JP2023516278A - 構造パネルおよび金属支持体を含む複合構造体 - Google Patents
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Abstract
少なくとも１つの構造パネルおよび少なくとも１つの金属波形パネルを含む、建物のための複合構造体であって、少なくとも１つの構造パネルが、当該少なくとも１つの金属波形パネルに固定されている、複合構造体。【選択図】図６
Description
関連出願の相互参照
本非仮出願は、２０２０年３月６日に出願された米国仮出願第６２／９８６，３９８号の優先権および利益を主張するものであり、その内容全体が本明細書に組み込まれる。
本非仮出願は、２０２０年３月６日に出願された米国仮出願第６２／９８６，３９８号の優先権および利益を主張するものであり、その内容全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に、建物を構築するために使用される構造材料、より具体的には、住宅および商業用建物の床および屋根を構築するための複合構造体に関する。
多くの住宅および商業用建物は、不燃性の建物の床および屋根を構築するのにセメント系構造パネルを使用しており、セメント系パネルは、Ｉビームもしくはトラスなどのスチール支持体、またはスチールフレームに支持および固定されている。これらの建物の床および屋根の構築には、波形スチールデッキも使用される。スチールデッキは、典型的には、構造支持体とともに形成されたスチールフレームに固定されて、住宅または商業用建物の屋根を形成する。また、スチールデッキは、打ち込まれたコンクリートと組み合わされて、建物の床を形成することもあり、ここで、床のデッキは、スチール支持体またはスチールフレームに固定されていても、または固定されていなくてもよい。
セメント系パネルを有する不燃性の建物の従来の床構築の場合、セメント系パネルは、支持体または支持体フレームに留められており、ここで、支持体は、典型的には、中心において２４インチ、すなわち、隣接する支持体の中心間で２４インチの間隔が空けられている。セメント系パネルで作製された屋根構造体の場合、支持体は、中央において最大４８インチの間隔が空けられている。支持体の間隔は、セメント系パネルの構造強度に基づく。
ハイゲージスチールデッキは、主に建物の屋根を構築するために使用される。屋根のスチールデッキについての１つの問題は、スチールデッキが環境要素への曝露を理由に、腐食しやすく、雹による損傷を受けやすいことである。スチールデッキは安価であるものの、長寿命性が低いという問題があり、典型的には、頻繁に修理する必要がある。
スチールデッキはまた、打ち込まれたコンクリートと組み合わせて、高層建物の床にも使用されている。スチールデッキおよびコンクリートを用いて床を構築することにはいくつかの重大な問題がある。例えば、スチールデッキおよびコンクリートの床は、コンクリートの凝結時間が比較的長いため、調整が難しい。また、凝結時間が比較的長いと、これらの床の設置に時間および費用がかかる。追加的に、スチールデッキおよびコンクリートで作製された床は、非常に重く、これらの床の死荷重を支えるためだけに追加のスチール支持体が必要となる。追加のスチール支持体は、これらの床に関連する材料費および人件費を増加させる。
先の要因に基づいて、セメント系パネルまたはスチールデッキで作製された床は、低層木造建物の他の床システムまたは高層建物の純粋な打ち込まれたコンクリート床に比べて高価であるため、非効率的である。追加的に、スチールデッキで構築された屋根は長持ちせず、典型的には、経時的に、費用のかかる修理および交換を必要とする。
したがって、従来の建築構造体よりも少ない人件費および材料費を必要とする一方で建築材料を支持するのに十分な強度を有する、建物を構築するための複合構造体が必要とされている。
先に列挙されている必要性は、金属支持体に固定された構造パネルで作製された本複合構造体であって、複合構造体が、従来の建築材料よりも大きい構造強度を有する、複合構造体によって満たされるか、または超えられる。
一実施形態では、建物のための複合構造体が、提供され、少なくとも１つの構造パネルと少なくとも１つの金属波形パネルとを含み、少なくとも１つの構造パネルは、当該少なくとも１つの金属波形パネルに固定されている。
別の実施形態では、建物のための床構造体が、提供され、複数の支持体の中心間の距離が中心において２４インチよりも大きいように間隔が空けられている複数の支持体と、複数の支持体に固定された少なくとも１つの複合構造体とを含み、複合構造体は、波形スチールシートに取り付けられた少なくとも１つの構造パネルを含む。
さらなる実施形態では、建物のための屋根構造体が、提供され、複数の支持体の中心間の距離が４８インチよりも大きいように間隔が空けられている複数の支持体を含み、少なくとも１つの複合構造体は、複数の支持体に固定されており、複合構造体は、波形スチールシートに取り付けられた少なくとも１つの構造パネルを含む。
ここで図１を参照すると、本複合構造体２０は、住宅または商業用建物の床または天井を形成するための材料の組み合わせを含む。複合構造体を使用して、建物の１つ以上の壁を構築することもできる。一実施形態では、複合構造体２０は、建築パネル、より具体的には、ねじまたはボルトなどの留め具２５によって金属支持体２４に固定されたセメント系パネル２２を含む。セメント系パネル２２は、米国特許第６，９８６，８１２号、同第７，４４５，７３８号、同第７，６７０，５２０号、同第７，７８９，６４５号、および同第８，０３０，３７７号に記載されているような構造セメント系パネルであり、これらはすべて、参照により本明細書に組み込まれる。パネル２２は、ポルトランドベースのセメント系パネル、酸化マグネシウムベースのセメント系パネル、または任意の好適なセメント系パネル、または任意の好適な材料もしくは材料の組み合わせで作製されたパネルであり得ると理解されたい。一実施形態では、セメント系パネル２２は、耐アルカリ性ガラスファイバー繊維を含むセメント石膏バインダーで作製されている。図１および２に示されるように、セメント系パネル２２のうちの１つ以上が金属支持体２４に取り付けられて、複合構造体２０を形成する。セメント系パネル２２は、好ましくは、８フィートの長さ、４フィートの幅、および１／２インチ（０．５インチ）の厚さを有する。セメント系パネル２２は、任意の好適な長さおよび幅を有し得ると理解されたい。さらに、セメント系パネルは、１／４インチ（０．２５インチ）、３／８インチ（０．３７５インチ）、１／２インチ（０．５インチ）、５／８インチ（０．６２５インチ）、３／４インチ（０．７５インチ）、１．０インチの厚さ、または任意の好適な厚さを有し得る。
金属支持体２４は、好ましくは、図６に示されるスチールジョイスト２６などの２つ以上の構造支持体上に延在するスチールパネルである。別の実施形態では、金属支持体は、２つ以上のスチールトラス（図示せず）上に延在している。図示されている実施形態では、スチールパネル２４は、４フィートの幅および８フィートの長さを有する。スチールパネルは、任意の好適なサイズおよび形状であり得、任意の好適な寸法を有し得ると理解されたい。図示されている実施形態では、スチールパネルは、複数の突出部材２８と、突出部材間に形成された複数の溝３０とを有する波形スチールシートである。図１、３、および５に示されるように、突出部材２８のそれぞれは、対向する角度付けされた側壁３２と、側壁間に延在する比較的平坦な上壁３４とを有する。突出部材２８の側壁３２は、スチールパネルの底面３６に対して任意の好適な指定された角度で傾斜付けまたは角度付けされ得ると理解されたい。また、突出部材２８の側壁３２は互いに平行であると理解されたい。一実施形態では、図１に示されるスチールパネル２４の突出部材２８の側壁３２は、スチールパネルの底面３６に対して９０度よりも大きい角度を形成する。別の実施形態では、突出部材２８の側壁３２は、互いに平行であり、すなわち、底面に対して９０度の角度を形成する真っ直ぐな側壁である。さらなる実施形態では、突出部材２８および溝３０は、図５に示されるように、湾曲したまたは丸みを帯びた形状を有する。突出部材２８の側壁３２は、任意の好適なサイズまたは形状であり得、スチールパネルの底面３６に対して任意の好適な角度を形成し得ると企図される。
さらに、図１、２、３、および５に示されるように、突出部材２８のそれぞれの幅（ＷＰ）は、溝３０の幅（ＷＧ）よりも大きい。突出部材２８のサイズ、形状、および高さ、ならびに溝３０に対する突出部材の幅は、スチールパネル２４のサイズ、下にある構造フレームまたは支持体上のスチールパネル２４のスパン、スチールパネル２４上のセメント系パネル２２の取り付けまたは結合の所望の強度、および防音などの他の所望の構造特性に基づいて決定される。例えば、スチールパネル２４上の突出部材２８の数を増加させると、セメント系パネル２２を留めることができる表面積が増加し、それによって、セメント系パネルとスチールパネルとの間の取り付けまたは結合の強度が増加する。別の例として、突出部材２８間の溝３０の幅（ＷＧ）を増加させると、セメント系パネル２２とスチールパネル２４との間の空間が増加し、これは、音および振動減衰について、複合構造体を通る音および振動ノイズの移動の低減に役立つ。
また、図５に示されるように、スチールパネル２４、より具体的にはスチール波形シートのそれぞれは、全長（Ｌ）を有する。波形スチールシートの突出部材２８のそれぞれは、幅（ＷＰ）、高さ（Ｈ）、および隣接する突出部材の中心間の距離である中心距離（ＣＤ）を有する。さらに、溝３０の幅（ＷＧ）は、隣接する突出部材２８の側壁間の距離である。突出部材２８、溝３０、および波形スチールシートまたはスチールパネル２４の寸法は、上記のような波形スチールシートおよび複合構造体２０の所望の構造特性に基づいた任意の好適な寸法であり得ると理解されたい。
図２を参照すると、複合構造体２０は、留め具を使用して、好ましくは波形スチールシートまたは波形スチールデッキである金属支持体またはスチールパネル２４にセメント系パネル２２を取り付けることによって作製される。代替的に、セメント系パネル２２は、接着剤または接着剤と留め具との組み合わせを使用してスチールパネル２４に取り付けられ得る。一実施形態では、複合構造体２０は、セメント系パネルの幅および／または長さに沿って留め具をセメント系パネル２２に通して波形スチールシート２４の突出部材２８のうちの１つ以上に設置することでセメント系パネル２２のうちの少なくとも１つを波形スチールシート２４に固定することによって予め製造される。次いで、予め製造された複合構造体２０のうちの１つ以上は、作業現場に輸送され、そこで、複合構造体は、図６および７に示されるスチールトラス２６などの支持体フレームに取り付けられて、建物の床または屋根を形成する。複合構造体２０は、金属フレームもしくは金属支持体、木材フレームもしくは木材支持体、プラスチックフレームもしくはプラスチック支持体、または任意の好適なフレームもしくは支持体に取り付けられ得ると理解されたい。別の実施形態では、セメント系パネル２２および波形スチールシート２４は、作業現場に輸送され、セメント系パネルは、作業現場で波形スチールシートに固定されて、複合構造体を形成する。
本複合構造体２０を含む建物の床３８の実施形態が図６に示されており、ここで、床は、下記の完成した天井３９も支持する支持体フレーム構造体２６上に配置されている。天井は、セメント系パネルまたは他の好適な材料などの１つ以上の層の石膏ウォールボードパネル４２と、天井３９を支持するいくつかの弾性チャネル部材４４とを含む。床３８は、弾性チャネル部材４４を有していても、または有していなくてもよい。典型的には、床３８は、図６に示される、スチールトラスまたはＩビーム２６などの複数の構造支持体を含む。先に言及されているように、従来の構造支持体は、通常、中心において、すなわち、ある構造支持体の中心から隣接する構造支持体の中心まで２４インチの間隔が空けられている。しかしながら、従来の建築材料よりも大きい構造強度を有する本複合構造体２０を床の構築において使用すると、構造支持体２６は、中心において４８インチ以上の間隔を空けることができる。構造支持体２６間の間隔を広げることができることによって、時間と同様に、かなりの材料費および人件費が節約される。追加的に、先に言及されているように、複合構造体２０におけるセメント系パネル２２と波形スチールシート２４との間に形成された空間４５によって、床３８を移動する音および振動が減衰され、それによって、本複合構造体２０を使用する床の防音特性が向上する。図６に示されるように、ガラスファイバー遮断体などの遮断材料４６が、温度制御および／またはさらなる音減衰のために、構造支持体２６間に挿入され得る。図示されている実施形態では、下敷き材４０がセメント系パネルの上面に配置されて、木の厚板、タイル、または他の好適な仕上げ材料などの仕上げ材料のためのベースを形成する。下敷き材は、打ち込まれたコンクリートなどの打ち込まれた材料、または合板パネルなどの木材、または別の好適な材料であり得る。
本複合構造体２０を含む屋根構造体または屋根４８の実施形態が図７に示されている。図示されている実施形態では、複合構造体２０の１つ以上の区分が、スチールトラス２６などの構造支持体に固定されている。従来の屋根構造体では、スチール支持体またはトラス２６は、典型的には、従来の建築材料を十分に支持するために、中心において４８インチの間隔が空けられている。本複合構造体２０を使用すると、スチール支持体／トラス２６は、中心において最大６０インチ～最大７２インチの間隔を空けることができる。先の床３８と同様に、スチール支持体２６間の間隔が増加すると、屋根４８に必要な材料が減少し、それによって、屋根に関連する材料費および人件費が大幅に減少する。図７に示される屋根４８では、屋根材料が複合構造体２０に取り付けられている。例えば、この実施形態では、遮断材料５０、屋根カバーボード５２、およびメンブレンまたは耐水性材料５４が、複合構造体２０の上面５６に固定されている。遮断材料５０、屋根カバーボード５２、およびメンブレン５４が、複合構造体２０に直接的に取り付けられ得る、またはこれらの材料の任意の組み合わせが、屋根の所望の構造体に基づいて複合構造体２０に取り付けられ得ると理解されたい。また、屋根を形成するために、任意の好適な材料または複数の材料が複合構造体に固定され得ると理解されたい。追加的に、屋根メンブレン、ガラスファイバー、金属または木材の屋根板などの屋根仕上げ材料をメンブレン５４に固定して、屋根５０の上面を形成することができる。代替的に、屋根仕上げ材料は、複合構造体２０の上面５６に直接的に固定されてもよい。
本複合構造体の特定の実施形態が本明細書に記載されているが、そのより広い態様において、および以下の特許請求の範囲に記載されているように、本発明から逸脱することなく、変更および修正を行うことができると当業者には理解されるであろう。
Claims (10)
- 建物のための複合構造体であって、前記複合構造体が、
少なくとも１つの構造パネルと、
少なくとも１つの金属波形パネルと、を含み、前記少なくとも１つの構造パネルが、前記少なくとも１つの金属波形パネルに固定されている、複合構造体。 - 前記少なくとも１つの構造パネルがセメント系パネルである、請求項１に記載の複合構造体。
- 前記少なくとも１つの構造パネルがスチールパネルである、請求項２に記載の複合構造体。
- 前記少なくとも１つの金属波形パネルが、複数の突出部材と、前記突出部材間に形成された複数の溝とを含み、前記少なくとも１つの構造パネルが、前記突出部材のうちの少なくとも１つに固定されている、請求項１に記載の複合構造体。
- 前記突出部材のそれぞれの幅が、前記溝のそれぞれの幅よりも大きい、請求項４に記載の複合構造体。
- 前記溝のそれぞれの幅が、前記突出部材のそれぞれの幅よりも大きい、請求項４に記載の複合構造体。
- 前記突出部材のそれぞれが、角度付けされた対向する側壁と、前記側壁間に延在する上壁とを有する、請求項４に記載の複合構造体。
- 前記突出部材および前記溝のそれぞれが、湾曲した形状を有する、請求項４に記載の複合構造体。
- 前記少なくとも１つの構造パネルの表面に固定された遮断材料をさらに含む、請求項１に記載の複合構造体。
- 前記遮断材料に固定されたガラスマット屋根ボードまたは耐水性メンブレンのうちの１つをさらに含む、請求項９に記載の複合構造体。
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