JP5228164B2 - 木造建物の壁補強フレーム及び壁補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、従来の在来構法による木造建物の壁の補強に較べ、極めて高い補強強度を得ることのできる木造建物の壁補強フレーム及び壁補強方法に関する。

木造建物の在来構法においては、コンクリート基礎上に取付け固定された木製の土台に柱を立て、その上に軒桁や胴差し等の梁材を横架して囲まれた枠内に筋交いを斜め対角状に取付けると共に、筋交いの端部と土台や柱及び梁材との接合部には金属製プレートを打ち付けて壁を補強するやり方が一般的である。この補強するやり方は、現場において大工の手作業で行うと共に、建築物の全体に亘って行うためには多大の時間と労力を要するほか、金属製プレートの付け忘れや手抜きが行われやすく、地震や台風による木造建物の強度不足が指摘される。

現場での大工の手作業によらず工場等で一体化を可能とするものとしては、木造建物における木造軸組用壁フレーム（特許文献１参照）や、構造用パネル（特許文献２参照）が開示されている。
又、一対の木製部材の各々に、所定方向に延びた溝を形成し、該溝に前記木製部材の双方に亘って延びるように棒状部材を埋設すると共に、接着剤を前記溝に充填して接合するようにした木製部材の接合方法（特許文献３参照）が開示されている。

特開平１０−３３１３１８号公報 特開平７−１８９３６６号公報 特許第３３７０９３７号公報

上記特許文献１に記載される木造建物における木造軸組用壁フレームは、二本の柱の間に間柱と横桟を縦横に交差させ、二本の筋交いを対角状に斜めに交差させて組み付け、片面上下に位置決めボードと、両面に複数の横板を貼設して柱と共に一体化したものであり、新築の場合は良いが、既存の建物のように立設された柱と柱の間に装着して壁の補強を図るには適用し難い問題点があり、補強は従来の筋交い方式である。特許文献２に記載される構造用パネルは、複数の縦芯材と横芯材で組まれた枠体の少なくとも片面に面材を設けたパネル本体どうしを互いに接合して建物の構造体を構成する構造用パネルであって、前記パネル本体どうしの接合端面に、だぼを介して相互に位置決めするためのだぼ穴を間隔をおいて複数設けたものであり、建物の壁補強用として構成されるものではない。又、特許文献３に記載される木製部材の接合方法は、接合すべき一対の木製部材の各接端部を凹凸加工（ほぞ加工）して接合したり、或いは接合すべき一対の木製部材の双方に亘って添接された接合金物と各木製部材とを貫通ボルト等でねじ締結することによって接合したりすることによる接合強度的な不都合や加工上の不都合を解決しようとするものであり、建物の壁補強を目的としたフレームを構成するものではない。

本発明は、建物の柱と土台及び軒桁や胴差し等の梁材とで囲まれる枠内に嵌め込んで固定することにより従来の在来構法による木造建物の壁補強に較べ、極めて高い補強強度が得られ、且つ既存建物の壁の補強（リフォーム）にも適用し得る建物の壁補強フレーム及び壁の補強方法を提供することを目的とするもので、該目的を達成することを課題とする。

（１）建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した梁材とで囲まれた枠と、その枠内に嵌合させて補強するように角柱材で組立てた壁補強フレームとからなる木造建物であって、前記壁補強フレームは、縦横角柱材が格子状に複数接合されて組み立てられてなり、かつ該組立られた接合部が、硬質の木製棒材よりなる駄柄材と該駄柄材の外径より大きい穴径にして穿設された穴との間隙にエポキシ樹脂接着剤をエア圧をかけて注入、充填して固着されてなものであり、かつ前記枠と壁補強フレームとはボルトで固定されてなることを特徴とする壁補強フレームを備えた木造建物。
（２）左右両端の縦角柱材と上下両端の横角柱材との接合部が、それぞれ二本の駄柄材により接合されてなることを特徴とする前項（１）記載の壁補強フレームを備えた木造建物。
（３）縦横角柱材を格子状に複数接合する接合面が、ほぞ加工された継ぎ併せ接合面であることを特徴とする前項（１）又は（２）記載の壁補強フレームを備えた木造建物。
（４）縦横角柱材が、集成材を使用したものであることを特徴とする前項（１）〜（３
）のいずれか１項記載の壁補強フレームを備えた木造建物。

（５）縦横角柱材を格子状に複数接合して壁補強フレームを組立て、かつ該組立てられる接合部は、硬質の木製棒材よりなる駄柄材と、該駄柄材の外径より大きい穴径にして穿設された穴との間隙にエポキシ樹脂接着剤をエア圧をかけて注入、充填して固着して構成し、次いで前記組立てた壁補強フレームを、建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した梁材とで囲まれた枠内に嵌め込んでボルトで固定し、補強することを特徴とする壁補強フレームを備えた木造建物の構築方法。

上記手段にて記載するように本発明によれば、以下に記載するような効果を奏する。
１．縦横角柱材を格子状に複数接合して組立てたフレームを、建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した梁材とで囲まれた枠内に嵌め込んで固定し、補強することにより前記フレームの左右上下の外面が前記枠内に当接して突っ張った状態で保持されるから、従来の木造在来構法による筋交い補強に較べ、高強度の壁補強効果が得られると共に、角柱材を縦横に格子状に複数接合した接合部は、穿設した穴に駄柄材を通して、駄柄材と穴との間隙に接着剤を充填して固めた接合であるから、金属製プレート等の接続金具が不要であると共に、地震や台風等により繰り返し揺れを受けても接合部が緩むことなくしっかりと保持でき、耐久性の向上が図られる。
２．前記フレームは工場等で一体組立てが可能であり、建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した梁材とで囲まれた枠内に嵌め込んでボルト等で固定するだけであるから、現場での大工による手作業が省け、労力の軽減と工期の短縮及び品質の向上が図られると共に、既存建物の壁のリフォームにも適用できる。
３．縦横角柱材を格子状に複数接合して形成されたものであるから、壁の外装ボードが取付けられていない露出した状態でも美的な表現ができる。

本発明を実施するための最良の形態について、以下に記載する実施例にて図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例を示す縦断面図である。図示するように本発明は、木質製の縦角柱材１，１，１Ａ，・・・と、横角柱材２，２，２Ａ，・・・が格子状に複数接合されて組立てられており、縦角柱材１，１の外面１ａ，１ａと、横角柱材２，２の外面２ａ，２ａが、建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した軒桁や胴差し等の梁材とで囲まれた枠内にしっくり嵌め込められるようにしてある。左右両端の縦角柱材１，１と上下両端の横角柱材２，２とで囲まれた内側に縦横に接合される縦角柱材１Ａ，・・・と横角柱材２Ａ，・・・は、本実施例図では縦角柱材１Ａが二本，横角柱材２Ａが上下に五段計１５本にして格子状に接合されているが、これに限定されるものではなく、組立てられるフレームの幅や高さに応じて適宜増減させるものとする。

前記縦角柱材１，１，１Ａ，・・・と、横角柱材２，２，２Ａ，・・・が格子状に複数接合されて組立てられた接合部は、駄柄材３，・・・，３Ａ，・・・と該駄柄材の外径より大きい穴径にして穿設された穴との間隙に接着剤４，・・・が充填されて固着された接合形態であり、上下端の横角柱材２，２には、木造建物の土台や軒桁、胴差し等の梁材にボルトで固定するための穴５，５，・・・が穿設されている。

又、左右両端の縦角柱材１，１と上下両端の横角柱材２，２との接合部は、図２の（ａ）に示すようにそれぞれ二本の駄柄材３，３と、（ｂ）に示すようにそれぞれ一本の駄柄材３，３により、該駄柄が挿通された穴との間隙に接着剤４，４を充填して接合された形態である。接合強度上は図２の（ａ）に示す接合形態が好ましく、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように縦角柱材１，１，１Ａ，・・・、横角柱材２，２，２Ａ，・・・の内側の稜角は面取り１ｂ，・・・、２ｂ，・・・を施すのが望ましい。

前記縦角柱材１，１，１Ａ，・・・、横角柱材２，２，２Ａ，・・・は、集成材を使用するのが工場等で均一なものを量産化し、安価に製作するのに好ましいが、これに限定されるものではない。図３は、縦角柱材１，１Ａ，・・・、横角柱材２，２Ａ，・・・が集成材により組立てられたフレームの要部断面図である。集成材は、松等の平板木材を繊維方向を互いに平行にして接着剤で集成接着して製作されたもので、図３にて示すように縦角柱材１，１Ａ，・・・は、繊維方向が縦方向に延出し、横角柱材２，２Ａ，・・・は、繊維方向が横方向に延出した状態にして接合することにより外力に対する剛性を得る。

駄柄（ダボ）材３，３Ａは、硬質の木製棒材で、一般的には樫の木製丸棒材が使用されるが、これに限定されるものではなく、更に強度が必要とされる場合はフレームの重量は重くなるが、鉄筋棒材も使用される。駄柄材３，３Ａと、該駄柄材を挿通するために縦角柱材１，１Ａ，・・・と横角柱材２，２Ａ，・・・に穿設された穴との間隙Ｓは、おおむね２．５〜３ｍｍ（駄柄材がφ２０ｍｍ，角柱材が１２０ｍｍ×１２０ｍｍの場合）が適当であり、該間隙にエポキシ樹脂接着剤を注入器によりエア圧をかけて注入し、充填する。

前記図３に示す縦角柱材１，１Ａ，・・・と横角柱材２，２Ａ，・・・の接合面は、フラットな接合面であるが、図４に示すように接合面がホゾ加工されて継ぎ合わせれば仮組み調整した状態での駄柄材による接合はやり易くなるが、ホゾ加工の追加工を要する欠点がある。

図５は、以上のようにしてなる壁補強フレームの取付例を示す要部斜視図である。木造建物の土台６は、コンクリート基礎７上に取付け固定され、土台６に柱８，８が立設されて、該柱の上端に軒桁や胴差し等の梁材９が横架されており、前記土台６と、柱８，８と、梁材９とにより囲まれた枠内に壁補強フレームがしっくりと嵌め込まれて、土台６と梁材９より貫通されたボルト１０，１０Ａ，・・・で固定された状態となっており、縦角柱材１，１の外面１ａ，１ａが柱８，８の内側に当接し、横角柱材２，２の外面２ａ，２ａが土台６の上面と梁材９の下面に当接した状態となっている。

試験例１

次に、本発明の試験例につき、図６に基いて説明する。
図６に図示された本発明に係る壁補強フレームは、幅Ｗが８８０ｍｍ，高さＨが２５８０ｍｍで、縦角柱材１，１Ａ，横角柱材２，２Ａは一辺が１２０ｍｍ正四角形であり、左右の縦角柱材１，１の間に縦角柱材１Ａが一本、上下の横角柱材２，２の間に横角柱材２Ａが上下５段にして計１０本で縦横に格子状に接合して組立てられたものである。

試験装置は、無載荷式面内せん断試験装置により、図６にて図示するように無載荷式面内せん断試験装置１１の架台ベース１１Ａに幅が１２０ｍｍ、高さが２００ｍｍの土台となる四角形の梁材１２を取付け固定し、その上に正四角形の柱１３，１３を取付けて、該柱の上端に梁材１４を横架して金属プレート１５を上面に当てて固定し、無載荷式面内せん断試験装置１１の架台片側柱１１Ｂに後端部が軸支された油圧ジャッキ１６により前記梁材１４に負荷Ｐをかけて試験した結果は、図７〜図１０に示すとおりであった。

なお、試験した前記壁補強フレーム（試験品）は、Ｌ−Ｍ２０−１，Ｌ−Ｍ２０−２，Ｇ−Ｍ２０−１，Ｇ−Ｍ２０−２で、ＬはＬＶＬ（１４０Ｅ特級６０Ｖ−５１Ｈ：ベイマツ）材の略記号、Ｇは松の集成材の略記号、Ｍ２０は樫の木製丸棒で直径が２０ｍｍの駄柄（ダボ）材，末尾の１，２は、前記左右の縦角柱材１，１と上下の横角柱材２，２の接合がそれぞれ１本の駄柄材の場合（図２の（ｂ）図示）と２本の駄柄材の場合（図２の（ａ）図示）である。試験結果はＬ−Ｍ２０−１が図７、Ｌ−Ｍ２０−２が図８、Ｇ−Ｍ２０−１が図９、Ｇ−Ｍ２０−２が図１０である。

上記図７〜図１０により得られる最大荷重Ｐｍａｘ（ＫＮ）は表１に示すとおりで、破壊に至る最大荷重（ＫＮ）であり、図７〜図１０に基いて算出される完全弾塑性モデルによる降伏耐力（ＫＮ）等の評価項目の数値は表２に示すとおりである。

試験例２

次に、縦角柱材１，１Ａ、横角柱材２，２Ａの一辺が１２０ｍｍの正四角形で、スギ集成材（ＳＧ）、カラマツ集成材（ＫＧ）の場合の壁補強フレームを前記試験例１と同様にして試験した結果は、図１１〜図１４に示すとおりであった。なお、壁補強フレーム（試験品）の試験結果は、ＳＧ１２０−２０−１が図１１で駄柄材の直径が２０ｍｍ、ＳＧ１２０−３０−１が図１２で駄柄材の直径が３０ｍｍ、ＫＧ１２０−２０−１が図１３，ＫＧ１２０−２０−２が図１４で、共に駄柄材の直径は２０ｍｍである。末尾の１，２は、前記試験例１と同様左右の縦角柱材１，１と上下の横角柱材２，２接合部の駄柄材本数である。

上記図１１〜図１４により得られる最大荷重Ｐｍａｘ（ＫＮ）は表３に示すとおりで、図１１〜図１４に基いて算出される完全弾塑性モデルによる降伏耐力（ＫＮ）等の評価項目の数値は表４に示すとおりである。

試験例３

更に、縦角柱材１，１Ａ、横角柱材２，２Ａの一辺がそれぞれ６０ｍｍ，９０ｍｍの正四角形でスギ集成材（ＳＧ）の場合の壁補強フレームを前記試験例１と同様にして試験した結果は、図１５〜図１８に示すとおりであった。なお、壁補強フレーム（試験品）の試験結果は、ＳＧ６０−２０−１が図１５で、一辺が６０ｍｍの角柱材で直径が２０ｍｍの駄柄材の場合、ＳＧ６０−３０−１が図１６で、一辺が６０ｍｍの角柱材で直径が２０ｍｍの駄柄材の場合、ＳＧ９０−２０−１が図１７で、一辺が９０ｍｍの角柱材で直径が２０ｍｍの駄柄材の場合、ＳＧ９０−３０−１が図１８で、一辺が９０ｍｍの角柱材で直径が３０ｍｍの駄柄材の場合であり、左右の縦角柱材１，１と上下の横角柱材２，２接合部の駄柄材は一本である。

上記図１５〜図１８により得られる最大荷重Ｐｍａｘ（ＫＮ）は表５に示すとおりで、図１５〜図１８に基いて算出される完全弾塑性モデルによる降伏耐力（ＫＮ）等の評価項目の数値は表６に示すとおりである。

上記試験の評価は、建築基準法施工規則第八条の三の規定に係わる評価方法に基いて算出されたもので、降伏耐力Ｐｙの値と、終局耐力ＰＵをＤｓ＝１／√（２μ−１）で除し、０．２を乗じた値、最大耐力（荷重）Ｐｍａｘの２／３の値、特定変形時の耐力（無載荷式の場合は見掛けのせん断変形角１／１２０ｒａｄ時の耐力）の値を算出することになっており、これらの値の最小値を求めると共に、これらの値から短期許容せん断耐力を求め、壁倍率を算出したものである。

従来の施行令第４６条によれば、厚さ３ｃｍ以上で幅９ｃｍ以上の木材の筋交いを入れた軸組みの場合の壁倍率が１．５、厚さ４．５ｃｍ以上で幅９ｃｍ以上の木材の筋交いを入れた軸組みの場合の壁倍率が２．０となっており、現在の壁倍率評価とは多少異なる点もあるが、上記試験結果からして本発明によればかなりの耐力（補強）効果があることがわかり、更に縦角柱材１Ａと横角柱材２Ａを多くして格子数を増やしたり、駄柄材を鉄筋にしたりすれば更なる壁倍率の向上が図られる。

本発明に係る壁補強フレームの実施例を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。 接合部の要部断面図である。 接合部の他の実施形態を示す要部断面図である。 木造建物への取付例を示す斜視図である。 無載荷式面内せん断試験装置での試験例を示す図面である。 試験品（Ｌ−Ｍ２０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（Ｌ−Ｍ２０−２）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（Ｇ−Ｍ２０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（Ｇ−Ｍ２０−２）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＳＧ１２０−２０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＳＧ１２０−３０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＫＧ１２０−２０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＫＧ１２０−２０−２）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＳＧ６０−２０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＳＧ６０−３０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＳＧ９０−２０−１）の試験結果を示すグラフ図である。 試験品（ＳＧ９０−３０−１）の試験結果を示すグラフ図である。

符号の説明

１，１Ａ 縦角柱材
１ａ，２ａ 外面
１ｂ，２ｂ 面取り
２，２Ａ 横角柱材
３，３Ａ 駄柄材
４ 接着剤
５ 穴
６ 土台
７ コンクリート基礎
８，１３ 柱
９，１２，１４ 梁材
１０，１０Ａ ボルト
１１ 無載荷式面内せん断試験装置
１１Ａ 架台ベース
１１Ｂ 架台片側柱
１５ 金属プレート
１６ 油圧ジャッキ
Ｓ 間隙
Ｐｍａｘ 最大荷重
Ｐｙ 降伏耐力

Claims (5)

1. 建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した梁材とで囲まれた枠と、その枠内に嵌合させて補強するように角柱材で組立てた壁補強フレームとからなる木造建物であって、前記壁補強フレームは、縦横角柱材が格子状に複数接合されて組み立てられてなり、かつ該組立られた接合部が、硬質の木製棒材よりなる駄柄材と該駄柄材の外径より大きい穴径にして穿設された穴との間隙にエポキシ樹脂接着剤をエア圧をかけて注入、充填して固着されてなるものであり、かつ前記枠と壁補強フレームとはボルトで固定されてなることを特徴とする壁補強フレームを備えた木造建物。
2. 左右両端の縦角柱材と上下両端の横角柱材との接合部が、それぞれ二本の駄柄材により接合されてなることを特徴とする請求項１記載の壁補強フレームを備えた木造建物。
3. 縦横角柱材を格子状に複数接合する接合面が、ほぞ加工された継ぎ併せ接合面であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の壁補強フレームを備えた木造建物。
4. 縦横角柱材が、集成材を使用したものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の壁補強フレームを備えた木造建物。
5. 縦横角柱材を格子状に複数接合して壁補強フレームを組立て、かつ該組み立てられる接合部は、硬質の木製棒材よりなる駄柄材と、該駄柄材の外径より大きい穴径にして穿設された穴との間隙にエポキシ樹脂接着剤をエア圧をかけて注入、充填して固着して構成し、次いで前記組立てた壁補強フレームを、建物の柱と、柱を立てた土台と、柱の上端に横架した梁材とで囲まれた枠内に嵌め込んでボルトで固定し、補強することを特徴とする壁補強フレームを備えた木造建物の構築方法。

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