JP4279846B2 - 木造軸組建築物の補強構造 - Google Patents
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Description
特に、既設木造軸組建築物の補強においては、建付けの狂いもあって筋交い1本毎に現場合わせ加工を要する難しい施工技術となっていた。
また、合板を柱の手前面に張り付ける必要があり、このため、室内側の壁を本方法で補強した場合、補強した壁部分のみ合板の厚み相当分が室内側にせり出してくる(部分的に飛び出す)といった欠点がある。
この補強構造で設けられている横桟と止め具は、補強板を支持するものであり、柱の反力や曲げモーメントを受けるものではない。
この補強構造は、地震による軸組の揺れ変形を、粘弾性ダンパの粘弾性体エネルギーで吸収制震しようとするもので、塑性変形エネルギー吸収で耐震化を図る本発明の補強金物とは本質的に異なるものである。
同様に、垂直構面では、方杖と称される直交する柱と横架材の隅部を斜めに締結して、柱と梁門形組を補強する公知の方法がある。
しかし、これらは軸組隅部の三角形形成のために、対象となる軸組材同士を直接結合させなければならず(一般にほぞで結合)、さらに、斜め材の塑性変形によるエネルギー吸収機能は全く考慮されていない構造であり、本発明で提案する構成とは本質的に異なるものである。
木造軸組建築物の左右一対の柱と、この柱と直交する横架材(梁、桁、土台を含む)を備えた垂直構面を対象とした補強構造であって、
前記一対の柱の間に渡される横桟と、この横桟の両端部に取付けられる補強金物とを備え、
前記補強金物は、柱と横桟との直角面を形成する縦向面(柱と横桟の延長線とで形成される直角面のうち柱側の面)及び横向面(柱と横桟の延長線とで形成される直角面のうち横桟側の面)に取付けられる縦向取付片及び横向取付片と、前記縦向取付片と横向取付片の間に渡された斜向片とで形成され、
前記斜向片が断面凹凸形状、またはリブやフランジを有する座屈補強構造に形成され、
前記縦向取付片が柱の上下方向に配設した少なくとも2個以上の取付穴を介して縦向面に取付けられ、
前記横向取付片が横桟の軸方向に配設した少なくとも2個以上の取付穴を介して横向面に取付けられ、
かつ前記横桟が柱間寸法より短く形成されて、横桟の両端面と柱との間に隙間が形成されている構成とした。
なお、本発明において、斜向片が断面凹凸形状、またはリブやフランジを有するとは、断面L字状、断面T字状、断面I字状などを言う。
請求項1記載の補強構造において、前記横桟が断面角形の木質横桟である構成とした。
請求項1記載の補強構造において、前記横桟が断面角形又は断面略コ形の金属横桟である構成とした。
請求項3記載の補強構造において、金属横桟の両端部に取付けられる補強金物のうちの少なくとも一方の補強金物が、金属横桟に軸方向に移動可能に取付けられている構成とした。
請求項3記載の補強構造において、金属横桟が、外側横桟と、この外側横桟の内部に軸方向にスライド可能に嵌合させた内側横桟とで長さ調節可能に形成されている構成とした。
請求項3又は4又は5記載の補強構造において、金属横桟の内部に木質芯材が嵌め込まれている構成とした。
請求項2記載の補強構造において、木質横桟の少なくとも補強金物が取り付く範囲に断面角形又は断面略コ形の金属補強材が装着されている構成とした。
そして、斜向片が断面凹凸形状、またはリブやフランジを有する座屈補強構造に形成されている。
さらに、縦向取付片が柱の上下方向に配設した少なくとも2個以上の取付穴を介して縦向面に取付けられ、
前記横向取付片が横桟の軸方向に配設した少なくとも2個以上の取付穴を介して横向面に取付けられている。
特に、既存の木造軸組建築物を耐震補強する場合でも、室内壁の取り除き工事のみで補強施工を行うことができ、雨天工事も可能で、既存、新築を問わず、極めて簡単に、かつ低コストで高耐力の耐震補強ができる。
この補強構造は、左右一対の柱1,1と、この柱1,1と直交する梁20を備えた垂直構面を対象とした補強構造であり、前記一対の柱1,1間に渡された横桟3と、この横桟の両端部に取付けられた補強金物4,4とを備えている。
このように、木質横桟3aを用いて、柱間寸法より短く形成すると、柱1,1間寸法がまちまちであったとしても、この木質横桟3aを施工現場で柱間寸法より短い適正長さに切断すればよく、各建築物、各場所における柱間寸法差への対応が容易であり、多様な寸法の横桟を持つことが不要になる。
前記斜向片42は、図2(イ)のA−A断面図である図2(ロ)で示すように、縦向取付片40と横向取付片41の間に渡され、その外縁に立上部42aが形成されると共に、内部に形成した空間43aの周縁に立上部42bが形成された断面凹凸形状に形成されることによって座屈補強構造に形成されている。
まず、横桟3を一対の柱1,1間に所定の高さで渡して仮止めする。
次に、横桟3の一端部(例えば、左端部)において補強金物4の横向取付片41を横桟3の横向面30にあてがう状態で、補強金物4の縦向取付片40を柱1の縦向面10に2ヶ所の取付穴44,44を介してスクリュー50,50で締結固定させる。
次に、横桟3の他端部(例えば、右端部)において補強金物4の横向取付片41を横桟3の横向面30にあてがう状態で、補強金物4の縦向取付片40を柱1の縦向面10に2ヶ所の取付穴44,44を介してスクリュー50,50で締結固定させる。
そして、上記のような取り付け施工に際し、横桟3の両端面と柱1,1との間に隙間S,Sを形成させるものである。
これは、軸組の材全てを活用したせん断耐力の向上効果の発現を狙ったものであり、本発明の横桟3と補強金物4で構成された補強構造と併用することが好ましい。
なお、柱1と土台21の直角隅面には補強金物を取付けない場合もあり、その理由は、柱1の浮上りを止める金物(一般にホールダウン金物と称す)を優先して取付ける際に、スペース的に干渉を防ぐためである。
図6の補強構造は、縦向面(柱1)と横向面(横桟3)との間に1本の補強リンク49が取付けられたものである。
図6(イ)のように、補強リンク49が、横桟と柱に対してそれぞれ1ヶ所で連結された場合、これに地震等で外力Fが作用すると、図6(ロ)のように、一方の補強リンク49(図中左側の補強リンク49)には引張力が作用し、横桟端部分3d(図中横桟左端部分3d)には圧縮力が作用し、他方の補強リンク49(図中右側の補強リンク49)には圧縮力が作用し、横桟端部分3d(図中横桟右端部分3d)には引張力が作用する。
これにより、柱及び横桟には外力Fに反する方向に曲げモーメントが作用し、垂直構面変形を抑制することができる。
図7(イ)のように、補強リンク49a,49bが、横桟と柱に対してそれぞれ2本づつで連結された場合、これに地震等で外力Fが作用すると、図7(ロ)のように、一端部(図中左端部)における一方の補強リンク49aには引張力が作用し、他方の補強リンク49bには圧縮力が作用し、他端部(図中右端部)における一方の補強リンク49aには圧縮力が作用し、他方の補強リンク49bには引張力が作用する。
これにより、柱及び横桟には外力Fに反する方向に曲げモーメントが作用し、垂直構面変形を抑制することができる。
つまり、横桟3は補強金物4を介して柱1に繋がっていれば良く、その端面の隙間S,Sを自由に選べるので、この隙間S,Sを柱1,1間寸法の差の吸収代として利用することができ、多様な寸法の横桟を持つことが不要で、特に寸法に狂いが生じやすい既存建築物への施工が非常に容易で、その適用性が格段に向上する。
なお、横桟3の端面と柱1との隙間S,Sは、左右両端で同一にする必要はない。つまり、横桟3の端面と柱1との隙間は、上述のように、柱1,1間寸法差の吸収のために設けているので、左右の同一性が必ずしも必要ではなく、現場の状況に合わせて左右の隙間配分を設定することができる。
図3で示す補強金物4は、図3(イ)のB−B断面図である図3(ロ)で示すように、縦向取付片40と横向取付片41の間に渡された斜向片42の外縁に立上部42aが形成されると共に、隅部に形成した面取り部の縁に立上部42cが形成された断面凹凸形状に形成されている。
図8で示す横桟3は、金属横桟3bであり、断面略コ形のリップ付きチャンネル形材を用い、これを柱間寸法よりもやや短めの長さに切断したもので、補強金物4の横向取付片41に符合する円形の通し穴31,31が、両端部にそれぞれ2ヵ所づつ形成されている。
そして、この金属横桟3bに対して補強金物4を取付けるには、前記通し穴31,31に補強金物4の取付穴45,45を符合させ、ボルト等で締結させることになる。
従って、通し穴31aを長穴に形成した分だけ、補強金物4を金属横桟3bに対して軸方向に移動可能に取付けることができ、まちまちな柱間寸法に対応して金属横桟3bを補強金物4により柱1,1間に取り付けることができる。
この場合、外側横桟35a(内側横桟35bでもよい)に形成した長穴36aと、内側横桟35b(外側横桟35aでもよい)に形成した丸穴36bを符合させてボルト36cにより締結することで、前記長穴36aの分だけ金属横桟3bの全長を伸縮させることができる。尚、ボルト36c、36cを通しボルトとしてもよい。
図13で示す横桟3は、金属横桟3bの両端部に金属外材37,37が装着されている。
この場合、左右の金属外材37,37は、金属横桟3bに対して軸方向にスライドさせることができる。
つまり、補強金物4の取付け位置調整に応じて、金属外材37,37間の距離が変えられるようにしている。
なお、このような複合横桟は、前記図8〜図13で示した金属横桟3bについても適用することができる。
これにより、スパン調整容易化と横桟の必要強度を両立させて、横桟断面を細くでき、壁隙間の狭い真壁への施工対応や、材の保管性、工事のハンドリング性などを向上することが可能となる。
この場合、左右の金属補強材38,38は、木質横桟3aに対して軸方向にスライドさせることができる。
つまり、補強金物4の取付け位置調整に応じて、金属補強材38,38間の距離が変えられるようにしている。
又、左右の金属補強材38,38の間は、金属補強材で補強されていない木質横桟3aのみの剛性と強度になるが、本発明の構成では、補強対象とする垂直構面のせん断変形時の、横桟3に生じる曲げモーメント分布は図16に示す形になるので、図16の横桟3の軸方向中央部は小さな曲げモーメント発生であり、この部分の強度と剛性は低くても設計上問題ないという、本発明の構成特有の構造力学的特性を上手く利用しているものである。
この補強構造は、横桟3の端部に補強金物4a,4bがそれぞれ2個づつ上下に取付けられている。
このように、補強金物4a,4bを、構桟3の上下に取付けると、より高い補強強度が得られる。
また、上下の補強金物4a,4bを通しボルト52,52で締結すると、ボルトの引抜力を受ける面が増え、横桟3の局部変形を抑えることができる。
なお、このように、横桟3の端部に補強金物4a,4bをそれぞれ2個づつ上下に取付ける場合、上下の補強金物4a,4bに同一の金物を用いて上下対称にしてもよいし、上下の補強金物4a,4bに異なる金物を用いてもよい。
つまり、補強金物は、金属である特性を十分に生かすには、その変形特性として、1)補強金物の座屈モーメントMcが柱折損モーメントMwよりは小さいこと、2)1/120ラジアン変形までは座屈しないこと、を持たせることが好ましい。
横軸はせん断変形(ラジアン)を1000倍表示しており、縦軸は水平荷重である。
図18の荷重変形曲線図より分かるように、本発明構成で、適正な強度バランス設計をすると、初期剛性として1/120ラジアンせん断変形(図18横軸目盛で8)までは、ほぼ直線状に荷重が増え、ここで少し曲線が寝始めて、1/15ラジアン変形(図18横軸目盛で67)まで、柱が折れることなく荷重は漸増し(実験条件によっては、座屈後にほぼ一定荷重で水平に推移)、耐震性能上、非常に好ましい特性を得ることができる。
さらに、初期剛性の確保から1/120ラジアンまでは、弾性変形内で収めることが望ましく、最大変形時との変形比は120/15=8である。
結局、補強金物の耐座屈モーメントMcは、(Mw/8)≦Mc≦Mwとすることで、最も望ましい耐力特性を持つ、補強金物を得ることができる。
補強対象となる垂直構面の柱が断面b=10.5cm角の杉材であるとすると、
柱の断面係数Z=b3/6=192.9cm3
杉材の曲げ許容応力σbaは、σba=2200N/cm2より、
柱曲げ折損モーメントMw=Z・σba=424kN・cm
故に、
補強金物の持つべき座屈モーメントMcは、424/8=53より
53≦Mc≦424(kN・cm)
なお、横桟の設計などは、十分な強度を持つ通常設計を行えばよく、本発明の主旨ではないので説明を省く。
a)降伏耐力Py:9.65kN
b)終局耐力Pulに(0.2/Ds)を乗じる:8.14kN
c)最大荷重Pmaxの2/3:12.08kN
d)1/120rad時荷重:7.69kN
を得た。これは壁倍率換算で4.3であり、一般の構造用合板で得られる壁倍率2.5を超える高い性能を実現できている。
特に、既設建築物の垂直構面の剛性と強度を容易に向上でき、耐震性増強に寄与する。
10 縦向面
20 梁
21 土台
3 横桟
3a 木質横桟
3b 金属横桟
3c 木質芯材
3d 横桟端部分
4 補強金物
4a 補強金物
4b 補強金物
30 横向面
31 通し穴
31a 通し穴
35a 外側横桟
35b 内側横桟
36a 長穴
36b 丸穴
36c ボルト
37 金属外材
38 金属補強材
40 縦向取付片
41 横向取付片
42 斜向片
42a 立上部
42b 立上部
42c 立上部
42d 立上部
42e 略コ字状部
43a 空間
43b 空間
44 取付穴
45 取付穴
49 補強リンク
49a 補強リンク
49b 補強リンク
50 スクリュー
51 スクリュー
52 ボルト
90 補強金物
91 補強金物
S 隙間
Claims (7)
- 木造軸組建築物の左右一対の柱と、この柱と直交する横架材を備えた垂直構面を対象とした補強構造であって、
前記一対の柱の間に渡される横桟と、この横桟の両端部に取付けられる補強金物とを備え、
前記補強金物は、柱と横桟との直角面を形成する縦向面及び横向面に取付けられる縦向取付片及び横向取付片と、前記縦向取付片と横向取付片の間に渡された斜向片とで形成され、
前記斜向片が断面凹凸形状、またはリブやフランジを有する座屈補強構造に形成され、
前記縦向取付片が柱の上下方向に配設した少なくとも2個以上の取付穴を介して縦向面に取付けられ、
前記横向取付片が横桟の軸方向に配設した少なくとも2個以上の取付穴を介して横向面に取付けられ、
かつ前記横桟が柱間寸法より短く形成されて、横桟の両端面と柱との間に隙間が形成されていることを特徴とする木造軸組建築物の補強構造。 - 請求項1記載の補強構造において、前記横桟が断面角形の木質横桟である木造軸組建築物の補強構造。
- 請求項1記載の補強構造において、前記横桟が断面角形又は断面略コ形の金属横桟である木造軸組建築物の補強構造。
- 請求項3記載の補強構造において、金属横桟の両端部に取付けられる補強金物のうちの少なくとも一方の補強金物が、金属横桟に軸方向に移動可能に取付けられている木造軸組建築物の補強構造。
- 請求項3記載の補強構造において、金属横桟が、外側横桟と、この外側横桟の内部に軸方向にスライド可能に嵌合させた内側横桟とで長さ調節可能に形成されている木造軸組建築物の補強構造。
- 請求項3又は4又は5記載の補強構造において、金属横桟の内部に木質芯材が嵌め込まれている木造軸組建築物の補強構造。
- 請求項2記載の補強構造において、木質横桟の少なくとも補強金物が取り付く範囲に断面角形又は断面略コ形の金属補強材が装着されている木造軸組建築物の補強構造。
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