JP2007138612A - 木造構造物の補強部材、およびこれを用いた補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、例えば既設や新築の木造家屋あるいは木造の社寺等の柱と柱をつないで耐震性能を向上させる補強部材を提供することを目的とする。
【解決手段】円柱５と円柱５の間をつないで木造構造物の耐震性能を向上させるラダーフレーム１であって、上下に配設し、前記円柱５と円柱５の面内方向Ｃに長い２以上の弦部材３と、前記弦部材３の左右を、前記円柱５に各々連結する円柱用連結金物２と、該弦部材３の間に配し、弦部材３同士を接続する束部材４とを備え、前記弦部材３および前記束部材４のうちいずれか一方に接続用のほぞ孔３１を備え、他方に該ほぞ孔３１に挿入するほぞ部分４１を設けるとともに、前記ほぞ孔３１およびほぞ部分４１のうち、少なくとも一方を木製とした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば既や新築の木造家屋あるいは木造の社寺等の柱と柱をつないで耐震性能を向上させるような補強部材および補強工法に関する。

我国の耐震基準は、阪神大震災の後大幅に改定されている。このため、以前に建築された木造構造物は、現在の耐震基準を満たさないものが多く残存している。また、新築の木造構造物においても、耐震性能を向上させれば、その分建築費用が増加するため、安価で効果的な補強方法の開発が望まれている。このような状況において、梁や柱を介して壁面の内側面や外側面に筋かいを固定して耐震性能を向上させる耐震強化工法が提案されている（特許文献１参照）。

しかし、上記耐震強化工法では、木造家屋の全体を筋かいで固めることで強化しているため、木造構造物が有する変形性能による耐震性能を活かしきれていない可能性があった。
また、社寺等の大型木造構造物全体に筋かいを設置することは非常に手間が掛かるため、莫大な費用と日数が必要となり、大型木造構造物には適さなかった。

特開平１１−９３２６２号公報

この発明は、例えば既や新築の木造家屋あるいは木造の社寺等の柱と柱をつないで耐震性能を向上させる補強部材を提供することを目的とする。

この発明は、柱と柱の間をつないで木造構造物の耐震性能を向上させる補強部材であって、上下に配設し、前記柱と柱の面内方向に長い２以上の弦部材と、前記弦部材の左右を、前記柱に各々連結する連結部材と、該弦部材の間に配し、弦部材同士を接続する束部材とを備え、前記弦部材および前記束部材のうちいずれか一方に接続用の挿着口を備え、他方に該挿着口に挿入する挿入部を設けるとともに、前記挿着口および挿入部のうち、少なくとも一方を木製としたことを特徴とする。

上記柱は、円形断面、あるいは角型断面の柱であることを含む。
また、木造構造物は、新築、既設を問わず、一般住宅や店舗等の家屋、あるいは社寺等であることを含む。
上記柱と柱の面内方向は、柱中心と柱中心とを結ぶ略鉛直方向の面の方向である面内方向を言う。

上記弦部材は、四角形断面、略多角形断面、円形断面、あるいは楕円形断面等を有する棒状体、あるいは板状体であることを含む。
上記束部材は、四角形断面、略多角形断面、円形断面、あるいは楕円形断面等を有する棒状体、あるいは板状体であることを含む。

上記挿着口は、束部材あるいは弦部材を貫通する孔、あるいは貫通しない凹部であることを含む。
また、上記挿着口は、少なくとも、それぞれの部材の長手方向の両側に側面を有することを含む。

前記弦部材および前記束部材のうちいずれか一方に接続用の挿着口を備え、他方に該挿着口に挿入する挿入部を設けとは、弦部材に挿着口を備え、束部材に挿入部を備える組合せ、弦部材に挿入部を備え、束部材に挿着口を備える組合せ、あるいは、束部材に第１挿入部と第２挿着口との両方を備え、第１挿入部と接続する第１弦部材に第１挿入部を挿入する第１挿着口、および第２挿着口と接続する第２弦部材に第２挿着口に挿入する第２挿入部を備える組合せであることを含む。

前記挿着口および挿入部のうち、少なくとも一方を木製としたとは、挿着口および挿入部がともに木製であること、および挿着口および挿入部のうち一方が木製であり、他方が金属等の木材以外の部材であることを含む。
なお、木製の挿着口は、挿入部を挿入され、挿入された挿入部と当接する開口部の周囲が木材で形成したことを含む。
また、木製の挿入部は、該挿入部が挿入された該挿着口の開口部と当接する部分が木材で形成したことを含む。

なお、弦部材および束部材は、ともにすべてが木材で形成されていること、あるいは木製の挿着口または木製の挿入部と、それ以外が例えば金属、プラスチック、樹脂、繊維補強樹脂等の木材以外の材質で構成された複合部材で形成されていることを含む。

これにより、挿着口又は挿入部の木製部分のめり込み効果によって、外力に対する耐力（曲げモーメント）および変形性能が高く、変形しても耐力低下の少ない補強部材を得ることができ、この補強部材を取付けた木造構造物の耐震性能を容易に向上させることができる。

この発明の態様として、前記連結部材は、前記柱に対して前記弦部材を、前記面内方向に回動自在に枢着する枢着体で形成することができる。
これにより、外力による前記補強部材の変形によって生じる曲げモーメントが柱にかかることを防止でき、柱に負荷のない補強を行なうことができる。

また、この発明の態様として、前記挿入部の前記挿着口への挿入方向に対して直角方向かつ前記面内方向の両側面と、該両側面に対向する前記挿着口の対向面とが互いに当接することを特徴とすることができる。
これにより、前記挿入部と前記挿着口との当接面のめり込みによる効果を向上することができ、変形性能、および耐力のさらに高い補強部材を構成することができる。

また、この発明の態様として、該挿着口に挿入された前記挿入部を、前記挿入部の前記挿着口への挿入方向に対して直角方向、かつ前記柱と柱の面外方向を軸心とする枢軸で、前記挿着口に枢着することができる。
上記面外方向は、柱中心と柱中心とを結ぶ略鉛直方向の面の方向である面内方向に対して、平面視略直角方向の略鉛直の面の方向を言う。

これにより、前記挿着口に対する前記挿入部の動きを規制できる。したがって、面外方向の枢軸によって規制された前記当接面の枢動によるめり込み効果を把握することができ、補強部材の耐力を容易に算定することができる。また、挿着口、および／または前記挿入部と枢軸との間に生じる枢動抵抗によって、補強部材の耐力をさらに向上させることができる。

また、この発明は、補強部材を用い、柱と柱とを連結する補強工法であることを特徴とする。
これにより、変形性能、および耐力の高い補強部材による柱間の補強を行なうことができ、これらの柱で構成される既あるいは新築の木造家屋又は木造社寺等の耐震性能を向上させることができる。

また、必要補強量に応じた補強部材を容易に構成することができるとともに、必要補強量および柱間長に合わせた補強部材を前もって作成し、補強現場において該補強部材の取付けのみで補強が完了するため、短期に、精度のよい施工をすることができる。

この発明によれば、例えば既や新築の木造家屋あるいは木造の社寺等の柱と柱をつないで耐震性能を向上させることができる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。

図１はラダーフレーム１を円柱用連結金物２で円柱５、５に取付けた状態の側面図を示し、図２は円柱用連結金物２の取付部分付近の拡大説明図を示し、図３は弦部材３と束部材４の接続方法についての説明図を示す。この図１、図２、および図３により、ラダーフレーム１および円柱用連結金物２について説明する。
ラダーフレーム１は、上下に配した長さの等しい２本の弦部材３と、該弦部材３の間を上下方向につなぐ複数の互いに平行な束部材４とで構成している。

弦部材３および束部材４は、それぞれ四角形断面を有する木製部材であるが、本実施例において、弦部材３の四角形断面の面外方向Ｂの幅Ｗ１（図２（Ｂ））を束部材４の四角形断面の面外方向Ｂの幅Ｗ２より大きく形成している。なお、ここで、面外方向Ｂとは、柱５、５のそれぞれの中心を結ぶ略鉛直方向の面の方向である面内方向Ｃに対して、平面視略直角方向の略鉛直の面の方向を言う。

弦部材３の両端は、それぞれの円柱用連結金物２によって鉛直な円柱５に取付けられており、弦部材３、３同士は所定間隔を隔てて、平行かつ略水平に配されている。なお、円柱５は社寺等の木造構造物を構成する断面円形の柱である。

弦部材３を円柱５に取付ける円柱用連結金物２は、半円開放部分２１ａを有する２つの固定金物２１と、該半円開放部分２１ａを対向させた固定金物２１を締め付け固定する固定ボルト２２と、弦部材３の端部に取付けた端部金物２３と、ヒンジ部２４とで構成している。

固定金物２１は、円柱５よりわずかに大きな径を有する平面視半円形状の半円開放部分２１ａを有し、その左右両側の上下のそれぞれにボルト孔を有している。
固定金物２１は、円柱５を前記面外方向Ｂから半円開放部分２１ａで挟み込む態様で高さ方向の一部の外周を囲繞し、固定ボルト２２を締込んで固定金物２１同士を引き寄せ、半円開放部分２１ａで円柱５を締付けるようにして取付けている。

ヒンジ部２４は、端部金物２３の固定金物２１側面に備えたヒンジ雌部２３ａと、固定金物２１の端部金物２３側に固定したヒンジ雄部２１ｂと、ヒンジピン２４ａとで構成し、ヒンジピン２４ａで固定金物２１と端部金物２３とを枢着している。
これにより、図２（Ａ）に示す矢印Ａ方向に、円柱５に対して弦部材３は枢動可能に取付けられている。

平行な弦部材３に対して直角方向で、それぞれを適宜の等間隔で、複数の束部材４を配している。これによってラダーフレーム１は、全体が円柱５、５間をつなぐ横方向のはしご形状となるように構成している。
なお、束部材４は、弦部材３に設けられたほぞ孔３１に、束部材４の両端のほぞ部分４１を挿入して、水平かつ面外方向Ｂの込栓１１で枢着固定している。

また、ほぞ孔３１の平面視柱間方向（面内方向Ｃ）の両側面３１ａ、３１ａは互いに平行であり、ほぞ部分４１の平面視柱間方向の両側面４１ａ、４１ａは互いに平行に形成している。

ほぞ孔３１は弦部材３の平面視中心線上で、束部材４の設置間隔ごとに設けられ、鉛直方向に弦部材３を貫通する直方体で形成している。また、ほぞ孔３１の平面形状は、前記ほぞ部分４１の平面形状と略同一に形成している。なお、ほぞ部分４１とほぞ孔３１とが当接するよう、ほぞ部分４１およびほぞ孔３１の平面視柱間方向の長さ（ほぞ孔３１の側面３１ａ、３１ａの間隔とほぞ部分４１の側面４１ａ、４１ａの間隔）を略同一に形成している。なお、ほぞ部分４１に対してほぞ孔３１の平面視柱間方向の長さをわずかに小さく形成し、ほぞ孔３１に挿入されたほぞ部分４１がほぞ孔３１によって圧迫されるほうが好ましい。

また、ほぞ孔３１の面外方向Ｂの幅を束部材４の四角形断面のほぞ部分４１ａに対してわずかに大きく形成してもよいが、ほぞ部分４１とほぞ孔３１とが当接して、該当接面で摩擦が生じる程度に略同一に形成するほうが好ましい。

ラダーフレーム１の束部材４の両端の一部で構成されたほぞ部分４１は、図３（Ａ）に示すように、束部材４の主部分と同一の断面形状である。このような束部材４の断面形状を変化させず、そのままのほぞ部分４１をほぞ孔３１に挿入する接続方法を大入れという。なお、図３（Ｂ）に示すように、束部材４の主部分より断面形状を小さく加工したほぞ部分４１をほぞ孔３１に挿入するいわゆるほぞ差しといわれる接続方法であってもよい。

込栓１１は、ほぞ孔３１に挿入されたほぞ部分４１と弦部材３とを、面外方向Ｂに貫通する適宜の長さおよび強度を有する木製の棒部材であり、本実施例においては、四角形断面の込栓１１を用いているが、円形、楕円形等適宜の断面形状の棒部材であればよい。

上記構成により、めり込み状態のほぞ部分４１の拡大側面図を示す図４にあるように、ほぞ孔３１に対する込栓１１を中心としたほぞ部分４１の回動によって生じるほぞ部分４１のめり込み変形４３によって生じるめり込み効果により、ラダーフレーム１の耐力（曲げモーメント）を向上させることができるとともに、変形しても耐力低下のない変形性能を有するラダーフレーム１を構成することができる。

なお、図４では、ほぞ孔３１にほぞ部分４１がめり込んでめり込み変形が生じているが、ほぞ孔３１がめり込みによってめり込み変形が生じる場合もあり、また、ほぞ孔３１、ほぞ部分４１の両方にめり込み変形が生じる場合もある。

このようにめり込み変形４３により、ラダーフレーム１を取付けた円柱５、５で構成する木造の社寺等の耐震性能を容易に向上することができる。また、ラダーフレーム１を円柱用連結金物２を用いて円柱５に取付けたことによって、ラダーフレーム１の変形によって生じる曲げモーメントを円柱５、５に伝達することがなく、円柱５、５に負担のない補強をすることができる。
また、束部材４や弦部材３の本数や断面積を増減することによって、耐力を容易に調整することができる。

実施例２のラダーフレーム１および角型柱用連結金物６について説明する。
図５はラダーフレーム１を角型柱用連結金物６で角型柱７、７に取付けた状態の側面図を示し、図６は角型柱７、７に取付けた状態のラダーフレーム１の平面断面図を示し、図７は角型柱用連結金物６の取付部分付近の拡大斜視図を示す。 角型柱７は、一般的な木造家屋等を構成する柱である。

ラダーフレーム１は、上記実施例１と同様に、上下に配した長さの等しい２本の弦部材３と、該弦部材３の間をつなぐ複数のそれぞれが平行な束部材４とで構成し、弦部材３および束部材４は上記実施例１と同様の部材を用いて、角型柱７、７間をつなぐ横方向のはしご形状に構成している。
なお、束部材４と弦部材３との接続は、上述したほぞ差し（図３（Ｂ））によって接続され、込栓１１で枢着固定されている。

弦部材３の両端は、それぞれの角型柱用連結金物６によって鉛直な角型柱７に取付けている。この角型柱用連結金物６は、角型柱７に取付ける台座部６１と、弦部材３に固定する固定部６２と、台座部６１と固定部６２とを枢動自在に固定する枢動部６３とで構成し、弦部材３および角型柱７を面外方向Ｂの両側から対称に挟み込む態様で取付ける。なお、台座部６１および固定部６２はそれぞれ適宜の厚さを有する金属板で構成され、図示省略した釘孔に釘を用いて固定される。

枢動部６３は、台座部６１と固定部６２にそれぞれ対応する位置に設けたボルト孔とボルト６３ａとで構成され、該ボルト孔を貫通したボルト６３ａで左右の台座部６１と固定部６２を枢動可能に固定している。
これにより、図７に示す矢印Ａ方向に弦部材３は枢動可能に取付けられている。

上記構成により、上記ほぞ部分４１のめり込み４３（図４）によって、ラダーフレーム１の耐力を向上させることができるとともに、変形しても耐力低下のない変形性能を有するラダーフレーム１を構成することができる。
したがって、ラダーフレーム１を取付けた角型柱７で構成する例えば木造家屋等の耐震性能を容易に向上させることができる。また、ラダーフレーム１を角型柱用連結金物６を用いて角型柱７、７に取付けたことによって、ラダーフレーム１の変形によって生じる曲げモーメントを角型柱７に伝達することがなく、角型柱７に負担のない補強をすることができる。

実施例３のラダーフレーム１ａおよび角型柱用連結金物６について説明する。
図８はラダーフレーム１ａを角型柱用連結金物６で角型柱７、７に取付けた状態の側面図を示し、図９は角型柱７、７に取付けた状態のラダーフレーム１ａの平面断面図を示し、図１０は角型柱用連結金物６の取付部分付近の拡大斜視図を示す。

ラダーフレーム１ａは、上下に配した長さの等しい２本の弦部材３ａと、該弦部材３ａ同士をつなぐ複数のそれぞれが平行な束部材４ａとで構成している。
弦部材３ａおよび束部材４ａは、それぞれ四角形断面を有する木製部材であるが、本実施例において、束部材４ａの四角形断面の面外方向Ｂの幅を弦部材３ａの四角形断面の面外方向Ｂの幅より大きく形成している。

等間隔に配した複数の束部材４ａのそれぞれに設けたほぞ孔４２に弦部材３ａを貫通させて、水平かつ面外方向Ｂの込栓１１で枢着固定している。
ほぞ孔４２は束部材４ａの正面視中心線上で、弦部材３ａの所定間隔を隔てて上下に設けられている。なお、ほぞ孔４２を貫通する弦部材３ａの一部分である中間挿入部３２の上下面とほぞ孔４２の上下の水平側面とが当接するように、ほぞ孔４２を弦部材３ａの断面と同じ断面の貫通する直方体で形成している。

なお、弦部材３ａの上下方向長さに対してほぞ孔４２の上下方向の長さをわずかに小さく形成し、ほぞ孔４２に挿入された中間挿入部３２がほぞ孔４２によって圧迫されるほうが好ましい。
また、ほぞ孔４２および中間挿入部３２の面外方向Ｂの長さを中間挿入部３２に対してわずかに大きく形成してもよいが、ほぞ孔４２の鉛直側面と中間挿入部３２の側面とが当接して、該当接面で摩擦が生じる程度に略同一に形成するほうが好ましい。

なお、弦部材３ａの両端には木製の固定補助部３３を備え、固定補助部３３に固定部６２を固定し、角型柱用連結金物６によって角型柱７に取付けられており、それぞれの弦部材３ａは所定間隔を隔てて平行に配されている。角型柱用連結金物６は、実施例２で用いたものと同様の連結金物である。
これにより、角型柱用連結金物６によって、図１０に示す矢印Ａ方向に弦部材３ａは枢動可能に取付けられている。

上記構成により、上記ほぞ孔４２への弦部材３ａの中間挿入部３２のめり込みによって、ラダーフレーム１ａの耐力および変形性能が高く、変形しても耐力低下の少ないラダーフレーム１ａを構成することができる。
したがって、ラダーフレーム１ａを取付けた角型柱７、７で構成される木造家屋等の耐震性能を容易に向上させることができる。また、ラダーフレーム１ａを角型柱用連結金物６を用いて角型柱７、７に取付けたことによって、ラダーフレーム１ａの変形によって生じる曲げモーメントを角型柱７、７に伝達することがなく、角型柱７、７に負担のない補強をすることができる。

次に、実施例２のラダーフレーム１を取付けた場合の効果確認試験について説明する。
図１１に示す試験体１００を用いてラダーフレーム１の耐震補強効果についての確認試験を行った。試験体１００は、木造住宅の耐震補強を模擬しており、木造住宅等を構成する角型柱７に該当する適宜の間隔に平行に配した２本の略鉛直方向の角型柱１０７を試験架台１１１上に設置し、角型柱１０７の上端に、試験架台１１１と平行な加力ビーム１１０を配している。なお、角型柱１０７は、試験架台１１１および加力ビーム１１０に対して、面内方向の回転Ｄを可能なヒンジ１０９で固定している。

なお、角型柱７（図５）が細い場合に角型柱用連結金物６（図５）の取付け部分を補強する木製角型の受け材１０８を角型柱１０７の内側面に沿わせて固定し、ラダーフレーム１０１を角型柱用連結金物１０６で、角型柱１０７の高さ方向中央付近の受け材１０８に固定している。

ラダーフレーム１０１は、ラダーフレーム１の弦部材３（図５）に該当する弦材１０３と、束部材４（図５）に該当する束材１０４とで構成している。
弦材１０３は８２５ｍｍ隔てて上下に２本配し、２本の弦材１０３の間に、複数本の束材１０４を左右方向に所定間隔を隔てて配している。

それぞれの弦材１０３には、束材１０４の設置箇所に、弦材１０３を鉛直方向に貫通するほぞ孔１０３ａを備え、ほぞ孔１０３ａに束材１０４の両側の挿入端部１０４ａを大入れし、ほぞ孔１０３ａの側面から挿入端部１０４ａの側面視中心付近を貫通する円形込栓１０５で枢着してラダーフレーム１０１を構成している。

なお、束材１０４は左右方向の幅７５ｍｍ×奥行き方向のほぞ厚７５ｍｍとする木製角材で構成し、円形込栓１０５は１２ｍｍの円形断面の木製棒部材で構成し、角型柱１０７は幅１２０ｍｍ×奥行１２０ｍｍとする木製角材で構成している。

この耐震補強効果についての確認試験においては、表１に示すように、束本数、弦材１０３の断面形状をパラメータとして試験体Ａ〜Ｄについて比較試験を行なった。詳述すると、加力ビーム１１０に水平方向力を正負交番に載架し、角型柱１０７の回転角と復元力とを測定して行った。

その結果の図１２および１３が示すように、弦材１０３の断面積を拡大し、ほぞ孔を深くし、ほぞ高さを大きくすることによってラダーフレーム１０１の耐力を向上させ、また、束材１０４の本数を増やせば耐力は向上し、束材１０４の本数を減少させればラダーフレーム１０１の耐力は減少することことを確認した。

次に、ラダーフレーム１自体の性能確認試験について説明する。
図１４に示すラダーフレーム試験体２００を用いてラダーフレーム１の変形および耐力性能を確認する静的載架実験を行った。ラダーフレーム試験体２００は、ラダーフレーム１（図５）の弦部材３（図５）に該当する弦材２０１と、束部材４（図５）に該当する束材２０２とで構成している。

図１５で側面図を示す静的載架実験装置２５０を用いて、ラダーフレーム試験体２００の静的載架実験を行った。詳細には、ラダーフレーム試験体２００の下側の弦材２０１を静的載架実験装置２５０に固定し、上側の弦材２０１の側方同軸上に備えたジャッキ２５１で水平力を正負交番に載架し、徐々に変形を大きくしてラダーフレーム試験体２００の層間変形角と復元力とを測定して行った。
なお、本試験において、上記ほぞ厚Ｂ、束高さＨ、およびほぞ高さＤに加えて、束材２０２の本数をパラメータとして設定している。
また、層間変形角とは、上下の弦材２０１の相対変位量を束高さＨで除した値をいう。

さらに、詳述すると、弦材２０１は所定間隔を隔てて上下に２本配し、２本の弦材２０１の間に、束材２０２を左右に所定間隔を隔てて２本以上配して構成している。
それぞれの弦材２０１は２箇所の弦材２０１を鉛直方向に貫通するほぞ孔２０１ａを備え、ほぞ孔２０１ａに束材２０２の両端の挿入端部２０２ａを大入れし、ほぞ孔２０１ａの側面から挿入端部２０２ａの側面視中心付近を貫通する角型込栓２０３で枢着してラダーフレーム試験体２００を構成している。

なお、弦材２０１は２００ｍｍ×２００ｍｍの断面を有する木製角材で構成し、ている角型込栓２０３は１８ｍｍ×１８ｍｍの四角形断面の木製棒部材で構成している。
また、束材２０２の左右方向の幅１５０ｍｍ×ほぞ厚Ｂとする木製角材を用い、弦材２０１の内側面同士の間隔を束高さＨ、およびほぞ孔２０１ａに挿入した挿入端部２０２ａの高さをほぞ高さＤとし、ほぞ厚Ｂ、束高さＨ、あるいはほぞ高さＤを変化させた試験体１〜９（表２参照）の静的載架試験による試験結果を比較して、ラダーフレーム試験体２００の性能を確認する。

まず、静的載架試験１では、２本の束材２０２の束高さＨを４８５ｍｍに統一して、表２に示す試験体１〜５についてほぞ形状による比較試験を行った。

その結果の図１６（Ａ）が示すように、ほぞ厚Ｂおよびほぞ高さＤ（図１４（Ａ））ともに大きいほうがラダーフレーム試験体２００の復元力が大きくなることを確認した。

次に、静的載架試験２では、２本の束材２０２のほぞ厚Ｂを１００ｍｍ、ほぞ高さＤを１７５ｍｍに統一して、表２に示す試験体１、６、７について束長さによる比較試験を行った。
その結果の図１７（Ａ）が示すように、束高さＨが長くなることによってラダーフレーム試験体２００の復元力は単純に減少するが、図１７（Ｂ）に示す復元力モーメントで比較すると、それぞれの試験体の束高さＨは影響しないことを確認した。

次に、静的載架試験３では、ほぞ厚Ｂを１００ｍｍ、ほぞ高さＤを１７５ｍｍ、および束高さＨを４８５ｍｍに統一した束材２０２を用い、表１に示す試験体１、８、９について束本数による比較試験を行った。
その結果の図１６（Ｂ）が示すように、束材２０２の本数が増えれば、ラダーフレーム試験体２００の復元力は向上することを確認した。

上記静的載架試験１〜３の結果から、束材２０２の挿入端部２０２ａがほぞ孔２０１ａに深く挿入され、束材２０２の本数や弦材２０１又は束材２０２の断面形状を増加させることでラダーフレーム試験体２００の復元力を向上することを確認した。

続いて、円柱用連結金物２によって取付けられたラダーフレーム３０１、ならびに弦部材３０３と束部材３０４との隅角部を三角形のダンパ３０９で補強したラダーフレーム３０１ａ、３０１ｂをパラメータとした試験体ｉ〜ｖ（図１８参照）を用いて、ラダーフレーム３０１、３０１ａ、３０１ｂの振動台による効果確認試験について説明する。

試験体ｉ〜ｖは木造の社寺を模擬している。試験体ｉは円柱３０５を左右に備え、円柱３０５の上端に横架材３１０、円柱３０５の上方１／４程度に両円柱３０５を左右方向に貫通する通肘木３１３、両円柱３０５の下方１／４程度に足固め材３１２を備えた枠体３２０を奥行き方向に所定間隔を隔てて２枠設け、それぞれの円柱３０５下端を試験架台３１１上に設置し、奥行き方向の奥行横架材３１０ａ、奥行足固め材３１２ａ、および奥行通肘木３１３ａで奥行き方向に配した２枠の枠体３２０同士をそれぞれつないで直方体の枠組３２１を形成している。

試験体は、試験体ｉの枠組３２１から通肘木３１３、および奥行き方向の奥行通肘木３１３ａを除いた枠体３２１で形成し、試験体ｉｉｉは、ラダーフレーム３０１を試験体ｉの通肘木３１３の設置箇所に円柱用連結金物３０２で取付けて構成している。

試験体ｉｖは、試験体ｉｉｉのラダーフレーム３０１の弦部材３０３と束部材３０４との隅角部のうち１２箇所にダンパ３０９を備えたラダーフレーム３０１ａを取付けている。
なお、ダンパ３０９は、２枚の三角形板材と、該三角形板材の間で、前記三角形板材に挟み込まれた粘弾性材とで構成し、２枚の三角形板材のうち一方の三角形板材を弦部材３０３に固定し、他方を束部材３０４に固定している。これによって、ラダーフレーム３０１の変形によって生じる三角形板材同士がずれようとする力が粘弾性材によって吸収されるため、ダンパ３０９を取付けたラダーフレーム３０１ａの復元力は、ダンパ３０９を取付けないラダーフレーム３０１に比べて向上すると考えられる。

試験体ｖは、試験体ｉｉｉのラダーフレーム３０１の弦部材３０３と束部材３０４との隅角部のうち２４箇所にダンパ３０９を備えたラダーフレーム３０１ａを取付けている。

その結果の図１９および図２０が示すように、ラダーフレーム３０１を取付けることによって、通肘木３１３や奥行通肘木３１３ａを取付けた場合より耐力が向上し、円柱３０５の地震時における変形が減少することを確認した。また、ラダーフレーム３０１の弦部材３０３と束部材３０４との隅角部にダンパ３０９を取付ければさらに減衰効果を発揮し、さらに変形が減少することを確認した。なお、ダンパ３０９の個数が多いほうが上記効果が向上することを確認した。

次に、ラダーフレーム１の設計方法について説明する。この設計方法は上述した実験結果に基づくものである。
図２１に示すラダーフレーム１において、ラダーフレーム１全体の耐力（曲げモーメント）は１本あたりの束部材４のめり込みと摩擦によるモーメントＭに束本数の２倍を乗じることによって求まる。なお、図２１のラダーフレーム１は例示であり、束部材４の本数を限定する設計方法ではなく、２本以上であってもよい。

この各モーメントＭは、図４に示したように、束部材４の両端のほぞ部分４１めり込み反力Ｒ１、Ｒ２、ほぞ部分４１のめり込み反力に伴う摩擦抵抗Ｆ１、Ｆ２、弦部材３に設けられたほぞ孔３１の面外方向Ｂ（図２（Ｂ））の内側面と、ほぞ部分４１との摩擦による回転抵抗Ｍｒ、および込栓１１による回転抵抗Ｍｓによって算定される。

なお、ほぞ孔３１をほぞ部分４１の面外方向Ｂ幅より大きく形成した場合に、摩擦による回転抵抗Ｍｒは生じず、また、込栓１１が円形断面である場合は角型断面の込栓１１に比べて込栓１１による回転抵抗Ｍｓは小さくなる。
このようにして求められたモーメントＭを用い、ラダーフレーム１の弦部材３および束部材４の部材を設計することができる。

なお、弦部材３および束部材４は上記モーメントＭに対して先行破壊しないように、断面寸法を決定する必要があり、図２２に示すように、束部材４に生じるせん断力Ｑ、束部材４に生じる曲げモーメントＭｔ、および弦部材３に生じる曲げモーメントＭｂを算定し、曲げモーメントＭｂが弦部材３の許容モーメント度以下となるように弦部材３の断面を決定する。同様にして、せん断力Ｑおよび曲げモーメントＭｔが束部材４の許容モーメント度以下となるように束部材４の断面を決定する。
また、込栓１１は回転に抵抗するため、込栓１１が先行破壊しないように形状と寸法を決定する。

以上の設計方法により、ラダーフレーム１の耐力を容易に設計できるため、補強対象の木造住宅や社寺等に不足する耐力からラダーフレーム１の必要耐力を求め、該必要耐力から容易にラダーフレーム１の弦部材３や束部材４等の諸元を決定することができる。

上記構成により、ラダーフレーム１は弦部材３、束部材４、および円柱用連結金物２又は角型柱用連結金物６から構成される容易な構造であるため、ラダーフレーム１の製作コストを安価にすることができる。
また、ほぞ部分４１のめり込み変形４３によって生じるめり込み効果によって、外力に対する耐力（曲げモーメント）および変形性能の高く、変形しても耐力低下の少ないラダーフレーム１を得ることができ、このラダーフレーム１を取付けた木造構造物の耐震性能を容易に向上させることができる。

なお、ラダーフレーム１の変形が解消されれば、ほぞ部分４１のめり込み変形４３は、木材自体が有する回復力によって、めり込み変形４３が生じる前の状態まで回復することができるため、弦部材３や束部材４の保守を行なえば半永久的に、めり込み効果による耐力および変形性能を持続することができる。

また、補強対象である木造住宅や社寺等の不足耐力を算定し、その不足耐力に応じた耐力を有するラダーフレーム１を容易に設計することができるため、木造住宅や社寺等の補強のための設計コストを低減することができる。
また、設計に基づいて工場で製作されたラダーフレーム１を取付けるだけで、木造住宅や社寺等の補強を行なうことができ、通常の補強工事と比較して施工工期を飛躍的に短縮することができ、施工費を大幅に安くすることができる。

また、ラダーフレーム１は軽量であるため、円柱５又は角型柱７のいずれの場所であっても、取付け施工が容易となる。
また、円柱５又は角型柱７の高さ方向のいずれの場所にラダーフレーム１を取付けても同様の効果を得ることができるため、図２３に示すように社寺の天井裏や床下等に取付けることができ、社寺等の持つ美観を損なうことなく、補強を行なうことができる。

また、図２４に示すように、ラダーフレーム１を見える場所に取付けてもよく、ラダーフレーム１がはしご状であるため、設置によって採光を妨げることなく、補強することができる。

なお、社寺等の大型木造構造物の場合であって、不足耐力が大きく、該不足耐力に対応したラダーフレーム１のサイズが大きくなる場合は、図２５（Ａ）に示すように、面外方向Ｂに平行に２つのラダーフレーム１を配し、それぞれの弦部材３の複数箇所を弦固定部材３４で固定し、２つのラダーフレーム１が、円柱５に対して独立して枢動可能に取付けることが出来る円柱用連結金物２ａによって取付けてもよい。

これにより、鉛直方向に大きくないラダーフレーム１を設置することができる。また、ラダーフレーム１を面外方向Ｂに配した２つのラダーフレーム１を固定しているため、円柱５が円柱断面であることによって、ラダーフレーム１自体が面外方向Ｂに変形し、十分な補強効果を発揮できない状況となることを防止できる。

また、円柱用連結金物２ａによってそれぞれ独立的に、円柱５に対して枢動可能に円柱５に取付けられているため、２つのラダーフレーム１間での変形量のわずかな差異によって生じる、面外方向Ｂの曲げモーメントが円柱５にかかることを防止している。

また、図２６に示すように、複数本の円柱５が平行に配されている社寺等である場合、各円柱５、５間にそれぞれラダーフレーム１を配し、ヒンジ部２４を両側に備え、両側の弦部材３を枢動可能に連結する両側円柱用連結金物２ｂによって、連続的に取付けてもよい。
これにより、平行に配されている複数本の円柱５で構成する社寺等の耐力をより効果的に向上する補強を行なうことができる。

また、図２７に示すように、ラダーフレーム１、ラダーフレーム１ａにおいて、弦部材３、３ａを３本以上備えてもよい。図２７（Ａ）に示すラダーフレーム１の場合、上段と下段の弦部材３と、束部材４とは上記実施例における大入れやほぞ差しによる接続を行ない、中段の弦部材３に対して束部材４を貫通させればよい。また、図２７（Ｂ）に示すラダーフレーム１ａの場合、束部材４に３箇所のほぞ孔４２を備え、各ほぞ孔４２に弦部材３を貫通させてラダーフレーム１ａを構成すればよい。
これにより、さらに耐力の向上したラダーフレーム１およびラダーフレーム１ａを構成することができる。なお、弦部材３、３ａの本数は、図示された３本に限定されず、４本以上であってもよい。

また、図２８に示すように、弦部材３および束部材４をＨ型鋼で構成し、ほぞ孔３１及びほぞ部分４１を木製で構成してもよい。
これにより、木材のみで構成したラダーフレーム１と比較して、同様の復元力を有するラダーフレーム１を小さく形成することができる。なお、ほぞ孔３１およびほぞ部分４１のうちいずれか一方のみが木製であってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の補強部材は、ラダーフレーム１およびラダーフレーム１ａに対応し、
以下同様に、
柱は、円柱５、角型柱７に対応し、
連結部材は、円柱用連結金物２、２ａ、両側円柱用連結金物２ｂ、角型柱用連結金物６に対応し、
挿着口は、ほぞ孔３１、ほぞ孔４２に対応し、
挿入部は、ほぞ部分４１、および中間挿入部３２に対応し、
枢着体は、ヒンジ部２４、枢動部６３に対応し、
枢軸は、込栓１１に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

ラダーフレームを円柱用連結金物で円柱に取付けた状態の側面図。 円柱用連結金物の取付部分付近の拡大説明図。 束部材と弦部材との接続方法についての説明図。 めり込み状態のほぞ部分部分の拡大側面図。 ラダーフレームを角型柱用連結金物で角型柱に取付けた状態の側面図。 角型柱に取付けた状態のラダーフレームの平面断面図。 角型柱用連結金物の取付部分付近の拡大斜視図。 ラダーフレームを角型柱用連結金物で角型柱に取付けた状態の側面図。 角型柱に取付けた状態のラダーフレームの平面断面図。 角型柱用連結金物の取付部分付近の拡大斜視図。 ラダーフレームの耐震補強効果についての確認試験に用いた試験体の正面図。 ラダーフレームの耐震補強効果についての確認試験の結果の復元力特性グラフ。 ラダーフレームの耐震補強効果についての確認試験の結果の耐力特性グラフ。 ラダーフレームの変形および耐力性能について性能確認試験に用いたラダーフレーム試験体の説明図。 静的載架実験を行なう静的載架実験装置の側面図。 静的載架実験の結果の復元力特性グラフ。 静的載架実験の結果の復元力特性グラフ。 振動台による効果確認試験に用いる試験体の説明図。 振動台による効果確認試験の結果グラフ。 振動台による効果確認試験の結果グラフ。 ラダーフレーム全体の耐力算定のための説明図。 弦部材および束部材の断面形状の算定のための模式図。 社寺の円柱に取付けたラダーフレームの側面図。 木造家屋の角型柱に取付けたラダーフレームの側面図。 他の実施形態のラダーフレームの説明図。 複数の円柱を有する社寺に取付けたラダーフレームの側面図。 他の実施形態のラダーフレームの説明図。 Ｈ型鋼を主部材とした弦部材と束部材との接続部分の説明図。

符号の説明

１、１ａ…ラダーフレーム
２、２ａ…円柱用連結金物
２ｂ…両側円柱用連結金物
３、３ａ…弦部材
４、４ａ…束部材
５…円柱
６…角型柱用連結金物
７…角型柱
１１…込栓
２４…ヒンジ部
３１…ほぞ孔
３２…中間挿入部
４１…ほぞ部分
４２…ほぞ孔
６３…枢動部
Ｂ…面外方向
Ｃ…面内方向

Claims (5)

1. 柱と柱の間をつないで木造構造物の耐震性能を向上させる補強部材であって、
   上下に配設し、前記柱と柱の面内方向に長い２以上の弦部材と、
   前記弦部材の左右を、前記柱に各々連結する連結部材と、
   該弦部材の間に配し、弦部材同士を接続する束部材とを備え、
   前記弦部材および前記束部材のうちいずれか一方に接続用の挿着口を備え、他方に該挿着口に挿入する挿入部を設けるとともに、
   前記挿着口および挿入部のうち、少なくとも一方を木製とした
   補強部材。
2. 前記連結部材は、
   前記柱に対して前記弦部材を、前記面内方向に回動自在に枢着する枢着体で形成した
   請求項１に記載の補強部材。
3. 前記挿入部の前記挿着口への挿入方向に対して直角方向かつ前記面内方向の両側面と、該両側面に対向する前記挿着口の対向面とが互いに当接することを特徴とする
   請求項１、または２に記載の補強部材。
4. 該挿着口に挿入された前記挿入部を、
   前記挿入部の前記挿着口への挿入方向に対して直角方向、かつ前記柱と柱の面外方向を軸心とする枢軸で、前記挿着口に枢着した
   請求項１、２または３に記載の補強部材。
5. 請求項１から４のうちいずれかに記載の補強部材を用い、
   柱と柱とを連結する
   補強工法。
   

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