JP4532186B2 - 木質部材の接合工法及び接合構造 - Google Patents
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規模が大きい木造構造物において、断面の大きい木質部材同士を接合する従来技術として、例えば下記の特許文献1には、木質部材の接合端部から材軸方向にスリットを切り込み、前記スリットに接合プレートを差し込み、これを直角方向に通した複数のドリフトピン又はボルトで緊結した上で、前記の接合プレート同士を重ね合わせボルト接合する接合工法及び接合構造が開示されている。
更に、特許文献3には、木質部材を材軸方向に一連に突き合わせ接合する方法として、木質部材の接合端面から垂直方向(材軸方向)に下穴を掘削し、接合する二つの木質部材は前記下穴へ共通の棒状部材を挿入して突き合わせ、前記棒状部材の両先端部のみを各木質部材と接着能力を有する充填材により固着し、他の部分は非固着とする接合工法及び接合構造が開示されている。
そして、上記従来技術に共通の大きな欠点は、接合部にプレストレスを導入して緊結することができないので、接合部分が緩く、水平力や曲げモーメントによって接合部に開きを発生するなどの構造的、機能的欠点が大きいことである。
接合するべき木質部材1A、1Bの接合面1aから垂直方向に下穴2を複数掘削すると共に各下穴2の入り口部分に木端面1bに向かって開口する欠き込み3を形成し、各下穴2の中に同下穴2の奥端部に空洞部2aを残す長さの反力受け用中空管材4を挿入し当該木質部材1へ一体的に固定する段階と、
加熱すると外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒5b、5bを両端部に配置し、これを金属棒5cを介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まる長さに繋いで成る連結材5を、接合するべき二つの木質部材1A、1Bの前記下穴2及び反力受け用中空管材4の中へ、両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まるように長さを配分して通し、二つの木質部材1A、1Bの接合面を合わせる段階と、
二つの木質部材1A、1Bの接合面に開口する前記欠き込み3に露出した金属棒5cを、加熱手段8により両端部の形状記憶合金棒5bが反応する温度以上に加熱し、両端部の形状記憶合金棒5bの外径を膨脹させて反力受け用中空管材4の奥端へ掛け止める段階とからなることを特徴とする。
接合するべき木質部材1A、1Bの接合面1aから垂直方向に下穴2を複数掘削すると共に各下穴2の入り口部分に木端面1bに向かって開口する欠き込み3を形成し、各下穴2の中に同下穴2の奥端部に空洞部2aを残す長さの反力受け用中空管材4を挿入し当該木質部材1へ一体的に固定する段階と、
高温に加熱すると軸線方向に収縮するように形状処理された形状記憶合金棒5aを中央部に配置し、前記形状記憶合金棒5aよりは低温の加熱で外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒5bを両端部に配置し、これらを金属棒5cを介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まる長さに繋いで成る連結材5を、接合するべき二つの木質部材1A、1Bの接合面1aの前記下穴2及び反力受け用中空管材4の中へ、前記中央部の形状記憶合金棒5aが前記欠き込み3に露出するように長さを配分して通し、二つの木質部材1A、1Bの接合面を合わせる段階と、
二つの木質部材1A、1Bの接合面1aに開口する前記欠き込み3に露出した前記中央部の形状記憶合金棒5aないしその近傍の金属棒5c又は両者を、加熱手段8により先ずは中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以下であって両端部の形状記憶合金棒5bが反応する温度以上に加熱し、両端部の形状記憶合金棒5bの外径を膨脹させて反力受け用中空管材4の奥端へ掛け止める段階と、
次いで中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以上に加熱して軸線方向に収縮させ、連結材5を通じて二つの木質部材1A、1Bの接合部にプレストレスを導入する段階とからなることを特徴とする。
二つの木質部材1A、1Bの接合部に開口する欠き込み3を同質の木片9で塞ぐことを特徴とする。
接合するべき木質部材1A、1Bに、その接合面1aから垂直方向に下穴2が複数掘削され、前記の各下穴2の入り口部分に木端面1bに向かって開口する欠き込み3が形成されており、各下穴2の中に同下穴2の奥端部に空洞部2aを残す長さの反力受け用中空管材4が挿入されて当該木質部材1へ一体的に固定されていること、
加熱すると外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒5bが両端部に配置され、中間の金属棒5cを介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まる長さに繋いで成る連結材5が、接合するべき二つの木質部材1A、1Bの前記下穴2及び反力受け用中空管材4の中へ、両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まるように長さを配分して通され、二つの木質部材1A、1Bの接合面が合わされていること、
二つの木質部材1A、1Bの接合面1aに開口する前記欠き込み3に露出した金属棒5cが両端部の形状記憶合金棒5bが反応する温度以上に加熱され両端部の形状記憶合金棒5bの外径を膨脹させて反力受け用中空管材4の奥端へ掛け止められていることを特徴とする。
接合するべき木質部材1A、1Bに、その接合面1aから垂直方向に下穴2が複数掘削され、前記の各下穴2の入り口部分に木端面1bに向かって開口する欠き込み3が形成されており、各下穴2の中に同下穴2の奥端部に空洞部2aを残す長さの反力受け用中空管材4が挿入されて当該木質部材1へ一体的に固定されていること、
高温に加熱すると軸線方向に収縮するように形状処理された形状記憶合金棒5aが中央部に配置され、前記形状記憶合金棒5aよりは低温の加熱で外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒5bが両端部に配置され、これらを中間の金属棒5cを介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まる長さに繋いで成る連結材5が、接合するべき二つの木質部材1A、1Bの接合面1aの前記下穴2及び反力受け用中空管材4の中へ、前記中央部の形状記憶合金棒5aが前記欠き込み3に露出するように長さを配分して通され、二つの木質部材1A、1Bの接合面が合わされていること、
二つの木質部材1A、1Bの接合面1aに開口する前記欠き込み3に露出した前記中央部の形状記憶合金棒5aないしその近傍の金属棒5c又は両者が、中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以下であって両端部の形状記憶合金棒5bが反応する温度以上に加熱され両端部の形状記憶合金棒5bの外径を膨脹させて反力受け用中空管材4の奥端へ掛け止められており、更に中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以上に加熱されて軸線方向に収縮され、連結材5を通じて二つの木質部材1A、1Bの接合部にプレストレスが導入されていることを特徴とする。
二つの木質部材1A、1Bの接合面1aにおいて、接合時に相互に突き合わされる位置にそれぞれ凹部6が形成され、前記凹部6とほぼ同形、同大で二つの木質部材1A、1Bの凹部6を突き合わせた際の奥行き寸法と略等しい長さのジベル7が、二つの木質部材1A、1Bの接合面の凹部6へ嵌め込まれていることを特徴とする。
二つの木質部材1A、1Bの接合部に開口する欠き込み3が同質の木片9で塞がれていることを特徴とする。
連結材5を構成する金属棒5cが鋼棒又は低降伏点鋼棒であることを特徴とする。
接合に使用する資材は連結材5のみであるから、従来工法に比して接合部の重量軽減に利するところ大で、ひいては架構全体の構造設計を有利に行うことができる。
その上、請求項2及び6に係る発明の場合は、連結材5を通じて接合部にプレストレスを導入するので、接合部に曲げ等の外力が大きく作用してもこれに強く抵抗して、接合部が開くような不都合は生じず、堅固な接合部を提供できる。
一方、請求項9に係る発明のように、連結材5の金属棒5cに低降伏点鋼を使用すると、靱性が高くなり(変形能力が大きい)、エネルギ吸収能力が大きいので耐震性に優れた接合部を提供できる。
高温に加熱すると軸線方向に収縮するように形状処理された形状記憶合金棒5aを中央部に配置し、前記形状記憶合金棒5aよりは低温の加熱で外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒5bを両端部に配置し、これらを金属棒5cを介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒5bがそれぞれ前記反力受け用中空管材4の奥端より以深の空洞部2aに納まる長さに繋いで成る連結材5を、接合するべき二つの木質部材1A、1Bの接合面の前記下穴2及び反力受け用中空管材4の中へ、前記中央部の形状記憶合金棒5aが前記欠き込み3に露出するように長さを配分して通し、二つの木質部材1A、1Bの接合面を合わせる。
二つの木質部材1A、1Bの接合面1aに開口する前記欠き込み3に露出した前記中央部の形状記憶合金棒5aないしその近傍の金属棒5c又は両者を、加熱手段8により先ずは中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以下であって両端部の形状記憶合金棒5bが反応する温度以上に加熱し、両端部の形状記憶合金棒5bの外径を膨脹させて反力受け用中空管材4の奥端へ掛け止める。
次いで、中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以上に加熱して軸線方向に収縮させ、連結材5を通じて二つの木質部材1A、1Bの接合部にプレストレスを導入する。
接合すべき二つの木質部材1A、1B(但し、単に符号1で表現する場合もある。)には、その接合面1aから垂直方向(材軸方向)に下穴2を必要本数(本実施例の場合は図2Bに示すように上下に2本ずつ合計4本)掘削すると共に、各下穴2の入り口部分に木端面1bに向かって開口する欠き込み3を形成する。下穴2の深さは、後述する連結材の半分の長さに等しいものとする。即ち、連結材を挿入して木質部材1A、1Bの接合面を突き合わせた際に下穴2の中でガタを生じないで連結材の位置が決まる深さに形成する。前記欠き込み3は、後述する連結材の加熱処理に適切な形状大きさに形成する。
なお、上記の接合工程に先立ち、二つの木質部材1A、1Bの接合面1aに、上記の接合時に相互に突き合わされる位置に予め凹部6を形成し、一方、前記凹部6とほぼ同形、同大で二つの木質部材1A、1Bの凹部6を二つ突き合わせた際にできる空洞の奥行き寸法(図2Aの左右方向寸法)と略等しい長さのジベル7を用意し、二つの木質部材1A、1Bの接合面1aを接合する前に予め一方の接合面の凹部6へ前記ジベル7を約半分嵌め込んでおき、しかる後に二つの木質部材1A、1Bをぴったり接合することにより、図2Aのように空洞6内にジベル7を埋め込む(請求項3に記載した発明)。かくすると、ジベル7が二つの木質部材1A、1Bの接合面部に作用する剪断力に対する強い抵抗体となって強度が大きい接合部の実現に寄与するのである。図示例の場合、凹部6は円形の凹みであり、ジベル7は中央部に補強リブを有する車輪の如き形状であるが、勿論、この限りではない。接合部に作用する剪断力に対する強い抵抗を期待できる限り、その形状、構造の如何を問わない。図示した実施例の場合、ジベル7は1個使用しているだけであるが、接合部に作用する応力の大きさに応じて複数使用することも実施される。
次いで、中央部の形状記憶合金棒5aが反応する温度以上に加熱して同形状記憶合金棒5aを軸線方向に収縮させ、ひいては当該連結材5を通じて二つの木質部材1A、1Bの接合部にプレストレスを導入する(以上、請求項2、6の発明)。以上の結果、二つの木質部材1A、1Bの接合部は、プレストレスによってがっちりと堅固でゆるみのない接合状態を実現する。
図4は、形状記憶合金の一例として選択したFe−15Mn−5Si系合金(以下、合金Xという。)と、Fe−28Mn−6Si系合金(以下、合金Yという。)の温度と回復歪み量の関係を示している。合金Xの回復歪み量がP点で足りるときは、約120度の加熱で目的は達成される。よって、両端部の形状記憶合金棒5bに前記合金Xを使用した場合、連結棒5の中央部をおよそ150度ないし180度程度に加熱すれば、目的を十分達成できる。また、図4の合金Yの回復歪み量がQ点で足りるときは、約220度の加熱で目的は達成される。よって、中央部の形状記憶合金棒5aに前記合金Yを使用した場合には、直接に220度ないし230度程度に加熱すれば、目的を十分達成できる。この時の加熱対象は連結材5の中央部の形状記憶合金棒5aのみであるが、木質部材1には反力受け用中空管材4を通じて熱が伝わる。しかし、一定の加熱時間を超えなければ、周囲の木質部材1が自然発火することはない。
2 下穴
3 欠き込み
2a 空洞部
4 反力受け用中空管材
5a 中央部の形状記憶合金棒
5b 両端部の形状記憶合金棒
5c 金属棒
5 連結材
8 加熱手段
6 凹部
7 ジベル
9 木片
Claims (9)
- 接合するべき木質部材の接合面から垂直方向に下穴を複数掘削すると共に各下穴の入り口部分に木端面に向かって開口する欠き込みを形成し、各下穴の中に同下穴の奥端部に空洞部を残す長さの反力受け用中空管材を挿入し当該木質部材へ一体的に固定する段階と、
加熱すると外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒を両端部に配置し、これを金属棒を介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒がそれぞれ前記反力受け用中空管材の奥端より以深の空洞部に納まる長さに繋いで成る連結材を、接合するべき二つの木質部材の前記下穴及び反力受け用中空管材の中へ、両端部の形状記憶合金棒がそれぞれ前記反力受け用中空管材の奥端より以深の空洞部に納まるように長さを配分して通し、二つの木質部材の接合面を合わせる段階と、
二つの木質部材の接合面に開口する前記欠き込みに露出した金属棒を、加熱手段により両端部の形状記憶合金棒が反応する温度以上に加熱し、両端部の形状記憶合金棒の外径を膨脹させて反力受け用中空管材の奥端へ掛け止める段階とからなることを特徴とする、木質部材の接合工法。 - 接合するべき木質部材の接合面から垂直方向に下穴を複数掘削すると共に各下穴の入り口部分に木端面に向かって開口する欠き込みを形成し、各下穴の中に同下穴の奥端部に空洞部を残す長さの反力受け用中空管材を挿入し当該木質部材へ一体的に固定する段階と、
高温に加熱すると軸線方向に収縮するように形状処理された形状記憶合金棒を中央部に配置し、前記形状記憶合金棒よりは低温の加熱で外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒を両端部に配置し、これらを金属棒を介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒がそれぞれ前記反力受け用中空管材の奥端より以深の空洞部に納まる長さに繋いで成る連結材を、接合するべき二つの木質部材の接合面の前記下穴及び反力受け用中空管材の中へ、前記中央部の形状記憶合金棒が前記欠き込みに露出するように長さを配分して通し、二つの木質部材の接合面を合わせる段階と、
二つの木質部材の接合面に開口する前記欠き込みに露出した前記中央部の形状記憶合金棒ないしその近傍の金属棒又は両者を、加熱手段により先ずは中央部の形状記憶合金棒が反応する温度以下であって両端部の形状記憶合金棒が反応する温度以上に加熱し、両端部の形状記憶合金棒の外径を膨脹させて反力受け用中空管材の奥端へ掛け止める段階と、
次いで中央部の形状記憶合金棒が反応する温度以上に加熱して軸線方向に収縮させ、連結材を通じて二つの木質部材の接合部にプレストレスを導入する段階とからなることを特徴とする、木質部材の接合工法。 - 二つの木質部材の接合面において接合時に相互に突き合わされる位置にそれぞれ凹部を形成し、前記凹部とほぼ同形、同大で二つのの木質部材の凹部を突き合わせた際の奥行き寸法と略等しい長さのジベルを用意し、二つの木質部材の接合面を接合する前に予め同接合面の凹部へ前記ジベルを嵌め込み、しかる後に二つの木質部材の接合を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載した木質部材の接合工法。
- 二つの木質部材の接合部に開口する欠き込みを同質の木片で塞ぐことを特徴とする、請求項1又は2若しくは3に記載した木質部材の接合工法。
- 接合するべき木質部材に、その接合面から垂直方向に下穴が複数掘削され、前記の各下穴の入り口部分に木端面に向かって開口する欠き込みが形成されており、各下穴の中に同下穴の奥端部に空洞部を残す長さの反力受け用中空管材が挿入されて当該木質部材へ一体的に固定されていること、
加熱すると外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒が両端部に配置され、中間の金属棒を介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒がそれぞれ前記反力受け用中空管材の奥端より以深の空洞部に納まる長さに繋いで成る連結材が、接合するべき二つの木質部材の前記下穴及び反力受け用中空管材の中へ、両端部の形状記憶合金棒がそれぞれ前記反力受け用中空管材の奥端より以深の空洞部に納まるように長さを配分して通され、二つの木質部材の接合面が合わされていること、
二つの木質部材の接合面に開口する前記欠き込みに露出した金属棒が両端部の形状記憶合金棒が反応する温度以上に加熱され両端部の形状記憶合金棒の外径を膨脹させて反力受け用中空管材の奥端へ掛け止められていることを特徴とする、木質部材の接合構造。 - 接合するべき木質部材に、その接合面から垂直方向に下穴が複数掘削され、前記の各下穴の入り口部分に木端面に向かって開口する欠き込みが形成されており、各下穴の中に同下穴の奥端部に空洞部を残す長さの反力受け用中空管材が挿入されて当該木質部材へ一体的に固定されていること、
高温に加熱すると軸線方向に収縮するように形状処理された形状記憶合金棒が中央部に配置され、前記形状記憶合金棒よりは低温の加熱で外径が膨脹するように形状処理された形状記憶合金棒が両端部に配置され、これらを中間の金属棒を介して一連に、且つ両端部の形状記憶合金棒がそれぞれ前記反力受け用中空管材の奥端より以深の空洞部に納まる長さに繋いで成る連結材が、接合するべき二つの木質部材の接合面の前記下穴及び反力受け用中空管材の中へ、前記中央部の形状記憶合金棒が前記欠き込みに露出するように長さを配分して通され、二つの木質部材の接合面が合わされていること、
二つの木質部材の接合面に開口する前記欠き込みに露出した前記中央部の形状記憶合金棒ないしその近傍の金属棒又は両者が、中央部の形状記憶合金棒が反応する温度以下であって両端部の形状記憶合金棒が反応する温度以上に加熱され両端部の形状記憶合金棒の外径を膨脹させて反力受け用中空管材の奥端へ掛け止められており、更に中央部の形状記憶合金棒が反応する温度以上に加熱されて軸線方向に収縮され、連結材を通じて二つの木質部材の接合部にプレストレスが導入されていることを特徴とする、木質部材の接合構造。 - 二つの木質部材の接合面において、接合時に相互に突き合わされる位置にそれぞれ凹部が形成され、前記凹部とほぼ同形、同大で二つの木質部材の凹部を突き合わせた際の奥行き寸法と略等しい長さのジベルが、二つの木質部材の接合面の凹部へ嵌め込まれていることを特徴とする、請求項5又は6に記載した木質部材の接合構造。
- 二つの木質部材の接合部に開口する欠き込みが同質の木片で塞がれていることを特徴とする、請求項5又は6若しくは7に記載した木質部材の接合構造。
- 連結材を構成する金属棒が鋼棒又は低降伏点鋼棒であることを特徴とする、請求項5又は6に記載した木質部材の接合構造。
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