JP7711023B2 - 接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造部材同士の接合構造等に関する。

GIR（グルードインロッド）接合では、図１０に示すように、木質材１０２に形成された孔１０３に鋼棒１０４を挿入し、エポキシ樹脂等の接着材１０５を孔１０３に充填することで、鋼棒１０４が木質材１０２に定着される。

鋼棒１０４の定着耐力を大きく取るためには、一つには鋼棒１０４の定着長を大きくすることが有効である。また特許文献１の図９には、孔１０３の内面に凹凸を設けることが記載されており、これにより接着材１０５の付着力に加えて支圧力を働かせ、鋼棒１０４の定着耐力を高めることも可能である。

特開2021－188326号公報

鋼棒１０４に対する引抜力の作用時には、鋼棒１０４の変位（伸び）が孔１０３の開口付近で大きくなり、接着材１０５に生じる付着応力が、孔１０３の開口に近い程大きく、先端に向かうにつれて小さくなる。そのため、付着応力の大きい孔１０３の開口側で接着材１０５の付着破壊が生じ、その破壊が孔１０３の先端側に伝播することで、鋼棒１０４が木質材１０２から引き抜かれてしまう。結果、鋼棒１０４の定着長を大きくしても、その先端側の一定長さの部分が耐力向上に寄与せず、効率が悪いという欠点がある。

また、GIR接合において鋼棒１０４の定着長を大きくしようとすると、孔１０３の削孔に用いる削孔工具の長さにより孔１０３の長さが制限されること、孔１０３の鉛直精度の確保が難しいこと、鋼棒１０４を孔１０３に挿入する際の施工性が悪化すること等も課題となる。特許文献１に記載された方法も、孔１０３が凹凸を有していることから孔１０３の削孔は困難である。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、鋼棒の定着を効率良く行い、定着長を小さくすることのできる接合構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための第１の発明は、２つの構造部材同士の接合構造であって、一方の構造部材から突出する鋼棒が、木質材からなる壁である他方の構造部材の前記一方の構造部材側の面から形成された孔内に位置し、前記孔に充填材が充填され、１つの前記孔内には、１本の前記鋼棒のみが配置され、他の鋼棒は存在せず、前記孔が、前記孔の先端側から開口側に向かって面外方向と面内方向の２方向に連続的に拡幅することを特徴とする接合構造である。
第２の発明は、２つの構造部材同士の接合構造であって、一方の構造部材から突出する鋼棒が、木質材からなる壁である他方の構造部材の前記一方の構造部材側の面から形成された孔内に位置し、前記孔に充填材が充填され、１つの前記孔内には、１本の前記鋼棒のみが配置され、他の鋼棒は存在せず、前記充填材のうち、前記孔の開口側に位置する第１の充填材のせん断剛性が、前記孔の先端側に位置する第２の充填材のせん断剛性よりも低く、前記第１の充填材が、前記鋼棒の周囲のみに設けられ、前記第１の充填材と前記孔の内面の間に、前記第２の充填材が充填されたことを特徴とする接合構造である。

第１の発明では、孔が先端側から開口側に向かって拡幅することにより、孔内の充填材の厚みも孔の先端側から開口側に向かって大きくなる。充填材のせん断剛性は充填材が厚くなるほど低くなるので、鋼棒に引抜力が作用した際の充填材の付着応力（せん断応力）を、図１０のように孔の断面が一定の場合と比較して、孔の開口側で低下させ、先端側で増加させることができる。結果、付着応力を鋼棒の全長に亘って均一化でき、孔の開口側での付着破壊を抑制し、先端側での付着応力を生じさせることもできる。そのため、鋼棒の定着を効率良く行うことができ、鋼棒の定着長を小さくすることが可能になり、施工が容易になる。第２の発明においても、孔内の充填材のせん断剛性を孔の開口側で低く、先端側で高くすることで、上記と同様の効果が得られる。

さらに、第１、第２の発明において、前記他方の構造部材が、複数の部材を面同士が対向するように配置することで形成され、前記複数の部材の対向面に溝が形成され、前記孔は、前記溝を組み合わせて形成されることも望ましい。
これにより、各部材の溝を、所定の孔が形成されるように高い精度で容易に加工できる。

本発明によれば、鋼棒の定着を効率良く行い、定着長を小さくすることのできる接合構造等を提供できる。

接合構造１を示す図。 孔３１の３次元形状を示す図。 溝３１１について説明する図。 充填材５の付着応力について説明する図。 付着除去部９を示す図。 壁３の面外方向のみ拡幅する孔３１の例。 接合構造１ａを示す図。 接合構造１０を示す図。 接合構造１０ａを示す図。 GIR接合について説明する図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．接合構造）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る接合構造１を示す図である。接合構造１は梁２と壁３を接合するものであり、図１（ａ）は壁３の厚さ方向の断面図、図１（ｂ）は壁３の水平方向の断面図である。図１（ａ）は図１（ｂ）の線Ｂ－Ｂによる断面、図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ－Ａによる断面を示したものである。

梁２は、例えば木造、RC（鉄筋コンクリート）造等の構造部材である。

壁３は、木質材により形成された構造部材であり、２枚の木質板３０を、板面同士が対向するように配置することで形成される。木質板３０は、CLT(Cross Laminated Timber)やLVL(Laminated Veneer Lumber)などの木質材によって形成された板状の部材であるが、木質材はこれに限定されない。

接合構造１では、梁２に埋設された鉄筋等の鋼棒４が壁３側に突出し、その突出部分が、壁３に形成された孔３１内に配置される。孔３１は、壁３の梁２側の面から壁３の内部に向かって延伸し、当該面に孔３１の開口が形成される。孔３１の断面（孔３１の延伸方向と直交する断面をいう。以下同様）は円形であり、鋼棒４は孔３１の断面の中心に位置する。鋼棒４の径は、孔３１内の全長に亘って略一定である。

孔３１には充填材５が充填される。充填材５は、エポキシ樹脂などの接着材や、モルタル等のグラウト材などであるが、これらに限定されない。壁３を形成する木質板３０には、充填材５の注入孔と空気抜き孔（不図示）が予め設けられ、充填材５は注入孔から孔３１内に注入される。なお、梁２と壁３との隙間にはモルタル６が設けられる。

図２は、壁３内の孔３１の３次元形状を示す斜視図である。図２に示すように、孔３１は、壁３の面外方向と面内方向の２方向に関し、孔３１の先端側から開口側に向かって連続的に拡幅する。なお、面外方向は図２の左右方向に対応し、面内方向は図２の奥行方向に対応する。面外方向と面内方向は平面において直交する。

図３（ａ）は、壁３を形成する２枚の木質板３０の厚さ方向の断面を見たものである。これらの木質板３０の対向面には溝３１１が形成される。前記の孔３１は、図３（ａ）の矢印に示すように２枚の木質板３０の対向面同士を重ね合わせたときに、両対向面の溝３１１が組み合わさることで形成される。

溝３１１は、図３（ｂ）に示すように切削工具８を用いて木質板３０を切削することで形成できる。切削工具８を木質板３０の面内方向や厚さ方向に移動させることで溝３１１の拡幅形状を精度良く加工でき、これにより前記した孔３１の拡幅形状を実現できる。

本実施形態では、孔３１の拡幅形状により、鋼棒４に引抜力が作用した際に、孔３１内の鋼棒４の全長に亘って充填材５の付着応力を均一化し、鋼棒４の定着を効率良く行うことで、鋼棒４の定着長を小さくすることができる。

すなわち、充填材５として用いられる接着材やグラウト材は、一般的に層厚が大きくなるほどせん断剛性が低くなる性状がある。接合構造１では、鋼棒４の径が一定で孔３１が先端側から開口側に向かって拡幅しているので、孔３１の先端側から開口側に行くほど充填材５が厚くなり、せん断剛性が緩やかに低下する。

鋼棒４に引抜力が作用した際には、鋼棒４の変位が孔３１の開口側で大きくなるが、孔３１の開口側では充填材５が厚く、せん断剛性が相対的に低いことから、充填材５の付着応力（せん断応力）は小さくなる。一方、孔３１の先端側では鋼棒４の変位は小さいが、充填材５が薄くせん断剛性が相対的に高いことから、充填材５の付着応力は大きくなる。

結果、鋼棒４の引抜時に充填材５に生じる付着応力は、図４の右グラフに示すように、孔３１内の鋼棒４の全長に亘って均一化され、孔３１の開口側で前記したような付着破壊が生じず、孔３１の先端側においても引抜力が負担される。従来のGIR接合では、図１０（ａ）の右グラフの三角形の面積で求められる付着力と引抜力とが釣り合うのに対し、本実施形態の接合構造１では、図４の右グラフの長方形の面積で求められる付着力と引抜力とが釣り合うこととなり、鋼棒４の定着耐力が向上する。

以上説明したように、本実施形態の接合構造１では、孔３１が先端側から開口側に向かって拡幅することにより、孔３１内の充填材５の厚みも孔３１の先端側から開口側に向かって大きくなる。充填材５のせん断剛性は充填材５が厚くなるほど低くなるので、鋼棒４に引抜力が作用した際の充填材５の付着応力（せん断応力）を、図１０のように孔１０３の断面が一定の場合と比較して、孔３１の開口側で低下させ、先端側で増加させることができる。結果、付着応力を鋼棒４の全長に亘って均一化でき、孔３１の開口側での付着破壊を抑制し、先端側での付着応力を生じさせることもできる。そのため、鋼棒４の定着を効率良く行うことができ、鋼棒４の定着長を小さくすることが可能になり、施工が容易になる。

また本実施形態では、壁３が複数の木質板３０を用いて形成され、各木質板３０に形成された溝３１１を組み合わせることで孔３１が形成されるので、各木質板３０の溝３１１を、所定の孔３１が形成されるように高い精度で容易に加工できる。また本実施形態では、木質材による壁３を対象としたGIR接合において、鋼棒４を効率良く定着させることができ、鋼棒４の定着長を短くすることができる。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば図５に示すように、孔３１の開口付近において、鋼棒４の周囲に付着除去部９を設け、充填材５との付着を避けても良い。付着除去部９は、例えば鋼棒４に予め厚みのあるテープ等の帯状材を巻いたり、粘土をつけたりして形成できる。付着除去部９を設けることにより、鋼棒４が降伏した時に、壁３等の変形に追従して鋼棒４が伸びる区間を確保でき、鋼棒４が脆性的に破断するのを防止できる。

また、切削工具８の形状や移動方向を適宜設定することで、孔３１の断面を円形以外の形状とすることも可能であり、壁３の面外方向と面内方向のうち一方のみが拡幅し、他方が拡幅しない孔３１を形成することもできる。図６は、壁３の面外方向のみ拡幅する孔３１を図２と同様に示した例であり、この場合、鋼棒４の面内方向の間隔を確保しやすく、鋼棒４を面内方向に密に配置することが容易になるという利点がある。また孔３１（溝３１１）の加工もより容易になる。

また本実施形態では、複数枚の木質板３０を重ね合わせて壁３が形成されるが、コンクリート製のプレキャスト板を複数枚重ね合わせて壁３を形成してもよい。また壁３は単一の木質材またはコンクリート製のプレキャスト部材により形成されてもよく、孔３１は木質材やプレキャスト部材を削孔することにより形成できる。この場合も、開口側に向かって拡幅する孔３１は比較的容易に加工できる。

また図７の接合構造１ａに例示するように、孔３１は、開口側に向かって段状に拡幅するようにしてもよい。これにより、一般的な加工具を用いて孔３１を簡単に加工できる。例えば複数枚の木質板３０を重ね合わせて壁３とする場合は、切削工具８による切削幅や切削深さを変えて溝３１１を段状に切削加工し、木質板３０の溝３１１同士を重ね合わせることで孔３１を形成できる。木質材やプレキャスト部材を削孔する場合も、削孔径の異なる削孔工具を用いて複数回に分けて削孔することで、段状に拡幅する孔３１を容易に形成できる。

また本実施形態では梁２の上に壁３が位置するが、梁２の下に壁３が位置する場合も、図１の接合構造１等と同様の（接合構造１等を上下反転した）接合構造により接合を行うことができる。また本実施形態では接合構造１で接合される２つの構造部材を梁２と壁３としたが、接合される構造部材の組み合わせはこれに限らず、一方の構造部材から突出する鋼棒４を、他方の構造部材に形成された孔３１に挿入するような構成全般に適用することが可能である。その例を挙げると、柱同士、梁同士、柱と梁、梁とスラブ、スラブ同士、壁同士、柱と壁などである。いずれの場合も、孔３１を有する構造部材は、複数の部材を組み合わせて形成することが可能であり、各部材に形成された溝３１１を組み合わせることで孔３１を形成できる。

次に、本発明の別の例を第２の実施形態として説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第２の実施形態で説明する構成は、第１の実施形態で説明した構成と必要に応じて組み合わせることができる。

［第２の実施形態］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る接合構造１０を示す図である。接合構造１０は、孔３１ａの断面が先端側から開口側まで変化せず、孔３１ａの開口側と先端側とで異なる充填材５ａ、５ｂが設けられる点で第１の実施形態と異なる。

充填材５ａ、５ｂは、特にせん断剛性において異なり、孔３１ａの開口側の充填材５ａ（第１の充填材）は、先端側の充填材５ｂ（第２の充填材）よりも、相対的にせん断剛性が低い。充填材５ａは例えばモルタルやウレタン等であり、充填材５ｂは例えばエポキシ樹脂等の接着材である。しかしながら、充填材５ａ、５ｂはこれに限らず、充填材５ａのせん断剛性が充填材５ｂのせん断剛性より低ければよい。

孔３１ａには先に充填材５ａが充填され、その後、充填材５ａの上方に充填材５ｂが充填される。壁３には、充填材５ａ、５ｂのそれぞれに対して注入孔と空気抜き孔（不図示）が設けられ、充填材５ａ、５ｂはそれぞれの注入孔から孔３１ａ内に注入される。

第２の実施形態の接合構造１０でも、孔３１ａの開口側にせん断剛性が低い充填材５ａを、孔３１ａの先端側にせん断剛性が高い充填材５ｂを充填することにより、第１の実施形態と同様の効果が得られ、鋼棒４に引抜力が作用した際に充填材５ａ、５ｂに生じる付着応力を、孔３１ａの開口側で低下させ、先端側で増加させることができる。結果、付着応力を鋼棒４の全長に亘って均一化でき、鋼棒４の定着を効率良く行うことで、鋼棒４の定着長を小さくできる。

なお、本実施形態でも梁２の上に壁３が位置するが、梁２の下に壁３が位置する場合も、図８の接合構造１０と同様の（接合構造１０を上下反転した）接合構造で接合を行うことができる。この場合、孔３１ａには先に充填材５ｂが充填され、その後、充填材５ｂの上方に充填材５ａが充填される。また第１の実施形態で説明した孔３１の拡幅形状は、第２の実施形態においても適用することが可能である。

また、本実施形態では充填材５ａが孔３１ａの断面全体に充填されているが、図９の接合構造１０ａに示すように、充填材５ａを、孔３１ａの断面全体でなく、鋼棒４の周囲にのみ設け、充填材５ｂが、充填材５ａと孔３１ａの内面の間を含む残りの部分に充填されるようにしてもよい。この場合、例えば予め鋼棒４の周囲にウレタン等の充填材５ａを設けた状態で、鋼棒４を孔３１ａに挿入し、その後、孔３１ａ内に充填材５ｂを充填することができる。

この場合も、孔３１ａの開口側にせん断剛性の低い充填材５ａが存在することで、上記と同様の効果が得られる。また注入孔と空気抜き孔（不図示）は充填材５ｂに対してのみ設ければよく、充填作業も１回で済むことから施工が容易になる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ、１０、１０ａ：接合構造
２：梁
３：壁
４：鋼棒
５、５ａ、５ｂ：充填材
３０：木質板
３１、３１ａ：孔
３１１：溝

Claims (3)

1. ２つの構造部材同士の接合構造であって、
   一方の構造部材から突出する鋼棒が、木質材からなる壁である他方の構造部材の前記一方の構造部材側の面から形成された孔内に位置し、前記孔に充填材が充填され、
   １つの前記孔内には、１本の前記鋼棒のみが配置され、他の鋼棒は存在せず、
   前記孔が、前記孔の先端側から開口側に向かって面外方向と面内方向の２方向に連続的に拡幅することを特徴とする接合構造。
2. ２つの構造部材同士の接合構造であって、
   一方の構造部材から突出する鋼棒が、木質材からなる壁である他方の構造部材の前記一方の構造部材側の面から形成された孔内に位置し、前記孔に充填材が充填され、
   １つの前記孔内には、１本の前記鋼棒のみが配置され、他の鋼棒は存在せず、
   前記充填材のうち、前記孔の開口側に位置する第１の充填材のせん断剛性が、前記孔の先端側に位置する第２の充填材のせん断剛性よりも低く、
   前記第１の充填材が、前記鋼棒の周囲のみに設けられ、前記第１の充填材と前記孔の内面の間に、前記第２の充填材が充填された
   ことを特徴とする接合構造。
3. 前記他方の構造部材が、複数の部材を面同士が対向するように配置することで形成され、
   前記複数の部材の対向面に溝が形成され、
   前記孔は、前記溝を組み合わせて形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合構造。