柱の柱頭・柱脚の接合方法

柱の柱頭・柱脚の接合方法

耐力壁が取り付いている柱の中東・柱脚について、発生する応力に耐えられる接合方法とします。（令第４７条）

地震などの水平荷重が作用するとき、筋かい端部や耐力壁の両端の柱の柱頭・柱脚に大きな引き抜き力が発生します。


そのため、この部分の接合方法は、規定の仕様を用いるか計算による検討が必要です。




接合方法は、以下の２つの方法のいずれかによって選択します。


（１）告示（平１２建告第１４６０号）の仕様

（２）N値計算法

告示の仕様から接合方法を選択する場合には計算が不要です。


N値計算を行うと、設計した住宅に見合う接合方法を選択することができます。



建築基準法では、施行令第４７条の「構造耐力上主要な部分である継手または仕口の緊結」を受けて、平１２建告第１４６０号に「筋かいの端部における仕口」、「壁を設け又は筋かいを入れた軸組の柱の柱頭及び柱脚の仕口」が示されており、具体的な仕様を選択することができます。

（１）告示の仕様による選択

耐力壁両端の柱の柱頭・柱脚の接合部の仕様を選択します。（令第４７条、平１２建告第１４６０号）




耐力壁両端の柱の柱頭・柱脚の接合方法を選択する方法のうち、最も簡単な選択方法です。


耐力壁が水平力を受けて変形した場合に起きる破壊には、柱頭部・柱脚部に起きる破壊と、筋かい端部に起きる破壊があります。


平１２建告第１４６０号に、耐力壁両端の柱の柱頭・柱脚部の接合部の仕様や筋かい端部の使用が具体的に示され、それで選択することができます。


接合方法は、「耐力壁の壁倍率」、「平屋または最上階にある柱か、それ以外の階の柱か」、「出隅の柱か、それ以外の柱か」の３項目の組み合わせで決められています。




柱の柱頭・柱脚の接合方法は、下表により選びます。


柱頭と柱脚は同じ金物を使用します。

取り付く耐力壁の種類に応じた柱頭・柱脚の接合部の仕様（平１２建告第１４６０号より）

柱の位置 軸組の種類		平屋部分または最上階		上の階にある階
		出隅の柱	その他の軸組端部の柱	上階及び当該階の柱が共に出隅の柱でない場合	上階の柱が出隅の柱で、当該階の柱が出隅の柱でない場合	上階及び当該階の柱が共に出隅の柱でない場合
木ずりその他これに類するものを柱及び間柱の片面又は両面を打ちつけた壁を設けた軸組		（い）	（い）	（い）	（い）	（い）
木材（１５ｍｍ×９０ｍｍ以上）の筋かい又は鉄筋（直径９ｍｍ以上）の筋かいを入れた軸組		（ろ）	（い）	（ろ）	（い）	（い）
木材（３０ｍｍ×９０ｍｍ以上）の筋かいを入れた軸組	筋かいの下部が取り付く柱	（ろ）	（い）	（に）	（ろ）	（い）
	その他の柱	（に）	（ろ）
木材（１５ｍｍ×９０ｍｍ以上）の筋かいをたすき掛けに入れた軸組又は鉄筋（直径９ｍｍ以上）の筋かいをたすき掛けに入れた軸組		（に）	（ろ）	（と）	（は）	（ろ）
木材（４５ｍｍ×９０ｍｍ以上）の筋かいを入れた軸組	筋かいの下部が取り付く柱	（は）	（ろ）	（と）	（は）	（ろ）
	その他の柱	（ほ）
構造用合板等を昭和５６年建告第１１００号別表第一（一）項又は（二）項に定める方法で打ち付けた壁を設けた軸組		（ほ）	（ろ）	（ち）	（へ）	（は）
木材（３０ｍｍ×９０ｍｍ以上）の筋かいをたすき掛けに入れた軸組		（と）	（は）	（り）	（と）	（に）
木材（４５ｍｍ×９０ｍｍ以上）の筋かいをたすき掛けに入れた軸組		（と）	（に）	（ぬ）	（ち）	（と）

接合部の仕様とN値（平１２建告第１４６０号表３より）

接合具の種類			必要耐力（ｋN）	N値
（い）	短ほぞ差し、かすがい打ち、又はこれらと同等以上の接合方法としたもの		０．０	０．０以下
（ろ）	長ほぞ差し込み、栓打ちもしくは厚さ２．３ｍｍのL字型の鋼板添え板を、柱及び横架材に対してそれぞれ長さ６．５ｃｍの太めの鉄丸くぎを５本以上平打ちとしたもの、又はこれらと同等以上の接合方法としたもの		３．４	０．６５以下
（は）	厚さ２．３ｍｍのT字型の鋼板添え板を用い、柱及び横架材にそれぞれ長さ６．５ｃｍの太めの鉄丸くぎを５本平打ちにしたもの、もしくは厚さ２．３ｍｍのV字型の鋼板添え板を用い、柱および横架材にそれぞれ長さ９ｃｍの鉄丸くぎを４本平打ちとしたもの、又はこれらと同等以上の接合方法としたもの		５．１	１．０以下
（に）	厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を径１２ｍｍのボルトを溶接した金物を用い、柱に対して径１２ｍｍのボルト締め、横架材に対して厚さ４．５ｍｍ、４０ｍｍ角の角座金を介してナット締めをしたもの、もしくは厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を用い、上下階の連続する柱に対してそれぞれ系１２ｍｍのボルト締めとしたもの、又はこれらと同等以上の接合方法としたもの		７．５	１．４以下
（ほ）	厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板に径１２ｍｍのボルトを溶接した金物を用い、柱に対して径１２ｍｍのボルト締め及び長さ５０ｍｍ、径４．５ｍｍのスクリュー釘打ち、横架材に対して厚さ５０ｍｍ、径４．５ｍｍ、４０ｍｍ角の角座金を介してナット締めしたもの、又は厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を用い、上下階の連続する柱に対してそれぞれ径４．５ｍｍのスクリュー釘打ちとしたもの、又はこれらと同等以上の接合方法としたもの		８．５	１．６以下
（へ）	厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を用い、柱に対して径１２ｍｍのボルト二２本、横架材、布基礎もしくは上下階の連続する柱に足して当該鋼板添え板に止め付けた径１６ｍｍのボルトを介して緊結したもの、又はこれと同等以上の接合方法としたもの		１０．０	１．８以下
（と）	厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を用い、柱に対して径１２ｍｍのボルト３本、横架材（土台を除く）、布基礎もしくは上下階の連続する柱に対して当該鋼板添え板に止め付けた径１６ｍｍのボルトを介して緊結したもの、又はこれと同等以上の接合方法としたもの		１５．０	２．８以下
（ち）	厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を用い、柱に対して径１２ｍｍのボルト４本、横架材（土台を除く）布基礎もしくは上下階の連続する柱に対して当該鋼板添え板に止め付けた径１６ｍｍのボルトを介して緊結したもの、又はこれと同等以上の接合方法としたもの		２０．０	３．７以下
（り）	厚さ３．２ｍｍの鋼板添え板を用い、柱に対して径１２ｍｍのボルト５本、横架材（土台を除く）布基礎もしくは上下階の連続する柱に対して当該鋼板添え板に止め付けた径１６ｍｍのボルトを介して緊結したもの、又はこれと同等以上の接合方法としたもの		２５．０	４．７以下
（ぬ）	（と）に掲げる仕口を二組用いたもの		３０．０	５．６以下

（２）N値計算法

N値計算法は、３項目からなる式で求めます。

１、柱の両側の壁の壁倍率の差

２、床や床など周辺部材の押さえ効果を表す係数

３、鉛直荷重の押さえ効果を表す係数


２、３は柱が出隅にあるか、それ以外かによって異なります。


求められた N値に対応する接合部の仕様を選択します。



N値計算法の流れは以下のようになります。

１）壁倍率の差 Aを算出

２）筋かいの補正値の決定


３）係数 B、 Lを決定

４） N値を算出

５）柱頭・柱脚部の接合金物等を選択

１）壁倍率の差 Aを算出

柱・壁位置図から、検討する柱の両側に取り付く耐力壁の壁倍率の差を求めます。


壁がない、もしくは耐力壁でない場合は、壁倍率を０として計算します。


壁倍率の数値の和が５を超える場合は、倍率を５とすることが定められていますが、実倍率に対する引張力が柱頭・柱脚に生じることを考えると、 N値計算は実倍率の計算で行うことが望ましいです。


また、２階建ての１階柱の場合、直上の２階柱の引き抜き力を加える必要があります。


そのため、１階の壁倍率の差に加えて、２階部分の壁倍率の差についても考慮に入れることになっています。


この手順は、張り間方向、けた行方向ともに行います。

２）筋かいの補正値の決定

断面の大きい筋かいは、圧縮力が加わるときの方が強いことがわかっています。


そのため、筋かいが柱の上部か下部かどちらに付くのかによって、柱の引き抜き力が違ってきます。


筋かいの場合、 N>値計算法では、壁倍率の差に補正値を加えて計算します。

面材の場合は、補正値は必要ありません。

３）係数 B、 Lを決定

出隅かどうかを確認し、「該当する周辺部材の押さえ効果を表す係数」と「鉛直荷重による押さえ効果を表す係数」を選択します。


柱の上にはり、けたや胴差しがあると、その曲げに抵抗する力などにより、柱を押さえ込む効果が働きます。


出隅の場合はこの効果が小さくなるので、壁倍率の差 Aが同じでも柱の引き抜き力が大きくなります。

ですから N値計算法では、出隅の場合とそうでない場合で計算に使用する係数が異なります。

また、柱は屋根や床荷重を支えていますが、それらは柱の引き抜き力を相殺する効果があります。


Lはこの効果を考慮した係数で、出隅の柱はそれ以外の柱より負担している面積が小さいので、 Lの値は小さくなります。

４） N値を算出

１～３を計算式に当てはめ、 N値を求めます。

１つの柱について張り間方向、けた行方向の両方向の N値を求めます。

各方向で求めた N値の大きい方が、選択すべき接合方法を決める N値となります。

計算式

N ＝ A1× B1－ L （平屋建ての柱、２階建ての２階部分の柱、２階建ての１階で上に２階がない部分の柱）

B1 ：０．５、出隅の場合０．８

L ：０．６、出隅の場合０．４

N=A1× B ＋ A2× B2－ L　（２階建ての１階で上に２階がある部分の柱）

B2：０．５、２階が出隅の場合０．８

L：１．６、出隅の場合１．０

５）柱頭・柱脚部の接合金物等を選択

平１２建告第１４６０号などから柱頭部、柱脚部の接合金物等を選択します。


耐力壁の配置や倍率を調整したにも関わらず N値が５．６を超える場合は、必要耐力を N×５．３で求め、それ以上の接合金物を選択します。

ただし、必要耐力の数値が大きくなると、基礎に埋め込まれたアンカーボルトの抜け及び横架材のめり込み等の確認が必要となるため、接合金物ではなくアンカーボルトやその他の部材などで破壊性状が決まる場合があるので、注意が必要です。


また、２階建ての住宅で建物の一部がオーバーハングする場合は、１階の出隅柱の接合方法は、平１２建告第１４６０号第２項表２の「上階及び当該階の柱が共に出隅の場合」の仕様を準用するか、第２項ただし書きに基づいて
N値計算を用いて接合方法を求めます。



接合金物は、性能および品質が明らかなものを選択することが重要です。


このため、接合金物を使用する場合は、公的試験機関等で性能試験や品質検査を行ったものを用いることができます。


ただし、接合金物の性能と品質の確認方法には注意しなければなりません。


公的試験機関等が発行する試験成績書の性能値は、主に基準耐力を表示しています。


一方、許容耐力は、その基準耐力をもとに破壊状況、耐久性的措置、施工性、使用環境などを考慮して総合的な評価を行って決めます。


つまり、一般的には基準耐力をそのまま許容耐力計算等の構造計算に使用することができません。


公的試験機関が発行する試験性能書の性能値を N値や構造計算等に使用する場合には、設計者側でさまざまな要因を考慮して許容耐力を設定する必要があります。


一般的には、許容耐力は基準耐力よりも小さい値となります。