JP4878338B2

JP4878338B2 - 建築物及び建造物の補強構造

Info

Publication number: JP4878338B2
Application number: JP2007194148A
Authority: JP
Inventors: 拓造中村
Original assignee: 中村物産有限会社
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-07-26
Also published as: JP2009030290A

Description

本発明は木造建築物又は鉄骨建造物における柱構造材と該柱構造材に連結する他の構造材との接合部に架け渡して用いられる建築物及び建造物の補強部材を使用した防振性及び耐震性に優れた建築物及び建造物の補強構造に関する。

木造建築物及び鉄骨建造物における防振性、耐震性の必要性は近年、益々理解が深まり、その関心度も高くなっている。なお、本発明において木造建築物というときは、木造建築物或いは木造建造物を含んだ意味で用いられ、鉄骨構造建造物というときは、軽量鉄骨建築物及び重量鉄骨建造物を含んだ意味で用いられる。

従来、木造建築物及び鉄骨建造物を補強するための補強構造としては、木造軸組建築物における柱、間柱、土台、梁及び胴差等の構造材間、木造枠組壁工法建築物における角材等の構造材間において構築される筋交いやブレス構造等の補強材を架け渡した補強構造、又は鉄骨建造物における柱、梁材等の構造材間に設けられたラーメン構造やブレス構造等の補強構造が用いられ広く知られている。

上記のラーメン構造やブレス構造等の補強構造は、このような補強構造が存在しない構造の建築物や建造物に比べて、耐震性や防振性が向上する。建築物及び建造物を補強するための補強構造として、制震構造を用いて耐震性能をより高いものとするための補強構造が、例えば、特許文献１、特許文献２、により知られている。
特許文献１、２に示された補強構造は、一方の構造材（構造材Ａ）と他の構造材（構造材Ｂ）とで形成される角部において、構造材Ａの途中から他方の構造材Ｂの途中に、バネ鋼からなる補強部材を架け渡して固定してなるものである。また特許文献２に記載の補強構造は、上記構造材Ａと構造材Ｂとバネ鋼からなる補強部材とで構成される空間部内に合成樹脂発泡体を圧縮状態で固定してなるものである。
また、例えば、特許文献３には、建築物や建造物における二つの構造材で形成された仕口に設置される補強部材であって、耐震性能の高い制震構造を有し、該仕口の変形に追従して減衰効果を発揮し、また該仕口の角度を正常な位置に復元するための復元力が発揮された補強部材および補強構造が示されている。
また、特許文献４には、土台と土台上に立設する柱とを締結する１枚の平板状金具に係止爪を設けた構造の柱脚金具を用いた補強構造が開示されている。

特許文献１及び特許文献２に示されたような従来の補強構造は、一方の構造材と他方の構造材（例えば、柱と梁や桁あるいは柱と土台）との間に形成される角部において、一方の構造材と他方の構造材との間に補強部材を架け渡して補強する方式である。このような補強構造では、柱の曲げ歪が大きくなると接合部が離れ補強作用が十分に発揮されない。また木造建築物の場合、木部自体の強度が固定部材の強度に負け木部が破壊する虞がある等、柱の曲げ強度や固定部の強度等の性能に大きく影響され易いという問題がある。

特開平２００３−９６９１１号公報特開平２００３−２０７２９号公報国際公開第２００４／０５１０１５号公報特開平８−３１２００８号公報

本発明者は、上記特許文献１や２における補強部材による補強構造の問題を改良し、これらの補強部材による補強とは全く別の発想に基づき、補強部材を建築物及び建造物の構造材に直接取り付け、柱構造材自体の曲げ強度や固定部の強度等の性能に大きく影響されず、柱構造材と他の構造材（梁や桁などの横架材、又は土台）における接合部の引張剪断力や伸長力を吸収、減衰させ、曲げ歪も吸収することができる、補強部材およびこの補強部材を使用した補強構造を提案した。（特願２００６−５０９５１）

本発明は、前記補強部材を建築物及び建造物における柱構造材と横架構造材（梁や桁）、または柱構造材と土台との接合部に架け渡して接合部を補強する補強構造について、さらに検討を加え、特に柱構造材と土台との接合部を補強するに補強構造において、前記補強部材に加えて補助部材を基礎および土台部分に使用することにより、さらに柱構造材と土台との接合部の引張剪断力や伸長力、引抜きを抑制し、優れた耐力を有する補強構造を提供するものである。

すなわち、本発明は、建築物及び建造物の構造材への取付け用金属部材と表面金属部材との間にエネルギー吸収体を挟持して一体に構成された補強部材を、建築物及び建造物の柱構造材と土台との接合部に架け渡して設置してなる建築物及び建造物の補強構造であって、前記補強部材がＴ字形状であり、取付け用金属部材が柱構造材および土台にそれぞれ取付けられており、表面金属部材のＴ字形状縦長部を柱構造材と土台との接合部に架け渡しＴ字形状の横長部を土台に配し、Ｔ字形状縦長部の端部を柱構造材に固定し、両端部が相反する方向に屈折した板状金属部材からなる断面形状がＺ字状の補助部材の一方の屈折部が土台と基礎との間に挿着され、他方の屈折部が土台の上面側で前記表面金属部材のＴ字形状横長部の上縁部に当接可能に配して土台に設けられていることを特徴とする建築物及び建造物の補強構造に関する。

本発明に係る補強構造は、建築物及び建造物における柱構造材と土台との接合部に架け渡して建築物及び建造物を補強する補強構造において、特に柱構造材と土台との接合部において、両端部が相反する方向に屈折した板状金属部材からなる断面形状がＺ字状の補助部材を用い、該補助部材の一方の屈折部が土台と基礎との間に挿着され、他方の屈折部が土台の上面側で前記表面金属部材のＴ字形状横長部の上縁部に当接可能に配して土台に設けられているので、構造材に対する外部からの応力により柱構造材と土台との接合部の伸長力、引き裂きや引抜きの作用に対して、Ｚ字状の補助部材の屈折部がＴ字形状横長部の上縁部に当接し、伸長力、引き裂きや引抜き力を抑える効果を有するので、本発発明における補強部材自体による補強作用と相俟って柱構造材と土台との接合部にける、特に伸長力、引き裂きや引抜き等に対する補強効果が向上した優れた耐力を付与する建築物および建造物の耐震性、防振性をさらに高めることができる。

本発明は、建築物及び建造物の構造材への取付け用金属部材と表面金属部材との間にエネルギー吸収体を挟持して一体に構成された補強部材を、建築物及び建造物の柱構造材と該柱構造材と連結する土台との接合部に架け渡して設置してなる建築物及び建造物の補強構造であって、両端部が相反する方向に屈折した板状金属部材からなる断面形状がＺ字状の補助部材を用い、該補助部材の一方の屈折部が土台と基礎との間に挿着され、他方の屈折部が土台の上面側で前記表面金属部材のＴ字形状横長部の上縁部に当接可能に配して土台に設けられており、前記柱構造材と土台との接合部に架け渡された前記補強部材のみによる柱構造材と土台との接合部を補強する補強効果に加えて、さらに接合部の引張剪断力や伸長力、引抜き等に対する耐力が向上した建築物及び建造物の補強構造に関する。

なお、本発明において、「柱構造材及び土台」を総称して「構造材」と呼称する。また「柱構造材」を「柱部材」ということがある。

本発明の補強構造に使用される補強部材は、建築物及び建造物の構造材への取付け用金属部材（以下、単に「取付け用金属部材」ということがある）、エネルギー吸収体及び表面金属部材とで構成されており、該エネルギー吸収体が前記取付け用金属部材と前記表面金属部材との間に連続して配置して挟持され、これらの金属部材と接合されて一体に構成されている構造からなる。

本発明の補強構造に使用される補強部材は、建築物及び建造物の構造材への取付け用金属部材（以下、単に「取付け用金属部材」ということがある）、エネルギー吸収体及び表面金属部材とで構成されており、前記エネルギー吸収体が前記取付け用金属部材と前記表面金属部材との間に連続して配置されて挟持され、前記金属部材と相互に接合されて一体に構成されている構造からなる。

本発明の補強構造に使用される補強部材は、前記補強部材を構成する柱構造材への取付け用金属部材は平板状であり、表面金属部材はＴ字形状を有する。前記補強部材を構成する柱構造材への取付け用金属部材および表面金属部材は分割されていても分割されていなくてもよいが、前記取付け用金属部材は複数に分割されていることが補強部材に加わる応力が適度に分散されて吸収させることができ好ましい。補強部材を構成する取付け用金属部材が分割されている場合も、エネルギー吸収体は分割された前記取付け用金属部材と表面金属部材との間に連続して設けられて取付け用金属部材および表面金属部材と接合一体化された構造からなる。

本発明の補強構造について、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、Ｔ字形状の補強部材を、柱構造材と土台との接合部に架け渡して配置し、断面形状Ｚ字状の板状金属部材からなる補助部材を使用した本発明補強構造の実施態様を示す。（１）は正面図、（２）は側面図、（３）は（２）の円Ｘで示した部分の拡大図を示す。図２に、本発明の補強構造に使用される両端部を相反する方向に屈折した屈折部を有する板状金属部材からなる断面形状がＺ字状の補助部材を示す。（１）は側面図、（２）は斜視図を示す。図２において６０１、６０２はそれぞれ屈折部を示し、６０３は固定穴を示す。

図１に示すように、本発明の補強構造は、補強部材を構成する表面金属部材２のＴ字形状の横長部を、柱構造材１２と連結する土台１４に配置し、Ｔ字形状の縦長部を柱構造材１２と土台１４とに架け渡して補強部材を配置し、取付け用金属部材１は柱構造材１２および土台１４にそれぞれ取付け、Ｔ字形状の縦長部を柱構造材１２に取付けた補強構造である。図１の補強構造においては、前記板状金属部材からなる断面形状がＺ字状の補助部材６０を用い、該断面形状Ｚ字状の補助部材６０の屈折部の一方６０２を土台１４と基礎１５との間に挿着し、他方の屈折部６０１が、土台１４の上面側で前記補強部材の表面金属部材２のＴ字形状の横長部の上縁部に当接可能に配置して土台１４に設置し補強部材と重合して固定してなる補強構造である。

本発明の補強構造において、補強部材を構成する取付け用金属部材１の柱構造材および土台への取付けは、スクリューネジ、釘、ネジ釘等の固定部品により取付けられる。また前記補助部材６０は固定穴６０３でスクリューネジ、釘、ネジ釘等の固定部品により土台に取付けられる。

本発明の補強構造に使用される前記補強部材を構成するエネルギー吸収体３は、外部からの応力により構造材間に加わる引張剪断力及び伸縮力（引張／圧縮及び剪断による複合力）を吸収し、減衰し元の形状に復元させる機能を有する。このような観点からエネルギー吸収体３は、等価減衰定数（Ｈｅｑ）が１０〜６０％、剪断弾性係数（Ｇ）が０．０５〜２．０Ｎ／ｍｍ^２を示すものが使用される。等価減衰定数（Ｈｅｑ）が１０％未満ではエネルギー吸収量が小さく好ましくない。また剪断弾性係数（Ｇ）が０．０５Ｎ／ｍｍ^２未満のものは、柔らか過ぎてエネルギー吸収量が小さく、２．０Ｎ／ｍｍ^２を超えるものでは、剛性が高すぎエネルギー吸収量が小さく、引張剪断力や伸縮力によるエネルギーを十分に吸収し、かつ変形に対して抗することができず所期の目的が得られない。実用的な観点から等価減衰定数（Ｈｅｑ）は１０〜４０％が好ましい。また、剪断弾性係数（Ｇ）は好ましくは、０．１〜１．２Ｎ／ｍｍ^２である。
この様な特性を示し本発明に使用される補強部材に使用し得るエネルギー吸収体としては、例えば、高減衰性ゴムや粘弾性熱可塑性樹脂が挙げられ、粘弾性熱可塑性樹脂は、例えば、硬質ウレタン樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。これらのうち、特に高減衰性ゴムが好適である。

本発明の補強構造に使用される前記補強部材に用いられるエネルギー吸収体３の厚みは、エネルギー吸収体の材質や種類、本発明の補強部材が施工される建築物や建造物の構造材の材質や種類、即ち木質部材か鉄骨部材か、また施工される個所などにより異なり、これらを勘案して適宜の厚みが採用されるが、厚みが余りにも厚い場合には補強部材自体が厚くなりすぎ、また薄すぎる場合には所期の目的が達成されない。エネルギー吸収体が高減衰性ゴムの場合、通常１〜５０ｍｍ、好ましくは３〜３０ｍｍ、さらに好ましくは５〜２０ｍｍである。エネルギー吸収体の厚みが１ｍｍ未満の場合は変形に対するエネルギーを十分に吸収することができず、一方５０ｍｍを超えるような場合には、補強部材全体が厚くなり、またコスト高となる。また、エネルギー吸収体３の幅は表面金属部材の幅と同等で柱部材の幅に対し１０〜９０％の範囲であればよく、通常２０〜８０％が採用される。また前記取付け用金属部材の幅は柱部材の幅に対し５０〜１００％である。

本発明の補強構造に使用される補強部材における取付け用金属部材と表面金属部材間に配置されるエネルギー吸収体を、取付け用金属部材と表面金属部材とで挟持し接合させて一体化するには、例えば、取付け用金属部材及び表面金属部材のエネルギー吸収体と接合される面を、接着性能を高めるためにブラスト研磨等を行い、両方の金属部材のエネルギー吸収体との接合面に、金属部材とエネルギー吸収体の両者に接着性を有する接着材、例えば、エポキシ系接着剤、ゴム系接着剤、フェノール樹脂／ゴム系接着材を塗布し、エネルギー吸収体を両金属部材間に挟持した状態で加圧下に加熱し加硫処理を行う等により取付け用金属部材及び表面金属部材とエネルギー吸収体とが一体的に強固に接合された本発明に係る補強部材を得ることができる。

本発明に使用される補強部材を構成する取付け用金属部材及び表面金属部材の厚みは、これら金属部材の材質や本発明の補強部材が施工される建築物や建造物の構造材の材質や種類、即ち対象とする建築物や建造物が木質系か鉄骨系か、また施工される個所などにより異なり一概には決められないが、取付け用金属部材は通常１〜６ｍｍの範囲のものが使用され、好ましくは１．５〜５ｍｍである。また表面金属部材は２〜１２ｍｍの範囲のものが使用され、好ましくは２〜１０ｍｍで、より好ましくは１．５〜５ｍｍある。取付け用金属部材と表面金属部材との厚みは同一であることが望ましいが必ずしも同一である必要はない。木造建築物および建造物の場合には、上記両金属部材は、一般的には２〜３．５ｍｍの厚さのものが用いられる。これらの金属部材の厚みが薄い場合には、変形に対する強度が不十分となる虞があり、厚みが厚い場合は、補強部材の変形に対する強度の点では差し支えないが、全体の重量が大きくなり、例えば、木造建築物および建造物の柱部材や土台等の構造材への保持に対して構造材の固定部が耐えられなくなる虞がある。また全体のコストが高くなる。
これらの金属部材は通常鋼板やステンレスが使用され、取付け用金属部材と表面金属部材とは同じであっても異なってもよい。

本発明の補強構造に使用される前記断面形状がＺ字状の補助部材は、通常鋼板やステンレスあるいはバネ鋼が使用され、その厚みは一般的には、１〜６ｍｍであり、好ましくは、１．５〜５ｍｍである。また幅は補強部材のＴ字形状の横長部の長さより少なくとも左右５ｍｍ以上長いことが望ましい。あまりに長くても補助部材のもたらす効果を高めるものでなく、コストが高くなる。また屈折部間の長さは土台の厚み幅に相当する長さであり、屈折部の長さは土台に挿着する側は、少なくとも１００ｍｍで、通常１００〜１５０ｍｍであればよい。一方補強部材のＴ字形状の横長部と当接する側は、少なくともＴ字形状の横長部の上縁部に接し浮き上がるのを抑えるに要する長さ（出張り）があることが必要であり、前記横長部の厚みにもよるが通常４〜１５ｍｍであり、好ましくは５〜１２ｍｍである。

本発明の補強部材に使用される前記補強部材は、取付け用金属部材と表面金属部材との金属部材間に高減衰ゴムのようなエネルギー吸収体が挟持されて一体的に構成されているので、外部応力の減衰効果が大きい。該補強部材を建築物又は建造物の柱構造材と土台との接合部に架け渡して設置した補強構造は、このような補強部材を使用しない場合に比べ、構造部材に加わる引張り剪断力の３０〜４０％の減衰効果が得られる。また地震等による応答加速度の変形は４０〜５０％の減衰効果が得られる。
そのうえ、本発明における補強構造は、前記構造からなる補強部材に加えて前記の板状金属部材からなる断面形状Ｚ字状の補助部材を用い、該断面形状Ｚ字状の補助部材の屈折部の一方を土台と基礎との間に挿着し、他方の屈折部が、土台の上面側で前記補強部材の表面金属部材のＴ字形状の横長部の上縁部に当接可能に配置して土台に設置してＴ字形状の横長部の浮き上がるのを防止するようにされた構造であるので、補強部材による補強作用と相俟って柱構造材と土台との接合部における伸長力、引き裂き、引抜き等に対する耐力が更に高められている。

本発明の補強構造の実施態様を示す。（１）は正面図、（２）は側面図、（３）は（２）の円Ｘで示した部分の拡大図を示す。補強部材の一例を示す。（１）は側面図、（２）は斜視図を示す。

符号の説明

１取付け用金属部材
２表面金属部材
３エネルギー吸収体
１２柱構造材
１４土台
１５基礎
６０補助部材

Claims

建築物及び建造物の構造材への取付け用金属部材と表面金属部材との間にエネルギー吸収体を挟持して一体に構成された補強部材を、建築物及び建造物の柱構造材と土台との接合部に架け渡して設置してなる建築物及び建造物の補強構造であって、前記補強部材がＴ字形状であり、取付け用金属部材が柱構造材および土台にそれぞれ取付けられており、表面金属部材のＴ字形状縦長部を柱構造材と土台との接合部に架け渡してＴ字形状の横長部を土台に配し、Ｔ字形状縦長部の端部を柱構造材に固定し、両端部が相反する方向に屈折した板状金属部材からなる断面形状がＺ字状の補助部材の一方の屈折部が土台と基礎との間に挿着され、他方の屈折部が土台の上面側で前記表面金属部材のＴ字形状横長部の上縁部に当接可能に配して土台に設けられていることを特徴とする建築物及び建造物の補強構造。