JP3522541B2 - トラス梁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物に用いるト
ラス梁に関する。

【０００２】

【従来の技術】建造物に用いる従来のトラス梁12は、図
11に見られるように、梁間に上弦材８及び下弦材９を架
け渡し、前記上下弦材８,９を等間隔に分割して上下に
架設した各束材13間に交差する斜材10を配した構造をし
ている。上下弦材８,９、束材13及び斜材10には、Ｌ型
鋼や鋼管、角パイプ等が用いられ、それぞれ梁の長さや
要求される耐荷重に対応して径や太さ(スペック)が決定
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、店舗や倉庫が大
型化するに伴い、柱の間隔をできるだけ大きくすること
ができるトラス梁が要求されるようになってきた。当
然、柱の間隔が大きくなればそれだけ梁も長くなり、ト
ラス梁を構成するＬ型鋼や鋼管、角パイプ等にはより大
きな径や太さが求められることになる。これは、トラス
梁自身の重量を増加させ、(1)材料費の増加、(2)施工費
の増加を招いていた。

【０００４】トラス梁に代わり、大型建造物において鉛
直方向の耐荷重性を最も経済的に高めるものが、図12に
見られる張弦梁14である。ところが、梁に掛かる荷重
は、積雪等では下向きに、風圧等には上向きに変化す
る。そこで、図13に見られる上下対称な張弦梁15がよく
用いられる。この張弦梁15では、積雪等では上向きに、
風圧等には下向きに斜材10が圧縮される。一般に、各種
鋼材は引っ張りに強いが、圧縮に対しては座屈しやす
く、座屈しないようにするには細長比を小さくする必要
がある。しかし、細長比を小さくすると、やはり部材
(例えば梁本体16)の大型化を招き、上述同様のコスト増
加を招くことになる。

【０００５】応力調整を目的とし、結果として部材の重
量軽減をもたらすものとして、特開平8-13689号を挙げ
ることができる。これは、図14に見られるように、梁本
体16から束材13を垂下し、各束材13下端を梁本体16両端
から張ったケーブル17で支持する多重ケーブル支持梁18
であるが、これは束材13の本数又は間隔、そして長さ
(高さ)が異なる張弦梁の組合せであり、上方からの鉛直
荷重しか想定していない。そこで、大型建造物を構築す
るにあたり、材料費及び施工費を含めたコスト低減を主
眼とし、上下いずれの方向にも耐荷重性のある新たな梁
構造を提案すべく、検討した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】検討の結果開発したもの
が、トラス構造の梁であり、外上弦材、外下弦材及び外
束材から構成した三角トラスを梁両端に配し、両三角ト
ラスの各外束材の上端間に上弦材、そして各外束材の下
端間に下弦材を架け渡し、両外束材間を分割する中束材
を複数設け、各外束材上端と各中束材の下弦材に対する
交点と、各外束材下端と各中束材の上弦材に対する交点
とを選択的に斜材で結び、この斜材と各中束材との交点
を固定したトラス梁である。三角トラスの形状に限定は
ないが、両外束材が梁中央内向きに対面するようにす
る。

【０００７】外束材及び中束材はすべて同じ長さ(高さ)
である。両外束材間を分割する中束材の本数及び間隔は
任意であるが、左右対称に３〜６本設けることが望まし
く、できれば等間隔に配置するとよい。この場合、中束
材が奇数本であれば、上下弦材の中点に必ず１本の中束
材を配し、中束材が偶数本であれば、上下弦材の中点を
挟んで斜材のない領域を形成するとよい。各外束材上端
と各中束材の下弦材に対する交点とを結んだ斜材は、ト
ラス梁上方から加わる荷重に対して耐荷重性を発揮し、
逆に各外束材下端と各中束材の上弦材に対する交点とを
結んだ斜材は、トラス梁下方から加わる荷重に対して耐
荷重性を発揮する。これから、トラス梁上方からの荷重
のみを考慮すればよい場合、各外束材下端と各中束材の
上弦材に対する交点とを結んだ斜材は設けなくてもよ
い。

【０００８】本発明のトラス梁は、各外束材上端と中束
材の下弦材に対する交点又は各外束材下端と中束材の上
弦材に対する交点とを結ぶ斜材に引張力のみが働くよう
にして、上方又は下方からの荷重に耐える。斜材は、専
ら引張力にのみ耐えられればよく、圧縮力が加わった場
合には一切抵抗せず、座屈しても構わないので、断面二
次半径の小さな部材、例えば丸鋼や帯鋼を使用できる。
また、設計に際し、各荷重に対して引張力が働かない斜
材を無視して計算することができる。斜材と中束材との
交点の固定は、トラス梁に懸かる剪断力に対する抵抗を
高めるもので、トラス梁の変形を小さくする作用を持
つ。

【０００９】本発明のトラス梁は、従来より見られる上
下弦材、中束材及び斜材で構成する張弦梁を三角トラス
で挟むことにより前記張弦梁全長を梁長よりも短く構成
し、両三角トラスに渡した下弦材で中束材下端を支持す
る形態をもつ。こうした形態のトラス梁に上方から荷重
が作用すると、中束材は下方へと移動しようとし、三角
トラスを結ぶ下弦材を下方へ凸形状に変形させる。同時
に、上弦材も下方へと移動しようとするために三角トラ
スはそれぞれ左右に回転を起こし、下弦材に左右外向き
の同軸引張力を発生させる。この引張力は下弦材を直線
形状に復元させようとする力であり、結果として内束材
を押し上げることになる。このように、三角トラスの存
在が耐鉛直荷重の向上をもたらすのである。

【００１０】風圧力によって下から上へ荷重が作用する
場合も考え方は同様であり、各外束材下端と各中束材の
上弦材に対する交点とを結んだ斜材の働きにより耐荷重
性を向上させる。また、中束材を複数本とすることで、
荷重に対する上弦材又は下弦材の座屈支点間距離を小さ
くできる。更に、中束材と斜材との交点を固定すること
によって、梁にかかる剪断力に対して抵抗できる構造と
する。想定する荷重が大きい又はトラス梁全長が大きい
ときは、両三角トラスにおける外束材上下端と各中束材
の上下弦材に対する交点とを結ぶ斜材の数を増やすこと
により、耐力向上と変形を小さくするための作用を各斜
材に分担させることができる。

【００１１】具体例として、(a)中束材を４本とし、外
束材間を５等分(奇数等分)した場合、(1)各外束材上端
と上下弦材の中心に直近の中束材の下弦材に対する交点
とをそれぞれ斜材で結び、この斜材と各外束材に直近の
中束材との交点を固定するトラス梁(図５参照)を基本と
し、(2)各外束材上端と上下弦材の中心に直近の中束材
及び各外束材に直近の中束材の下弦材に対する交点とを
それぞれ斜材で結び、この斜材と各外束材に直近の中束
材との交点を固定するトラス梁(図６参照)、(3)各外束
材上端と上下弦材の中心に直近の中束材の下弦材に対す
る交点、各外束材下端と上下弦材の中心に直近の中束材
の上弦材に対する交点とをそれぞれ斜材で結び、この斜
材と各外束材に直近の中束材との交点を固定するトラス
梁(図１参照)、(4)各外束材上端と上下弦材の中心に直
近の中束材及び各外束材に直近の中束材の下弦材に対す
る交点、各外束材下端と上下弦材の中心に直近の中束材
及び各外束材に直近の中束材の上弦材に対する交点とを
それぞれ斜材で結び、この斜材と各外束材に直近の中束
材との交点を固定するトラス梁(図７参照)、を挙げるこ
とができる。この場合、上下弦材の中心に直近の中束材
間には斜材のない領域が形成され、例えば空調ダクト用
の収容空間として利用できる利点がある。

【００１２】また、(b)中束材を３本として、外束材間
を４等分(偶数等分)した場合、(1)各外束材上端と上下
弦材の中心に位置する中束材の下弦材に対する交点とを
それぞれ斜材で結び、この斜材と各外束材に直近の中束
材との交点を固定するトラス梁(図８参照)を基本とし、
(2)各外束材上端と上下弦材の中心に位置する中束材及
び各外束材に直近の中束材の下弦材に対する交点とをそ
れぞれ斜材で結び、この斜材と各外束材に直近の中束材
との交点を固定するトラス梁(図９参照)、(3)各外束材
上端と上下弦材の中心に位置する中束材の下弦材に対す
る交点、各外束材下端と上下弦材の中心に位置する中束
材の上弦材に対する交点とをそれぞれ斜材で結び、この
斜材と各外束材に直近の中束材との交点を固定するトラ
ス梁(図２参照)、(4)各外束材上端と上下弦材の中心に
位置する中束材及び各外束材に直近の中束材の下弦材に
対する交点、各外束材下端と上下弦材の中心に位置する
中束材及び各外束材に直近の中束材の上弦材に対する交
点とをそれぞれ斜材で結び、この斜材と各外束材に直近
の中束材との交点を固定するトラス梁(図10参照)、を挙
げることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図を参照しながら説明する。図１は中束材１,２,
２,１を等間隔に４本設けた本発明のトラス梁３(上述
(a)-(3)相当)の構成図、図２は中束材１,２,１を等間隔
に３本設けた本発明のトラス梁３(上述(b)-(3)相当)の
構成図、図３は三角トラス４が異なる図１同等トラス梁
３の構成図であり、図４は同じく三角トラス４が異なる
図１同等トラス梁３の構成図である。各例では、三角ト
ラス４を含めて梁長を等間隔にするように、各中束材
１,２の間隔を定めている。このため、図１及び図２の
例の梁長は同一ながら、図２の例の方が中束材２の本数
が少ない分だけ間隔幅が広い。

【００１４】図１を例に、構造を説明する。梁両端に、
外上弦材５、外下弦材６及び外束材７からなる三角トラ
ス４を構成し、この外束材７,７の上下端にそれぞれ上
弦材８及び下弦材９を架け渡している。図１からも明ら
かなように、外束材７上端間に架設する上弦材８と外上
弦材５とは直線上に並んでおり、別材で構成する必要は
なく、実際には１本の上弦材８で両三角トラス４,４に
わたって架設することになる。中束材１,２は、両外束
材４,４間を等分するように割り当てているが、必ずし
も等間隔に配する必要はなく、例えば上下弦材８,９中
心に直近の中束材２,２の間隔を拡げてもよいし、各外
束材７に直近の中束材１を外束材７に接近又は離隔して
もよい。図２の例は、上下弦材８,９中心に中束材２を
１本だけ設けた構造であるほかは、図１例と同様であ
る。

【００１５】図１の例では、各外束材７上端と上下弦材
８,９の中心に直近の中束材１の下弦材９に対する交
点、各外束材７下端と上下弦材８,９の中心に直近の中
束材１の上弦材８に対する交点とをそれぞれ斜材10で結
び、この斜材10と各外束材７に直近の中束材１との交点
を固定している(上述(a)-(3)相当)。上下弦材８,９の中
心に直近の中束材２,２間に斜材はなく、空調ダクトの
収容空間11となる。また、各斜材10と中束材１との交点
は固定することで、トラス梁３に懸かる剪断力に対する
変形を抑制できるようにしている。

【００１６】三角トラスの形状に限定はない。例えば、
図３に見られるように、外上弦材５及び外下弦材６の長
さが略等しい二等辺三角形の三角トラス４にしたり、図
４に見られるように、外下弦材６が下弦材９と直線上に
並ぶ上向きに凸なトラス梁３を構成するようにしてもよ
い。図４の例では、上述した外上弦材５及び上弦材８と
の関係同様、１本の下弦材９を三角トラス４,４にわた
って架設してもよい。このように三角トラスの形状が自
由であることから、本発明のトラス梁は傾斜屋根に対し
ても適用可能になっている。

【００１７】このほかの本発明の適用例を示せば、(a)-
(1)の例としては図５(図１相当構成図)、(a)-(2)の例と
しては図６(図１相当構成図)、(a)-(4)の例としては図
７(図１相当構成図)に示すとおりとなる。また、(b)-
(1)の例としては図８(図１相当構成図)、(b)-(2)の例と
しては図９(図１相当構成図)、(b)-(4)の例としては図1
0(図１相当構成図)に示すことができる。(a)-(1)、(a)-
(2)及び(b)-(1)、(b)-(2)の例は、下方からの荷重は懸
からない(又は微弱)として、上方からの鉛直荷重のみを
考慮したトラス梁３で、(a)-(3)、(a)-(4)及び(b)-
(3)、(b)-(4)の例は、上下両方向からの荷重に耐性を有
するトラス梁３である。(1)→(2)→(3)→(4)の順に耐荷
重性が向上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明のトラス梁における性能向上を
実証するため、実施例及び従来例それぞれの強度計算を
実施し、比較した。実施例及び従来例ともに、最も実施
されるであろう梁長を想定し、同等強度を実現するため
に必要な所要鋼総重量によって優劣を定めた。すなわ
ち、図11に示した最も標準的なトラス梁を100％とした
ときの各実施例及び従来例の所要鋼総重量は何％か(重
量比)を計算した。梁張＝9.2ｍ、梁高＝1.0ｍでの比較
結果を表１、梁張＝18.2ｍ、梁高＝1.0ｍでの比較結果
を表２、そして梁張＝24ｍ、梁高＝1.3ｍでの比較結果
を表３に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】表１において、実施例１は図１相当、実施
例２は図２相当、従来例１は図11相当であり、従来例２
は図14相当である。荷重条件は、上方から0.29ｔ/ｍ、
下方から0.14ｔ/ｍ(ただし従来例２除く)とした。表１
から明らかなように、本発明のトラス梁に必要な所要鋼
総重量は、従来例１に対する重量比で実施例２は約40％
減、実施例１に至っては約55％減となっており、耐荷重
性向上の結果、従来に比べておよそ半分の重量でトラス
梁が構築できることがわかる。従来例２のトラス梁も約
50％減を達成しているが、条件設定からわかるとおり、
下方からの荷重が考慮されていないので、本発明の方が
優れている。

【００２３】表２において、実施例３は図７相当、実施
例４は図10相当、従来例３は図11相当であり、従来例４
は図14相当である。荷重条件は、各節点(上下弦材と内
外束材との交点)に対して上方から2.93ｔ(実施例３では
2.44ｔ)、下方から1.12ｔ(実施例３では0.93ｔ、ただし
従来例４除く)とした。表２の結果では、本発明のトラ
ス梁に必要な所要鋼総重量は、従来例３に対する重量比
にして実施例３及び４共に約30％減となっている。これ
に対して、表１の条件下で性能向上が認められたトラス
梁(従来例４)は、逆に実施例３の重量比は20％も増して
いる。しかも、従来例４は下方からの荷重を考慮してい
ないので、本発明に優位性があることがわかる。

【００２４】表３において、実施例５は図７相当、実施
例６は図10相当、従来例５は図11相当、従来例６は同じ
く図11相当で、従来例７は図14相当である。荷重条件
は、上方から6.61ｔ(実施例５及び従来例５)又は7.93ｔ
(実施例６、従来例６及び従来例７)、下方から2.14ｔ
(実施例５及び従来例５)又は2.57ｔ(実施例６及び従来
例６)とした。表３の結果では、本発明のトラス梁に必
要な所要鋼総重量は、従来例５に対する実施例５の重量
比で約15％減、従来例６に対する実施例６の重量比で約
12％減となっている。しかし、従来例７は、従来例６に
対する重量比が100％を上回ってしまっている。

【００２５】表１〜表３を通して考察すると、梁間が長
くなるにつれて本発明の重量比軽減の効果が低くなって
いることがわかる。これは、比較のために想定したトラ
ス梁における中束材の本数を限定したことにより、各中
束材の間隔が無視できなくなったことによると考えられ
る。しかし、この場合でも、本発明のトラス梁は従来に
比べて明らかに重量比軽減という効果が得られているの
であり、十分に本発明のトラス梁の優位性が実証できた
と言える。

【００２６】上述までの本発明の優位性は、トラス梁と
しての全体構造が優れているばかりでなく、三角トラス
の存在により斜材の張り角度が従来例のトラス梁に比べ
て深くなっている(より垂直に近い)ことによる。すなわ
ち、本発明では、斜材の基点が三角トラスの外束材上端
又は下端であり、三角トラスの幅だけ梁中央へと前記基
点を近づけて斜材を張ることができる。本発明を含む張
弦梁の耐荷重性は斜材による引張力に頼るところが大き
く、斜材は張り角度が深いほど大きな引張力に耐えう
る。図14相当の従来例２から従来例４へと耐荷重性が低
下した(重量比の増加)のは、梁長が延びたことによって
斜材の張り角度が浅くなったためで、三角トラスの存在
により張り角度を深く保てる本発明のトラス梁が優位に
なることは容易に理解できる。このように、本発明の
は、斜材をより効果的に使用するトラス梁なのである。

【００２７】

【発明の効果】本発明のトラス梁により、従来のトラス
梁に比べて所要鋼総重量を低減することができるように
なる。これは、同等の耐荷重性を求めた場合、従来のト
ラス梁に比べて本発明のトラス梁では、使用する部材の
強度スペックを下げることができることを意味し、また
部材数の低減を可能にする。これらから、本発明のトラ
ス梁を用いることで、梁構築の加工及び組立の手間が低
減され、材料費や施工費といったコスト削減も可能にな
るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】中束材を等間隔に４本設けた本発明のトラス梁
の構成図である。

【図２】中束材を等間隔に３本設けた本発明のトラス梁
の構成図である。

【図３】三角トラスが異なる図１同等トラス梁の構成図
である。

【図４】三角トラスが異なる図１同等トラス梁の構成図
である。

【図５】本発明の別例のトラス梁の構成図である。

【図６】本発明の別例のトラス梁の構成図である。

【図７】本発明の別例のトラス梁の構成図である。

【図８】本発明の別例のトラス梁の構成図である。

【図９】本発明の別例のトラス梁の構成図である。

【図10】本発明の別例のトラス梁の構成図である。

【図11】従来の一般的なトラス梁の構成図である。

【図12】張弦梁の構成図である。

【図13】上下対象な張弦梁の構成図である。

【図14】多重ケーブル支持梁の構成図である。

【符号の説明】

１ 外束材に直近の中束材 ２ 上下弦材の中央に直近の中束材 ３ トラス梁 ４ 三角トラス ５ 外上弦材 ６ 外下弦材 ７ 外束材 ８ 上弦材 ９ 下弦材 10 斜材 11 空調ダクトの収容空間

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トラス構造の梁であり、外上弦材、外下
   弦材及び外束材から構成した三角トラスを梁両端に配し
   て、両三角トラスの各外束材の上端間に上弦材、そして
   各外束材の下端間に下弦材を架け渡し、両外束材間を分
   割する中束材を複数設け、各外束材上端と上下弦材の中
   心に直近の中束材の下弦材に対する交点とを斜材で結
   び、該斜材と各外束材に直近の中束材との交点を固定し
   てなるトラス梁。
2. 【請求項２】 各外束材下端と上下弦材の中心に直近の
   中束材の上弦材に対する交点とを斜材で結び、該斜材と
   各外束材に直近の中束材との交点を固定してなる請求項
   １記載のトラス梁。