JP2009097146A - 鉄骨建材およびこの建材を用いた建築構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】同一規格のＨ形鋼より極めて軽量で、同等の耐力を備えた鉄骨建材、およびこの建材を用いた建造物、エクステリア用の屋外構造物などの建築構造物を提供する。
【解決手段】所定長さの平行な１対の角形中空鋼管２、２と、連続略台形状若しくは連続略Ｖ又は略Ｗ形状によるジグザグ形状に形成され、その頂部３ａ（および底部）を前記両角形中空鋼管２，２の対向面に一体に固定された所定厚みの帯板鋼材３と、を備え、全体として運搬可能な鉄骨構造とされたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄骨建材、この建材を用いた建造物および屋外構造物などの建築構造物に関するものである。

汎用の鉄骨建材として従来では形鋼が知られている。形鋼は、各種断面形状や、性状がＪＩＳなどによって規格化されている。形鋼のうち、最も基本的なＨ形鋼は、上下１対のフランジ間をウエッブで一体に連結したものであり、ウエッブにより剪断力に対する抵抗性をもたらしたものである。

これら形鋼の用途は、鉄骨造（Ｓ造）または、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）などの大形建造物における梁、柱などに単体で用いられる。

しかし、Ｈ形鋼は、相当の重量があり、運搬、移動などが面倒で、取り扱いが容易とは言えない。また、溶接箇所におけるフランジ間に補強プレートを配置・溶接しておく必要があり、部品点数も多く、重量が増すとともに、溶接歪み、溶接欠陥などにより、ねじれ変形などが生じやすく、極めて高い製作技術を必要としている。

本発明は以上の課題を解決するものであり、その目的は、同一規格のＨ形鋼より極めて軽量で、同等の耐力を備えた鉄骨建材、およびこの建材を用いた建造物、エクステリア用の屋外構造物などの建築構造物を提供するものである。

前記の目的を達成するため、本発明の鉄骨建材１は、所定長さの平行な１対の角形中空鋼管２、２と、連続略台形状若しくは連続略Ｖ又は略Ｗ形状によるジグザグ形状に形成され、その頂部３ａ（および底部）を前記両角形中空鋼管２，２の対向面に一体に固定された所定厚みの帯板鋼材３と、を備え、全体として運搬可能な鉄骨構造とされたことを特徴としている。
本発明の鉄骨建材１は、全体としてトラス構造をなしている。

前記帯板鋼材３の斜面部３ｂにはその長手方向に沿ってプレスによる補強用凹溝３ｃが形成され、帯板鋼材３の前記頂部３ａ（および底部）は平坦板部とされている。
これにより、帯板鋼材３は中空鋼管２，２への溶着固定が確実で、曲がりなどの外力にも十分な耐久力が確保される。

前記帯板鋼材３は、複数本の帯板鋼材の連続により形成され、帯板鋼材の端部の前記頂部３ａ又は底部が、連続する他の帯板鋼材の端部の前記頂部３ａ又は底部に突き合わされた状態で、前記両角形中空鋼管２、２の対向面に一体に固定されていることを特徴としている。
これにより、長尺で強度的にも優れた鉄骨建材１が得られる。

前記鉄骨建材１の長手方向端部には、鉄骨組を構成する相手方建材に対する継手部１０を備えるようにしても良い。継手部１０は、前記中空鋼管２端部の内壁面に固定された金属の孔明き固定プレート１２（２０，２２）により構成させることができる。固定プレート１２（２０，２２）が溶接固定された鋼管２端部の内壁面には、帯板鋼材３は設けられておらず欠如されている。

図３の実施の態様では、互いに直線方向に対向する横梁材としての鉄骨建材１，１の固定プレート１２，１２を、連結プレート１４によって連結させるようにしている。

また、図５の実施の態様では、互いに直角方向に対向する鉄骨建材１，１の固定プレート２０，２２同士を重ね合わせて連結固定させるようにしている。この場合、鉄骨建材１を構成する２本の中空鋼管２、２の内、内方の中空鋼管２は、相手方の鉄骨建材１の中空鋼管２に衝突しないように短く形成されている。

これにより、鉄骨建材１同士の継手部１０を介しての接続作業時に、帯板鋼材３の存在が邪魔になるということがない。

また、図４の実施の形態に示すように、一対の前記鉄骨建材１，１の互いに接続される前記端部の両側面に、一対の前記鉄骨建材１，１を連続させるように連結プレート１１４，１１４を添設し、固定手段（ボルトＢ）により連結プレート１１４，１１４を前記一対の鉄骨建材１，１に固定させることにより、一対の鉄骨建材を接続固定させるようにしても良い。

図９の実施の態様に示されるように、前記中空鋼管２，２はアーチ形をなして曲成加工され、前記帯板鋼材３は、両中空鋼管２，２を平行なアーチ形曲面に保持すべく両中空鋼管の間に配置されている構造とすることができる。

前記中空鋼管および帯板鋼材は、ステンレス（ＳＳ４００）などの防錆用鋼材から構成されていることを特徴としている。

上記の鉄骨建材１を建物躯体の天井部、屋根部を支持する梁および／または柱に用いて、建造物としての建築構造物を建築することができる。

図１０の実施の態様に示されるように、上記の鉄骨建材１を、階段の側桁７１に用いて、建築構造物を建築することができる。

図１１及び図１２の実施の態様に示されるように、上記の鉄骨建材１を、門柱、表札などのエクステリア用構造体として用いることができる。

本発明に係る鉄骨建材では、例えば肉厚３の５０角の中空鋼管と、肉厚２．３、高さ１５０の帯板鋼材の組合せにより構成した巾（または高さ）のトラス形に構成された本発明品に係る梁と、これとほぼ同様の大きさおよび長さのＨ−２００×１００、ＳＳ４００級（ＪＩＳ規格）のＨ形鋼との耐力を比較すると、次のようになる。
本発明品 比較品（Ｈ形鋼）
断面係数（ｃｍ³） １７４．２ １８１
断面二次モーメント（ｃｍ⁴） １７６８．１ １８１０
従って、本発明の鉄骨建材は、比較品に対し、ほぼ同等の約９６％の耐力を有する。また、その重量を単純比較すると、本発明品の重量が、８．２２／ｍであるのに対して、比較品の重量は、２６．６７／ｍと、本発明品の３．２５倍の重量である。

それ故、本発明に係る鉄骨建材によれば、従来に比べて極めて軽量化できる割には、その耐力はＨ形鋼とほぼ同等であり、施工性、搬送性に富むものとなる。軽くて扱いやすく、運搬移動も容易であり、現場での施工作業性も優れている。従って、従来のＨ形鋼の代替品として広く用いることができる。

また、外観性、意匠性にも優れており、平行する中空鋼管２，２間において通気構造となり、配線なども容易となる。

本発明に係る鉄骨建材を用いた建築構造物は、鉄骨部がトラス構造となり外力に対する耐久性及び耐震性に優れており、また、軽量に構成できることから、軟弱地盤にも有効に対応できる。

図１は、本発明に係る鉄骨建材１の実施の形態を示している。この鉄骨建材１は、断面正方形をなし、所定肉厚の平行する１対の角形中空鋼管２と、中空鋼管２同士を所定間隔離して連結した帯板鋼材３とから構成されている。鉄骨建材１は、全体としてトラス構造とされている。

帯板鋼材３は、中空鋼管２の一辺の長さより、僅かに巾狭であって、所定肉厚の帯板鋼をプレス成形により、等ピッチの台形が交互に略ジグザグ状に連続する形状に形成したものである。帯板鋼材３は、その台形状の頂部（底部）３ａの両側を溶接４により両鋼管２の対向面に一体に固定することによって、両鋼管２を主桁材とし、帯板鋼材３の斜面部３ｂを斜桁材とした所定巾Ｗで、中空鋼管２の一辺の長さを巾Ｄとしたトラス形状に形成したものである。帯板鋼材３の中央部には、図の一部に断面して示すように、その長手方向に沿って、プレス成型時に予め補強凹溝３ｃを形成することによって、斜面部３ｂの剛性を向上している。

なお、図では鉄骨建材１のカットモデルを示しているが、実際には得られる鉄骨建材１のうち、中空鋼管２は通常の定尺材料が用いられ、最大４ｍ程度が可能となる。

これに対し帯板鋼材３の成型ピッチには限りがあるものの、図１の上端および下端に示すように、プレス成型時において、帯板鋼材３のプレス加工時における両端形状を頂部（底部）３ａの面積が半分となるように成型し、これを長手方向に沿って突合わせて両中空鋼管２に溶接することにより、中空鋼管２の長さに応じたピッチで一体化される。

以上の鉄骨建材１は図３、４、５に示すように、継手（仕口）構造を介して互いに接合される。このうち、図３は、梁−梁間の直線方向の接合用継手（仕口）部１０の一例を示すものである。この継手部１０は、図３（ａ）に示すように対向する建材１の接合端部において、所要厚みの金属による固定プレート１２を中空鋼管２間に溶接などにより予め一体化しておき、これの両面に１対の連結プレート１４を押し当て、それぞれに形成されたボルト孔１２ａ，１４ａにボルトＢを差込み、裏面側からナットＮを螺合すれば、図３（ｂ）に示すように、両鉄骨建材１同士は、継手部１０を介して直線状に連結されるものとなる。

この継手部１０における、固定プレート１２および連結プレート１４の材厚は、要求される接合強度を満たす厚みに設定される。また、ボルト孔１２ａ，１４ａの数も結合強度を得るために、図より多くても良い。またナットＮは溶接ナットを用いることも可能である。

図４は、柱−梁接合用の継手部の一例を示している。この例では、互いに端部が接続される一対の鉄骨建材１，１の端部の両側面に、一対の前記鉄骨建材を連続させるように連結プレート１１４が添設され、ボルトＢにより連結プレート１１４を一対の鉄骨建材１，１に固定させることにより、一対の鉄骨建材１，１を接続固定させるようにしている。
連結プレート１１４は、スポット溶接などの固定手段により固定させることもできる。また、直角方向の柱−梁接合用の固定のみならず、直線方向の梁−梁接合用の固定にも連結プレート１１４を適応させることもできる。

図５は柱−梁接合用の継手部１０の一例を示している。この例では柱側となる鉄骨建材１の頂部側における一方の中空鋼管２を切り欠き、その切欠き端面おける中空鋼管２の間に同一径の中空鋼管からなる束材１８を配置し、溶接によって一体化するとともに、束材１８および一方の中空鋼管２の切欠き端面および他方の中空鋼管２の側面に平行に溶接された固定プレート２０を用意しておく。

また、梁側となる鉄骨建材１の側端部における一方の中空鋼管２を切除し、かつ両中空鋼管２間に束材１８を溶接するとともに、束材１８と他方の中空鋼管２との間に一枚の固定プレート２２を溶接により、一体化してある。

以上の継手部１０の組付けにあたっては、固定プレート２０に固定プレート２２を接合し、両者に形成されたボルト孔２０ａ，２２ａにボルトＢを差込んで裏面よりナットをねじ込むことで、柱側の鉄骨建材１と梁側鉄骨建材１とは直交状態に連結される。
固定プレート２０，２２の溶接固定個所は、平行となる中空鋼管２，２のうち、一方の端部の他方の端部からの延長部分に設けられ、これにより、鉄骨建材１，１同士の直交状態での連結が可能となる。

なお、以上説明したほかに、柱の両側に梁を結合すための継手部や、柱の３方に梁を結合するための継手部、柱の四方に梁を結合するための継手部などを掲げることができ、それぞれ相手方建材との接合に適した継手構造が採用される。

次に、以上の鉄骨建材１を用いて作られた軽量鉄骨プレハブ家屋の具体的構成について、図６を用いて説明する。なお、鉄骨建材１は、柱および梁として機能しているので、それぞれの機能に対応した符号と素材そのものの符号を併記して説明する。

このプレハブ家屋は、前記のごとく構成された鉄骨建材１からなる柱３１、大梁３２および軒梁３３を主要鉄骨組としてそれぞれの接合端を継手部１０を介して連結したものである。

このプレハブ家屋の外壁面側においては、軒梁３３の下部に、建材１の中空鋼管２と同じ断面径の中空鋼管２からなる複数の間柱３４および窓部の側面を仕切る管柱３５を縦方向に配置し、同じく中空鋼管２からなる中差し３６と、窓部を上下に仕切る窓まぐさ３７および図示しない窓台受けを横方向に配置し、これら鉄骨軸組の外面にカラー鋼板からなる外壁材４０で覆い、さらに、管柱３５と、窓まぐさ３８と窓受け台で囲われた内側空間には、木製窓枠４１を配置し、その外側にガラス窓サッシ４２を配置しているほか、窓枠４１にかからない位置で軒梁３４と主柱３０間には厚肉鋼材からなる筋かい４３が配置され、それぞれの交差端をボルト締により固定している。

また、天井部においては、大梁３２と直交する方向に中空鋼管２からなる複数の小梁４４を配置し、その接合端をブラケットを介して大梁３２に連結し、その上面に天井材４５を敷設している。

従って、以上の軽量鉄骨製のプレハブ家屋は、従来の角鋼管製骨組からなるプレハブ家屋に比べて、重量増加がわずかである割には、強度剛性に富み、耐震性なども格段に向上するものとなる。また、軟弱地盤での建築も可能になる。

また、前記主要鉄骨である鉄骨建材１は、その重量が従来のＨ形鋼に比べて約１／４．５であるため、基礎も布基礎で十分であり、さらに上記のごとく家屋の躯体工事完了後は、内装壁や、内装天井などの内装工事を施すことにより、一般的な住居建造物として使用が可能となる。

次に、前記鉄骨建材１を用いた鉄骨造建造物の鉄骨組構造について、図７〜図９を用いて説明する。図７において、前述の布基礎５０の上部両側には、前記鉄骨建材１からなる柱５１が立設されているとともに、柱５１上には、継手部１０を介して同じく鉄骨建材からなる屋根梁５２が一体化され、屋根梁５２同士もその棟側端で継手部１０を介して一体化されている。
ここで、柱５１の高さをＨとし、屋根勾配を３０°とすると、屋根高さは１／２Ｈとなり、また建物全体のスパンは２Ｈとなる。このような配置において、実寸法で柱高さを最大４ｍとすると、鉄骨組の全高は、６ｍ、スパンは８ｍと、大スパンの大屋根構造の鉄骨組となる。

また、図８に示すように、以上の柱−屋根梁の結合体の縦配列間隔Ｌは、実寸で２．７ｍ程度とし、各結合体間を軒梁５３および図示しない棟梁で連結すれば、強硬な鉄骨組が完成し、この鉄骨組の内外に壁材および屋根材などを設けることにより、大屋根構造の建造物が完成することになる。

なお、以上の施工例では、大梁などを設けなかったが、大梁および天井材により空間内を天井下と天井裏とに仕切っても良く、また図８の軒梁５３および棟梁なども前記鉄骨建材１から構成しても良いことは勿論である。

図９は、図７，８に示す直線状屋根梁５２に替えてアーチ形屋根梁としたもので、このアーチ形屋根梁６０は、中空鋼管２をベンド加工し、その外周側と内周の間隔を一定にした上で、両中空鋼管２間にその曲面に沿って台形が上下に連続する帯板鋼材３を溶接により一体化したものである以外は、図７と同じ構造、寸法関係であり、配列間隔も図７と同じであり、前記と同様に大スパンのアーチ形屋根の鉄骨組となる。

以上の鉄骨建材１は建造物の鉄骨組のみでなく、建具、あるいはエクステリア用構造物としても使用できる。図１０は、鉄骨建材１を屋内または屋外用階段７０に適用した場合を示し、この階段７０は、下階と上階を所定角度で連結した鉄骨建材１からなる１対の側桁７１の間に一定ピッチで多数配列した滑り止め鋼板などからなる踏板７２を溶接などによって固定するとともに、必要に応じて側桁７１の上部に平行して丸パイプ製の手摺７３を配したものであり、軽量かつ高強度な階段としての使用が可能である。

また、図１１は門に適用した場合を示し、この門８０は、単に前記鉄骨建材１からなる門柱８１の上端に屋根梁８２を大屋根形に組合せ、屋根梁８２の中央下部に名称などを刻印したネームプレート８３を溶接したものであり、柱８１の下端をコンクリート基礎８４に一体的に埋設したものである。

以上の門８０は、主として意匠性を目的としたものであり、アパート、マンションの敷地への出入口を演出するための門として好適である。なお、この門８０は屋外構造物であり、通常風雨に直接曝されるため、ステンレスなどの防錆用鋼材から構成し、かつ金属製質感をそのまま意匠外観として無塗装とすることが望ましい。また、この門８０は、前後方向には扁平なので、背面側を図示しないバットレスなどにより支持するようにしても良い。

図１２は屋外設置形表札に適用した場合を示す。この表札９０は建材１からなる縦材９１と、縦材９１の上端に継手部１０を介して接合された建材１からなる斜め材９２と、斜め材９２の先端に嵌め付けられた所有者名を刻印したネームプレート９３とからなっており、縦材９１の下端をコンクリート基礎９４に埋設したものである。この表札９０もまた、住宅などの出入口付近に配置されるモダンアート的な意匠性を目的としたものであり、前記と同様にステンレスなどの防錆金属材料から構成することが望ましい。

以上各種適用例を説明したが、本発明の鉄骨建材１は、トラス構造であって軽量で高耐力であるという特性を生かして各種軽量鉄骨製の架構に適用することが可能であり、例えば屋上の大形公告看板を支持するための支持用鉄骨組や、足場、支保工などの仮設ステージを支持するための架構、工場、倉庫などの大形のラックの支持用骨組、その他車庫、物置など小形構造物の鉄骨組あるいは架構などとして好適である。

本発明に係る鉄骨建材のカットモデルを示す斜視図および一部断面、並びに部分拡大図である。 帯板鋼材の正面図（ａ）、平面図（ｂ）、側面図（ｃ）である。 （ａ），（ｂ）は鉄骨建材同士を水平に接続するための継手構造の一例を示す斜視図である。 は鉄骨建材同士を直交して接続するための継手構造の一例を示す正面図である。 （ａ），（ｂ）は鉄骨建材同士を直交して接続するための継手構造の他例を示す斜視図である。 同建材を用いた軽量鉄骨プレハブ家屋の室内パース図である。 同建材を用いた軽量鉄骨大屋根構造物の鉄骨組を示す正面図である。 同配柱−屋根梁の列間隔を示す部分斜視図である。 同建材を用いたドーム形大屋根構造物の鉄骨組を示す正面図である。 同建材を用いた階段の斜視図である。 同建材を用いた門の斜視図である。 同建材を用いた屋外設置形表札の斜視図である。

符号の説明

１ 鉄骨建材
２ 中空鋼管
３ 帯板鋼材
３ａ 頂部（底部）
３ｂ 斜面部
３ｃ 補強用凹溝
４ 溶接
１０ 継手部
１０ａ フランジ
１２，２０，２２ 固定プレート
１４，１１４ 連結プレート
３１，５１ 柱
３２ 大梁
３３ 軒梁
５０ 布基礎
５２ 屋根梁
５１ 軒梁
６０ アーチ形屋根梁
７０ 階段
７１ 側桁
７２ 踏板
８０ 門
８１ 門柱
８２ 屋根梁
８３ ネームプレート
９０ 屋外設置形表札
９１ 縦材
９２ 斜め材
Ｂ ボルト
Ｎ ナット

Claims (10)

1. 所定長さの平行な１対の角形中空鋼管と、連続略台形状若しくは連続略Ｖ又は略Ｗ形状によるジグザグ形状に形成され、その頂部および底部が前記両角形中空鋼管の対向面に一体に固定された所定厚みの帯板鋼材と、を備え、全体として運搬可能な鉄骨構造とされたことを特徴とする鉄骨建材。
2. 前記帯板鋼材の斜面部にはその長手方向に沿ってプレスによる補強用凹溝が形成され、帯板鋼材の前記頂部および底部は平坦板部とされていることを特徴とする請求項１記載の鉄骨建材。
3. 前記帯板鋼材は、複数本の帯板鋼材の連続により形成され、帯板鋼材の端部の前記頂部又は底部が、連続する他の帯板鋼材の端部の前記頂部又は底部に突き合わされた状態で、前記両角形中空鋼管の対向面に一体に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄骨建材。
4. 前記鉄骨建材の長手方向端部には、鉄骨組を構成するように接合される相手方鉄骨建材に対する継手部を備え、該継手部は、前記中空鋼管端部の内壁面に固定された金属の孔明きプレートを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の鉄骨建材。
5. 互いに直線方向又は直角方向に端部が接続される一対の請求項１乃至３のいずれか１項記載の前記鉄骨建材を有し、一対の前記鉄骨建材の互いに接続される前記端部の両側面には、一対の前記鉄骨建材を連続させるように連結プレートが添設され、固定手段により連結プレートを前記一対の鉄骨建材に固定させることにより、前記一対の鉄骨建材を接続固定させるようにしたことを特徴とする鉄骨建材。
6. 前記中空鋼管はアーチ形をなして曲成加工され、前記帯板鋼材は、両中空鋼管を平行なアーチ形曲面に保持すべく両中空鋼管の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の鉄骨建材。
7. 前記中空鋼管および帯板鋼材がステンレスなどの防錆用鋼材から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の鉄骨建材。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の鉄骨建材を、建物躯体の天井部、屋根部を支持する梁および／または柱に用いたことを特徴とする建築構造物。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の鉄骨建材を、階段の側桁に用いたことを特徴とする建築構造物。
10. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の鉄骨建材を、門柱、表札などのエクステリア用構造体として用いたことを特徴とする建築構造物。

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