CN101099011B - 钢制房屋的开口壁的补强构造 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开口壁的补强构造，在由薄板轻量型钢构成各框材而成的钢制房屋中，在水平力作用时能够降低水平变形以及作用在纵框材上的拉伸力，由隔开间隔设置的楣梁支承安装用纵框材(22)、两端部固定在其上的开口部上框材(18)及开口部下框材(24)构成开口部(8)的4边，将构造用面材固定在各边的框材以及各边外侧的框材上而构成垂壁(26)、腰壁(27)和侧面壁(28)，固定补强用框材(29a)并使其位于开口部上框材(18)及开口部下框材(24)的延长线上，并且将贯通上述纵框材(22)的连接用钢材(33)固定在开口部上框材(18)、开口部下框材(24)和补强用框材(29a)上，将侧面壁(28)用自钻螺钉固定在补强用框材(29a)上，将垂壁(26)和侧面壁(28)、以及腰壁(27)和侧面壁(28)相互可传递剪切力地结合。

Description

钢制房屋的开口壁的补强构造 

技术领域

本发明涉及钢制房屋(钢制房屋被定义为，将板厚1mm左右的薄板轻量型钢的框材、和将构造用面材组合到该框材上而构成的钢骨架系统板构造的建筑物)的开口壁的补强构造。 

背景技术

钢制房屋的上述框材为，将薄钢板通过辊轧成形法成形为槽形、带肋板的槽形、盒形等的截面形状，宽度尺寸等也配合规定的使用而进行成形，在进行施工时，使用1整根的框材、或者做成将多根框材通过自钻螺钉接合的补强框材，将这些钢材彼此通过自钻螺钉接合来构建建筑物的主架构。 

通过图1、图2(a)、图2(b)、图3说明现有的钢制房屋工作法的构造。其构成为，多个纵框材2从下框材1隔开规定的间隔地竖立，各纵框材2的上端通过上框材3结合，将构造用面材7(图3所示)通过自钻螺钉23固定在由该下框材1、纵框材2和上框材3构成的壁框材上。在建筑物上形成有出入口8a、窗8b等的开口部8。 

在安装构造用面材7的上框材3上，支持有侧托梁5a和端托梁5b，两个托梁组装成矩形。并且，与侧托梁5a平行地以规定的间隔设有多个地板托梁10，地板托梁10的两端分别通过支持金属件11接合在前后的端托梁5b或地板梁12上。在侧托梁5a、端托梁5b、地板托梁10及地板梁12上铺设胶合板等的构造用面材13而构成地板面板14。在图1中，10a是地板开口部端托梁，10b是地板开口部侧托梁，10c是托梁支持金属件，10d是檩托。 

在该钢制房屋工作法(称作SH工作法)的建筑物中，由于在出入口8a、8b等的开口部8中不存在纵框材2，所以在该开口部8中，没有 支承来自屋顶等上层的铅直负荷的纵向支持柱，开口部8的部位在强度上变弱。因此，需要将开口部8的上部补强，在开口部8的上方设置楣梁15。 

如图2(a)、图2(b)所示，在窗8b(开口部8)的楣梁15的上下设有上框材3和楣梁框材17，在楣梁框材17与开口部上框材18之间设有楣梁部纵框材19，楣梁15的两端通过楣梁支持金属件21安装在楣梁支承部20上，楣梁支承部20固定在楣梁支承安装用纵框材22上。楣梁支承安装用纵框材22的下端与上端通过自钻螺钉23固定在下框材1与上框材3上。在图2中，开口部下框材24由下端固定在下框材1上的开口下部纵框材25的上端支持。24a是支承部件。 

如图3所示，在开口部下框材24与配置在其上方的各框材上，通过自钻螺钉23固定构造用面材而构成垂壁26。此外，在开口部下框材24和配置在其下方的各框材上，通过自钻螺钉23固定构造用面材而构成腰壁27。 

进而，在楣梁支承安装用纵框材22与其两外侧的框材(纵框材2a)上，通过自钻螺钉23固定构造用面材而构成侧面壁28。 

如上所述，在开口部8的上下左右的4边上，通过配置在各边侧的框材来配置垂壁26、腰壁27和侧面壁28，由此构成该开口部8，但由于在该开口部8内不存在框材(支持柱)，所以该开口部8的周边在因地震等而有水平力作用时，强度不足而容易变形，此时，开口部8的4边、即矩形的各边的框材与位于其外侧的框材横向移动，在位于开口部8两侧的左右楣梁支承安装用纵框材22上作用有拉伸力与压缩力。 

在此情况下，如果由安装在开口部8的周边的构造用面材构成的垂壁26及腰壁27与侧面壁28相互刚性结合，则各壁作为支承壁起作用，应该具有制止开口部周边的框材的水平力移动的功能。但是，以往与其相反，使相互间为松弛接合，以使地震等的水平力导致的垂壁26及腰壁27的变动不给侧面壁28及其外侧的支承壁带来影响。此时的垂壁26及腰壁27的变动、和侧面壁28的相互的变动如图4(a)、图5(a)那样，伴随着侧面壁28的摆动的剪切力不传递到垂壁26及腰壁 27，因此，侧面壁28与垂壁26及腰壁27分别单独地摆动(对于这个问题在后面叙述)。 

作为其他现有技术(1)，有特开2000-234406号公报的“壁构造及面材贴设方法”。该现有技术(1)是将侧面壁(翼壁)的面材的接缝部与垂壁的胶合板的位置错开的方法。作为现有技术(2)，有特开2001-165645号公报的“木造住宅的计算方法及利用该方法构建的木造住宅”。该现有技术(2)只公开有腰壁与垂壁的计算。作为现有技术(3)，有特开2002-38630号公报的“木造住宅”。该现有技术(3)在现有木造的构造体上粘贴胶合板，来估计腰壁与垂壁的耐力，但并没有公开本发明那样的构架(框材)的接合构造，不能应用到作为本发明的课题的、用于使腰壁和垂壁作为支承壁起作用的结构中。 

如图4(a)所示，以往在因地震等而垂壁26、腰壁27及侧面壁28(支承壁)水平移动时，以垂壁26及腰壁27的变动不给侧面壁28(支承壁)带来不良影响为前提，垂壁26与侧面壁28之间、腰壁27与侧面壁28之间是松弛的接合构造，在此情况下，垂壁26及腰壁27的变动与侧面壁28的相互的变动成为上述的图5(a)那样。 

即，开口部两侧的侧面壁28的相互间，成为剪切力传递结构，开口部8与其上下的垂壁26和腰壁27被切断，因此，两侧面壁28对于横向摆动的抵抗力变小，水平变形变大。进而，如图5(a)的箭头那样，朝下的力(拉伸力)、朝上的力(压缩力)、朝右的力、朝左的力交替地循环作用，左右的摆动越大朝下的力(拉伸力)、朝上的力(压缩力)变得越大。 

特别是，由于朝下的力(拉伸力)是图5(a)的虚线椭圆(ii)的朝下的箭头的合计，所以如果该朝下的力较大，则朝下的力(拉伸力)也变大。为了抵抗该拉伸力，<1>需要使安装侧面壁28(支承壁)的纵框材大型化，并且，<2>为了使用于将纵框材安装到地基等上的稳固金属件(ホ一ルダウン金物；hold down)也牢固，需要大型化，并且，<3>需要通过使用于将稳固金属件固定在混凝土地基上的固定件也加粗加长来提高强度。这样，因为拉伸力和压缩力较大，稳固金属件、固定件、纵框大型化。

上述问题的根本是将垂壁26及腰壁27与侧面壁28松弛地接合，垂壁26及腰壁27没有作为支承壁起作用，只要不解决该问题就不能解决上述的问题。 

发明内容

为了解决上述的问题，使在开口部的上下配置的垂壁26及腰壁27作为支承壁起作用。即，通过将垂壁26及腰壁27与侧面壁28相互可传递剪切力地接合，来尽量抑制侧面壁28的变动。这是与现有的垂壁26及腰壁27与两侧面壁的松弛的结合构造相反的构思，本发明者得到了以下的见解：通过将这种以往几乎没有作用的垂壁26及腰壁27作为剪切面板有效地利用，能够抑制上述侧面壁28的水平变形，并且能够抑制作用在上述侧面壁28上的拉伸力与压缩力。 

本发明的目的是提供一种基于上述的见解而发明的钢制房屋中的开口壁的补强构造，为了达到上述的目的，本发明如以下地构成。 

第1发明的特征在于，在由以规定间隔立设在下框材与上框材之间的两个楣梁支承安装用纵框材、和将两端部固定在上述楣梁支承安装用纵框材上的开口部上框材及开口部下框材构成开口部的四边；将构造用面材通过自钻螺钉固定在上述各边的框材、以及配置于各边的外侧的框材上，构成垂壁、腰壁与侧面壁；由薄板轻量型钢构成上述各框材，在上述构成的钢制房屋中，在上述开口部上框材及开口部下框材的延长线上设置与上述开口部上框材及开口部下框材大致相同截面形状的补强用框材，并且设置连接金属件并使其位于上述开口部上框材及开口部下框材的延长线上，上述连接金属件由连接用钢材构成，该连接用钢材由规定长度的L型钢形成，该L型钢插通开设在上述楣 梁支承安装用纵框材上的孔，并将从上述孔突出的一端侧固定在上述开口部上框材或者开口部下框材上，将另一端侧固定在上述补强用框材上，通过将上述侧面壁用自钻螺钉固定在上述补强用框材上，由此通过上述连接用钢材与上述补强用框材将上述垂壁和上述侧面壁、以及上述腰壁和上述侧面壁相互能够传递剪切力地结合。 

根据本发明，在钢制房屋的开口壁上，通过在开口部上框材与开口部下框材的延长线上设置连接金属件、并将侧面壁通过自钻螺钉接合在该连接金属件上，能够通过该连接金属件将垂壁、腰壁与侧面壁可传递剪切力地结合，在因地震等而水平力作用时能够使垂壁与腰壁作为支承壁起作用。 

这样，将以往截断的开口部两侧的侧面壁可传递剪切力地连结而使刚性增加，随着侧面壁的刚性的增大，能够抑制与该侧面壁接合的楣梁支承安装用纵框材和其他纵框材的水平变形。并且，能够降低作用在位于开口部两侧的楣梁支承安装用纵框材和其他纵框材上的拉伸力与压缩力，结果，能够实现<1>纵框材的小型化、<2>将各纵框材固定在地基等上的稳固金属件的小型化、<3>将稳固金属件固定在地基上的固定件的小型化。因此，能够实现这些部件的材料成本降低、施工的容易性等，这些通过剪切面板理论等能够将效果定量化。 

附图说明

图1是作为现有例表示的钢制房屋的立体图。 

图2(a)是开口部框材(窗框)的分解立体图。 

图2(b)是开口部框材(窗框)的组装后的立体图。 

图3是现有例的开口壁的正视图。 

图4(a)是现有例的开口部壁的垂壁、腰壁与两侧面壁的变形状态的 

图4(b)是本发明的开口部壁的垂壁、腰壁与两侧面壁的变形状态的模式图。 

图5(a)是现有例的开口部壁的垂壁、腰壁与两侧面壁的变形时的剪切力的传递路径图。 

图5(b)是本发明的开口部壁的垂壁、腰壁与两侧面壁的变形时的剪切力的传递路径图。 

图6(a)是本发明的开口壁的模式图。 

图6(b)是本发明的开口部框材的模式图。 

图7是本发明的开口部(窗框)组装后的立体图。 

图8是本发明的开口壁的正视图。 

图9是本发明的实施方式的开口壁的补强构造物的部分立体图。 

图10(a)是图9的(A)部的剖面图。 

图10(b)是图9的(B)部的剖面图。 

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。 

图6(a)、图6(b)是表示本发明的基本原理的模式图，图7、图8中表示将其进一步具体化的构造。 

图6(a)、图6(b)、图7、图8表示钢制房屋的具有窗等开口部8的壁32，在开口部8的上部设置有垂壁26，在下部设置有腰壁27，在两侧设有侧面壁(支承壁的一部分)28。各壁是将构造用面材通过自钻螺钉固定在薄板轻量型钢制的框材上而构成的。更详细地讲，垂壁26为，在上框材3与开口部上框材18、和楣梁部纵框材19等上通过自钻螺钉固定有构造用面材。腰壁27为，在下框材1、开口部下框材24和开口部下纵框材25上通过自钻螺钉固定有构造用面材。侧面壁28为，在上框材3、下框材1、楣梁支承安装用纵框材22、以及与其平行地竖立的纵框材2a上通过自钻螺钉固定有构造用面材。 

并且，如图6(a)、图6(b)的虚线椭圆部(iii)内所示，在本发明中， 在开口部上框材18与开口部下框材24的延长线上设置有连接金属件29。该连接金属件29的具体的构造可以是任意的，但例如图7、图8所示，也可以由补强用框材29a构成，该补强用框材29a由与开口部的上下框材18、24相同截面形状的薄板轻量槽型钢形成。并且，也可以在补强用框材29a上组合连接用钢材33(详细通过图9、图10(a)、图10(b)在后面说明)，该连接用钢材33由左右贯通楣梁支承安装用纵框材22的规定长度的L型钢等构成。 

在侧面壁28中，除了将构造用面材7通过自钻螺钉23固定在上框材3、下框材1、楣梁支承安装用纵框材22、和平行地竖立在其外侧的纵框材2a上以外，还通过自钻螺钉23固定在连接金属件29上。因此，在上框材3、下框材1、开口部上框材18、和开口部下框材24上通过自钻螺钉23固定构造用面材的垂壁26、腰壁27和侧面壁28，通过连接金属件29可传递剪切力地牢固地结合。 

在图6(a)、图6(b)、图7、图8所示的结构的开口壁的补强构造中，因地震等而作用了水平力时的各壁位移的状态在图4(b)中表示。在该图中，位于开口部8的4边、形成矩形的垂壁26、腰壁27与两侧面壁28，在将下边30作为固定部而其上部左右地水平移动时，由于垂壁26与两侧面壁28以及腰壁27与两侧面壁28通过上下的各连接金属件29牢固地接合，所以在相互间不产生以往那样的截断(图4(a)及图5(a)所示)。即，由于垂壁26及腰壁27与两侧面壁28相互传递剪切力，所以此时垂壁26及腰壁27作为剪切面板起到有效地抵抗水平力的作用，有利于减少两侧面壁28的摆动。因此，侧面壁28的刚性大幅地提高。 

通过图5(b)进一步说明，在将下边30作为固定部而其上部左右地水平移动时，箭头方向的力传递到垂壁26与两侧面壁28以及腰壁27与两侧面壁28上。即，通过将垂壁26与两侧面壁28以及腰壁27与两侧面壁28用连接金属件29牢固地结合，在开口周边的矩形的壁面上力的传递变化，在4个角部31处成为箭头方向的力的传递。此外，在垂壁26的下端缘的延长线(i)与腰壁27的上端缘的延长线(i)之间的范围的两侧面壁28上，传递箭头方向的力。并且，在垂壁26与腰壁 27的面内也传递箭头方向的力。 

这样，垂壁26、腰壁27与两侧面壁28通过相互牢固地结合而一体形成矩形壁面，结果，在将下边30作为固定部而上部水平移动时，在矩形的框中、在如图5(b)那样划分为8个的区域中，力沿箭头方向传递，并且在相邻的区域中力的方向为反向，由此相互抵消或者减弱，所以力不会被放大并向下个划分部传递。在图5(b)中，拉伸力是虚线的椭圆(ii)中的箭头的合计，但在通过侧面壁28观察的情况下，比较图5(b)与(a)的箭头可知，本发明的力的方向被减弱，并可知下边30上由朝下的箭头表示的拉伸力变弱，随之，下边30上由朝上的箭头表示的压缩力也变小。 

根据本发明，由于朝上的力(压缩力)与朝下的力(拉伸力)都较小，所以能够将楣梁支承安装用纵框材22与纵框材2a小型化。此外，用于将楣梁支承安装用纵框材22与纵框材2a安装到地基等上的稳固金属件也是强度较小即可，所以能够小型化。并且，由于用于将稳固金属件固定到混凝土地基上的固定件也是强度较小即可，所以能够小型化。 

参照图9、图10(a)、图10(b)说明本发明的详细的构造。另外，构成窗8b(开口部8)的4边的开口部上框材18、开口部下框材24、楣梁支承安装用纵框材22、其附近的纵框材2a等，由于与图2(a)、图2(b)所示的结构相同，所以以下对共通的要素赋予共通的标号并省略重复说明，对本发明的特征性的结构进行说明。 

在图9、图10(a)、图10(b)中，连接金属件29包括：与开口部上框材18及开口部下框材24相同截面形状的补强用框材29a；和L型钢等的规定长度的连接用钢材33，两部件设置在开口部上框材18及开口部下框材24的延长线上。并且，补强用框材29a通过自钻螺钉23固定在楣梁支承安装用纵框材22的外侧面(与开口部8相反的侧面)上。连接用钢材33插通开设在楣梁支承安装用纵框材22上的孔34，并向左右延长大致相同的长度，该连接用钢材33的一端侧插入在由槽型钢构成的开口部上框材18及开口部下框材24内，另一端侧插入在由槽 型钢构成的补强用框材29a内。 

在连接用钢材33上以规定间隔开设有孔，通过将插通在该孔中的自钻螺钉23打设到开口部的上下框材18、24的上下部面上，由此，通过连接用钢材33，将开口部上下框材18、24与补强用框材29a在横向上不偏移移动地结合。 

由于在楣梁支承安装用纵框材22上为了布线等而开设有多个孔34，所以插通连接用钢材33的孔34也可以利用该布线孔中的一个。 

在构建了设置有补强用框材29a与连接用钢材33(连接金属件29)的开口部8的壁框材后，将垂壁26及腰壁27的构造用面材、和侧面壁28的构造用面材7，靠在开口部8的周边的各框材上，构建开口部8的周边的壁面。此时，垂壁26与腰壁27的构造用面材通过自钻螺钉23固定在连接用钢材33的一端侧所固定的开口部上框材18和开口部下框材24上。两侧面壁28的构造用面材7除了通过自钻螺钉23固定在楣梁支承安装用纵框材22和其附近的纵框材2a上以外，还通过自钻螺钉23固定在补强用框材29a上，该补强用框材29a固定在连接用钢材33上(该部与以往相比作为自钻螺钉的增打部)。 

因此，垂壁26与两侧面壁28以及腰壁27与两侧面壁28通过上下的连接金属件29相互可传递剪切力地结合，能够形成图5(b)所示的力的传递路径，并达到期望的作用效果。 

另外，将各实施方式表示的结构进行适当设计变更并实施的情况是包含在本发明的范围中的。例如，连接用钢材33的截面形状及整体构造也可以是图示以外的。构成开口部8的各框材、和安装在其上的垂壁26、腰壁27和两侧面壁28，也可以进行包括窗框等的门窗框的壁的模块化。 

工业实用性 

根据本发明，在钢制房屋的开口壁上，通过在开口部上框材与开口部下框材的延长线上设置连接金属件、并将两侧壁通过自钻螺钉接合到该连接金属件上，能够通过该连接金属件将垂壁、腰壁与两侧面 壁可传递剪切力地结合，在因地震等而水平力作用时，能够使垂壁与腰壁作为支承壁起作用。 

这样，由于将以往截断的开口部两侧的侧面壁可传递剪切力地连结、刚性增加，所以随着该侧面壁的刚性的增大，能够抑制该侧面壁的水平变形。由此，能够降低作用在位于开口部的两侧的、楣梁支承安装用纵框材、和其外侧的纵框材上的拉伸力与压缩力。结果，能够实现<1>纵框材的小型化、<2>将各纵框材固定在地基等上的稳固金属件的小型化、<3>将稳固金属件固定在地基上的固定件的小型化。因此，能够实现这些部件的材料成本降低、施工的容易性等。 

Claims (1)

1.一种钢制房屋的开口壁的补强构造，其特征在于，

由以规定间隔立设在下框材与上框材之间的两个楣梁支承安装用纵框材、和将两端部固定在上述两个楣梁支承安装用纵框材上的开口部上框材及开口部下框材构成开口部的四边；将构造用面材通过自钻螺钉固定在上述各边的框材、以及配置于各边外侧的框材上，构成垂壁、腰壁和侧面壁；并由薄板轻量型钢构成上述各框材，

在上述构成的钢制房屋中，

在上述开口部上框材及开口部下框材的延长线上设置与上述开口部上框材及开口部下框材大致相同截面形状的补强用框材，并且设置连接金属件并使其位于上述开口部上框材及开口部下框材的延长线上，上述连接金属件由连接用钢材构成，该连接用钢材由规定长度的L型钢形成，该L型钢插通开设在上述楣梁支承安装用纵框材上的孔，并将从上述孔突出的一端侧固定在上述开口部上框材或者开口部下框材上，将另一端侧固定在上述补强用框材上，

通过将上述侧面壁用自钻螺钉固定在上述补强用框材上，由此通过上述连接用钢材与上述补强用框材将上述垂壁和上述侧面壁、以及上述腰壁和上述侧面壁相互能够传递剪切力地结合。

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