JP2024149355A - Structural base materials, structural members and structures - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造基材、構造部材及び構造物に関するものである。 The present invention relates to structural substrates, structural members, and structures.
建築物や土木構造物などの構造物において、木造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造などが知られている。木造は、軽量で、施工性に優れるが、木質材同士の連結部分において地震時や強風時の水平抵抗力が弱く、構造合板や筋交いなどで架構を強化する必要がある。鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造は、耐震性、耐火性、耐久性に優れるが、構造物全体の重量が大きく、地震時の水平力が大きくなるため、その水平力に耐えられるように大量の鉄筋を用いて構造物を強化している。 For buildings, civil engineering structures, and other structures, wood, reinforced concrete, and steel-reinforced concrete are well known. Wood is lightweight and easy to construct, but the connections between the wooden materials have low horizontal resistance during earthquakes and strong winds, so the structure needs to be reinforced with structural plywood and braces. Reinforced concrete and steel-reinforced concrete are earthquake-resistant, fire-resistant, and durable, but the overall weight of the structure is large, and the horizontal forces during earthquakes are large, so the structure is reinforced with a large amount of rebar to withstand these horizontal forces.
木造に使用される木質材については、カーボンニュートラルの実現、国産材の活用、林業復興等の観点から、国産材を用いたCLT(Cross Laminated Timber)の普及への取り組みが行われている。しかし、国産材は、海外からの外材に比べて水分が多く、強度が不足するため、国産CLTは、無垢の木材や外材CLTより製造コストが高く、歩留まりが低い。 Regarding the wood materials used in wooden construction, efforts are being made to popularize CLT (Cross Laminated Timber) made from domestic timber, from the perspective of achieving carbon neutrality, utilizing domestic timber, and reviving the forestry industry. However, domestic timber has a higher moisture content and is less strong than imported timber, so domestic CLT has higher manufacturing costs and lower yields than solid timber or imported CLT.
なお、下記の特許文献1には、軸組構法の木造建造物において、鉄骨材と木質材とを複合した複合梁材を用いる技術が開示されており、複合梁材によって、構造の強度、安定性、耐久性及び施工性を確保することが試みられている。 The following Patent Document 1 discloses a technology that uses composite beams made of steel and wood materials in wooden buildings using the post-and-beam construction method, and attempts to ensure the strength, stability, durability, and ease of construction of the structure by using composite beams.
鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造は、コンクリートの製造を含む建設時の二酸化炭素排出量が多いため、カーボンニュートラル実現に向けた技術革新が求められている。 Since reinforced concrete and steel-reinforced concrete construction emit a large amount of carbon dioxide during construction, including the manufacturing of concrete, technological innovation is required to achieve carbon neutrality.
また、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造は、コンクリートが鉄筋や鉄骨などの鋼材を内包する構造部材からなるが、コンクリートの弾性域は、極めて小さい。そのため、コンクリートにひび割れが生じなければ、構造部材が変形できず、内部の鋼材に応力を生じさせることもできない。実際、構造計算の前提では、コンクリートのひび割れを想定し、許容している。耐震設計に関する現行基準における二次設計は、大地震時に変形によって地震エネルギーを吸収し建築物が倒壊しないように設計するものであり、ある程度の損傷を許容している。そのため、計算上、一定以上の地震を経験した建築物は、躯体の補修が必要になる。 In addition, in reinforced concrete and steel-reinforced concrete construction, the structural members are made of concrete that contains steel materials such as rebar and steel frames, but the elastic range of concrete is extremely small. Therefore, if cracks do not occur in the concrete, the structural members cannot deform, and stress cannot be generated in the internal steel materials. In fact, the premise of structural calculations is to assume and allow for cracks in the concrete. The secondary design in the current standards for earthquake-resistant design is designed to absorb seismic energy through deformation in the event of a major earthquake and prevent the building from collapsing, and a certain degree of damage is allowed. Therefore, calculations show that buildings that have experienced an earthquake of a certain magnitude or greater will require repairs to their framework.
さらに、地震後において躯体に顕著な損傷がない場合であっても、地震の結果、非構造壁の損傷が生じる場合がある。そこで、非構造壁の損傷を防ぐため、躯体と非構造壁の間に構造スリット(耐震スリット)が設けられている。しかし、構造スリットを設ける場合、型枠内にスリット材を設置する必要があるため、コンクリート打設時の圧力によって、スリット材にずれや歪みが生じて、適切な構造スリットが形成されないという施工不良が報告されている。 Furthermore, even if there is no significant damage to the structural frame after an earthquake, damage to non-structural walls may occur as a result of the earthquake. Therefore, to prevent damage to non-structural walls, structural slits (earthquake-resistant slits) are provided between the structural frame and the non-structural walls. However, when providing structural slits, it is necessary to install slit material within the formwork, and there have been reports of poor construction in which the slit material shifts or warps due to the pressure when pouring the concrete, resulting in the formation of an appropriate structural slit.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧縮剛性を向上させつつ、外力によって生じるひび割れを抑制し、外力によるエネルギーを吸収することが可能な構造基材、構造部材及び構造物を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a structural base material, structural member, and structure that can improve compressive rigidity, suppress cracks caused by external forces, and absorb energy from external forces.
上記課題を解決するために、本発明の構造基材、構造部材及び構造物は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る構造基材は、一方向に沿って長い長尺状であり、外部からの力が伝達されて引張力を負担可能な引張材と、前記引張材の前記一方向に沿って配置され、分離されて互いに対向している複数のブロック材を有し、圧縮力を負担可能な圧縮部と、前記引張材に生じる応力を前記圧縮部に伝達するように、前記引張材と前記圧縮部とを互いに固定する固定部とを備え、前記引張材は、前記複数のブロック材同士が連結されるように、前記固定部によって前記ブロック材に固定されている。
In order to solve the above problems, the structural substrate, structural member, and structure of the present invention employ the following measures.
In other words, the structural base material of the present invention comprises a tensile material that is long and elongated in one direction and can bear a tensile force when an external force is transmitted thereto, a plurality of block materials that are arranged along the one direction of the tensile material and are separated and facing each other, a compression section that can bear a compressive force, and a fixing section that fixes the tensile material and the compression section to each other so as to transmit the stress generated in the tensile material to the compression section, and the tensile material is fixed to the block material by the fixing section so that the plurality of block materials are connected to each other.
この構成によれば、構造基材は、引張材と、圧縮部と、固定部を備え、引張材は、外部からの力が伝達されて引張力を負担可能であり、圧縮部は、圧縮力を負担可能である。引張材は、一方向に沿って長い長尺状である。圧縮部は、複数のブロック材を有しており、複数のブロック材は、引張材の長さ方向(一方向)に沿って配置される。複数のブロック材は、それぞれ分離しており、互いに対向している。固定部は、引張材と圧縮部とを互いに固定し、引張材に生じる応力が圧縮部に伝達される。そして、固定部によって引張材がブロック材に固定されて、複数のブロック材同士が連結される。 According to this configuration, the structural base material includes a tensile member, a compression section, and a fixing section, the tensile member is capable of bearing a tensile force when an external force is transmitted thereto, and the compression section is capable of bearing a compressive force. The tensile member is long and elongated along one direction. The compression section has a plurality of blocks arranged along the length direction (one direction) of the tensile member. The plurality of blocks are separate from each other and face each other. The fixing section fixes the tensile member and the compression section to each other, and stress generated in the tensile member is transmitted to the compression section. The fixing section then fixes the tensile member to the block material, connecting the plurality of blocks together.
これにより、相対的に、ブロック材の部分が剛、隣り合うブロック材間の隙間が剛でない構造となる。複数のブロック材がそれぞれ分離していることから、従来の鉄筋コンクリート造などと異なり、ひび割れという不可逆的な部材の破壊を前提とせず、外部からの力がかかったとき、ブロック材間に隙間が生じることで、引張材に引張応力を発生させることができる。このとき、ブロック材間の隙間の位置にある引張材にひずみが集中する。また、引張材は、ブロック材間の隙間の両側の位置で固定され定着されたままである。よって、ひずみにより生じる引張応力は、周辺の引張材全体で負担(分散)され、分散された応力が固定部を介して圧縮部に伝達される。これにより、圧縮部に生じる曲げ応力やせん断応力が低減し、圧縮剛性が向上する。 This results in a structure in which the blocks are relatively rigid, while the gaps between adjacent blocks are not. Since the blocks are separated from each other, unlike conventional reinforced concrete structures, it is not assumed that irreversible destruction of components will occur due to cracks. When an external force is applied, gaps will form between the blocks, allowing tensile stress to be generated in the tensile material. At this time, strain is concentrated in the tensile material located at the gap between the blocks. In addition, the tensile material remains fixed and anchored on both sides of the gap between the blocks. Therefore, the tensile stress generated by the strain is borne (distributed) by all the surrounding tensile materials, and the distributed stress is transmitted to the compression section via the fixed section. This reduces bending stress and shear stress generated in the compression section, improving compression rigidity.
引張材にひずみが生じたとき、引張材が引張力を発揮する。これにより、引張材がブロック材間の隙間の距離の拡大を防止したり、隙間の拡大を遅延させることができる。また、圧縮部に過大な引張力が作用する前に、ブロック材間の隙間の位置にある引張材で引張力を負担するため、ブロック材におけるひび割れを防止できる。したがって、一定以上の地震力が作用した場合でも、ひび割れの修復が不要となり、構造基材が適用された構造物を継続使用することができる。 When strain occurs in the tensile material, the tensile material exerts a tensile force. This allows the tensile material to prevent the gap between the blocks from widening or to delay the widening of the gap. In addition, before an excessive tensile force acts on the compression section, the tensile force is borne by the tensile material located at the gap between the blocks, preventing cracks in the blocks. Therefore, even if an earthquake force of a certain magnitude or more acts on the structure, there is no need to repair the cracks, and the structure to which the structural base material is applied can continue to be used.
複数のブロック材は、それぞれ分離しており、互いに対向していることから、外力が入力されたとき、圧縮部が一つの部材で構成されている場合と異なり、各ブロック材は自在に動くことができ、外力によるエネルギーが吸収される。 Since the multiple blocks are separate and face each other, when an external force is applied, each block can move freely, unlike when the compression section is made up of a single member, and the energy from the external force is absorbed.
引張材によって発揮される引張剛性は、鉄筋によって発揮される引張剛性に相当する。したがって、圧縮部がコンクリートである場合、コンクリートが負担できない引張力不足分を引張材が補い、引張材が負担できない圧縮力不足分を圧縮部のコンクリートが補うことができる。これにより、構造基材は、弾性及び剛性を兼ね備えた部材となる。 The tensile stiffness exerted by the tension member is equivalent to the tensile stiffness exerted by the reinforcing bar. Therefore, when the compression section is made of concrete, the tension member compensates for the tensile force that the concrete cannot bear, and the concrete in the compression section compensates for the compressive force that the tension member cannot bear. This makes the structural base material a member that combines elasticity and stiffness.
上記発明において、前記引張材は、繊維方向が前記一方向に平行な木質材を有し、前記複数のブロック材は、前記木質材の一面において前記一方向に沿って配置されてもよい。 In the above invention, the tensile material may have a wood material whose fiber direction is parallel to the one direction, and the multiple block materials may be arranged along the one direction on one surface of the wood material.
この構成によれば、引張材は、一方向に沿って長い長尺状である木質材を有し、木質材の繊維方向は、木質材の長さ方向(一方向)に平行である。木質材の繊維は、木質材の長さ方向に沿って長く、引張材の一端から他端にわたって配置される。圧縮部は、複数のブロック材を有しており、複数のブロック材は、木質材の一面において木質材の長さ方向(一方向)に沿って配置される。したがって、引張材が圧縮部に固定された状態で、引張材の木質材の繊維方向は、複数のブロック材の配置方向に平行である。そして、複数のブロック材を有する圧縮部が、木質材を有する引張材と一体化され、相対的に、ブロック材の部分が剛、隣り合うブロック材の間が剛でない構造となる。これにより、外部からの力がかかったとき、ブロック材間の隙間の位置にある木質材の繊維にひずみが集中する。また、木質材の繊維は、ブロック材間の隙間の両側の位置で固定され定着されたままである。よって、ひずみにより生じる引張応力は、周辺の引張材全体で負担(分散)され、固定部を介して圧縮部に伝達される。 According to this configuration, the tensile member has a wooden material that is long and elongated along one direction, and the fiber direction of the wooden material is parallel to the length direction (one direction) of the wooden material. The fibers of the wooden material are arranged long along the length direction of the wooden material from one end to the other end of the tensile member. The compression section has a plurality of blocks, and the plurality of blocks are arranged along the length direction (one direction) of the wooden material on one side of the wooden material. Therefore, when the tensile member is fixed to the compression section, the fiber direction of the wooden material of the tensile member is parallel to the arrangement direction of the plurality of blocks. Then, the compression section having the plurality of blocks is integrated with the tensile member having the wooden material, and the block portion is relatively rigid, and the space between the adjacent blocks is not rigid. As a result, when an external force is applied, strain is concentrated in the fibers of the wooden material located at the position of the gap between the blocks. In addition, the fibers of the wooden material remain fixed and fixed on both sides of the gap between the blocks. Therefore, the tensile stress caused by the strain is borne (distributed) by the entire surrounding tensile material and transmitted to the compression part via the fixed part.
上記発明において、前記引張材は、鋼材よりも弾性域でのひずみが大きい材料、又は、鋼材でもよい。 In the above invention, the tensile material may be a material that has a larger strain in the elastic region than steel, or may be steel.
上記発明において、前記引張材は、板面が前記ブロック材の外側の面に沿って配置される板状部材でもよい。 In the above invention, the tension member may be a plate-shaped member whose plate surface is arranged along the outer surface of the block material.
上記発明において、前記ブロック材は、直方体形状又は立方体形状の中空構造であり、前記直方体形状又は前記立方体形状の各辺に相当する位置に設けられた複数の棒状の第1部材を有し、前記第1部材は端部において互いに剛接合されてもよい。 In the above invention, the block material may be a hollow rectangular or cubic structure, and may have a plurality of rod-shaped first members provided at positions corresponding to each side of the rectangular or cubic shape, and the first members may be rigidly joined to each other at their ends.
上記発明において、前記第1部材の内部に鉄筋が配置されてもよい。 In the above invention, reinforcing bars may be placed inside the first member.
上記発明において、前記引張材は、格子状部材であり、前記格子状部材を構成する複数の棒状の第2部材が、前記ブロック材の前記第1部材に沿って配置されてもよい。 In the above invention, the tension member may be a lattice member, and a plurality of rod-shaped second members constituting the lattice member may be arranged along the first member of the block material.
上記発明において、前記引張材は、前記ブロック材の前記中空構造の内部に位置する内側の面に沿って配置される柱状部材でもよい。 In the above invention, the tensile member may be a columnar member arranged along the inner surface located inside the hollow structure of the block material.
上記発明において、前記固定部は、前記引張材の一面において前記一方向に沿って配置されるロッド状の固着部材であり、前記固着部材は、一端が前記圧縮部の前記ブロック材に固定され、他端が前記引張材に固定されてもよい。 In the above invention, the fixing portion is a rod-shaped fastening member arranged along the one direction on one surface of the tension member, and the fastening member may have one end fixed to the block material of the compression portion and the other end fixed to the tension member.
上記発明において、前記固定部は、前記引張材と前記圧縮部の間に設けられる接着剤でもよい。 In the above invention, the fixing portion may be an adhesive provided between the tension member and the compression portion.
本発明に係る構造部材は、上述した構造基材を備え、隣り合う二つの前記ブロック材の間において、厚さが前記ブロック材の長さよりも短い板状部材が設置されてもよい。 The structural member according to the present invention may include the structural base material described above, and a plate-like member having a thickness shorter than the length of the block material may be installed between two adjacent blocks.
本発明に係る構造部材は、上述した構造基材を備え、前記複数のブロック材の内部に充填され、圧縮力を負担する圧縮材を更に備えてもよい。 The structural member according to the present invention comprises the structural base material described above, and may further comprise a compression member that is filled inside the plurality of blocks and bears a compressive force.
上記発明において、前記圧縮材の内部に、軸方向に沿って配置された鉄筋を更に備えてもよい。 In the above invention, the compression member may further include a reinforcing bar arranged along the axial direction inside the compression member.
本発明に係る構造物は、上述した構造基材を備える。 The structure according to the present invention comprises the structural base material described above.
本発明に係る構造物は、上述した構造部材を備える。 The structure according to the present invention comprises the structural member described above.
本発明によれば、圧縮剛性を向上させつつ、外力によって生じるひび割れを抑制し、外力によるエネルギーを吸収することができる。 The present invention makes it possible to improve compressive rigidity, suppress cracks caused by external forces, and absorb energy from external forces.
本発明の一実施形態に係る構造部材10は、例えば、建築物や土木構造物、電柱などの構造物に適用される。構造部材10は、例えば、建築物を構成する梁、柱、壁、床、基礎、杭などである。図11や図12では、構造部材10が梁及び柱からなる場合について図示しており、以下では構造部材10が梁又は柱である場合について説明する。 The structural member 10 according to one embodiment of the present invention is applied to structures such as buildings, civil engineering structures, and utility poles. The structural member 10 is, for example, a beam, a column, a wall, a floor, a foundation, or a pile that constitutes a building. Figures 11 and 12 show the structural member 10 made up of a beam and a column, and the following description will be given of the structural member 10 being a beam or a column.
構造部材10は、以下で説明するとおり、構造基材1を備える。構造基材1は、例えば図1から図4に示すように、引張材2と、複数のブロック材5を有する圧縮部3と、固定部4を備える。 The structural member 10 comprises a structural base material 1, as described below. The structural base material 1 comprises a tension member 2, a compression section 3 having a plurality of block members 5, and a fixing section 4, as shown in, for example, Figures 1 to 4.
互いに分離した複数のブロック材5を並べて、引張材2によって複数のブロック材5を一体化することで、相対的に、ブロック材5の部分は剛であり、隣り合うブロック材5間の隙間は、剛ではない構造となる。複数のブロック材5がそれぞれ分離していることから、従来の鉄筋コンクリート造などと異なり、ひび割れという不可逆的な部材の破壊を前提とせず、外部からの力がかかったとき、ブロック材5間に隙間が生じることで、引張材2に引張応力を発生させることができる。その結果、図5に示すように、外部からの力がかかったとき、ブロック材5間の隙間の位置にある引張材2にひずみが集中する。これにより、圧縮部全体が一体化されている従来の鉄筋コンクリート(RC)造や鉄骨コンクリート(SC)造などの構造部材と比べて、引張材2が早期に強度を発現し、鉄筋に匹敵する引張剛性を発揮する。 By arranging multiple blocks 5 that are separated from each other and integrating the multiple blocks 5 with the tension members 2, the blocks 5 are relatively rigid, while the gaps between adjacent blocks 5 are not rigid. Since the multiple blocks 5 are separated from each other, unlike conventional reinforced concrete structures, it is not assumed that irreversible destruction of members will occur due to cracks, and when an external force is applied, gaps will be generated between the blocks 5, allowing tensile stress to be generated in the tension members 2. As a result, as shown in Figure 5, when an external force is applied, strain is concentrated in the tension members 2 located at the gaps between the blocks 5. As a result, compared to structural members such as conventional reinforced concrete (RC) and steel concrete (SC) structures in which the entire compression section is integrated, the tension members 2 develop strength early and exhibit tensile rigidity comparable to that of steel bars.
構造基材1は、構造物、例えば、建築物を構成する梁、柱、壁、床、屋根などの構造部材そのものとして適用可能である。 The structural base material 1 can be used as a structural member such as a beam, column, wall, floor, or roof that constitutes a structure, for example, a building.
また、構造基材1は、構造部材10そのもの、又は、構造部材10の一部として設置される。例えば、図6に示す構造部材10のように、ブロック材5の内部空間に圧縮材11を充填させたり、圧縮材11だけでなく鉄筋12を配置させたりしてもよい。さらに、鉄筋コンクリート造のように圧縮材11で構造基材1を一体化させて、構造基材1が構造物の一部として設置されることも可能である。これにより、構造物に一体性が付与されて、構造物がモノコック構造を有し、強靭な構造体となる。圧縮材11は、構造部材10に作用する圧縮力を負担する構造材であり、例えば、コンクリート、セメント、グラウトなどである。圧縮材11は、引張剛性が構造設計において無視できるほど小さい。また、鉄筋12は、構造部材10に作用する引張力を負担する構造材である。 The structural base material 1 is installed as the structural member 10 itself or as a part of the structural member 10. For example, as in the structural member 10 shown in FIG. 6, the internal space of the block material 5 may be filled with compression members 11, or reinforcing bars 12 may be placed in addition to the compression members 11. Furthermore, the structural base material 1 may be integrated with the compression members 11 as in reinforced concrete construction, and the structural base material 1 may be installed as a part of the structure. This gives the structure integrity, makes the structure have a monocoque structure, and becomes a strong structure. The compression members 11 are structural materials that bear the compressive force acting on the structural member 10, such as concrete, cement, grout, etc. The tensile stiffness of the compression members 11 is small enough to be negligible in structural design. The reinforcing bars 12 are structural materials that bear the tensile force acting on the structural member 10.
引張材2は、一方向に沿って長い長尺状である。引張材2は、外部からの力が伝達されて引張力を負担可能である。引張材2は、例えば、鋼材よりも弾性域でのひずみが大きい材料である木質材、合成樹脂材、繊維補強コンクリート若しくは鋼材以外の金属材、又は、鋼材などである。引張材2が木質材である場合、密実な1種類の木質材から構成されるものでもよいし、合板、集成材、CLT(Cross Laminated Timber)など複数の木質材から構成されるものでもよい。 The tensile material 2 is elongated in one direction. The tensile material 2 can bear a tensile force when an external force is transmitted to it. The tensile material 2 is, for example, a wood material, a synthetic resin material, a fiber-reinforced concrete, a metal material other than steel, or a steel material, which is a material that has a larger strain in the elastic range than steel. When the tensile material 2 is a wood material, it may be made of one type of dense wood material, or it may be made of multiple wood materials such as plywood, laminated timber, and CLT (Cross Laminated Timber).
圧縮部3は、圧縮力を負担可能である。圧縮部3は、複数のブロック材5を有している。すなわち、構造基材1において圧縮力を負担する圧縮部3が、複数のブロック材5によって構成される。複数のブロック材5は、引張材2の少なくとも一面において引張材2の長さ方向(一方向)に沿って配置される。複数のブロック材5は、それぞれ分離しており、互いに対向している。圧縮部3は、例えば、コンクリート、セメントなど、引張剛性が構造設計において無視できるほど小さい材料でもよいし、繊維補強コンクリートや、内部に鉄筋が配置されたコンクリートなど、引張剛性を有するものでもよい。 The compression section 3 is capable of bearing a compressive force. The compression section 3 has a plurality of block materials 5. That is, the compression section 3, which bears a compressive force in the structural base material 1, is composed of a plurality of block materials 5. The plurality of block materials 5 are arranged along the length direction (one direction) of the tensile member 2 on at least one side of the tensile member 2. The plurality of block materials 5 are separated from each other and face each other. The compression section 3 may be made of a material whose tensile stiffness is so small that it can be ignored in structural design, such as concrete or cement, or may be made of a material that has tensile stiffness, such as fiber-reinforced concrete or concrete with reinforcing bars arranged inside.
固定部4は、引張材2と圧縮部3とを互いに固定し、引張材2に生じる応力を圧縮部3に伝達する。固定部4によって、複数のブロック材5同士が一体化される。固定部4は、釘やボルトのような固着部材8(図7及び図8参照)でもよいし、接着剤でもよい。また、固定部4は、固着部材8や接着剤などではなく、引張材2と圧縮部3の間で摩擦力が作用する引張材2の表面部分と圧縮部3の表面部分でもよい(後述する実施例4参照)。 The fixing portion 4 fixes the tension member 2 and the compression portion 3 to each other, and transmits the stress generated in the tension member 2 to the compression portion 3. The fixing portion 4 integrates the multiple blocks 5 together. The fixing portion 4 may be a fastening member 8 such as a nail or a bolt (see Figures 7 and 8), or may be an adhesive. The fixing portion 4 may also be a surface portion of the tension member 2 and a surface portion of the compression portion 3 where frictional force acts between the tension member 2 and the compression portion 3, rather than a fastening member 8 or an adhesive (see Example 4 described below).
外部からの力がかかったとき、引張材2は、ブロック材5間の隙間の両側の位置で固定され定着されたままである。したがって、ひずみにより生じる引張応力が、周辺の引張材2全体で負担(分散)され、分散された応力が固定部4を介して圧縮部3に伝達される。これにより、圧縮部3に生じる曲げ応力やせん断応力が低減し、圧縮剛性が向上する。 When an external force is applied, the tension members 2 remain fixed and anchored at both sides of the gap between the block members 5. Therefore, the tensile stress caused by the strain is borne (distributed) by the entire surrounding tension members 2, and the distributed stress is transmitted to the compression member 3 via the fixing member 4. This reduces the bending stress and shear stress generated in the compression member 3, improving the compression rigidity.
引張材2にひずみが生じたとき、引張材2が引張力を発揮する。引張材2の引張力は、隙間の拡大に対する抵抗力として発揮される。これにより、引張材2がブロック材5間の隙間の距離の拡大を防止したり、隙間の拡大を遅延させることができる。また、圧縮部3に過大な引張力が作用する前に、ブロック材5間の隙間の位置にある引張材2で引張力を負担するため、ブロック材5のひび割れを防止できる。地震後は、隣り合うブロック材5間の間隙がなくなり、隣り合うブロック材5が互いに接する元の状態に復帰する。したがって、一定以上の地震力が作用した場合でも、ひび割れの修復が不要となり、構造部材10が適用された構造物を継続使用することができる。 When strain occurs in the tensile member 2, the tensile member 2 exerts a tensile force. The tensile force of the tensile member 2 is exerted as a resistance force against the expansion of the gap. As a result, the tensile member 2 can prevent the gap between the blocks 5 from expanding or can delay the expansion of the gap. In addition, before an excessive tensile force acts on the compression section 3, the tensile force is borne by the tensile member 2 located at the position of the gap between the blocks 5, so that cracks in the blocks 5 can be prevented. After an earthquake, the gaps between the adjacent blocks 5 disappear, and the adjacent blocks 5 return to their original state of contact with each other. Therefore, even if an earthquake force of a certain magnitude or more acts, there is no need to repair the cracks, and the structure to which the structural member 10 is applied can continue to be used.
複数のブロック材5は、それぞれ分離しており、互いに対向していることから、外力が入力されたとき、圧縮部が一つの部材で構成されている場合と異なり、各ブロック材5は自在に動くことができ、外力によるエネルギーが吸収される。 Since the multiple blocks 5 are separate and face each other, when an external force is applied, unlike when the compression section is made up of a single member, each block 5 can move freely and absorb the energy from the external force.
構造部材10の計算方法については、構造部材10の引張側の引張材2において、例えば、1%のひずみが生じた状態で発揮し得る引張応力を、従来の鉄筋コンクリート造の鉄筋の降伏強度とみなして、従来の方法に準じて計算できる。 As for the calculation method for the structural member 10, the tensile stress that can be exerted in the tension member 2 on the tension side of the structural member 10 when a strain of, for example, 1% occurs can be regarded as the yield strength of the reinforcing bars in conventional reinforced concrete structures, and calculations can be performed in accordance with conventional methods.
以下、引張材2が発揮する強度の一例を示す。引張材2には木材を用いる。木材のヤング率は、7,000~12,000N/mm2である。引張材2が発揮する強度を、木材に1%のひずみが生じた状態で発揮する引張応力で考える。 Below is an example of the strength exhibited by the tensile material 2. Wood is used as the tensile material 2. The Young's modulus of wood is 7,000 to 12,000 N/ mm2 . The strength exhibited by the tensile material 2 is considered as the tensile stress exhibited when the wood is strained by 1%.
ヤング率にひずみ1%を乗じると、引張応力は70~120N/mm2である。この引張応力を、従来の鉄筋コンクリート造の鉄筋の降伏強度とみなす。これに対し、鉄筋の降伏強度は200~400N/mm2が一般的である。すなわち、引張材2として用いる木材の断面積は、鉄筋の断面積の約3倍として、このときの引張応力を担保できるように引張材2をブロック材5に確実に固定することで、鉄筋同等の強度及び剛性を発揮する引張材2となる。例えば厚さ7mm×幅40mmの断面積280mm2の木材であれば、鉄筋D10×3本に相当する。 When Young's modulus is multiplied by 1% strain, the tensile stress is 70 to 120 N/ mm2 . This tensile stress is considered to be the yield strength of reinforcing bars in conventional reinforced concrete structures. In contrast, the yield strength of reinforcing bars is generally 200 to 400 N/ mm2 . In other words, the cross-sectional area of the wood used as the tensile material 2 is approximately three times that of the reinforcing bars, and by securely fixing the tensile material 2 to the block material 5 so that the tensile stress at this time can be guaranteed, the tensile material 2 will have the same strength and rigidity as reinforcing bars. For example, a piece of wood with a cross-sectional area of 280 mm2, 7 mm thick and 40 mm wide, is equivalent to three D10 reinforcing bars.
なお、木材の引張応力を担保するための引張材2とブロック材5の付着力について、固定部4として接着剤を用いる場合を検討する。接着強度が2N/mm2の接着剤を使用する場合、引張材2として厚さ7mm×幅40mmの断面積280mm2の木材で、鉄筋D10×3本相当の引張応力を担保するために必要な接着面積は、以下のとおりである。
接着面積=降伏強度×木材断面積÷接着強度=360N/mm2×280mm2÷2N/mm2=50,400mm2
この接着面積を引張材2の木材の幅(40mm)で割って必要定着長さを計算すると、必要定着長さは56,000/40=1260mmとなる。
Regarding the adhesive strength between the tension member 2 and the block material 5 to ensure the tensile stress of the wood, we will consider the case where an adhesive is used as the fixing part 4. When an adhesive with an adhesive strength of 2 N/ mm2 is used, the adhesive area required to ensure the tensile stress equivalent to three D10 rebars for a tension member 2 made of wood with a thickness of 7 mm, width of 40 mm and a cross-sectional area of 280 mm2 is as follows:
Adhesive area = Yield strength x Wood cross-sectional area ÷ Adhesive strength = 360N/mm 2 × 280mm 2 ÷ 2N/mm 2 = 50,400mm 2
If we calculate the required fixing length by dividing this adhesive area by the width of the wood of the tension member 2 (40 mm), the required fixing length becomes 56,000/40 = 1260 mm.
上記のとおり、引張材2によって発揮される引張剛性は、鉄筋によって発揮される引張剛性に相当するように設定できる。したがって、圧縮部3がコンクリートである場合、コンクリートが負担できない引張力不足分を引張材2が補い、引張材2が負担できない圧縮力不足分を圧縮部3のコンクリートが補うことができる。これにより、構造部材10は、弾性及び剛性を兼ね備えた部材となる。 As described above, the tensile stiffness exerted by the tension member 2 can be set to be equivalent to the tensile stiffness exerted by the reinforcing bars. Therefore, when the compression section 3 is made of concrete, the tension member 2 can make up for the tensile force shortage that the concrete cannot bear, and the concrete of the compression section 3 can make up for the compressive force shortage that the tension member 2 cannot bear. This makes the structural member 10 a member that combines elasticity and stiffness.
圧縮部3のブロック材5の棒状部材6のうち、構造部材10の軸方向に対して垂直方向の棒状部材6の内部には、ブロック材5の製作時に鉄筋が内蔵されるように配されてもよい。また、ブロック材5は、鉄筋に代替する引張強度を有する繊維補強コンクリートで製作されてもよい。これにより、圧縮部3は、従来の鉄筋コンクリート系構造物におけるせん断補強筋が負担する力に相当するせん断力を負担できる。よって、構造部材10は、せん断補強筋(フープ筋、あばら筋)を別途設置することなく、要求されるせん断強度を備えることが可能である。この場合、ブロック材5は、構造部材10の軸方向に対して平行方向の長さが、従来の鉄筋コンクリート系構造物におけるせん断補強筋の間隔と等しい。 The rod-shaped members 6 of the blocks 5 in the compression section 3 that are perpendicular to the axial direction of the structural member 10 may be arranged so that reinforcing bars are embedded inside the rod-shaped members 6 when the blocks 5 are manufactured. The blocks 5 may also be manufactured from fiber-reinforced concrete that has a tensile strength that replaces reinforcing bars. This allows the compression section 3 to bear a shear force equivalent to the force borne by the shear reinforcement in conventional reinforced concrete structures. Therefore, the structural member 10 can have the required shear strength without separately installing shear reinforcement (hoop reinforcement, stirrup reinforcement). In this case, the length of the blocks 5 parallel to the axial direction of the structural member 10 is equal to the spacing of the shear reinforcement in conventional reinforced concrete structures.
以下、本実施形態の構造基材1及び構造部材10に係る実施例を説明する。
<実施例1>
図1及び図2に示すように、引張材2は、例えば、一方向に長い長尺状の板状部材である。引張材2は、構造基材1において引張力を負担できるように、圧縮部3の表面に設置される。引張材2の材質は、木質材、合成樹脂材、繊維強化複合材、又は、金属材などである。引張材2の長手方向に沿って、複数のブロック材5が配置される。引張材2が木質材である場合、木質材の繊維方向が引張材2の長手方向に平行であることが望ましい。なお、CLTや合板のように、木材の繊維方向を直交させながら積層された材料を引張材2として用いてもよい。
Examples of the structural substrate 1 and the structural member 10 of this embodiment will be described below.
Example 1
As shown in Figures 1 and 2, the tensile member 2 is, for example, a long plate-like member that is long in one direction. The tensile member 2 is installed on the surface of the compression section 3 so that the structural base material 1 can bear the tensile force. The material of the tensile member 2 is wood, synthetic resin, fiber-reinforced composite, metal, or the like. A plurality of block materials 5 are arranged along the longitudinal direction of the tensile member 2. When the tensile member 2 is wood, it is desirable that the fiber direction of the wood is parallel to the longitudinal direction of the tensile member 2. Note that a material that is laminated with the fiber direction of wood perpendicular to the longitudinal direction, such as CLT or plywood, may be used as the tensile member 2.
引張材2は、構造部材10が柱である場合、断面が四角形である圧縮部3の4面に設置される。引張材2は、構造部材10が梁である場合、底面のみ又は側面のみに設置されてもよいし、底面及び側面の両方に設置されてもよい。 When the structural member 10 is a column, the tension members 2 are installed on the four faces of the compression section 3, which has a rectangular cross section. When the structural member 10 is a beam, the tension members 2 may be installed only on the bottom face, only on the side faces, or on both the bottom face and the side faces.
圧縮部3は、引張材2の少なくとも一面において、複数のブロック材5が引張材2の長手方向に沿って配置されて構成される。引張材2の板面は、ブロック材5の外側の面部分に沿って配置される。ブロック材5同士が接する部分は、引張力が作用したときに隙間が生じればよく、接着剤等によって接続されてもよいし、接着剤等によって接続されなくてもよい。 The compression section 3 is configured by arranging a plurality of blocks 5 along the longitudinal direction of the tensile material 2 on at least one surface of the tensile material 2. The plate surface of the tensile material 2 is arranged along the outer surface portion of the block material 5. The portions where the blocks 5 contact each other need only be such that a gap is generated when a tensile force is applied, and may or may not be connected by adhesive or the like.
ブロック材5は、直方体形状又は立方体形状の中空構造である。この場合、ブロック材5は、直方体形状又は立方体形状の各辺に相当する位置に設けられた複数の棒状部材6を有し、棒状部材6は端部において互いに剛接合されている。棒状部材6は、本発明に係る第1部材の一例である。ブロック材5の内部が中空であることで、構造基材1全体の重量を軽減化でき、地震力を低減できる。 The block material 5 is a hollow rectangular or cubic structure. In this case, the block material 5 has a plurality of rod-shaped members 6 provided at positions corresponding to each side of the rectangular or cubic shape, and the rod-shaped members 6 are rigidly joined to each other at their ends. The rod-shaped members 6 are an example of the first member according to the present invention. As the inside of the block material 5 is hollow, the weight of the entire structural base material 1 can be reduced, and seismic forces can be reduced.
なお、ブロック材5は、上述した形状に限定されない。すなわち、構造部材10がアーチ状などの曲面を有する場合にも本発明を適用できる。その場合、ブロック材5は、曲線状の棒状部材を備えた立体的な扇形状などでもよい。また、図1及び図2において、ブロック材5は、1列に配置される場合について図示したが、構造基材1において、複数列のブロック材5が並列して配置されてもよいし、その場合、各列のブロック材5の間に引張材2が配置されてもよい。 The block material 5 is not limited to the above-mentioned shape. In other words, the present invention can be applied to cases where the structural member 10 has a curved surface such as an arch shape. In such cases, the block material 5 may be a three-dimensional fan shape equipped with curved rod-shaped members. In addition, although the block materials 5 are illustrated in a single row in Figures 1 and 2, multiple rows of block materials 5 may be arranged in parallel in the structural base material 1, and in such a case, tension members 2 may be arranged between the block materials 5 in each row.
接着剤である固定部4によって、引張材2とブロック材5が接着される場合、引張材2の板面に合わせて、ブロック材5の表面も平滑であることが望ましい。ブロック材5は、例えば、工場で製作されるプレキャストコンクリート材である。ブロック材5を製作する際、鋼製型枠などを使用することによって、容易に平滑性を担保でき、寸法安定性が極めて高く、品質管理も容易である。 When the tensile member 2 and the block material 5 are bonded together by the fixing part 4, which is an adhesive, it is desirable that the surface of the block material 5 is also smooth to match the plate surface of the tensile member 2. The block material 5 is, for example, a precast concrete material produced in a factory. When producing the block material 5, smoothness can be easily ensured by using a steel formwork or the like, and dimensional stability is extremely high and quality control is also easy.
ブロック材5は、例えば、コンクリート、セメントなど、引張剛性が構造設計において無視できるほど小さい材料(無筋)でもよいし、繊維補強コンクリートや、内部に鉄筋が配置されたコンクリート(有筋)など、引張剛性を有するものでもよい。ブロック材5が無筋であっても、引張材2と接続されていることから、構造基材1において引張材2が引張力を負担できる。 The block material 5 may be a material whose tensile stiffness is so small that it can be ignored in structural design (unreinforced), such as concrete or cement, or may be a material that has tensile stiffness, such as fiber-reinforced concrete or concrete with reinforcing bars arranged inside (reinforced). Even if the block material 5 is unreinforced, it is connected to the tension member 2, so that the tension member 2 can bear the tensile force in the structural base material 1.
図7及び図8に示すように、固定部4は、例えば、ロッド状の固着部材8を複数本備える。固着部材8は、例えば、一方向に細長い金属製部材(金物)である。固着部材8は、一端が圧縮部3のブロック材5に埋設されて固定され、他端が引張材2に固定される。ブロック材5に埋設される一端側では、固着部材8は、フック状であることが好ましい。また、引張材2に固定される他端側では、固着部材8は、釣り針状に返しのある形状や、棒状部分の表面に凹凸が形成された形状であることが好ましい。これらの形状により、固着部材8がブロック材5及び引張材2から引き抜かれることを防止できる。固定部4として複数の固着部材8を適用する場合、力の伝達が容易かつ確実であることから、引張材2は、多少の反りがあってもよい。 7 and 8, the fixing portion 4 includes, for example, a plurality of rod-shaped fixing members 8. The fixing members 8 are, for example, metal members (hardware) that are elongated in one direction. One end of the fixing members 8 is embedded and fixed in the block material 5 of the compression portion 3, and the other end is fixed to the tensile material 2. At the one end embedded in the block material 5, the fixing members 8 are preferably hook-shaped. At the other end fixed to the tensile material 2, the fixing members 8 are preferably barbed like a fish hook or have an uneven surface on the rod-shaped portion. These shapes can prevent the fixing members 8 from being pulled out of the block material 5 and the tensile material 2. When a plurality of fixing members 8 are used as the fixing portion 4, the tensile material 2 may be warped to some extent, since force can be easily and reliably transmitted.
なお、固着部材8は、上記の例に限定されず、引張材2の外側に貫通釘又はボルトの頭が位置するように、引張材2の外側から圧縮部3に向けて、貫通釘又はボルトが引張材2と圧縮部3に挿入されてもよいし、この貫通釘又はボルトと上記の固着部材8が組み合わされてもよい。また、固定部4において、固着部材8と接着剤が併用されてもよい。 The fixing member 8 is not limited to the above example, and a through nail or bolt may be inserted from the outside of the tension member 2 toward the compression section 3 into the tension member 2 and the compression section 3 so that the head of the through nail or bolt is located on the outside of the tension member 2, or the through nail or bolt may be combined with the fixing member 8. Also, the fixing member 8 may be used in combination with an adhesive in the fixing section 4.
実施例1では、平板状の引張材2によってブロック材5の開口部分が閉鎖される。この平板状の引張材2は、図6に示すように、ブロック材5の内部に圧縮材11を充填させる場合、型枠としての機能を果たす。圧縮材11としてのコンクリートを引張材2の内部に打設する場合、固定部4に作用するコンクリートの圧力は分散された力であることから、型枠支保工が不要になる。 In Example 1, the opening of the block material 5 is closed by the flat tension member 2. As shown in FIG. 6, this flat tension member 2 functions as a formwork when the compression member 11 is filled inside the block material 5. When concrete as the compression member 11 is poured inside the tension member 2, the pressure of the concrete acting on the fixing portion 4 is a distributed force, so formwork support is not required.
また、引張材2は、最外面に、壁紙やタイルなどの仕上げ材が予め設置されたものでもよく、型枠兼仕上げ板とすることもできる。この場合、引張材2の設置によって仕上げも完了するため、仕上げ工程が不要になる。 The tensile material 2 may also have a finishing material such as wallpaper or tiles pre-installed on its outermost surface, and can also serve as a formwork and finishing board. In this case, the finishing process is unnecessary, as the installation of the tensile material 2 completes the finishing process.
<実施例2>
図3及び図4に示すように、引張材2は、例えば、一方向に長い長尺状の格子状部材である。引張材2の材質は、木質材、合成樹脂材、繊維強化複合材、又は、金属などである。圧縮部3及び固定部4については、実施例1と同様のものを適用できる。
Example 2
3 and 4, the tension member 2 is, for example, a long lattice member that is long in one direction. The material of the tension member 2 is wood, synthetic resin, fiber-reinforced composite material, metal, etc. The compression section 3 and the fixing section 4 can be the same as those in the first embodiment.
ブロック材5は、実施例1と同様に、直方体形状又は立方体形状の中空構造である。引張材2は、複数の棒状部材7によって構成される。棒状部材7は、本発明に係る第2部材の一例である。棒状部材7は、ブロック材5の棒状部材6に沿って配置される。引張材2の棒状部材7は、固定部4によってブロック材5の棒状部材6に固定される。引張材2の棒状部材7が木質材である場合、木質材の繊維方向が棒状部材7の長手方向に対して平行であることが望ましい。 The block material 5 has a hollow rectangular or cubic structure, as in Example 1. The tensile material 2 is composed of a plurality of rod-shaped members 7. The rod-shaped members 7 are an example of a second member according to the present invention. The rod-shaped members 7 are arranged along the rod-shaped members 6 of the block material 5. The rod-shaped members 7 of the tensile material 2 are fixed to the rod-shaped members 6 of the block material 5 by the fixing parts 4. When the rod-shaped members 7 of the tensile material 2 are made of wood, it is desirable that the fiber direction of the wood be parallel to the longitudinal direction of the rod-shaped members 7.
実施例2では、引張材2の外側に平板状部材を更に設けて、格子状部材である引張材2の開口部分を閉鎖してもよい。この平板状部材は、図6に示すように、ブロック材5の内部に圧縮材11を充填させる場合、型枠としての機能を果たす。圧縮材11としてのコンクリートを平板状部材の内部に打設する場合、固定部4に作用するコンクリートの圧力は分散された力であることから、型枠支保工が不要になる。 In Example 2, a flat plate member may be further provided on the outside of the tension member 2 to close the opening of the tension member 2, which is a lattice member. As shown in FIG. 6, this flat plate member functions as a formwork when the compression member 11 is filled inside the block material 5. When concrete as the compression member 11 is poured inside the flat plate member, the pressure of the concrete acting on the fixing portion 4 is a distributed force, so formwork support is not required.
また、平板状部材は、最外面に、壁紙やタイルなどの仕上げ材が予め設置されたものでもよく、型枠兼仕上げ板とすることもできる。この場合、平板状部材の設置によって仕上げも完了するため、仕上げ工程が不要になる。 The flat plate-shaped member may also have a finishing material such as wallpaper or tiles pre-installed on its outermost surface, and may also serve as a formwork and finishing board. In this case, the finishing process is unnecessary, as the installation of the flat plate-shaped member completes the finishing process.
<実施例3>
図9から図11に示すように、構造基材1は、複数のブロック材5を有する圧縮部3と、ブロック材5に設置される引張材2が予め一体化された一つのユニットとされる。そして、複数の構造基材1を連結して立体的に連続させることで、任意の形状の構造部材10が構築される。
Example 3
9 to 11, the structural base material 1 is a single unit in which a compression section 3 having a plurality of blocks 5 and tension members 2 attached to the blocks 5 are integrated in advance. A structural member 10 of any shape can be constructed by connecting a plurality of structural base materials 1 to form a three-dimensional continuous structure.
コンクリート等のブロック材5の棒状部材6の内部において、構造部材10の軸方向に対して垂直方向に鉄筋(図示せず。)が配される場合、構造基材1において、ブロック材5の棒状部材6が従来の鉄筋コンクリート造の帯筋又はあばら筋に相当する。この場合、現場ではブロック材5の中空部分に別途帯筋又はあばら筋を配置する必要がない。 When reinforcing bars (not shown) are arranged perpendicular to the axial direction of the structural member 10 inside the rod-shaped members 6 of the block material 5 such as concrete, the rod-shaped members 6 of the block material 5 in the structural base material 1 correspond to the ties or stirrups of conventional reinforced concrete construction. In this case, there is no need to place separate ties or stirrups in the hollow portion of the block material 5 on-site.
ブロック材5の中空部分には、鉄筋コンクリート造の主筋に相当する鉄筋12が別途配置され、図5に示すように、更に圧縮材11としてのコンクリートが充填されてもよい。引張材2が引張力を負担し、圧縮部3が圧縮力を負担することから、従来の鉄筋コンクリート造よりも耐力を向上させることができる。 Reinforcing bars 12, which correspond to the main reinforcement bars of reinforced concrete construction, are placed separately in the hollow parts of the block material 5, and as shown in FIG. 5, concrete may be further filled in as compression members 11. Since the tension members 2 bear the tensile force and the compression sections 3 bear the compressive force, the strength can be improved compared to conventional reinforced concrete construction.
ブロック材5の中空部分に鉄筋12を配置する場合、図9から図11に示すように、引張材2を格子状とした構造基材1とすることで、現場で組み立てた主筋の検査、かぶり厚の検査が容易になる。 When placing reinforcing bars 12 in the hollow portion of the block material 5, as shown in Figures 9 to 11, by forming the tension members 2 into a lattice-shaped structural base material 1, it becomes easier to inspect the main bars assembled on-site and the cover thickness.
ブロック材5は、例えば、工場で製作されるプレキャストコンクリート材である。ブロック材5の表面には引張材2が設置されて構造基材1が製作される。構造基材1は、工場で柱状、梁状、又は、壁状などの形状に製作された後、現場に搬入される。 The block material 5 is, for example, a precast concrete material produced in a factory. Tensile members 2 are placed on the surface of the block material 5 to produce the structural base material 1. The structural base material 1 is produced in the factory in a shape such as a column, beam, or wall, and then transported to the site.
現場では、構造基材1同士が互いに接合される。例えば、図12に示すように、柱及び梁の連結部分では、柱の端部に位置する構造基材1A、梁の端部に位置する構造基材1B、及び、梁及び梁が交差する部分における構造基材1Cが接合されて一体化される。構造基材1同士を一体化するための接合方法は、接着剤による接着、ベルト状の高強度繊維の巻き付け、板状の鋼材の巻き付けなどである。これにより、連結部が従来の木造構造物よりも強固になり、耐震性が向上する。 At the site, the structural base materials 1 are joined together. For example, as shown in FIG. 12, at the connection between the column and the beam, the structural base material 1A located at the end of the column, the structural base material 1B located at the end of the beam, and the structural base material 1C at the intersection of the beams are joined together to form an integrated unit. Methods for joining the structural base materials 1 together include bonding with an adhesive, wrapping a belt-shaped high-strength fiber around them, or wrapping a plate-shaped steel material around them. This makes the connection stronger than conventional wooden structures, improving earthquake resistance.
搬入時において、構造基材1には、予めブロック材5や引張材2の開口部を塞ぐように板状部材が予め設置されてもよい。予め板状部材を設置できない場合は、現場において、構造基材1同士が接合された後に、ブロック材5や引張材2の開口部を塞ぐように板状部材が設置される。 When the structural base materials 1 are brought in, plate-like members may be installed in advance to cover the openings of the block materials 5 and the tension members 2. If plate-like members cannot be installed in advance, the plate-like members are installed on-site to cover the openings of the block materials 5 and the tension members 2 after the structural base materials 1 are joined together.
構造基材1同士の接合部において、構造基材1の引張材2同士が接する部分は、ほぞ、接着剤、金物等で更に一体化されてもよい。これにより、接合部が更に強化される。構造基材1同士を木造建築物の工法のように組み合わせられる場合、構造物の築造は、木造建築物のように短工期で完了させることができる。 At the joints between the structural base materials 1, the parts where the tension members 2 of the structural base materials 1 come into contact may be further integrated with tenons, adhesives, metal fittings, etc. This further strengthens the joints. When the structural base materials 1 are combined in the same way as in wooden buildings, the construction of the structure can be completed in a short period of time, just like wooden buildings.
図13に示すように、梁及び梁が交差する部分における構造基材1Cにおいて、他の柱の端部に位置する構造基材1A、又は、梁の端部に位置する構造基材1Bとの接合は、木材枠9を介して構造基材1同士が接合されてもよい。これにより、木材枠9が連結部分に柔軟性を与えることができ、構造部材10の変形を円滑にし、連結部に入力されるエネルギーを吸収できる。 As shown in FIG. 13, the structural base material 1C at the intersection of the beams may be joined to the structural base material 1A located at the end of another column, or to the structural base material 1B located at the end of a beam, by joining the structural base materials 1 together via a wooden frame 9. This allows the wooden frame 9 to impart flexibility to the connecting portion, facilitating deformation of the structural member 10 and absorbing energy input to the connecting portion.
そして、構造基材1が鉄筋コンクリートと組み合わせられる場合、ブロック材5の内部に鉄筋が配筋され、その後、コンクリートが打設される。これにより、構造部材10は、従来の鉄筋コンクリート造のように一体的で強固となる。なお、隣接するブロック材5間の隙間には、コンクリートが入り込まないように留意する必要がある。また、鉄筋が構造部材10全体に配置されることで、引張強度が向上する。さらに、鉄筋コンクリート造に比べて、鉄筋が負担する強度が低減し、構造物の寿命を長期化させることもできる。 When the structural base material 1 is combined with reinforced concrete, reinforcing bars are placed inside the blocks 5, and then concrete is poured. This makes the structural member 10 integral and strong, just like conventional reinforced concrete construction. Note that care must be taken to ensure that concrete does not get into the gaps between adjacent blocks 5. Also, by placing reinforcing bars throughout the entire structural member 10, the tensile strength is improved. Furthermore, compared to reinforced concrete construction, the strength borne by the reinforcing bars is reduced, which can also extend the life of the structure.
構造物全体の重量が鉄筋コンクリート造に比べて軽量化することから、地震時に耐えるための水平耐力も低減でき、工事費削減、環境負荷低減を図ることも可能である。 Because the overall weight of the structure is lighter than that of reinforced concrete construction, the horizontal strength required to withstand an earthquake can also be reduced, making it possible to cut construction costs and reduce the environmental impact.
<実施例4>
図14~図16に示すように、引張材2は、例えば、一方向に長い長尺状で、断面が四角形である柱状部材である。引張材2は、構造基材1において引張力を負担できるように、圧縮部3を構成するブロック材5の内部に設置される。
Example 4
14 to 16, the tension member 2 is, for example, a columnar member that is elongated in one direction and has a rectangular cross section. The tension member 2 is installed inside the block material 5 that constitutes the compression section 3 so that the structural base material 1 can bear the tensile force.
引張材2の材質は、木質材、合成樹脂材、繊維強化複合材、又は、金属材などである。引張材2の長手方向に沿って、複数のブロック材5が配置される。引張材2が木質材である場合、木質材の繊維方向が引張材2の長手方向に平行であることが望ましい。なお、CLTや合板のように、木材の繊維方向を直交させながら積層された材料を引張材2として用いてもよい。 The material of the tensile material 2 may be wood, synthetic resin, fiber-reinforced composite, or metal. A number of block materials 5 are arranged along the longitudinal direction of the tensile material 2. When the tensile material 2 is wood, it is desirable that the fiber direction of the wood be parallel to the longitudinal direction of the tensile material 2. Note that materials that are laminated with the wood fiber direction perpendicular to each other, such as CLT or plywood, may also be used as the tensile material 2.
圧縮部3は、引張材2の外周において、複数のブロック材5が引張材2の長手方向に沿って配置されて構成される。引張材2の外周面は、ブロック材5の内面に接して配置される。ブロック材5は、実施例1と同様に、直方体形状又は立方体形状の中空構造である。 The compression section 3 is configured by arranging a plurality of blocks 5 on the outer periphery of the tensile material 2 along the longitudinal direction of the tensile material 2. The outer peripheral surface of the tensile material 2 is arranged in contact with the inner surface of the block material 5. The block material 5 has a hollow structure in a rectangular or cubic shape, as in Example 1.
固定部4は、引張材2の外周面と圧縮部3のブロック材5の内周面が接することから、引張材2と圧縮部3の間で摩擦力が作用する引張材2の表面部分と圧縮部3の表面部分である。なお、固定部4として、接着剤が併用されてもよい。 The fixing portion 4 is a surface portion of the tensile material 2 and a surface portion of the compression portion 3 where frictional force acts between the tensile material 2 and the compression portion 3 because the outer peripheral surface of the tensile material 2 and the inner peripheral surface of the block material 5 of the compression portion 3 are in contact with each other. Note that an adhesive may also be used as the fixing portion 4.
引張材2とブロック材5が密着するように、引張材2の外周面は、ブロック材5の内面に合わせた寸法を有することが望ましい。 It is desirable that the outer peripheral surface of the tensile material 2 has dimensions that match the inner surface of the block material 5 so that the tensile material 2 and the block material 5 are in close contact with each other.
互いに分離した複数のブロック材5を並べて、引張材2によって複数のブロック材5を一体化することで、相対的に、ブロック材5の部分は剛であり、隣り合うブロック材5間の隙間は、剛ではない構造となる。その結果、図15に示すように、外部からの力がかかったとき、ブロック材5間の隙間の位置にある引張材2にひずみが集中する。これにより、圧縮部全体が一体化されている従来の鉄筋コンクリート(RC)造や鉄骨コンクリート(SC)造などの構造部材と比べて、引張材2が早期に強度を発現し、鉄筋に匹敵する引張剛性を発揮する。 By lining up multiple blocks 5 that are separate from one another and integrating them with tension members 2, the blocks 5 are relatively rigid, while the gaps between adjacent blocks 5 are not. As a result, as shown in Figure 15, when an external force is applied, strain is concentrated in the tension members 2 located in the gaps between the blocks 5. This allows the tension members 2 to develop strength early and exhibit tensile rigidity comparable to that of reinforcing bars, compared to structural members such as conventional reinforced concrete (RC) and steel concrete (SC) structures, in which the entire compression section is integrated.
従来、木材のみで梁又は柱を構成する木造構造では、木材の弾性域が大きく、たわみを制御するために梁断面又は柱断面を大きくする必要があった。この実施例では、複数のブロック材5が引張材2としての木材と一体化されることから、梁又は柱の圧縮力が強化される。したがって、梁断面又は柱断面を大きくすることなく、たわみを低減できる。 Conventionally, in wooden structures where beams or columns are made entirely of wood, the elastic range of wood is large, and it was necessary to enlarge the cross section of the beam or column to control deflection. In this embodiment, multiple block materials 5 are integrated with the wood as the tension material 2, which strengthens the compressive force of the beam or column. Therefore, deflection can be reduced without enlarging the cross section of the beam or column.
図16に示すように、柱及び梁の連結部分では、ブロック材5が3次元的に一体に構成されてもよい。連結部分では、各ブロック材5が柱方向及び梁方向に突出し、柱方向及び梁方向に開口するように連結される。連結部分のブロック材5には、梁に位置する引張材2が挿入され、柱に位置する引張材2が挿入される。また、梁及び柱の引張材2の外周には複数のブロック材5が順に嵌められて、軸方向に沿って配置される。 As shown in FIG. 16, at the connection portion between the pillar and the beam, the block material 5 may be three-dimensionally integrated. At the connection portion, each block material 5 protrudes toward the pillar and the beam, and is connected so as to open toward the pillar and the beam. The tension member 2 located on the beam is inserted into the block material 5 at the connection portion, and the tension member 2 located on the pillar is inserted into the block material 5. In addition, multiple block materials 5 are fitted in sequence around the outer periphery of the tension members 2 of the beam and the pillar, and are arranged along the axial direction.
構造部材10に外力が作用すると、梁と柱の連結部分において、梁及び柱の引き抜けや変形による力が作用する。連結部分に用いられるブロック材5が3次元的に一体化されることにより、梁及び柱の引き抜けや変形による力がブロック材5、固定部4、引張材2と全体に伝達される。従来の木造構造の連結部分における金物やほぞは、柱と梁を1面又は2面で抵抗して接合されていた。これに対して、3次元的に一体化されたブロック材5では、梁方向又は柱方向に突出したブロック材5がそれぞれ4面ずつ梁又は柱の引張材2に抵抗して梁と柱が接合される。これにより、従来の木造構造に比べて、梁と柱の連結部分における剛性が強化され、かつ、連結部分の局所破壊を防止できる。 When an external force acts on the structural member 10, the beam and column are pulled out or deformed, and this force acts at the connection between the beam and column. The block material 5 used in the connection is integrated three-dimensionally, so that the force caused by the beam and column being pulled out or deformed is transmitted to the entire block material 5, fixing part 4, and tension material 2. In conventional wooden structures, metal fittings and tenons in the connection parts connect the column and beam by resisting on one or two sides. In contrast, in the three-dimensionally integrated block material 5, the block material 5 protruding in the beam or column direction resists on four sides each the tension material 2 of the beam or column, and connects the beam and column. This strengthens the rigidity of the connection part between the beam and column compared to conventional wooden structures, and prevents localized damage to the connection part.
以上、本実施形態によれば、引張材2と圧縮部3が一体化することによって、木材等の引張材2が発揮する弾性力や引張力が、コンクリート等の圧縮部3に伝達され、全体として、コンクリート等のように強固で、かつ、木材等のように弾性的な構造材となる。 As described above, according to this embodiment, the tension member 2 and the compression section 3 are integrated, so that the elastic and tensile forces exerted by the tension member 2, such as wood, are transmitted to the compression section 3, such as concrete, resulting in a structural material that is strong like concrete and elastic like wood.
本実施形態では、ブロック材5同士が分割されて互いに対向していることから、コンクリートのひび割れを前提としなくて済むため、構造部材は弾性体となり、地震後の使用継続性が高い。 In this embodiment, the blocks 5 are divided and face each other, so there is no need to assume that the concrete will crack, making the structural members elastic and ensuring high continuity of use after an earthquake.
圧縮部3のブロック材5は中空構造であり、ブロック材5として、軽量の繊維補強コンクリートや軽量の無収縮モルタル等を使用することで、コンクリート部分の比重を0.3~1.5程度にすることができ、従来の集成材やCLTほどの重量とすることも可能である。 The blocks 5 in the compression section 3 have a hollow structure, and by using lightweight fiber-reinforced concrete or lightweight non-shrink mortar as the blocks 5, the specific gravity of the concrete portion can be set to about 0.3 to 1.5, making it possible to make the block 5 as heavy as conventional laminated timber or CLT.
引張材2として木材を使用する場合、従来の木造構造と異なり、引張材2を圧縮部3と一体化することで、木材の断面積を抑えることができる。引張材2としての木材を製材する際、従来の集成材やCLTでは、接着面の平滑性が品質と直接的に関係するが、本実施形態では、集成材やCLTと異なり、引張材2と圧縮部3とが互いに接する面についてのみに木材の平滑性を留意すればよい。したがって、活用できる木材部分を増やすことができ、原木の歩留まりを向上させることができる。 When using wood as the tensile member 2, unlike conventional wooden structures, the cross-sectional area of the wood can be reduced by integrating the tensile member 2 with the compression section 3. When sawing wood for the tensile member 2, the smoothness of the adhesive surface is directly related to the quality in conventional laminated timber and CLT. However, in this embodiment, unlike laminated timber and CLT, attention needs to be paid to the smoothness of the wood only at the surface where the tensile member 2 and compression section 3 come into contact with each other. Therefore, the amount of wood that can be utilized can be increased, and the yield of logs can be improved.
固定部4として接着剤を用いる場合、ブロック材5は、開口部を有しており、棒状部分のみに接着剤を塗布すればよいため、接着面積を大幅に低減できる。 When adhesive is used as the fixing portion 4, the block material 5 has an opening, and adhesive only needs to be applied to the rod-shaped portion, allowing the adhesive area to be significantly reduced.
また、本実施形態によれば、従来の集成材やCLTと異なり、各木材を接着剤で貼り合わせるための積層工程や加圧工程が不要であり、製造が簡易である。引張材2の製造工程では、従来の集成材やCLTの製造ノウハウや製造設備を活用することもでき、新たな設備投資が不要である。 In addition, according to this embodiment, unlike conventional laminated timber and CLT, there is no need for the lamination process or pressure process for bonding each piece of wood with adhesive, making manufacturing simple. The manufacturing process for the tensile material 2 can utilize the manufacturing know-how and manufacturing equipment of conventional laminated timber and CLT, so no new capital investment is required.
1 :構造基材
2 :引張材
3 :圧縮部
4 :固定部
5 :ブロック材
6 :棒状部材
7 :棒状部材
8 :固着部材
9 :木材枠
10 :構造部材
11 :圧縮材
12 :鉄筋
1: Structural base material 2: Tension member 3: Compression portion 4: Fixation portion 5: Block material 6: Rod-shaped member 7: Rod-shaped member 8: Fixation member 9: Timber frame 10: Structural member 11: Compression member 12: Steel bar
Claims (4)
前記引張材の前記一方向に沿って配置され、分離されて互いに対向している複数のブロック材を有し、圧縮力を負担可能な圧縮部と、
前記引張材に生じる応力を前記圧縮部に伝達するように、前記引張材と前記圧縮部とを互いに固定する固定部と、
を備え、
前記引張材は、前記複数のブロック材同士が連結されるように、前記固定部によって前記ブロック材に固定されている構造基材。 A tension member that is long and elongated in one direction and can bear a tensile force when an external force is transmitted thereto;
a compression section having a plurality of blocks arranged along the one direction of the tension member, separated and facing each other, and capable of bearing a compression force;
a fixing portion that fixes the tension member and the compression portion to each other so as to transmit the stress generated in the tension member to the compression portion;
Equipped with
The tension member is a structural base material fixed to the block material by the fixing portion so that the multiple blocks are connected to each other.
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