２の貫通孔２１の周囲と、貫通孔２１の孔壁とに繊維補強シート３を設ける。これにより、梁材２を梁幅方向に重ねた木質梁１において確実に貫通孔２１の補強を行い、貫通孔２１から進行する亀裂を繊維補強シート３によって抑制することができる。このように貫通孔２１の補強を行うことで、梁せいに対する貫通孔２１の孔径を大きくすることができ、貫通孔２１を形成するハードルも低くなる。結果、設備配管等の配置の自由度が向上し、建物の階高の低減や、天井裏のスペースの有効利用等が可能になる。

【0031】

また梁材２の対向面２２の繊維補強シート３は梁材２の間に挟まって木質梁１の内部に配置されるため、耐久性等の面でも好ましい。さらに、繊維補強シート３は、梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁にのみ設けられ、梁材２の対向面２２と反対側の側面２３には設けられないので、繊維補強シート３が木質梁１の外部に露出するのを避けることができ、木質梁１の意匠面でも好ましい。

【0032】

また梁材２の対向面２２では、繊維補強シート３が貫通孔２１の中心Ｃから梁軸方向Ｈに対して45°傾斜した４方向ａ１～ａ４の位置を覆うように配置されており、貫通孔２１を有する梁材２について、前記した亀裂の発生や進行をより確実に防止できる。

【0033】

また本実施形態では、繊維補強シート３が梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁に亘って連続するように設けられるので、梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁に別々に繊維補強シート３を配置する場合と比較して、繊維補強シート３の施工を簡易に行うことができる。また貫通孔２１周辺の応力に対し、梁材２の対向面２２の繊維補強シート３と貫通孔２１の孔壁の繊維補強シート３とが一体で抵抗できる。

【0034】

しかしながら、本発明は前記の実施形態に限定されない。例えば本実施形態では２つの梁材２を重ねて木質梁１としているが、３つ以上の梁材２を前記したように重ねて木質梁としてもよい。この場合も、繊維補強シート３は、隣り合う梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁に設けられる。

【0035】

また繊維補強シート３は、梁材２の貫通孔２１内から梁材２の対向面２２と反対側の側面２３まで連続させ、当該側面２３においても、前記した対向面２２における配置と同様の配置で設けられるようにしてもよい。これにより梁材２の補強効果が向上する。

【0036】

また繊維補強シート３は、梁材２の対向面２２の貫通孔２１の周囲と、貫通孔２１の孔壁とに設けられていればよく、その具体的配置も図３の例に限定されない。図４、図５は、繊維補強シート３の配置の別の例を、図３と同様の斜視図で示したものである。

【0037】

例えば図４（ａ）、（ｂ）の例では、梁材２の対向面２２において、貫通孔２１から遠ざかるにつれて幅広となる２枚の繊維補強シート３が貫通孔２１の梁軸方向の左右両側と上下とにそれぞれ配置される。これらの繊維補強シート３は貫通孔２１の開口縁で折り返され、貫通孔２１の孔壁に折り込まれる。また図４（ｃ）の例は、梁材２の対向面２２において、貫通孔２１の開口縁に沿った円弧状の繊維補強シート３を、貫通孔２１の左上、右上、左下、右下に設けたものである。これらの繊維補強シート３も貫通孔２１の開口縁で折り返され、貫通孔２１の孔壁に折り込まれる。

【0038】

また図５（ａ）の例では、梁材２の対向面２２において、貫通孔２１の周囲を矩形状に囲む繊維補強シート３が設けられる。上記と同様、繊維補強シート３は貫通孔２１の開口縁で折り返され、貫通孔２１の孔壁に折り込まれる。図５（ｂ）は、図５（ａ）の繊維補強シート３を上下に２分割した例であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）の繊維補強シート３を上下左右に４分割したものである。

【0039】

図５（ａ）の例は、繊維補強シート３が１枚で済むため施工が簡単であり、図４（ａ）、（ｂ）、図５（ｂ）の例は、繊維補強シート３が２枚で済むため次いで施工性が良い。また、図４（ｂ）、図５（ａ）、（ｂ）の例は、繊維補強シート３が貫通孔２１の上下で梁軸方向に延伸するため、梁軸方向の荷重伝達性能が向上する。また図４（ｃ）、図５（ｃ）の例は、貫通孔２１の周囲の繊維補強シート３を４つに分割した形となっており、貫通孔２１の周囲を広く覆いながらも繊維補強シート３の使用量を極力減らすことができる。

【0040】

また、図６において図２と同様の断面で示すように、梁材２の貫通孔２１の孔壁と対向面２２とに座彫りを施して溝２１１、２２１をそれぞれ設け、溝２１１、２２１内に繊維補強シート３を配置してもよい。溝２１１、２２１の深さは、繊維補強シート３や接着材の厚さを考慮して決定される。これにより、繊維補強シート３や接着材が梁材２の貫通孔２１の孔壁や対向面２２から盛り上がるのを避け、２つの梁材２を隙間なく重ねることができるなど、木質梁１の施工が容易になる。ただし、座彫りを施す分、梁材２の製作自体には手間がかかる。

【0041】

さらに、図７において図２と同様の断面で示すように、梁材２の貫通孔２１の開口縁において、繊維補強シート３の折り返し箇所に対応する一部あるいは全周を面取りし、対向面２２や貫通孔２１の孔壁に対して傾斜した傾斜面２４としてもよい。これにより、繊維補強シート３が貫通孔２１の開口縁で直角に折れ曲がることによる損傷を抑制できる。傾斜面２４はごく小さなもので問題ない。

【0042】

また、本実施形態では木質梁１を構成する複数の梁材２の対向面２２において、繊維補強シート３が対応する位置に配置されるが、これに限ることもない。例えば図８の木質梁１ａの補強構造１０ａに示すように、一方の梁材２の繊維補強シート３ａと他方の梁材２の繊維補強シート３ｂを、異なる位置あるいは異なる向きで配置してもよい。

【0043】

ただし、これらの繊維補強シート３は、貫通孔２１の延伸方向（図８の紙面法線方向に対応する）から見た時に、一部が重なるように配置される。これにより、繊維補強シート３の使用量を増やすことなく広範囲の補強が可能となる。なお、両繊維補強シート３ａ、３ｂとも、貫通孔２１の中心Ｃから梁軸方向Ｈに対して45°傾斜した４方向ａ１～ａ４（図３参照）の位置を覆うように配置される。

【0044】

さらに、図９において分解斜視図として示すように、梁材２の繊維補強シートを、対向面２２のシート３１と貫通孔２１の孔壁のシート３２とに分割して施工してもよい。前者のシート３１は、梁材２の間に１枚のみ設けられる。この場合、繊維補強シートを貫通孔２１の開口縁で折り返す作業が不要となる。また梁材２の間に配置される繊維補強シートが１枚となるので、繊維補強シートの使用量を削減できる。

【0045】

図９の例では、シート３１が中央に孔を有する矩形状のものであり、両梁材２の貫通孔２１を矩形状に囲むように配置される。またシート３２は貫通孔２１の孔壁の全周に亘って配置される帯状の部材である。なお、シート３２は貫通孔２１の孔壁の周方向に複数枚に分けて配置してもよいが、その場合でも、亀裂の起点となると想定される範囲は余裕をもって覆うようにする。例えば、貫通孔２１の中心Ｃから梁軸方向Ｈに対して45°傾斜した４方向ａ１～ａ４（図３参照）の位置を覆うように配置する。

【0046】

なお、繊維補強シートを梁材２の対向面２２のシート３１と貫通孔２１の孔壁のシート３２とに分割して施工する形態は、図３～５など、繊維補強シート３の他の配置例にも適用することが可能である。

【0047】

また本実施形態では貫通孔２１の断面が円形であるが、貫通孔２１の形状もこれに限らない。例えば図１０において図３と同様の斜視図で示すように、梁材２の貫通孔２１の断面は矩形状であってもよい。この例では、繊維補強シート３（３－１、３－２）が、梁材２の対向面２２において矩形状であり、貫通孔２１の梁軸方向の左右両側に配置される。これらの繊維補強シート３は、貫通孔２１の開口縁で折り返され、貫通孔２１内に折り込まれる。貫通孔２１の断面は矩形状であるため、繊維補強シート３の折線は直線状となる。そのため、繊維補強シート３を容易に折り返すことができ、施工が容易になる。

【0048】

対向面２２における繊維補強シート３の形状や大きさも、事前の構造計算で割り出した貫通孔２１の開口縁の応力が大きくなっている範囲を余裕をもって覆うことができるように決定する。この例では、梁材２の対向面２２において、繊維補強シート３（３－１、３－２）が、貫通孔２１の中心Ｃから貫通孔２１の断面の四隅に達する４方向ｂ１～ｂ４の位置を覆うように配置される。なお図１０の例においても、図９の例と同様、繊維補強シート３を梁材２の対向面２２と貫通孔２１の孔壁とで分割して施工することは可能である。

【0049】

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】

【0050】

１、１ａ、１００：木質梁
２：梁材
３、３－１～３－４、３ａ、３ｂ：繊維補強シート
１０、１０ａ：補強構造
２１、１０１：貫通孔
２２：対向面
２３：側面
２４：傾斜面
２１１、２２１：溝

【要約】

【課題】梁材を梁幅方向に重ねた木質梁において、確実に貫通孔の補強を行える補強構造等を提供する。
【解決手段】木質梁は、梁材２の梁軸方向の側面である対向面２２同士が対向するように複数の梁材２を梁幅方向に重ねたものである。梁材２は、梁幅方向に貫通する貫通孔２１を有する。木質梁の補強構造では、繊維補強シート３が、梁材２の対向面２２の貫通孔２１の周囲と、貫通孔２１の孔壁とに設けられる。繊維補強シート３は、梁材２の対向面２２において、貫通孔２１の中心Ｃから梁軸方向Ｈに対して45°傾斜した４方向ａ１～ａ４の位置を覆うように配置される。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】