JP2013510965A - 構造補強装置及び方法 - Google Patents

Abstract

対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する装置および方法を開示する。補強部材は、第１の構造部材の第１の縁部と、隣接する第２の構造部材の第２の縁部との間に伸長する寸法に形成される剛性部材を備える。補強部材は更に、剛性部材の第１および第２の端部に結合され、一方の構造部材の縁部を受ける寸法に形成される、第１および第２のソケットを備える。補強方法は、第１のソケットを第１の構造部材の第１の縁部周囲に係合させ、第２の縁部を有する第２の構造部材を第２のソケット内に配置する。補強方法は更に、第１および第２のソケットが構造部材の斜め方向に対向する縁部周囲に係合するまで、第１の構造部材と第２の構造部材との間の剛性部材を回転させてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は一般には構造補強に関し、詳細には隣接する木製構造部材を相互に対して補強する装置と方法に関する。

建築の分野においては多くの場合、構造物を最大限強固にすることが望ましい。耐荷力および例えば地震、風、その他の環境的負荷等の外部負荷に対する耐性を考慮して、建造物の強度が望まれる。

建造物の建築は通常、壁、天井、床等を形成するため相互に結合される複数の細長部材を含む。壁の場合、このような細長の壁部材は間柱と呼称されることが多く、天井および屋根の場合、根太と呼称される場合がある。

問題は、構造部材が比較的長いことにより、その長さが長くなるにしたがって強度および剛性が弱まる傾向があることである。構造部材が床および天井用根太の場合、支持壁および支柱により遮られない、より大きな部屋を得るために、その長さを長くすることが必要となることが多い。このような長い根太では、ねじれ座屈が発生することが多い。また、床根太が例えば地震、強風等、動的な環境的負荷を受けた場合、他の問題が発生する。このような負荷下では、床根太がその長さに沿って軸方向に回転し、直立状態ではなく横倒しになる可能性がある。その結果、床上の負荷全体が水平偏向および垂直偏向することにより、建造物全体が崩壊又は倒壊する原因となる可能性がある。

構造部材を補強する従来の方法では、上記の問題を適切に解決できない。これまで、２個以上の根太間で負荷を分散させるため、隣接する根太間にブリッジ又はブロックを配置して１個の根太付近の点負荷を隣接する根太に分散させる方法が試みられてきた。ブリッジを用いる方法においては隣接する根太間に一対の斜めに交差した木製部材を配置し、ブロックを用いる方法においては通常、比較的短い根太部材を根太間で横方向に配置する。このような試みでは上記の問題を適切に解決できてない。詳細には、ブロックを用いる方法又はブリッジを用いる方法は根太間の圧縮部材として機能するに過ぎず、根太が相互に対して分離するのを防止する働きはほとんどない。

根太部材がねじり負荷を受けた場合、根太の一方側のブロック部材は反対方向の負荷を受ける。例えば、構造部材の長さ方向の軸に沿って根太にねじり負荷が付加された場合、根太の上部弦の一方側に隣接するブロック部材は主に圧縮負荷を受け、上部弦の反対側に隣接するブロック部材は引張負荷を受ける。同様に、当該ねじり負荷について、当該根太の同一の側の下部弦もまた引張負荷を受ける。圧縮負荷は、ブロック部材と根太弦部との接触面を介して、上部弦に隣接するブロック部材に効果的に伝達される場合もある。しかしながら、上部弦の反対側のブロック部材および下部のブロック部材両方に付加される引張負荷は、用いられる締結装置に全て付加される。したがって、繰返し付加される負荷に対して、例えば釘又は螺子等からなる当該留め具が引張負荷に耐えるよう特に設計されていない限り、当該留め具が外れた場合、構造物において早期に不具合が発生する可能性が高い。ブリッジを用いる方法およびブロックを用いる方法では引張負荷に効果的に対応することができないため、このような補強方法は、例えば地震、風等の周期的に発生する環境的負荷に対して構造物を補強するのに大きく役立つとは言えない。

本発明の第１の実施の形態によって、対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する装置を開示する。この装置は、第１および第２の端部を有し、第１の構造部材の第１の縁部と、隣接する第２の構造部材の第２の縁部との間に伸長する寸法に形成される剛性部材を備える。この装置は更に、剛性部材の第１の端部に結合される第１のソケットと、剛性部材の第２の端部に結合される第２のソケットとを備える。第１のソケットは第１の構造部材の第１の縁部を受ける寸法に形成され、第２のソケットは第２の構造部材の第２の縁部を受ける寸法に形成される。

第１および第２のソケットはチャンネルを備えていてもよい。このチャンネルはＣ型チャンネルを備えていてもよい。Ｃ型チャンネルは剛性部材の長さ方向の軸に垂直に伸長していてもよい。Ｃ型チャンネルは垂直方向に偏向した開口部を有していてもよい。Ｃ型チャンネルの開口部は相互に対して反対方向を向いていてもよい。Ｃ型チャンネルの開口部は剛性部材に対して角度をなして偏向していてもよい。

Ｃ型チャンネルは一対の対向するフランジおよびフランジ間のウェブ部からなっていてもよい。一対の対向するフランジの一方は剛性部材に固定されていてもよい。一対の対向するフランジの他方はＣ型チャンネルを開放するため選択的に変形可能であってもよい。Ｃ型チャンネルは、Ｃ型チャンネルを構造部材に固定するため留め具を通過させる寸法に形成される、少なくとも１個の締結孔を含んでいてもよい。

第１および第２のソケットは剛性部材に強固に接着されていてもよい。第１および第２のソケットは剛性部材に一体形成されていてもよい。剛性部材ならびに第１および第２のキャップは金属からなっていてもよい。剛性部材は細長の梁を備えていてもよい。梁は管材、箱形断面材、Ｉ型梁、Ｃ型チャンネル、Ｌ型チャンネルおよび三角形断面梁からなる群から選択されてもよい。

この装置は、対向する平行な構造部材の上縁部と下縁部との間に伸長する寸法に各々形成される一対の交差する剛性部材を更に備えていてもよい。剛性部材は、一対の構造部材の一方の上縁部を受ける寸法に形成される第１のソケットと、一対の構造部材の他方の下縁部を受ける寸法に形成される第２のソケットとを各々有していてもよい。一対の交差する剛性部材は枢動可能に相互に結合されていてもよい。一対の交差する剛性部材はボルトにより枢動可能に相互に結合されていてもよい。

本発明の別の実施の形態によって、対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する方法を開示する。この方法は、第１の構造部材を任意の位置に配置し、補強部材の第１のソケットを第１の構造部材の第１の縁部周囲に係合させる。この方法は更に、第２の構造部材を、第２の構造部材の第２の縁部が、第１のソケットと第２のソケットとの間に伸長する剛性部材を有する補強部材の第２のソケット内に配置されるよう、任意の位置に配置する。

本発明の別の実施の形態によって、対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する方法を開示する。この方法は、第１の構造部材を任意の位置に配置し、第２の構造部材を任意の位置に配置する。この方法は更に、補強部材の第１の端部における第１のソケットが第１の構造部材の第２の縁部周囲に係合し、補強部材の第２の端部における第２のソケットが第２の構造部材の第１の縁部周囲に係合するまで、第１の構造部材と第２の構造部材との間の補強部材を回転させることを含む。補強部材は第１のソケットと第２のソケットとの間に伸長する剛性部材を有する。

当業者にとって、本発明のその他の様態および特徴は、添付の図を伴う本発明の詳細な実施形態に関する以下の説明により明らかになるであろう。

本発明の実施の形態を示す図面の各々において、類似の参照符号は対応する部材を示す。

図１は、複数の隣接する根太間に適用した、本発明の第１の実施の形態による複数の装置の斜視図である。 図２は、図１の装置の斜視図である。 図３は、図２の装置における１個のアームの斜視図である。 図４は、図２の装置における１個のアームを形成するためのカットシートの平面図である。 図５は、本発明の別の実施の形態による図２の装置における１個のアームの斜視図である。 図６は、第１の根太、続いて第２の根太に適用される図３の補強部材を用いた床構造物の断面図であり、第１および第２の根太は補強部材に固定される。 図７は、隣接する根太間に第２の補強部材を適用した床構造物の断面図である。 図８は、隣接する壁用間柱間に適用した本発明の別の実施の形態による装置の断面図である。 図９は、角度をなして偏向する上部および下部キャップを有する、本発明の別の実施の形態による図３の補強部材の上面図である。

図１および図２は、本発明の第１の実施の形態による、隣接する構造部材６を固定する装置２０の概略図である。装置２０は、一構造部材の上縁８および隣接する構造部材の下縁１０間に各々架設される一対の交差する剛性部材２２を備える。剛性部材の各々は、構造部材の上縁８を受ける寸法に形成される第１又は上部ソケット２４と、構造部材の下縁１０を受ける寸法に形成される第２又は下部ソケット２６とを含む。剛性部材２２、上部ソケット２４および下部ソケット２６の各組は、１個の構造補強部材２８を構成する。図１に記載のとおり、一方の剛性部材２２の上部ソケット２４および対応する剛性部材２２の下部ソケット２６は、協働して各々間に構造部材を保持する。装置２０は、対応する上部ソケット２４および下部ソケット２６に架設される、ソケット間を最小距離に保持する引張部材８８を任意で含んでいてもよい。なお、当然ながら、上述のような引張部材８８は上部ソケット２４および下部ソケット２６を構造部材上で係合状態に保持する働きを有する。引張部材８８は、例えば金属帯、棒材、鎖等の剛性部材又は弾性を有する柔軟部材からなっていてもよいが、これに限定されない。

次に図３は、本発明の第１の実施の形態による１個の補強部材２８を示す。図３に示す補強部材２８の剛性部材２２は、金属板を折曲して形成した、一対の側部３０および３２、ならびに側部３０および３２間の中央ウェブ部３４を有するＣ型チャンネルからなっていてもよい。側部３０および３２は、ウェブ部３４の同一側又は対向する側に折曲してもよいが、当然ながら、図１および図２に記載のように２個の補強部材２８を共に用いることが望ましい場合、望ましくは側部３０および３２の両方をウェブ部３４の同一側に折曲する。また、当然ながら、図３に記載の剛性部材２２は金属板を折曲して形成してもよいが、例えば押出、鋳込又は溶接構造物等その他の手段で形成してもよい。また、当然ながら、側部３０および３２の一方又は両方は、用途が求める強度次第で省略してもよい。中央ウェブ部３４は、一対の補強部材２８をボルト３５等により枢動可能に相互に固定する貫通孔３７を含む。

上部ソケット２４は、チャンネル開口部４６を形成する、第１の上部側部フランジ４０および第２の上部側部フランジ４２の各々ならびに上部ウェブ部４４からなる開放したＣ型チャンネルを備えていてもよい。上部チャンネル開口部４６は、構造部材の上縁８に対応する寸法および形状に形成される。下部ソケット２６は、チャンネル開口部５６を形成する、第１の下部側部フランジ５０および第２の下部側部フランジ５２の各々ならびに下部ウェブ部５４からなる開放したＣ型チャンネルを備えていてもよい。下部チャンネル開口部５６は、構造部材の下縁１０に対応する寸法および形状に形成される。様々な用途において、構造部材６は例えば構造用製材又はＩ型根太等を含むがこれに限定されない床根太を備える。構造用製材は一般に１．５インチ（３．８１センチメートル）幅からなり、したがって上述のような用途の場合、上部チャンネル開口部４６および下部チャンネル開口部５６は類似幅を有する開口部を有する寸法に形成される。当然ながら、一般には構造部材、詳細には根太はその他の厚さを有していてもよい。用途によっては、設置を容易にするため、上部チャンネル開口部４６および下部チャンネル開口部５６を根太幅より若干大きくなる寸法に形成してもよい。詳細には、上部チャンネル開口部４６および下部チャンネル開口部５６は設計対象の根太より３．２ｍｍ（１／８インチ）までは大きく形成してもよい。同様に、Ｉ型根太用の上部チャンネル開口部４６および下部チャンネル開口部５６は、使用するＩ型根太に対応する寸法に形成してもよい。

上部ソケット２４および下部ソケット２６は、ソケットを形成するフランジ又はウェブのうち少なくとも１個に配置される少なくとも１個の締結孔４８を含んでいてもよい。締結孔４８は、釘、螺子又はその他適切な留め具が上部ソケット２４又は下部ソケット２６を構造部材６を固定するために通過できる寸法に形成される。任意で、上部ソケット２４および下部ソケット２６は、補強部材２８が根太に固定されると根太に係合する、上部ソケット２４および下部ソケット２６内面から突出する尖端を有する突起（ｂａｒｂ、ｓｐｉｋｅ）又はその他の適切な突起を含んでいてもよい。また、構造部材の上縁８および下縁１０の上部ソケット２４と下部ソケット２６との間に接着剤を塗布してもよい。上部ソケット２４および下部ソケット２６はまた、任意で、隣接する上部および下部ソケットを留め具等で相互に締結する接続タブ５８を含んでいてもよい。

上述したように、剛性部材２２は一構造部材６の上縁８および隣接する構造部材の下縁１０間に伸長する寸法に形成される。実際には、剛性部材２２の長さは構造部材の高さおよび構造部材間の距離の両方によって決まる。図２に概略を記載のとおり、構造部材６の高さは、上部ウェブ部４４と下部ウェブ部５４との間の距離３６に対応する。対応して、一般に中心間距離で表される構造部材間の距離は、３８で概略示す２個の上部ウェブ部４４又は下部ウェブ部５４の中心までの距離に対応する。また、当然ながら、一対の補強部材２８の第１の上部側部フランジ４０と第２の上部側部フランジ４２との間の距離は。隣接する構造部材６の中心間距離を保持するため、補強部材２８の組の他方の側部フランジについても、同様の距離が適用される。例として、高さが３０２ｍｍ（１１と７／８インチ）の根太を４０６ｍｍ（１６インチ）間隔で並べて構成した床の場合、装置２０の幅３８は同様に４０６ｍｍ（１６インチ）、その高さ３６は３０２ｍｍ（１１と７／８インチ）となる。当然ながら、異なる高さおよび距離の根太に対しては、その他の高さおよび幅を適用するものとする。

図３に概略記載のとおり、上部ソケット２４の上部ウェブ部４４は、剛性部材に対して水平軸に対する角度４９で角度をなして整列させてもよい。当然ながら、角度４９は、上部ウェブ部４４が構造部材６の上縁８と角度をなして整列し、剛性部材２２が上部ウェブ部４４と角度をなして整列する角度である。下部ソケット２６の下部ウェブ部５４は、同様の対応する角度を有する。上部ソケットおよび下部ソケット２４はまた、図９に記載のとおり、剛性部材に対して垂直軸に対して角度をなして偏向させてもよい。当然ながら、上述のような配置においては、剛性部材は非垂直な角度で隣接する根太に架設され、これにより剛性部材は障害物等を避けることができ、また、一連の剛性部材を床全体において斜め方向に伸長させることができる。

図４は、図３の補強部材２８を形成するカットシートを示す。図示のように、補強部材は、例えば鋼鉄、ステンレス鋼、アルミニウム又は亜鉛めっき鋼等を含むがこれに限定されない金属板１枚から切出してもよい。金属板はブランク６０に切出してもよい。その後、公知の方法により、ブランクを剛性部材用折曲線６２に沿って折曲して剛性部材２２を形成し、ソケット用折曲線６４に沿って折曲して上部ソケット２４および下部ソケット２６を形成してもよい。金属の厚さは、例えば１２〜２２ゲージ（３．０４８〜５．５８８マイクロメートル）等、必要な強度が得られれば任意の厚さでよい。詳細には、１６〜２０ゲージ（４．０６４〜５．０８マイクロメートル）の金属板が有効であることが分かっている。また、当然ながら、補強部材２８は例えば炭素繊維、繊維ガラス、プラスチック、セラミックおよび複合材料を含むがこれに限定されない非金属材料からなっていてもよい。

図５は、第１のソケット２４と第２のソケット２６との間に架設される中央梁７０を有する、本発明の別の実施の形態を示す。第１のソケット２４および第２のソケット２６は上述の通りであってもよく、溶接、ボルト締めにより梁に締着してもよく、又は鋳込もしくはその他の適切な手段により梁７０と一体形成してもよい。梁７０は、例えば棒材、管材、箱形断面材、Ｉ型梁、Ｃ型チャンネル、Ｌ型チャンネル、三角形断面梁、又はその他の適切な部材を含むがこれに限定されない適切な構造部材を備えていてもよい。また、細長の略直線状部材を図示しているが、当然ながら、一構造部材の上縁８を隣接する構造部材の下縁１０に対して固定するため、上部ソケット２４および下部ソケット２６が互いに対して強固に並進的に固定されてさえいれば、例えば弓状、立体骨組、平板状又はその他の形状を含むがこれに限定されない非直線状の部材を用いてもよい。

梁７０は中央部７２を含んでいてもよく、中央部７２は貫通孔３７を有する平面７４を有する。この平面は、ボルト３５等による結合のために整合する貫通孔３７を整列させるため、整合する補強部材２８の対応する平面７４が平面と嵌合するよう、垂直に偏向させる。補強部材の対を回転可能に相互に固定するためにボルトを用いると記載しているが、当然ながら、例えば蝶番、クランプ、リベットおよび軸受等その他の回転手段を用いてもよい。平面７４は、梁に鋳込もしくは溶接により平坦部を形成することにより、又は梁７０の中央部７２を機械プレス等においてクランプすることにより、梁７０に形成してもよい。また、当然ながら、梁の種類によっては適切な平面を既に備えており、更なる工程は必要ない。

実際の工程において、第１の構造部材６ａは任意の位置に配置してもよい。その後、第１の構造部材の上縁８が補強部材の上部ソケット２４内に保持されるよう、補強部材２８を８０で概略示す下方向に移動させることにより、補強部材２８を第１の構造部材６ａ上に配置してもよい。その後、第２の構造部材６ｂを、その下縁１０が下部ソケット２６内に保持されるよう、第２の構造部材６ｂを８２で概略示す下方向に移動させることにより配置してもよい。その後、補強部材を１列に並べるため、次の補強部材２８および構造部材６を連続して配置してもよい。また、締結孔４８を介して補強部材２８を留め具に固定してもよい。

図７を参照して、第２の補強部材２８ｂは、第２の補強部材２８ｂを第１の補強部材２８に対して枢動可能に配置して、第１の構造部材６ａと第２の構造部材６ｂとの間に配置してもよい。その後、第２の補強部材２８ｂを、上部ソケット２４が第２の構造部材６ｂの上縁８に係合し、下部ソケット２６が第１の構造部材６ａの下縁１０に係合するよう回転させてもよい。図示のように、第１のソケット２４および第２のソケット２６を回転させて構造部材の上縁および下縁に係合させるのを容易にするため、上部ソケットの第２の上部側部フランジ４２および下部ソケット２６の第２の下部側部フランジ５２は、外側へ折曲してもよい。その後、側部フランジを、構造部材のそれぞれ対応する端部に係合させるため、元の位置に折曲してもよい。

上記は床根太に関して記載したものの、当然ながら、装置２０はまたその他の構造部材にも適用可能とする。図８は、隣接する壁用間柱９０に適用した本発明の更なる実施の形態を示す。当然ながら、上述のような用途においては、剛性部材２２の長さおよび角度４９をより大きくすることが必要となる。用途が求める強度によっては、より厚い材料が必要となる場合がある。

本発明の詳細な実施の形態を説明および図示したが、これら実施の形態は本発明の説明のみを目的としたものであり、添付の特許請求の範囲によって解釈される本発明を限定するものではないものとする。

Claims (21)

1. 対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する装置であって、
   第１および第２の端部を有し、第１の構造部材の前記第１の縁部と、隣接する第２の構造部材の前記第２の縁部との間に伸長する寸法に形成される剛性部材と、
   前記剛性部材の前記第１の端部に結合され、前記第１の構造部材の前記第１の縁部を受ける寸法に形成される第１のソケットと、
   前記剛性部材の前記第２の端部に結合され、前記第２の構造部材の前記第２の縁部を受ける寸法に形成される第２のソケットと、を備える、装置。
2. 前記第１および第２のソケットはチャンネルを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記チャンネルはＣ型チャンネルを備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記Ｃ型チャンネルは前記剛性部材の長さ方向の軸に垂直に伸長する、請求項３に記載の装置。
5. 前記Ｃ型チャンネルは垂直方向に偏向した開口部を有する、請求項３に記載の装置。
6. 前記Ｃ型チャンネルの前記開口部は相互に対して反対方向を向いている、請求項５に記載の装置。
7. 前記Ｃ型チャンネルの前記開口部は前記剛性部材に対して角度をなして偏向する、請求項５に記載の装置。
8. 前記Ｃ型チャンネルは一対の対向するフランジおよび前記フランジ間のウェブ部からなる、請求項３に記載の装置。
9. 前記一対の対向するフランジの一方は前記剛性部材に固定される、請求項８に記載の装置。
10. 前記一対の対向するフランジの他方は前記Ｃ型チャンネルを開放するため選択的に変形可能である、請求項９に記載の装置。
11. 前記Ｃ型チャンネルは、前記Ｃ型チャンネルを前記構造部材に固定するため留め具を通過させる寸法に形成される、少なくとも１個の締結孔を含む、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第１および第２のソケットは前記剛性部材に強固に接着される、請求項１に記載の装置。
13. 前記第１および第２のソケットは前記剛性部材に一体形成される、請求項１に記載の装置。
14. 前記剛性部材および前記第１および第２のキャップは金属からなる、請求項１に記載の装置。
15. 前記剛性部材は細長の梁を備える、請求項１に記載の装置。
16. 前記梁は管材、箱形断面材、Ｉ型梁、Ｃ型チャンネル、Ｌ型チャンネルおよび三角形断面梁からなる群から選択される、請求項１５に記載の装置。
17. 対向する平行な構造部材の上縁部と下縁部との間に伸長する寸法に各々形成される一対の交差する剛性部材を更に備え、前記剛性部材は、前記一対の構造部材の一方の上縁部を受ける寸法に形成される第１のソケットと、前記一対の構造部材の他方の下縁部を受ける寸法に形成される第２のソケットとを各々有する、請求項１に記載の装置。
18. 前記一対の交差する剛性部材は枢動可能に相互に結合される、請求項１７に記載の装置。
19. 前記一対の交差する剛性部材はボルトにより枢動可能に相互に結合される、請求項１８に記載の装置。
20. 対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する方法であって、
    第１の構造部材を任意の位置に配置し、
    補強部材の第１のソケットを前記第１の構造部材の前記第１の縁部周囲に係合させ、
    第２の構造部材を、前記第２の構造部材の前記第２の縁部が前記第１のソケットと第２のソケットとの間に伸長する剛性部材を有する前記補強部材の第２のソケット内に配置されるよう、任意の位置に配置する、方法。
21. 対向する第１および第２の縁部を各々有し、平行に離して配置される隣接する木製構造部材を補強する方法であって、
    第１の構造部材を任意の位置に配置し、
    第２の構造部材を任意の位置に配置し、
    前記第１の構造部材と第２の構造部材との間の補強部材を、前記補強部材の第１の端部における第１のソケットが前記第１の構造部材の第２の縁部周囲に係合し、前記補強部材の第２の端部における第２のソケットが前記第２の構造部材の第１の縁部周囲に係合するまで回転させ、前記補強部材は前記第１のソケットと第２のソケットとの間に伸長する剛性部材を有する、方法。

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