JP2024041696A - 鉄骨柱及びそれを用いた木材とのハイブリッド柱材 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨柱の柱面部の外面に木材等を直接的に固着することができる鉄骨柱及びそれを用いた木材とのハイブリッド柱材を提供する。【解決手段】角筒状の鉄骨柱であって、中空部が形成された四角柱を構成する縦長の柱面部に雌ねじ部がタッピングされて設けられている。他の形態として、角筒状の鉄骨柱であって、中空部が形成された四角柱を構成する縦長の四面の柱面のうち、対面する柱面部の間に前記中空部内で架け渡されるように、前記対面する柱面部のそれぞれに設けられた貫通孔に端部が内嵌された状態で固着された柱面部間の架け渡し部材を備え、該架け渡し部材の端面に雌ねじ部が設けられている。【選択図】図１

Description

この発明は、木材やパネルなどを、柱面部の外面に容易に固着することができる角筒状の鉄骨柱及びそれを用いた木材とのハイブリッド柱材に関する。

従来、鉄骨柱を用いた木材とのハイブリッド柱材としては、木質系長尺素材を長手方向の面から、長手方向に溝を削出し、該溝に鋼管を挿入し、溝が形成された木質系長尺素材の溝の両側に形成された２つの面と、該溝に跨って前記２つの面を覆う巾を備えた木質系覆い材を接着して、両木質材を接合することにより、鋼管・木材ハイブリッド柱材を製造する方法（特許文献１）が提案されている。

また、従来、鉄骨柱を用いた木材とのハイブリッド柱材としては、鋼管柱の周囲に緩衝材を巻着し、その外周に集成材を包着し、更に集成材外周面に板目化粧を貼着して組み立てられてなると共に、前記集成材は複数の集成材分割体の端面に咬み合い溝を形成し、各分割体の咬み合い溝同士を咬合接着して接合されてなることを特徴とする建築材（特許文献２）が提案されている。

特開２０１７－８９３２９号公報（請求項４、図２） 特開昭５７－５４６５３号公報（特許請求の範囲、図２）

鉄骨柱及びそれを用いた木材とのハイブリッド柱材に関して解決しようとする問題点は、従来、鉄骨柱を集成材などの木材で被覆する場合は、木材片同士を鉄骨柱の周囲で接着することで行われており、鉄骨柱が角柱であって柱面（柱面部の外面）が四面ある場合、例えばその四面の柱面のうち一面に外壁などのパネルを固着する際には、そのパネルを鉄骨柱の柱面に直接的に固着することが難しい構造になっている。すなわち、従来の鉄骨柱では、その柱面に木材等を直接的に固着する構造が提案されていないことにある。

そこで本発明の目的は、鉄骨柱の柱面部の外面に木材等を直接的に固着することができる鉄骨柱及びそれを用いた木材とのハイブリッド柱材を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る鉄骨柱の一形態によれば、角筒状の鉄骨柱であって、中空部が形成された四角柱を構成する縦長の四面の柱面部のうち、対面する柱面部の間に前記中空部内で架け渡されるように、前記対面する柱面部のそれぞれに設けられた貫通孔に端部が内嵌された状態で固着された柱面部間の架け渡し部材を備え、該架け渡し部材の端面に雌ねじ部が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る鉄骨柱の一形態によれば、前記架け渡し部材が、円柱状の棒材によって設けられていることを特徴とする。

本発明に係る鉄骨柱の一形態によれば、前記柱面部に設けられた前記貫通孔の周縁部であって該柱面部の外面の側に開先が設けられ、前記架け渡し部材が、該架け渡し部材の端部の外周と前記開先との間で溶接によって固着されていることを特徴とすることができる。

本発明に係る鉄骨柱の一形態によれば、前記架け渡し部材が、一方の対面する柱面部の間に架け渡されたものと、他方の対面する柱面部の間に架け渡されたものとによって、前記四角柱の長手方向に間隔を置いて交互に配されていることを特徴とすることができる。
本発明に係る鉄骨柱の一形態によれば、前記四角柱の中空部にコンクリートが充填されていることを特徴とすることができる。

本発明に係る鉄骨柱を用いた木材とのハイブリッド柱材の一形態によれば、前記雌ねじ部にボルトを螺合することで、前記柱面部の外面と前記ボルトの頭との間に、木材が挟持された状態に固定されていることを特徴とすることができる。

本発明に係る鉄骨柱及びそれを用いた木材とのハイブリッド柱材によれば、鉄骨柱の柱面部の外面に木材等を直接的に固着することができるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る鉄骨柱の第１の形態例を示す断面図である。 図１の形態例のタッピング部の詳細を示す拡大断面図である。 図１の形態例の施工方法を示す断面図である。 図１の形態例の鉄骨柱を用いた木材とのハイブリッド柱材の断面図である。 本発明に係る鉄骨柱の第２の形態例を示す平面図である。 図５の形態例のタッピング部の詳細を示す拡大断面図である。 図４の形態例の鉄骨柱を用いた柱材の側面図である。 図５の形態例の鉄骨柱を用いた木材とのハイブリッド柱材の断面図である。

以下、本発明に係る鉄骨柱及びそれを用いた木材のハイブリッド柱材の形態例を、図面（図１～８）に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る鉄骨柱の第１の形態では、図１及び図２に示すように、角筒状の鉄骨柱１０であって、四角柱を構成する縦長（長尺）の柱面部１１に雌ねじ部１２がタッピングされて設けられている。
なお、本形態例の柱面部１１とは、鋼管角柱などの角筒状の鉄骨柱１０の四面を構成する板状の肉厚部であり、所要の強度を具備するために所要の厚さを備えており、その外面が、鉄骨柱１０の長尺の柱表面（外側面）を形成している。

これによれば、鉄骨柱１０の柱面部１１に木材３０等を直接的に固着することができる。すなわち、木材３０の固着状態を示す図４のように、木材３０などの部材を、柱（鉄骨柱１０）に、雌ねじ部１２に対してボルト４０を締結することで適切且つ容易に固着させることができる。より具体的には、雌ねじ部１２にボルト４０を螺合することで、柱面部１１の外面とボルト４０の頭との間に木材３０が挟持された状態に固定することができる。このように、鉄骨柱１０の柱面部１１に木材３０を固着することで、耐火性を向上できる。なお、木材３０としては、寸法的な狂いの少ない集成材を用いると良いが、それに限定されることなく、直接的に柱面部１１に固定できるため、木材３０相互間の寸法精度の許容値を大きくでき、集成材以外の木質材も好適に利用し易いなど許容範囲が広がる。

なお、ボルト４０の頭は、木材３０の表面側に設けられた溝穴３２の中に入った状態となり、化粧木片３３によって隠される。これによって、木材３０による柱表面３４(外面)の見栄えを良くすることができる。また、ワッシャー４１を介してボルト４０の頭が木材３０に圧接するように設けられており、木材３０が損傷しない効果がある。さらに、木材３０に設けられたボルトを通す透孔であるボルト孔３１の孔径は、鉄骨柱１０と木材３０との熱膨張率の差を考慮して、ボルト４０の径に対して大きく設定すればよく、鉄骨柱１０と木材３０との間に変位によって生じるズレを許容できるようにすればよい。

また、この鉄骨柱１０の柱面部１１に対する木材３０等の取り付け形態によれば、図４に示すように各木材片（木材３０）を、それぞれ別々に鉄骨柱１０に固着することができる。また、各柱面部１１に固定される木材３０のいずれかに代えて、外壁などのパネルや、横方向に梁状に架け渡す形態に固定される部材（例えばＣ型鋼）などを適宜に固定することもできる。

ところで、従来は、鋼管角柱などの角筒状の鉄骨柱１０の柱面部１１の四面において、その柱面部１１の各面との相互間にあって、正確な位置にタッピング（ネジ切り）を行うことは手間がかかるもので困難であった。このことが阻害要因となって、従来は、木材３０同士を接着するか、木材同士を釘で固定することで、その木材を鉄骨柱１０に対して固着していたのが実情である。

これに対して、最近は、鉄骨柱１０などの長尺の鋼材について切断や孔開け及びタッピングなどの加工が自在にできるように開発された装置であって、ファイバーレーザーなどを用いてコンピュータ制御によって極めて高い精度で鋼材を加工できる工作機械を利用できる状況になってきている。これによれば、鉄骨柱１０の柱面部１１の四面において、その柱面部１１の各面との相互間について正確な位置にタッピング（ネジ切り）を行うことが可能となっている。このことによって、以上に説明した本発明に係る鉄骨柱１０の生産を容易に行うことが可能となり、従来の阻害要因を解消することができる。

また、図１に示す形態例では、柱の補強形態として、コンクリート６０を、鉄骨柱１０（本形態例では角型鋼管）の内部に流し込んで固める場合にも対応できる。その際の施工工程は、図３に示すように、ダミーのボルト５０を雌ねじ部１２にねじ込んでセットした後で、コンクリート６０を鉄骨柱１０の内部に充填して固める。次に、コンクリート６０が硬化した後で、ダミーのボルト５０を取り外す。すなわち、コンクリート６０と金属のダミーのボルト５０は結着することがなく、ダミーのボルト５０は簡単に脱着することができる。そして、図４に示すように、木材３０などの部材を、鉄骨柱１０の柱面部１１にボルト４０を用いて適切に固着することができる。

本発明に係る鉄骨柱の第２の形態では、図５及び図６に示すように、角筒状の鉄骨柱１０であって、中空部１６が形成された四角柱を構成する縦長の四面の柱面部１１のうち、対面する柱面部１１、１１の間に架け渡されるように、その対面する柱面部１１、１１のそれぞれに設けられた貫通孔１３に端部が内嵌された状態で固着された柱面部間の架け渡し部材２０を備え、その架け渡し部材２０の端面に雌ねじ部２１が設けられている。つまり、架け渡し部材２０の中心軸に、どちらの端面からも雄螺子が螺合できるように、一対の雌ねじ部２１が設けられている。
なお、雌ねじ部２１は、架け渡し部材２０が架け渡されて固着される前に予め形成されていてもよいし、架け渡し部材２０が架け渡されて固着された後にタッピングによって設けられてもよい。

また、この第２形態例では、図７に示すように、各架け渡し部材２０が、鉄骨柱１０の内部で長手方向（上下方向）について干渉しないように間隔をあけて配置されている。図７の形態例では、各架け渡し部材２０が、鉄骨柱１０の上下方向に等間隔に配置されているが、本発明に限定されるものではなく、各架け渡し部材２０が、鉄骨柱１０に長手方向（上下方向）について干渉しなければ、架け渡し部材２０相互間の間隔及びその数を適宜に設定できるのは勿論である。
なお、本形態例では、架け渡し部材２０が、合理的な汎用形態として、一対の実質的に平行に配された柱面部１１、１１に対して、実質的に垂直に固定され形態になっている。
さらに、本形態例では、架け渡し部材２０が、一方の対面する柱面部１１、１１の間に架け渡されたものと、他方の対面する柱面部１１、１１の間に架け渡されたものとによって、前記四角柱（鉄骨柱１０）の長手方向に間隔を置いて交互に配されている。これによれば、複数の架け渡し部材２０が平面視で前後左右に交差（本形態例では直交）する状態で交互に配置されることになり、鉄骨柱１０の剛性強度をバランスよく高めることができる。

これによれば、前述した第１の形態例と同様に、鉄骨柱１０の柱面部１１に木材３０等を直接的に固着することができる。すなわち、木材３０の固着状態を示す図６のように、木材３０などの部材を、柱（鉄骨柱１０）に、雌ねじ部２１に対してボルト４０を締結することで適切且つ容易に固着させることができる。より具体的には、雌ねじ部２１にボルト４０を螺合することで、柱面部１１の外面とボルト４０の頭との間に木材３０が挟持された状態に固定することができる。

また、前述した第１の形態例と同様に、ボルト４０の頭は、木材３０の表面側に設けられた溝穴３２の中に入った状態となり、化粧木片３３によって隠される。これによって、木材３０による柱表面３４の見栄えを良くすることができる。また、ワッシャー４１を介してボルト４０の頭が木材３０に圧接するように設けられており、木材３０を損傷させない効果がある。さらに、木材３０に設けられたボルト孔３１の孔径は、鉄骨柱１０と木材３０との熱膨張率の差を考慮して、ボルト４０の径に対して大きく設定すればよく、鉄骨柱１０と木材３０との間に変位によって生じるズレを許容できるようにすればよい。

さらに、これも前述した第１の形態例と同様に、この鉄骨柱１０の柱面部１１に対する木材３０等の取り付け形態によれば、図６に示すように各木材片（木材３０）を、それぞれ別々に鉄骨柱１０に固着することができる。また、各柱面部１１に固定される木材３０のいずれかに代えて、外壁などのパネルや、横方向に梁状に架け渡す形態に固定される部材（例えばＣ型鋼）などを適宜に固定することもできる。

また、この第２の形態例でも、図示しないが前述した第１の形態例と同様に、コンクリート６０を鉄骨柱１０の内部に流し込んで固め、柱としての強度を高めることができる。この場合、柱面部１１間に架け渡し部材２０が固定されているため、柱面部１１が膨らむように変形することを防止することができる効果がある。また、架け渡し部材２０の端部によって貫通孔１３が埋められた形状となるため、断面欠損とならず、応力集中による破壊を防止でき、十分な強度を得ることができる。

本形態例によれば、架け渡し部材２０が、円柱状の棒材によって設けられていることで、第２の形態例の鉄骨柱１０を合理的且つ容易に形成することができる。なお、この架け渡し部材２０としては、本形態例のような軸心が中実の棒材に限定されるものではなく、雌ねじ部２１を適切に設けることができれば、軸心が中空の棒材であってもよい。また、この円柱状の棒材で設けられた架け渡し部材２０を鉄骨柱１０の柱面部１１間に固着するため、柱面部１１に設けられた貫通孔１３の周縁部であってその柱面部１１の外面の側に開先１４が設けられ、架け渡し部材２０が、その架け渡し部材の端部２０の外周と開先１４との間で溶接によって固着されていることを特徴とすることができる。これによれば、第２の形態例の鉄骨柱１０を、架け渡し部材２０の端部への溶接熱の影響を抑制しつつ、合理的且つ容易に形成することができる。なお、本形態例では、架け渡し部材２０の両端面がそれぞれ柱面部１１の外面とフラットになるように形成されているが、これに限定さえるものではなく、柱面部１１の外面から外側へ若干突起する凸部の形態とすることもできる。この架け渡し部材２０の端部による凸部によれば、溶接を行い易い形態とすることができ、木材３０等の取り付け材との関係でその取り付け材の側に凹部を設け、仮止めの際などに利用可能な遊嵌状態の嵌め合い関係（位置決め手段）とすることができる。

ところで、従来は、角型鋼管柱などの角筒状の鉄骨柱１０の柱面部１１の四面において、その柱面１１の各面との相互間について正確な位置に孔開け加工や開先を形成する加工を行うことは手間がかかるもので困難であった。このことが阻害要因となって、従来は、木材３０同士を接着するか、木材同士を釘で固定することで、その木材を鉄骨柱１０に対して固着していたのが実情である。

これに対して、最近は、鉄骨柱１０などの長尺の鋼材について切断や孔開け及び開先の形成などの加工が自在にできるように開発された装置であって、ファイバーレーザーなどを用いてコンピュータ制御によって極めて高い精度で鋼材を加工できる工作機械を利用できる状況になってきている。これによれば、鉄骨柱１０の柱面部１１の四面において、その柱面部１１の各面部との相互間について正確な位置に開先１４を形成した貫通孔１３を容易に設けることが可能になっている。このことによって、以上に説明した本発明に係る第２の形態例の鉄骨柱１０の生産を容易に行うことができ、従来の阻害要因を解消している。

次に、以上に説明した形態例の具体例にあって、具体的な寸法（サイズ）などについて簡単に説明する。
図７に示す形態例の基板１５の上に固定された鉄骨柱１０の長さ（高さ）は、例えば４ｍであり、図面上において正面から裏面（前後の面の間）に架け渡された前後の架け渡し部材２０が１ｍのピッチで３本固着されていると共に、図面上において左右の面の間に架け渡された左右の架け渡し部材２０が１ｍのピッチで２本固着されており、前後の架け渡し部材２０と左右の架け渡し部材２０との間のピッチが５０ｃｍとなっている。また、本形態例の鉄骨柱１０は、四角の一辺が例えば３０ｃｍ又は４５ｃｍの角筒形であり、開先１４の大きさは例えば３～５ｍｍであって、ボルト４０は例えばＭ１２～Ｍ２２を想定しているが、これらに限定されるものではないのは勿論である。

また、以上に説明した形態例によれば、高さ方向（柱材の長手方向）の所要位置について、架け渡し部材２０を、間隔を置いて一本ずつ配した形態になっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、架け渡し部材２０を鉄骨柱１０の高さ（長尺）方向の所要位置について複数本を配した形態にしてもよいのは勿論である。
さらに、本発明によれば、上下に立てる柱材に限定されるものではなく、断面が四角で長尺に設けられた柱状の構造材として応用できるのは勿論である。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

１０ 鉄骨柱（四角柱）
１１ 柱面部
１２ 雌ねじ部
１３ 貫通孔
１４ 開先
１５ 基板
１６ 中空部
２０ 架け渡し部材
２１ 雌ねじ部
３０ 木材
３１ ボルト孔
３２ 溝穴
３３ 化粧木片
３４ 柱表面
４０ ボルト
４１ ワッシャー
５０ ダミーのボルト
６０ コンクリート

Claims (6)

1. 角筒状の鉄骨柱であって、中空部が形成された四角柱を構成する縦長の四面の柱面部のうち、対面する柱面部の間に前記中空部内で架け渡されるように、前記対面する柱面部のそれぞれに設けられた貫通孔に端部が内嵌された状態で固着された柱面部間の架け渡し部材を備え、該架け渡し部材の端面に雌ねじ部が設けられていることを特徴とする鉄骨柱。
2. 前記架け渡し部材が、円柱状の棒材によって設けられていることを特徴とする請求項１記載の鉄骨柱。
3. 前記柱面部に設けられた前記貫通孔の周縁部であって該柱面部の外面の側に開先が設けられ、前記架け渡し部材が、該架け渡し部材の端部の外周と前記開先との間で溶接によって固着されていることを特徴とする請求項２記載の鉄骨柱。
4. 前記架け渡し部材が、一方の対面する柱面部の間に架け渡されたものと、他方の対面する柱面部の間に架け渡されたものとによって、前記四角柱の長手方向に間隔を置いて交互に配されていることを特徴とする請求項３記載の鉄骨柱。
5. 前記四角柱の中空部にコンクリートが充填されていることを特徴とする請求項４記載の鉄骨柱。
6. 前記雌ねじ部にボルトを螺合することで、前記柱面部の外面と前記ボルトの頭との間に、木材が挟持された状態に固定されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の鉄骨柱を用いた木材とのハイブリッド柱材。

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