NSJ住宅性能研究所

床組・小屋組シリーズ15

水平構面の接合方法

■水平構面の接合部にはたらく力

建物に地震や風などの水平力がかかると、床面や屋根面といった水平構面は平行四辺形のように変形しようとします。

このとき、水平構面の外周部には、

・押しつぶそうとする 圧縮力
・引き伸ばそうとする 引張力

の両方がはたらきます。


■水平構面の外周部に生じる力

●柱通し構法の場合

柱が1階から2階まで通っていて、その途中に梁が差し込まれているような構法です。

水平力によって、引張側では梁が柱から抜け出そうとします。

もし梁が抜けてしまうと、

・床がバラバラになり、水平力を耐力壁まで伝えられない
・さらに、建物の自重などの常時荷重も支えられなくなる

そのため、

羽子板ボルトなどの金物で柱と梁をしっかり引き寄せて固定し、梁が抜け出さないようにすることが必要です。

ここで重要なのは、水平構面の外周部に生じる引張力に対して、仕口が外れないようにすることです。

●梁通し構法の場合

こちらは、梁が通っていて、その上に柱が立つような構法です。

梁の途中に継手が設けられるため、水平構面の外周部に引張力がかかると、継手の部分が引きちぎられないかが問題になります。

つまり、水平構面の外周部に生じる引張力に対して、継手が外れないようにすることがポイントです。

■耐力壁構面に生じる力

耐力壁が並ぶ構面には、地震時などに大きな水平力が流れ込んできます。

このとき、耐力壁周りの継手や仕口にも大きな力が作用します。

特に、下屋が取り付く部分では注意が必要です。


■下屋まわりで起きやすい問題

下屋の梁と、2階の床梁の高さ（レベル）が違うことが多く、そのせいで、水平力の流れがスムーズでなくなることがあります。

そこで、耐力壁構面となる軸組では、例えば次のような配慮が必要です。

・下屋の小屋裏部分を壁にして、力の通り道をつくる
・下屋の小屋梁と本体側の床梁を、直接つなぐなどして、水平力をきちんと伝達できるようにする

下屋部分にもちゃんと水平力が伝わるように、接合部を工夫することが大切です。


■接合部倍率とは何か

品確法では、水平構面の外周などにある接合部の強さを評価するための指標として、接合部倍率を定めています。

接合部倍率は、耐力壁の端部（柱頭・柱脚）の接合方法に使う、N値と対応しています。

技術的には、「木造軸組工法住宅の許容応力度設計（2017年版）」（（公財）日本住宅・木材技術センター）における短期許容引張耐力 Ta を 5.3 で割った値と等しくなります。

接合部倍率 ＝ Ta / 5.3

たとえば、床倍率を高く設計したい場合は、対応するだけの強い接合部（接合部倍率の高い仕様）が必要になります。

床だけ固くしても、外周の接合部が弱ければそこから壊れてしまうためです。


■通し柱の仕口・継手の耐力と設計上の配慮

伝統的な仕口・継手については、引張耐力の試験結果が出ています。

その結果からわかることとして、

通し柱の仕口は、やや耐力が低めである

→ そのため、
・仕口の形状に工夫を加える
・耐力壁の構面距離（スパン）を4m以内に抑える

といった配慮が必要になります。


■通し柱の仕口の引張耐力試験（例）

① 雇いホゾ差し・込み栓締め

構成イメージ：
差鴨居（スギ）115角
込栓（クリ）15角
雇いホゾ（クリ）
柱（スギ）130角

結果の例：
接合部倍率：0.49倍（2.59kN）
最大荷重：おおよそ 16.07kN、26.60kN など（試験体によるばらつきあり）

② 雇いホゾ差し・車知栓締め

構成イメージ：
差鴨居（スギ）115角
車知栓用の込栓（クリ）厚12mm
雇いホゾ（クリ）
柱（スギ）130角

結果の例：

接合部倍率：0.87倍（4.63kN）
最大荷重：おおよそ 11.70kN、9.60kN など

→ ①と比べると、
車知栓締めの方が、接合部倍率（引張耐力の評価値）が高いことがわかります。


■継手の引張試験の結果例

継手の種類ごとの引張試験では、次のような結果が得られています（いずれもスギ材、断面120×180の場合）

継手の種類｜樹種｜断面 B×D (mm)｜最大荷重 P (kN)｜短期基準接合部耐力 Pt (kN)
金輪（縦）｜スギ｜120×180｜27.18｜14.17
追掛大栓｜スギ｜120×180｜55.98｜30.78
鎌｜スギ｜120×180｜27.77｜16.55

ここから読み取れるポイントは、

・追掛大栓継手は、引張に対して非常に高い耐力を持っている
・金輪継手や鎌継手もそれなりの耐力はあるが、どの継手をどこに使うかで、構造全体の信頼性が変わる

ということです。


＜まとめ＞

●床や屋根（水平構面）が強くても、外周部や耐力壁まわりの接合部が弱いと、そこから壊れる。

そのため、

・通し柱や梁の仕口
・梁同士の継手
・下屋まわりの力の伝達経路
・接合部倍率

を意識して、水平構面 → 外周部 → 耐力壁へ力がちゃんと流れるように設計・施工することが大事です。

次回は、エキスパンションについて、お話します。