JP2021038638A - 組立スラブ式木材鋼材複合節点及びその組立方法 - Google Patents

組立スラブ式木材鋼材複合節点及びその組立方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、組立スラブ式木材鋼材複合節点及びその組立方法を提供することを目的とする。
【解決手段】節点中に木材鋼材を併用した、繋ぎ合わせ式複合構造を採用し、節点の破壊確率を低減し、建築物全体の耐荷力を向上させる。複合節点は、木材鋼材複合柱及び角形木梁、木材鋼材複合柱及び角形木梁を接合するための接合コンポーネント、並びに木材鋼材複合柱、角形木梁及び接合コンポーネントが共に接合され且つ支持する木製スラブを含む。木材鋼材複合柱は中空の十字形外側角形木柱を備え、外側角形木柱には一体成型によって角形ブロックが設けられている。外側角形木柱には鋼スリーブが嵌め込まれており、鋼スリーブには内木柱が嵌め込まれており、内木柱内には柱縦方向鉄筋が貫設されており、横方向鉄筋は角形ブロックを貫通して鋼スリーブに固設され、横方向鉄筋の端部にはねじ山が設けられている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、新規の組立スラブ式木材鋼材複合節点に関するものであり、建築施工分野に属する。
建築業界の発展方式が徐々に変化するにつれて、建築業界の生産における質や効率の向上、省エネ・排出削減の実現は必然的な施工要求となった。組立式建築は、従来建築と比べて、工程品質によって生じる工程問題を最大限減らすことが可能であり、工程品質及び施工の安全性を効果的に保証することができる。
先行特許出願における組み立て式新型コンクリート柱、梁構造及び組立接合方法という名称の特許文献1を比較すると、それにはプレキャストコンクリート側柱、プレキャストコンクリート中柱及びプレキャストコンクリート梁構造が含まれており、以下ではプレキャストコンクリート側柱、プレキャストコンクリート中柱及びプレキャストコンクリート梁をそれぞれプレキャスト側柱、プレキャスト中柱及びプレキャスト梁と略称する。そのうち、プレキャスト側柱の柱頂部には柱頂グラウト溝が設けられており、内部には柱縦方向鉄筋が配置されており、柱縦方向鉄筋の下端は柱スリーブに延び入っている。底部には柱底グラウト溝が設けられており、底部の外側には側柱鉄筋通し溝が設けられており、側柱鉄筋通し溝の上部には柱を貫通する梁鉄筋貫通孔が設けられており、頂部には底部梁鉄筋連結用側柱予備鉄筋が設けられている。プレキャスト中柱の頂部には柱頂グラウト溝が設けられており、底部には柱底グラウト溝及び梁鉄筋貫通孔が設けられており、頂部には底部梁鉄筋連結用中柱予備鉄筋が設けられている。プレキャスト側柱及びプレキャスト中柱内は、側柱の高さ方向に沿って柱外側せん断補強筋及び柱内側せん断補強筋が設けられている。またプレキャスト梁の長さ方向に沿って、先端が予め埋め込まれたねじ山付鋼棒及び梁せん断補強筋が均一に設けられており、プレキャスト梁の底部には底部梁鉄筋が設けられている。
上述の案では、主にプレキャストコンクリート構造と鉄筋接合構造が採用されており、従来においてよく見られる組立式スラブ設計技術と比較した場合、材料が調達しにくく、モジュール化による重ね接合施工を行うことができず、施工速度が遅いうえに、より重要な点として、鋼接合節点の強度を向上させるために溶接施工を行わなければならず、施工品質の保証が難しくなる。さらに、節点全体の重量が大きく、耐荷力は相対的に小さい。
要約すると、従来技術における建築物の節点技術は、業界内での広範な普及・標準化度が低い。本特許出願はこれに鑑みて提出されたものである。
中国特許出願公開第201510106368.0明細書
本発明の組立スラブ式木材鋼材複合節点及びその組立方法は、上述の従来技術に存在する問題を解決すべく、木材鋼材構造を併用した、繋ぎ合わせ式複合節点を採用し、新規の組立式スラブ構造を実現することによって、機械式鋼材接合方式による節点強度の向上、溶接の施工品質問題の低減、全体の耐荷力の向上、節点の破壊確率の低減を達成することを設計の目的としている。
上記の設計目的を実現するために、上述の組立スラブ式木材鋼材複合節点は、木材鋼材複合柱及び角形木梁、木材鋼材複合柱及び角形木梁を接合するための接合コンポーネント、並びに木材鋼材複合柱、角形木梁及び接合コンポーネントが共に接合され且つ支持する木製スラブを含む。
上述の木材鋼材複合柱は中空の外側角形木柱を備え、外側角形木柱の垂直方向の外側面上には一体成型された角形ブロックが設けられており、外側角形木柱は十字形の横方向断面構造を備えている。外側角形木柱には鋼スリーブが嵌め込まれており、鋼スリーブには内木柱が嵌め込まれており、内木柱内には柱縦方向鉄筋が貫設されており、横方向鉄筋の内側端は角形ブロックを貫通して鋼スリーブに固設され、横方向鉄筋の外側端にはねじ山が設けられている。
上述の角形木梁は、その内部に貫入された長手方向突出鉄筋を備え、長手方向突出鉄筋の外側端にはねじ山が設けられている。角形木梁の頂部には、木製スラブを接合するための複数の第5ボルト孔が設けられている。
上述の木製スラブは、側部に隣と差し込み接ぎするためのS形差込頭部が設けられており、繋ぎ合わせ部には角形木梁を接合するための第5ボルト孔、隣接する木製スラブを接合するためのスラブねじ孔が設けられている。
上述の接合コンポーネントは、両端がそれぞれ横方向鉄筋及び長手方向突出鉄筋に接合されるねじ山スリーブを含む。
上記の基本的な設計構想の通り、木材鋼材構造が併用された繋ぎ合わせ式複合節点は、2種類の材料により結合され、材料同士の相互補完を実現しており、木構造の強度が顕著に向上し、鋼構造中に木構造を加えることで構造の自重を軽くすることができ、単位質量構造の強度を向上させるのに有利であると同時に、極めて高い耐久性を具備する。モジュール化構造は、材料を調達しやすく、施工速度も速い。梁、柱の接合部に機械式鋼材接合を採用することで、節点強度が向上するだけでなく、溶接施工がもたらす品質問題を低減することもでき、木製柱の構造中に鋼構造を加えることで、木構造全体の耐荷力が顕著に向上し、複合節点全体が高強度を具備し、節点の破壊確率を一定程度低減し、節点に回復性を備えさせることができる。
上述の木材鋼材複合柱は、中実木柱と比べて鋼スリーブの強度が大きく改善され、且つ外側角形木柱中に設置された横方向鉄筋が応力性能及び耐震性能を大幅に向上させることができるため、純粋な木構造と比べて、単位質量における耐荷力がより高い。十字形の木材鋼材複合柱は、その角形ブロックが梁、柱を接合する作業面を提供する。内木柱中の柱縦方向鉄筋は、木製梁の耐圧及び引張強度を増強し、単位質量における耐震性能を比較的優れたものにしている。
上述の木製スラブにはS形繋ぎ合わせ式差込頭部が設けられており、組立性が良く、且つ木製スラブを採用することで建築物内部の吸音防音効果が向上する。繋ぎ合わせ式接合構造は、施工全体の効率を高め、建築施工における標準化、製品化レベルを実現するうえで役立つ。
上述の接合コンポーネントは、ねじ山式鉄筋スリーブ構造を採用して十字形木材鋼材複合柱と角形木梁の機械的接合を行うものであり、接合方式が簡便で行いやすく、溶接加工を必要としないため、施工品質や施工効率が大きく改善される。
スラブ繋ぎ合わせ構造の耐荷力及び木材の利用率をより高めるために、以下の好適な案及び改良案を採用することができる。木製スラブはL形スラブ及び角形スラブを含み、L形スラブは角形ブロック、接合部の頂部に置かれ、木材鋼材複合柱の外側を取り囲み且つ互いに差し込み接ぎされ、角形スラブはL形スラブを取り囲んで外側に差し込み接ぎされる。
上述の繋ぎ合わせ式スラブ固定方式は、スラブの施工効率を効果的に高めると同時に、スラブと梁・柱相互の固定接合をより改善し、循環型建築を実現することができる。
より好適には、接合コンポーネントは接合部をさらに含み、接合部はC形の左側有孔カバープレート及び右側有孔カバープレートを含む。左側有孔カバープレートと右側有孔カバープレートの底部水平連結部は、ボルトプレート及び底部ボルトにより繋ぎ合わせ固定する。外側角形木柱の角形ブロックと接合部との互いの重ね接合部の水平面と垂直方向面には、固設するための第2ボルト孔、第4ボルト孔がそれぞれ対応して設けられている。角形木梁と接合部との互いの重ね接合部の水平面と垂直方向面には、固設するための第1ボルト孔、第3ボルト孔がそれぞれ対応して設けられている。木製スラブの差込頭部と接合部との互いの重ね接合部には、固設するための第6ボルト孔がそれぞれ対応して設けられている。
上述の接合コンポーネントの接合部を構成することで、梁、柱を二次固定して接合する作用が構成され、C形の両側の有孔カバープレートと角形木梁、木材鋼材複合柱の角形ブロックの水平及び垂直方向の重ね接合部とは、対応し合うボルト孔を通じて固定接合することができ、これにより、スラブと梁・柱の間における中間接合を確実に実現することができる。従来の鉄筋溶接工法の代替として、ねじ山スリーブと梁内鉄筋、柱内鉄筋の機械的接合をベースにすることで、溶接施工品質の問題を回避することができる。
組立スラブ式木材鋼材複合節点の構造設計の応用を基に、本出願は同時に以下の対応する組立方法を提出する。
第1工程で、外側角形木柱中に鋼スリーブを入れ、鋼スリーブに横方向鉄筋の内側端を固設し、内木柱を埋め入れ且つその中に縦方向鉄筋を挿入する。
第2工程で、角形木梁中に長手方向突出鉄筋を挿入し且つ鉄筋を突出させる。
第3工程で、組立てられた木材鋼材複合柱及び角形木梁の鉄筋突出部分をねじ山スリーブで連結する。
第4工程で、ボルトプレートにより左側有孔カバープレート、右側有孔カバープレートを組み立てて接合部とし、両側端のボルト孔とボルトにより接合部と木材鋼材複合柱、角形木梁の水平接合固定を実現する。
第5工程で、L形スラブを角形ブロック及び接合部の頂部に置き、且つ木材鋼材複合柱の外側を取り囲むように連結し、ボルトによりL形スラブと角形木梁、接合部の間の水平固定接合を行う。
第6工程で、角形スラブでL形スラブを取り囲むように外側に差し込み接ぎし、ボルトにより角形スラブとL形スラブ、角形木梁の間の水平固定接合を行う。
上述の通り、本出願の組立スラブ式木材鋼材複合節点及びその組立方法は、以下の利点を有する。
1、新規の組立スラブ式木材鋼材複合節点構造を提出し、異なる建築材料の利用率を高め、豊かな現代建築システムが実現される。
2、繋ぎ合わせ式節点の設計により、施工の生産化、施工期間の短縮、溶接などの施工品質によって生じる工程問題の回避、建築費の低減が実現される。
3、組立式梁は予め製造することができ、施工プロセスが簡略化され、施工効率が向上し、建築コストを下げることができる。
4、鋼構造の機械的接合コンポーネントを用いて梁・柱節点を接合することで、鋼構造の溶接により生じる品質問題が効果的に回避され、鋼構造接合コンポーネントの強度の高さによって節点の応力性能が高まる。
5、木材鋼材複合構造の設計により、構造全体の耐荷力、破壊時の回復性が向上し、建築の発展における循環型の要件が実現される。
以下の図を基に本出願についてさらに説明する。
本出願の組立スラブ式木材鋼材複合節点の構造概略図である。 木材鋼材複合柱の構造及び組立過程概略図である。 ねじ山スリーブと横方向鉄筋、長手方向突出鉄筋の構造及び組立過程の概略図である。 角形木梁の構造概略図である。 ねじ山スリーブを用いて柱と梁を連結する概略図である。 接合コンポーネントの接合部構造及び接合概略図である。 接合部を追加した後の柱・梁の接合概略図である。 L形スラブの構造及び繋ぎ合わせ概略図である。 角形スラブとL形スラブの構造及び繋ぎ合わせ概略図である。 本出願の組立スラブ式木材鋼材複合節点の組立過程の概略図である。 本出願の組立スラブ式木材鋼材複合節点の組立過程の概略図である。 本出願の組立スラブ式木材鋼材複合節点の組立過程の概略図である。
以下、図を基に本出願の実施例について詳細に説明する。
図1〜図10に示す通り、組立スラブ式木材鋼材複合節点は、主に木材鋼材複合柱1、角形木梁2、木製スラブ3及び接合コンポーネント4を含む。
上述の木材鋼材複合柱1は中空の外側角形木柱5を備え、外側角形木柱5の垂直方向の外側面上には一体成型された角形ブロックが設けられており、外側角形木柱5は十字形の横方向断面構造を備えている。外側角形木柱5には鋼スリーブ7が嵌め込まれており、鋼スリーブ7は直管構造であるのが好ましく、内木柱8が嵌め込まれている。内木柱8は角形木柱であるのが好ましく、内木柱8内には複数の柱縦方向鉄筋6が貫設されており、横方向鉄筋123の内側端は角形ブロックを貫通して鋼スリーブ7に固定され、横方向鉄筋123の外側端には平行ねじ山が設けられている。接合部10との互いの重ね接合部、外側角形木柱5の角形ブロックの水平面と垂直方向面には、固設するための第2ボルト孔12、第4ボルト孔14がそれぞれ設けられている。
上述の角形木梁2は、その内部に貫入された複数の長手方向突出鉄筋456を備え、長手方向突出鉄筋456の外側端には平行ねじ山が設けられている。角形木梁2の頂部には木製スラブ3を接合するための複数の第5ボルト孔15が設けられている。接合部10との互いの重ね接合部、角形木梁2の水平面と垂直方向面には、固設するための第1ボルト孔11、第3ボルト孔13がそれぞれ対応して設けられている。
上述の木製スラブ3については、木製スラブ3はL形スラブ21及び角形スラブ22を含み、L形スラブ21は角形ブロック、接合部10の頂部に置かれ、木材鋼材複合柱1の外側を取り囲み且つ互いに差し込み接ぎされ、角形スラブ22はL形スラブ21を取り囲んで外側に差し込み接ぎされる。L形スラブ21及び角形スラブ22の側部にはいずれも隣と差し込み接ぎするためのS形差込頭部20が設けられている。繋ぎ合わせ部には角形木梁2を接合するための第5ボルト孔15、及び隣接する木製スラブ3を接合するためのスラブねじ孔23が設けられている。接合部10との互いの重ね接合部、木製スラブ3の差込頭部20には、固設するための第6ボルト孔16が対応して設けられている。
上述の接合コンポーネント4は、両端がそれぞれ横方向鉄筋123及び長手方向突出鉄筋456に接合されるねじ山スリーブ9並びに接合部10を含み、ねじ山スリーブ9はストレートスリーブ構造であるのが好ましい。接合部10は、C形の左側有孔カバープレート18及び右側有孔カバープレート19を含む。左側有孔カバープレート18と右側有孔カバープレート19の底部水平連結部は、ボルトプレート17及び底部ボルトにより繋ぎ合わせ固定する。外側角形木柱5の角形ブロックとの互いの重ね接合部、接合部10の水平面と垂直方向面には、固設するための第2ボルト孔12、第4ボルト孔14がそれぞれ対応して設けられている。角形木梁2との互いの重ね接合部、接合部10の水平面と垂直方向面には、固設するための第1ボルト孔11、第3ボルト孔13がそれぞれ対応して設けられている。木製スラブ3の差込頭部20との互いの重ね接合部、接合部10には、固設するための第6ボルト孔16が対応して設けられている。
上述の組立スラブ式木材鋼材複合節点の構造設計を基に、以下の工程に従って複合節点の組立方法を実施する。
第1工程で、外側角形木柱5中に鋼スリーブ7を入れ、横方向鉄筋123をアンカー固定し、内木柱8を埋め入れ且つその中に縦方向鉄筋6を挿入する。
第2工程で、角形木梁2中に長手方向突出鉄筋456を挿入し且つ鉄筋を突出させる。
第3工程で、組立てられた木材鋼材複合柱1及び角形木梁2の鉄筋突出部分をねじ山スリーブ9で連結する。
第4工程で、ボルトプレート17により左側有孔カバープレート18、右側有孔カバープレート19を組み立てて接合部10とし、両側端のボルト孔とボルトにより接合部10と木材鋼材複合柱1、角形木梁2の水平接合固定を実現する。
第5工程で、L形スラブ21を角形ブロック及び接合部10の頂部に置き、且つ木材鋼材複合柱の外側を取り囲むように連結し、ボルトによりL形スラブ21と角形木梁2、接合部10の間の水平固定接合を行う。
第6工程で、角形スラブ22でL形スラブ21を取り囲むように外側に差し込み接ぎし、ボルトにより角形スラブ22とL形スラブ21、角形木梁2の間の水平固定接合を行う。
本実施例を従来技術における鋼構造と比較すると、鋼材と木材を組み合わせて形成された木材鋼材複合構造は、単位質量における応力性能がより優れており、地震作用下において、木材自体が一定の靭性を有する故に、良好な耐震性能を具備することができる。従来技術における木構造と比較すると、本実施例では木材鋼材構造を採用し、十字形柱内に鋼スリーブ、縦方向鉄筋を入れており、単位質量における構造の応力性能が全体の寿命を向上させている。角形木梁内には鉄筋を設けて木梁の引張性能を高めており、H形梁よりもせん断耐性に優れる。機械的接合によって全体の組み立てが行われ、地震作用下において、部材の交換がより容易である。部材の事前カスタムメイド、施工現場での組立化施工、鋼構造の部材の溶接がもたらす品質問題の回避、施工期間の短縮、建築費の低減を実現することができる。
上述の通り、図を基に説明を行った形態の内容は、類似の技術形態に派生可能である。但し、本発明の構造を逸脱しない形態の内容は、いずれも本出願における技術形態の特許請求の範囲に属する。
1 木材鋼材複合柱
2 角形木梁
3 木製スラブ
4 接合コンポーネント
5 外側角形木柱
6 縦方向鉄筋
7 鋼スリーブ
8 内木柱
9 ねじ山スリーブ
10 接合部
11 第1ボルト孔
12 第2ボルト孔
13 第3ボルト孔
14 第4ボルト孔
15 第5ボルト孔
16 第6ボルト孔
17 ボルトプレート
18 左側有孔カバープレート
19 右側有孔カバープレート
20 S形差込頭部
21 L形スラブ
22 角形スラブ
23 スラブねじ孔
123 横方向鉄筋
456 長手方向突出鉄筋

Claims (4)

  1. 木材鋼材複合柱(1)及び角形木梁(2)、前記木材鋼材複合柱(1)及び前記角形木梁(2)を接合するための接合コンポーネント(4)、並びに前記木材鋼材複合柱(1)、前記角形木梁(2)及び前記接合コンポーネント(4)が共に接合され且つ支持する木製スラブ(3)を含み、
    前記木材鋼材複合柱(1)は中空の外側角形木柱(5)を備え、前記外側角形木柱(5)の垂直方向の外側面上には一体成型された角形ブロックが設けられており、前記外側角形木柱(5)は十字形の横方向断面構造を備えており、前記外側角形木柱(5)には鋼スリーブ(7)が嵌め込まれており、前記鋼スリーブ(7)には内木柱(8)が嵌め込まれており、前記内木柱(8)内には柱縦方向鉄筋(6)が貫設されており、横方向鉄筋(123)の内側端は前記角形ブロックを貫通して前記鋼スリーブ(7)に固設され、前記横方向鉄筋(123)の外側端にはねじ山が設けられており、
    前記角形木梁(2)は、その内部に貫入された長手方向突出鉄筋(456)を備え、前記長手方向突出鉄筋(456)の外側端にはねじ山が設けられており、前記角形木梁(2)の頂部には前記木製スラブ(3)を接合するための複数の第5ボルト孔(15)が設けられており、
    前記木製スラブ(3)は、側部に隣と差し込み接ぎするためのS形差込頭部(20)が設けられており、繋ぎ合わせ部には前記角形木梁(2)を接合するための第5ボルト孔(15)、隣接する前記木製スラブ(3)を接合するためのスラブねじ孔(23)が設けられており、
    前記接合コンポーネント(4)は、両端がそれぞれ前記横方向鉄筋(123)及び前記長手方向突出鉄筋(456)に接合されるねじ山スリーブ(9)を含むことを特徴とする、組立スラブ式木材鋼材複合節点。
  2. 前記木製スラブ(3)はL形スラブ(21)及び角形スラブ(22)を含み、前記L形スラブ(21)は前記角形ブロックの頂部に置かれ、前記木材鋼材複合柱(1)の外側を取り囲み且つ互いに差し込み接ぎされ、前記角形スラブ(22)は前記L形スラブ(21)を取り囲んで外側に差し込み接ぎされることを特徴とする、請求項1に記載の組立スラブ式木材鋼材複合節点。
  3. 前記接合コンポーネント(4)は接合部(10)をさらに含み、前記接合部(10)はC形の左側有孔カバープレート(18)及び右側有孔カバープレート(19)を含み、
    前記左側有孔カバープレート(18)と前記右側有孔カバープレート(19)の底部水平連結部は、ボルトプレート(17)及び底部ボルトにより繋ぎ合わせ固定され、
    前記外側角形木柱(5)の前記角形ブロックと前記接合部(10)との互いの重ね接合部の水平面と垂直方向面には、固設するための第2ボルト孔(12)、第4ボルト孔(14)がそれぞれ対応して設けられており、
    前記角形木梁(2)と前記接合部(10)との互いの重ね接合部の水平面と垂直方向面には、固設するための第1ボルト孔(11)、第3ボルト孔(13)がそれぞれ対応して設けられており、
    前記木製スラブ(3)の差込頭部(20)と前記接合部(10)との互いの重ね接合部には、固設するための第6ボルト孔(16)がそれぞれ対応して設けられていることを特徴とする、請求項2に記載の組立スラブ式木材鋼材複合節点。
  4. 外側角形木柱(5)中に鋼スリーブ(7)を入れ、前記鋼スリーブ(7)に横方向鉄筋(123)の内側端を固設し、内木柱(8)を埋め入れ且つその中に縦方向鉄筋(6)を挿入する第1工程と、
    角形木梁(2)中に長手方向突出鉄筋(456)を挿入し且つ鉄筋を突出させる第2工程と、
    組立てられた木材鋼材複合柱(1)及び前記角形木梁(2)の鉄筋突出部分をねじ山スリーブ(9)で連結する第3工程と、
    ボルトプレート(17)により左側有孔カバープレート(18)、右側有孔カバープレート(19)を組み立てて接合部(10)とし、両側端のボルト孔とボルトにより前記接合部(10)と前記木材鋼材複合柱(1)、前記角形木梁(2)の水平接合固定を実現する第4工程と、
    L形スラブ(21)を角形ブロック及び前記接合部(10)の頂部に置き、且つ前記木材鋼材複合柱の外側を取り囲むように連結し、ボルトにより前記L形スラブ(21)と前記角形木梁(2)、前記接合部(10)の間の水平固定接合を行う第5工程と、
    角形スラブ(22)で前記L形スラブ(21)を取り囲むように外側に差し込み接ぎし、ボルトにより前記角形スラブ(22)と前記L形スラブ(21)、前記角形木梁(2)の間の水平固定接合を行う第6工程と、を工程に含むことを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の組立スラブ式木材鋼材複合節点の組立方法。
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