JP3936746B2 - 構造部材 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、家屋等の建築工事用の構造部材に関するものである。本発明は、必ずしもそれに限らないが、家屋建築における屋根トラス(roof truss)の組み立てのために弦材(chord)としての用途に適したものである。
背景技術
金属製の屋根トラスは、普通、箱形断面弦材(box-section chords)とＣ字形断面ウェブ部材から構成されている。箱形断面弦材は二つのＣ字形断面部材からなり、それぞれの部材は、圧延加工をしてディンプルを形成した後に、溶接、リベット留め、ホールパンチ留め、ボルト締め又はねじ止めを行って二つのＣ字形断面形状を呈するようにしている。Ｃ字形断面部材の組み立ては特殊な工程であることから、余分のコスト及び弦材の生産に余分のコストや時間を惹起している。
開放断面材のほうが一般に、２つのＣ字形断面部材で構成される箱形断面材よりも早く、安く作製できるが、弦材に要求される強さや硬さが不足している。そのため、溝形材やＺ字形断面材のような開放断面材が建築枠組みや屋根トラスの構成に用いられる場合では、本来備わっている強さの不足を補償するために、過大寸法の断面部材を用いるとか、別途補強材を用いるとかで用心が必要である。いうまでもないことだが、それによってコストがかかってしまう。
さらに加えて、頂部と底部の弦材の連結及びウェブ部材と弦材との連結を行うに当たっては、たいてい特別の連結部材又は溶接による連結部の形成を必要とし、それによって余分のコストがかかり、そのような構造からくる複雑さを助長している。
発明の要旨
本発明の目的は、トラスの弦材又は他の構造部材を形成するために適した代替の構造部材を提供することである。
本発明の第一の態様では、小フランジ(minor flange)と、大フランジ(major flange)及びそれらを互いに連結するとともに、構造部材の長手方向に直交し、かつ、両フランジを貫通して延在する断面軸(section axis)を有するウェブ(web)とを含む断面部分を有する長尺状開放構造部材であって、
前記ウェブは、実質上前記断面軸と一致するように延在しているがフランジ間の断面軸の長さより実質的に短い直線状の部分と、前記断面軸の一方の側方へ延在する開き部分とを備えており、
前記小フランジは、前記断面軸の前記一方の側方に延在しており、
前記大フランジは、前記開き部分から前記断面軸の他方の側方へ延在しているものであり、
断面構造が、同一構成のもう一つの開放構造部材を反転裏返しすると、それぞれの直線状部分が互いに重なり合い、かつ、小フランジがそれに対応する大フランジの下側に対して当接配置された状態で重ね合わせることができる長尺状開放構造部材を提供している。
本発明の他の態様では、小フランジ、大フランジ、及びそれらを互いに連結するとともに構造部材の長手方向に直交し、かつ、両フランジを貫通して延在する断面軸を有するウェブとを含む断面部分を有する長尺状開放構造部材であって、
前記ウェブは、実質上前記断面軸と一致するように延在しているがフランジ間の断面軸の長さより実質的に短い直線状の部分と、断面軸の一方の側方へ延在する開き部分とを備えており、
前記小フランジは、前記断面軸からその一方の側方に延在しており、
前記大フランジは、前記開き部分から前記断面軸の他方の側方へ延在しているものであり、
断面構造が、同一構成のもう一つの開放構造部材を反転裏返しすると、それぞれの直線状部分が互いに重なり合い、かつ、小フランジがそれに対応する大フランジの下側に対して当接配置された状態で重ね合わせることができる長尺状開放構造部材を提供している。
直線状部分は、適当な長さとすることができるが、好ましくはフランジ間の断面軸の主要部分に沿って延在するのが望ましい。ここで「適当な」(suitable)とは、開放構造部材の特定用途によって制限されるものであり、対応する部材が用いられた場合には、直線状部分の長さは直線状部分が重ね合わせられるようになっている。
開き部分は適切な形状とすることができる。開き部分は湾曲しているか、直線状であるか、或いは、一組の直線部分を含むものであってもよい。好ましい態様としては、開き部分は断面軸から鋭角をなして開いている単一の直線部分からなるものである。
好ましくは、大フランジは開き部分から鋭角で延在しているものである。開放構造部材が頂部に大フランジを持つ弦材として用いられる場合には、直線状部分はフランジ間の断面軸の長さより実質上短く、開き部分が実質上断面軸の方向に働く圧縮力に抵抗するバネのように働き、それによって大フランジの変形に抵抗するという利点をもたらす。
直線部分は反対側の開き部分の端で小フランジと連接している。好ましくは、小フランジは直線状部分からほぼ９０°で延在しているものである。別の方法としては、直線部分は、小フランジまで延在する別の開き部分を備えていてもよい。この別の開き部分は、曲がっているもの、直線状、又は一組の直線部分からなるものであってもよい。
小フランジは、好ましくは大フランジより短く、さらに好ましくは断面軸と大フランジの交差点と大フランジの自由端との間に延在する大フランジの切片より短いものである。好ましくは、断面軸の交点は大フランジと交差する中ほどに現われる。
フランジは、好ましくは実質上平坦であるか、少なくとも、断面軸に対して実質上対角線的に向かい合っている部分が実質的に平行なものである。また、好ましくは、大フランジは小フランジと実質的に平行である。
開放構造部材は、好ましくは断面軸に沿って結合される部材の断面軸に対して横への動きを制限する制限手段を備えているものである。また、好ましくは、前記制限手段が大フランジの自由縁部(free edge)に沿って延在する返しフランジにより画成されている。
大フランジ又は小フランジ、あるいはその両方のフランジは、好ましくは返しフランジで終端させたものである。返しフランジは、好ましくは断面軸と実質上平行に返るものである。また、好ましくは、同一構成のもう一つの開放構造部材を反転裏返しすると、互いに重ね合わせることができるように、大フランジの返しフランジは断面軸から小フランジの自由端よりもっと遠くに配置される。
開放構造部材は、好ましくは、非対称な形状であって、同一構成のもう一つの開放構造部材を反転裏返しすると、重ね合わせることができ、その際、一方の開放構造部材の小フランジを他方の開放構造部材の大フランジに置くことができ、直線状部分を重ねることができる。
さらに本発明の他の態様では、トラス用弦材部材を提供するもので、前記弦材部材は上述する開放構造部材であり、それによって弦材部材は頂部の大フランジ及び交差している弦材部材間の相互連接として配置することができ、弦材部材は、他方の弦材部材の大フランジの下側に実質的に隣接する一方の弦材部材の小フランジと重なっているそれぞれの直線状部分の重なりと、それぞれの弦材部材の固定を可能にする直線状部分の重なりとによって構成されているそのような配置においては、ウェブは接合部でボルト締め、ねじ留め、溶接のようないずれかによって接続のために重なるものであり、望まれるときはウェブは相対する弦材部材の大フランジ内に重ね合わされている小フランジに配置される。
また、好ましくはトラス用弦材は、頂部及び底部弦材部材のウェブ間の接続を適切に終端させている開放断面部材であるトラス部材によって相互連接されたものである。
Ｃ字形断面トラス部材に対して頂部及び底部弦材を構成する開放構造部材を有する組み立てられたトラスは、好ましくは弦材部材がトラス部材をしっかりと保持している(proud of)ものであって、それによって組み立てられたトラスの積み重ねを許容し、重なり部分の輸送が弦材部材の積み重ねによるトラス部材の損傷のおそれもなくできる。それに対して、従来の箱形断面弦材はそれらの表面平坦部分で連結したＣ字形断面トラス部材を有しており、それによってトラス部材が弦材部材を保持することとなり、トラス部材を露出させ、積み重ねている間及び輸送の間に損傷を与えてしまうこととなる。
本発明のまた他の実施の態様として、大まかに言って、上述したように複合ビーム(composite beam)を提供している。そして、前記複合ビームは、２つの開放構造部材の互いに逆の方向での重ね合わせによってなり、それは一方の部材の小フランジが他方の部材の大フランジ内に配置されているものであって、直線部分の重なりと、開放構造部材を連結するとともに固定する手段とから形成されたものである。
開放構造部材は、固定手段によって互いの横方向の変位を防止することができるが、好ましくは、開放構造部材の互いの横方向の変位を抑制するように大フランジの自由縁部に沿って返しを設けている。
好ましくは、開放構造部材の重ね合わせは上述したように２つの実質的に閉じた断面部を形成し、それによってビームに強さをもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
以後、添付図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施の態様を一例として詳述する。
図１は、長尺状開放構造部材の端面図である。
図２、図３及び図４は、部材の斜視図である。
図５は、互いに反転裏返しして重ねた２つの部材の端面図である。
図６ａは、開放構造部材を頂部弦材と底部弦材に利用した組立てトラスの正面図である。
図６ｂから図６ｇは、図６ａ中に示しているトラスのいくつかの結合箇所を示すものである。
図７ａから図７ｃは、２つの開放構造部材の連結を示す図である。
図８ａから図８ｃは、Ｃ字形断面部材からなるトラス部材の弦材とのいくつかの連結を示す図である。
図９ａから図９ｃは、弦材とトラス部材との別の結合を示すものである。
図１０は、代替の構造部材を示すものである。
好ましい実施の形態の詳細な説明
図１、図２、図３及び図４に関して、ここでは小フランジ１２とウェブ１４により分離されている大フランジ１３とを有する長尺状開放構造部材１０を示している。部材１０の長手軸１１ｂが図２に示されている。ウェブ１４は平坦部分１７と開き部分１８とを備えている。断面軸１１ａは直線状部分１７に合致している。
小フランジ１２は、平坦部分１７から９０°の角度をなして延在している。この小フランジ１２は返しフランジ１５を備えている。返しフランジ１５は断面軸１１ａに平行である。
開き部分１８は、断面軸１１ａからαを以て示している鋭角をなして開いている。開き部分１８は大フランジ１３に連接されている。大フランジ１３は、鋭角をなして形成されている開き部分１８に連接されている広い平坦部分１９を備えている。大フランジ１３はまた断面軸と平行な返しフランジ２０を備えている。
図５に示したように、長尺状開放構造部材は、上述したように同じもう一つの長尺状開放構造部材と反転裏返しして重ね合わせることができる。この重合を行わせるに当たっては、小フランジ３２ａと３２ｂとは、それぞれ大フランジ３３ｂと３３ａの内側に納めて当接させている。この状態において、それぞれのウェブ３４ａ，３４ｂは部分的に重なり合って、側方へのズレを防止するために部材３０，３１が互いに留め具により連結されるようにしている。フランジ３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂがそれぞれ隣接していることから、断面軸方向に沿う動きを防止している。２つの長尺状部材の重ね合わせにより、複合材に対して強度や堅性をもたらす２つの閉塞断面３５，３６が形成されている。
図６ａから図６ｇに示されるように屋根トラス４０は、頂部弦材４１と底部弦材４２とＣ字形断面トラス部材を形成するそれぞれの長尺状開放構造部材で組み立てられている。頂部弦材４１と底部弦材４２との連結は図６ｂに示されている。頂部及び底部弦材４１，４２の大フランジ４４，４５は互いに最も遠くに隔てている。弦材４１の小フランジ４６は、大フランジ４５にその一部分が配置されて閉じ込められている。弦材４１の後方平坦側面部４７は底部弦材４２の前方平坦側面部４８に部分的に重なっている。側面部４７と４８の間には中間連結板４９が介在している。連結板４９は底部弦材４２とボルト５０，５１で取り付けられ、頂部弦材４１とはボルト５０，５２で取り付けられている。別の連結方法としては、図９ｃに示すように、頂部弦材６０を底部弦材６１に６２を以て示した箇所でボルト締めすることがある。
トラス部材４３と弦材４１，４２との連結については、図６ｃ、図６ｄ、図６ｆに示されている。図６ｄでは、トラス部材４３は端をつぶされて(crimped)、頂部弦材４１にボルト７０によって連結されている。図６ｅでは、トラス部材４３は底部弦材４２にボルト７２によって取り付けられている。乗りかかっているトラス部材は少なくとも連結を考慮してその端がカール(crimp)されている。図６ｃに示した連結では、トラス部材４３を底部弦材４２とボルト７１によって連結したものである。弦材４１，４２は、トラス４０においてトラス部材４３をしっかりと保持している。
図６ｆ、図６ｇにはトラス４０の頂端８０が示されている。頂端板８１は頂部弦材４１をボルト８２によって連結している。頂端板８１はさらなる強化手段を提供するために凹部としたリブ(ribs)を設けている。頂端板８１には、Ｃ字形断面トラス部材４３の配置のために凹所８４をも設けている。Ｃ字形断面トラス部材４３は頂端板８１にボルト８５によって連結されている。頂端での別の連結の仕方としては、図９ａ、図９ｂに示されている。図９ａに示されるように、頂部弦材６３とＣ字形断面トラス部材６４はボルト６５によって連結されている。同様に図９ｂで、頂部弦材６６とＣ字形断面トラス部材６７とはボルト６８で連結されている。
図７ａから図７ｃには、互いに遠くに隔離した大フランジ９２，９３と大フランジ９２内に部分的に置かれた、小フランジ９４をもつ弦材９０，９１が示されている。図８ａから図８ｃは、端をつぶされたＣ字形断面トラス部材９５と長尺状開放構造部材の弦材９６とのボルト９７による取り付けを示している。Ｃ字形断面トラス部材９５は弦材９６との連結のために平坦な表面９９を示す端をつぶされた端部９８を有している。平坦な表面９９は狭いフランジ１０１と反対側のウェブ部分１００の側面と取り付けられている。
上述した実施の態様では、弦材製品を生産するに当たって効率的な圧延加工ができること、最外の大フランジを適切に配向した強硬でより堅性のある開放断面部材の弦材の提供、使用に先立って、開放断面を有する全体の弦材、複合ビーム又はトラスの取扱いないし塗装ができること、弦材の積層によるコンパクトなトラスであって、トラスウェブ部材をしっかりと保持しているものは輸送中のトラス部材の損傷を最小にし、輸送と保管のコストを減らすことができること、トラスの対称性のために弦材の上に他の弦材を積み重ねられた弦材を線上で維持すると同時に、相互連接のために積み重ねることができる弦材の能力及び端部において容易に固定できる弦材の能力などの利点が得られる。
もちろん、本発明について先に説明したものは一例として与えられたものではあるが、すべてのそのような例に対するその他の改変、変形などは当業者に明らかであり、従ってそのようなものは、ここに説明した本発明の範囲内にあるものとみなすべきである。

Claims (6)

1. 小フランジ、大フランジ、前記両フランジを相互連接させていると共に、長尺状開放構造部材の長手軸と直交する断面軸を有するウエブとを含む断面部分を有する長尺状開放構造部材であって、
   前記ウエブは、実質上前記断面軸と一致するように延在している直線状部分と前記断面軸の一方の側方に延在する開き部分を有し、
   前記小フランジは、前記断面軸から前記一方の側方に延在しており、
   前記大フランジは、前記開き部分から前記断面軸の他方の側方に延在しており、大フランジ返し部分を有し、
   前記大フランジは、前記小フランジが前記断面軸の一方の側方から延在している間隔と同程度、又は、それよりわずかに広い間隔で、前記断面軸の他方の側方から離間しており、
   断面構造は、同様の断面の構造部材が反転・傾斜され、前記構造部材とそれぞれの直線部分が互いに接し、各小フランジが隣接する大フランジと接するように重ね合わされ、その結果、当接する直線部分の分離を防ぐように前記大フランジ返しによって部分的に制限される、長尺状開放構造部材。
2. 直線状部分が、前記小フランジからフランジ間の断面軸の主要部分に沿って延在しており、前記開き部分は、前記断面軸から鋭角で延在していることよりなる、請求項１に記載の長尺状開放構造部材。
3. 前記小フランジは、小フランジ返しを有し、前記小フランジ返しは、反転・傾斜され、重ね合わされた前記同様の断面の構造部材の前記大フランジと当接する、請求項１に記載の長尺状開放構造部材。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の長尺状開放部材によって形成された上部弦材及び下部弦材とを含むトラスであって、前記上部弦材と前記下部弦材の長軸は、互いに対して鋭角をなして傾斜しており、前記直線部分は、互いに接触するために前記トラスの軒線と当接し、前記弦材のそれぞれの小フランジは他方の弦材の大フランジと前記軒線で当接すると共に、当接する直線部分の分離を防ぐように前記他方の弦材の大フランジ返しによって限定されている、トラス。
5. 前記上部弦材は、最上層の大フランジを有し、前記下部弦材は、最低層の大フランジを有し、前記上部弦材及び下部弦材の長軸は、互いに対して傾斜しており、前記上部弦材及び下部弦材は、交差し、前記軒線で重なっている、請求項４に記載のトラス。
6. トラスの形成方法であって、
   それぞれの断面でウエブと、小フランジと、大フランジ返しを有する大フランジとを有する一対の同様の断面を有する開放弦材を用意するステップと、
   それぞれの前記ウエブを当接させ、前記当接するウエブの分離を防ぐように、前記小フランジは、前記大フランジ返しによって部分的に制限されると同時に、それぞれの前記小フランジをそれぞれの大フランジに当接させるように、一方の弦材を他方の弦材に対して反転し、前記弦材の長軸を互いに対して傾斜させ、交差させ、前記弦材を前記トラスの軒線で重ね合わせるステップと
   を有するトラスを形成する方法。

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