博 士 論 文 概 要
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(2) 本研究では、部材がプレカット機械加工された木造軸組住宅の横架材接合部に 多用され、寸法・形状とせん断強度や引張強度との関係が未精査なまま大工によ る 手 加 工 の 形 状 を 踏 襲 し た 形 状 が 用 い ら れ て い る 商 用 の 腰 掛 蟻 仕 口 ( 以 下 、商 用 仕 口 ) の 強 度 特 性 を 把 握 し た 。次 に 、プ レ カ ッ ト 機 械 加 工 さ れ る 腰 掛 蟻 仕 口 の 機 械 加 工 能 率 の 向 上 を 志 向 し た 形 状 (以 下 、 改 良 仕 口 )、 強 度 性 能 の 向 上 を 志 向 し た 形 状 (以 下 、 新 形 状 蟻 仕 口 )を 提 案 し 、 そ れ ぞ れ に つ い て 寸 法 ・ 形 状 と 強 度 特 性 の 関 係 を示した。さらに、プレカット機械加工された腰掛蟻仕口の破壊性状に基づくせ ん断耐力の推定式を提案した。本論は 6 章構成である。 【第 1 章. 序論】. 第 1 章では、木造軸組住宅の接合部における問題点、研究の背景、研究の目的 などを述べ、既往研究についての概要を述べた。プレカット機械加工される木造 軸組住宅の接合部において構造的な問題が生じているのは専ら仕口であること、 仕口形状は手加工の形状を踏襲しているものの、寸法・形状と強度特性の関係が 十分精査されていないために部材断面寸法に応じた寸法・形状となっていないこ とを指摘した。 現 行 の 腰 掛 蟻 仕 口 の せ ん 断 に 対 す る 検 定 式 に は 、引 張 側 に 切 欠 き を 有 す る 梁 の せん断耐力の検定式が援用されているために、男木側の寸法と形状のみが考慮さ れ、女木側の寸法と形状は考慮されていない。このため、女木側が破壊される条 件に適用できるせん断耐力式は示されていない。したがって、仕口の寸法・形状 と強度特性ならびに破壊性状の関係を明らかにした上で、仕口のせん断力に対す る検定を行なう必要があることを示した。また、プレカット機械加工される接合 部の形状は、機械加工能率面においても課題があることを示した。 既往研究のうちプレカット機械加工された接合部に関する研究の多くは、手加 工と機械加工の違いが強度特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的としてい る。本研究のように機械加工による腰掛蟻仕口の強度性能向上、機械加工能率の 向上を目指した形状を検討した研究や、腰掛蟻仕口における破壊性状に基づくせ ん断耐力を推定できる推定式を検討している研究は見当たらない。 【第 2 章. 商用の機械加工された腰掛蟻仕口の強度特性】. 第 2 章 で は 、商 用 さ れ て い る プ レ カ ッ ト 機 械 加 工 さ れ た 腰 掛 蟻 仕 口 の 強 度 特 性 を把握するために大手プレカット加工機械メーカの仕様による腰掛蟻仕口を対象 とした。この商用仕口の 4 つの断面寸法に対して、それぞれせん断試験と引張試 験を行なって強度特性を把握した。本章では樹種の違いによる影響も把握するた めにすべて 3 つの樹種で実験を行なった。また、商用仕口が設計荷重に対して適 用できる小梁間隔・小梁スパンの範囲を樹種別、断面寸法別に把握した。 No.1.
(3) せん断試験では、断面寸法が大きくなるにつれて最大荷重と剛性は増加する傾 向を示したが、設計荷重に対して適用できる小梁間隔・小梁スパンの範囲を検討 し た 結 果 、 断 面 寸 法 105 ㎜ ×180 ㎜ の 仕 口 形 状 は 部 材 断 面 寸 法 か ら 想 定 さ れ る せ ん断力に対して十分なせん断耐力を有していないことが示唆された。また、現行 のせん断に対する検定法による適用範囲よりも実験値による適用範囲の方が小さ い場合が存在することを指摘した。 引 張 試 験 で は 、部 材 断 面 寸 法 が 大 き く な る と 最 大 荷 重 と 剛 性 は 増 加 傾 向 を 示 し た。樹種別の傾向は、全ての断面寸法においてベイマツ無垢材が最も小さい最大 荷重と剛性を示し、オウシュウアカマツ集成材とスギ－ベイマツ集成材は概ね同 等の値を示すことがわかった。また、ほとんどの条件で補強金物がない場合の横 架 材 端 部 の 仕 口 に 必 要 な 短 期 許 容 引 張 耐 力 値 (3.0kN) を 下 回 る の で 接 合 金 物 が 必 要であることを示した。 【第 3 章. 機械加工された腰掛蟻仕口の新しい形状に関する検討】. 第 3 章では 、供試 材をベ イマ ツと し 、機 械加 工さ れた 腰掛蟻 仕口 の新 し い形状 を 提 案 し 、せ ん 断 試 験 と 引 張 試 験 を 行 な っ て 寸 法・ 形 状 と 強 度 特 性 ( 最 大 荷 重 と 剛 性 ) の 関 係 を 把 握 す る こ と を 目 的 と し た 。変 化 さ せ た 腰 掛 蟻 仕 口 の 部 位 は 、男 木 で 言えば、材成方向は蟻部の高さである蟻成寸法、腰部について同様の腰成寸法、 材幅方向は蟻部の水平方向の幅である蟻幅寸法、腰部について同様の腰幅寸法、 材軸方向は蟻部の長さである蟻掛長さ、腰部について同様の腰掛長さである。 提 案 し た 形 状 は 、プ レ カ ッ ト 機 械 加 工 さ れ た 腰 掛 蟻 仕 口 の 機 械 加 工 能 率 を 向 上 させる改良を施した改良仕口と強度特性の向上を志向した新形状蟻仕口である。 前 者 は 、材 成 方 向 ( 蟻 成 1 2 . 0 ～ 3 6 . 0 ㎜ 、腰 成 3 6 . 0 ～ 5 4 . 0 ㎜ ) 、材 幅 方 向 ( 蟻 幅 1 8 . 0 ～ 3 0 . 0 ㎜ 、腰 幅 3 6 . 0 ～ 5 4 . 0 ㎜ ) 、材 軸 方 向 ( 仕 口 長 さ 1 8 . 0 ㎜ 一 定 で 蟻 掛 長 さ と 腰 掛 長 さ の 割 合 を 変 化 、腰 掛 長 さ で 言 え ば 0 ～ 1 2 . 0 ㎜ ) の 寸 法 を 変 え て 形 状 を 変 化 さ せ た 。 後 者 は 、材 成 方 向 ( 腰 成 2 9 . 0 ～ 4 2 . 0 ㎜ ) 、材 幅 方 向 ( 蟻 幅 2 0 . 0 ～ 3 6 . 0 ㎜ 、腰 幅 36.0～ 54.0 ㎜ )、 材 軸 方 向 (仕 口 長 さ 18.0 ㎜ 一 定 で 蟻 掛 長 さ と 腰 掛 長 さ の 割 合 を 変 化 、 腰 掛 長 さ で 言 え ば 0～ 12.0 ㎜ )の 寸 法 を 変 え て 形 状 を 変 化 さ せ た 。 せ ん 断 試 験 に お い て 、改 良 仕 口 と 新 形 状 蟻 仕 口 の 材 成 方 向 お よ び 材 軸 方 向 の 寸 法・形状の変化は最大荷重と剛性に影響を及ぼすが、材幅方向の寸法変化は最大 荷重と剛性に大きな影響がないことを示した。また、現行のせん断力耐力算定式 のみでは男木側への適用に限られ、女木破壊となる形状への適応が困難であるこ とを指摘した。 引張試験において、改良仕口と新形状蟻仕口の材成方向の寸法・形状の変化は 最大荷重と剛性に大きな影響を及ぼすが、材幅方向の寸法・形状の変化は最大荷 重と剛性にほとんど影響がないことを示した。材軸方向の寸法変化は、改良仕口 No.2.
(4) の強度特性には大きな影響を及ぼさなかったが、新形状蟻仕口の最大荷重には影 響を及ぼすことがわかった。また、引張試験による実験値とボルトを介して木材 の 繊 維 直 交 方 向 に 加 力 を し た 場 合 の 割 裂 破 壊 荷 重 を 推 定 で き る Van der Put ら の 式による推定値の傾向は良く一致することを示した。 【第 4 章. 腰掛蟻仕口の破壊性状に基づくせん断耐力の推定式】. 第 4 章 で は 、破 壊 性 状 に 基 づ い た 腰 掛 蟻 仕 口 の せ ん 断 耐 力 の 推 定 式 を 提 案 す る こ と を 目 的 と し て 、3 つ の せ ん 断 試 験 (仕 口 せ ん 断 試 験 、男 木 せ ん 断 試 験 、女 木 せ ん 断 試 験 )と 女 木 割 裂 試 験 に よ り 推 定 式 の 構 築 を 行 な っ た 。 仕口せ ん断 試験 で は、腰成 寸法 が小 さい場 合に は男 木 破壊を 示し 、腰成 寸法が 大きい場合、即ち木余り寸法が小さい場合には女木破壊を示した。その他の場合 には男木女木両破壊を示した。男木破壊、男木女木両破壊における男木の破壊は 腰掛部からの割裂破壊であった。木余り寸法が小さい場合の男木女木両破壊、女 木破壊における女木の破壊は腰掛底部からの割裂破壊であった。木余り寸法の大 きい場合の女木破壊における破壊性状はめり込みによる圧縮破壊であった。 仕 口 せ ん 断 試 験 の 男 木 破 壊 、男 木 女 木 両 破 壊 の 男 木 の 破 壊 性 状 か ら 、腰 掛 部 に 割 裂 が 生 じ る 荷 重 を G u s t a f s s o n に よ る 式 で 推 定 す る こ と と し 、同 式 の 適 用 性 を 男 木せん断試験により示した。仕口せん断試験において、女木破壊で割裂破壊を生 じ た 場 合 の 最 大 荷 重 を Van der Put ら に よ る 式 で 推 定 す る こ と と し 、 同 式 の 適 用 性を女木せん断試験と女木割裂試験で示した。また、女木破壊でめり込みによる 圧縮破壊を示した場合には、めり込み荷重式によってせん断耐力を推定すること と し た 。 即 ち 、 Gustafsson の 式 に よ る 値 、 Van der Put ら に よ る 値 、 め り 込 み 荷 重式による値の最小値を把握することで、部材断面寸法に応じたプレカット機械 加工された腰掛蟻仕口のせん断力に対する設計ができることを示した。 【第 5 章. 機械加工された腰掛蟻仕口の最適形状】. 第 5 章では、第 2 章で検討した商用仕口の寸法の妥当性を検討するとともに、 最 適 形 状 を 提 案 し た 。 断 面 寸 法 105×105 ㎜ 、 120×120 ㎜ 、 105×300 ㎜ の 寸 法 は 概 ね 妥 当 で あ る が 、 105×180 ㎜ は 現 状 よ り も 腰 成 寸 法 を 20 ㎜ 程 大 き く す れ ば せ ん断耐力が向上することを示した。また、第 3 章で検討した改良仕口、新形状蟻 仕 口 は 、 男 木 の 断 面 寸 法 を 材 幅 120mm×材 成 120 ㎜ と し 、 女 木 が 材 幅 120 ㎜ で 材 成 が 120 ㎜ 、 150mm、 180 ㎜ の そ れ ぞ れ の 場 合 に お け る 最 適 な 形 状 を 提 案 し た 。 【第 6 章. 結論と展望】. 第 6 章 で は 、木 造 軸 組 住 宅 に お け る プ レ カ ッ ト 機 械 加 工 さ れ た 接 合 部 の 強 度 特 性に関する研究の結論を述べ、今後の研究の展望を述べた。 No.3.
(5) Ｎｏ.1. 早稲田大学 氏 名. 塚崎 英世. 博士（工学）. 学位申請. 研究業績書. 印 （2015 年 7 月. 種 類 別. 題名、. 発表・発行掲載誌名、. 発表・発行年月、. 現在）. 連名者（申請者含む）. 1.学術論文. ○論文. 機械加工された腰掛蟻仕口のせん断耐力に関する研究 -破壊性状に基づく設計式の検 討-、日本建築学会構造系論文集、第 708 号、pp.285-295、2015.2、塚崎英世・河合直人・ 小松幸夫・藤野栄一・前川秀幸・松留愼一郎. ○論文. 機械加工能率を向上させた腰掛蟻仕口の強度特性に関する研究-寸法・形状の変化が強度 特性に及ぼす影響-、日本建築学会構造系論文集、第 700 号、pp.811-818、2014.6、塚崎 英世・河合直人・小松幸夫・前川秀幸・松留愼一郎. ○論文. プレカットシステムによる新形状腰掛蟻仕口の強度特性に関する研究-寸法・形状が強度 特性に及ぼす影響-、日本建築学会構造系論文集、第 686 号、pp.809-816、2013.4、塚崎 英世・梅津二郎・小松幸夫. 2.講演 講演. 機械加工された腰掛鎌継の強度特性に関する研究-水平方向の曲げ試験-、日本建築学会 学術講演梗概集、C-1、pp.465-466、2014.9、塚崎英世・河合直人・小松幸夫・前川秀幸・ 松留愼一郎・鈴木通友. 講演. 腰掛蟻仕口の断面欠損量の変化がせん断強度特性に及ぼす影響に関する研究、日本建築 学会学術講演梗概集、C-1、pp.319-320、2013.8、塚崎英世・河合直人・小松幸夫・前川 秀幸・松留愼一郎. 講演. プレカット加工された腰掛鎌継ぎの曲げ強度特性、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、 pp. 483-484、2012.9、塚崎英世・梅津二郎・小松幸夫・鈴木通友. 講演. プレカット加工された腰掛鎌継ぎの引張強度特性、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、 pp.311-312、2011.7、塚崎英世・梅津二郎・小松幸夫・鈴木通友. 講演. 腰掛蟻仕口の水平加力試験における強度特性、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、 pp.71-72、2010.7、塚崎英世・梅津二郎・小松幸夫・鈴木通友. 講演. 腰掛蟻仕口の鉛直加力試験における強度特性、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、 pp.159-160、2009.7、塚崎英世・梅津二郎・小松幸夫・鈴木通友. 講演. プレカットシステムによる腰掛蟻仕口の回転強度特性、日本建築学会学術講演梗概集、 C-1、pp.513-514、2008.7、塚崎英世・梅津二郎・小松幸夫・鈴木通友. 講演. プレカットシステムによる腰掛蟻仕口の引張強度特性、日本建築学会学術講演梗概集、 C-1、pp.129-130、2007.7、塚崎英世・梅津二郎・鈴木通友.
(6) Ｎｏ.2. 早稲田大学 種 類 別. 題名、. 博士（工学） 発表・発行掲載誌名、. 学位申請. 研究業績書. 発表・発行年月、. 連名者（申請者含む）. 講演. 簡易 CAD/CAM プレカットシステムを用いた蟻仕口の強度特性－蟻幅・腰幅の影響につい て－、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、pp.117-118、2006.7、梶原英多郎・塚崎英世・ 川上善嗣・梅津二郎. 講演. プレカットシステムによる新形状蟻仕口の強度特性 : 鉛直加力・引張試験における蟻掛 長さ腰掛長さの影響－、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、pp.115-116、2006.7、塚崎 英世・梅津二郎・川上善嗣・梶原英多郎. 講演. プレカットシステムによる接合部の強度特性 ‐新形状蟻仕口の形状効果について‐、日 本建築学会学術講演梗概集、C-1、pp.257-258、2005.7、塚崎英世・梅津二郎・川上善嗣・ 梶原英多郎. 講演. 簡易 CAD/CAM プレカットシステムを用いた蟻仕口の強度特性 ‐蟻成・腰成の影響につい て‐、日本建築学会学術講演梗概集、C-1、pp.259-260、2005.7、梶原英多郎・塚崎英世・ 川上善嗣・梅津二郎. 3.その他 論文. 世田谷区公共建築トータルコスト管理業務におけるコストプランニングの導入に関する 報告、日本建築学会技術報告集(10)、pp.269-274、2000.6、越部 毅・曽根陽子・辻 栄・ 松村浩之・藤沢彰彦・塚崎英世.
(7) Ｎｏ.3. 早稲田大学 種 類 別. 題名、. 博士（工学） 発表・発行掲載誌名、. 学位申請. 研究業績書. 発表・発行年月、. 連名者（申請者含む）.
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