JP4263960B2 - 緊張力の導入された複合構造物 - Google Patents

Description

この発明は、３角形基板とくさび棒とを組み合わせてなる組合せ構造体に緊張線材を付加してなる複合構造物に関し、更に詳しくは、３角形状をなす基板と該基板相互を繋ぐ連結材としてのくさび棒との２種の構成素材よりなる板状構造体としての組合せトラスに緊張力を付加してなる複合構造物に関する。
本発明は、梁等の構造用部材を主たる対象とするが、他の用途（版体）を除外するものではない。

板状構造材として、４辺形状基板の側辺に凹溝と凸条とを形成し、相接する４辺形状基板の凹溝と凸条とを係合させて大型の板状体（これを版体又はパネルという）とする構法は普通に採られている。
しかしながら、この４辺形状基板を接合して得られる版体構法によれば、当該版体の版面方向に働く版面力は、４辺形状基板の辺部に沿う水平方向と垂直方向との２方向分力のみとなり、力が集結されず、十分な組付け力を得ることができず、版面に直角に働く力に対しても大きな抵抗力（抵抗モーメント）を期待できない。
更に、角部が集まる交会部（節点ともいう）での作用力の収斂性・集中性が得られ難く、すなわち「ずれ」が生じやすく、かつ、そのため当該交会部から緩みが生じ、全体的な破損を惹起する原因となる。
なお又、４辺形状基板の組付け操作に付き、既に組み付けられた版体の開き空間へ次に取付ける４辺形状基板を落とし込んでゆくものであるが、このとき当該４辺形状基板の水平及び垂直性の確保が必要であり、当該組付け作業の施工効率の悪化要因ともなっている。

本発明者は、この４辺形状基板による版体の問題点を解明する過程で、従来構法ではその交会部に締り力が生じていないことが「ずれ」の原因であるとの知見を得るに至ったものである。
しかして、その締り力を得るべく、３角骨組によるトラス構法の適用により、基板を３角形状となし、かつ該基板間にくさび棒を介装し、これらの組立て体内に緊張力の導入される緊張線材を介装することにより、その実現を図りうるとの着想に至ったものである。

本発明は上記着想のもとに、従来の４辺形状基板による版体構法の持つ欠点を克服すべくなされたものであり、高い組立て精度と大きな耐力が実現できる長尺状（細長状）の板体構造を得ることを目的とする。
本発明は更に、その組立て施工方法を得ることも他の目的とする。

本発明は緊張力の導入されてなる複合構造物に係り、一定厚にして一定の直角３角形状をなすとともに、該各辺の側面には辺に沿って、凹溝が縦設されてなる３角形基板と；前記相対接する基板相互の凹溝に合致し、かつ該凹溝に沿って密接状に嵌合されるくさび棒と；の組合せにより横方向に連続する組合せ構造体が構成され、
前記組合せ構造体の外周に、該組合せ構造体の外周のくさび棒に嵌合する枠材が配され、
かつ、前記組合せ構造体の直通する凹溝に嵌合するくさび棒に沿って緊張線材を配し、
該緊張線材に引張力を導入してなることを特徴とする。
本発明において、くさび棒の先端は直角状の角部のものと、平坦状のものとの２態様をもつ。
上記構成において、
1)緊張線材は両端の枠材に反力を取ること、
2)３角形基板は中空状あるいは中実状を採ること、
は適宜に選択される態様である。

（作用）
所定数の同形の３角形基板と該基板の各溝の長さに対応するくさび棒とを用意し、３角形基板の対応する辺部を対接させ、これらの凹溝内にくさび棒を嵌入する。
これにより、適宜の形状の板体いわゆる組合せ版体を形成する。該形状は四辺形を通常とするが、他の形状を除外するものではない。

本発明は、特には構築用の梁、壁体、床体、天井版への適用がなされ、その素材・用途に付き格別限定されるものではなく、構築用として適用されるものであればその採用を妨げない。

本発明によれば、基板とくさび棒による組合せ構造体は、３角形基板のトラス交会部、直角交会部において、各基板及びくさび棒は角部が収斂し、互いに接し合う面がくさび効果を発揮し、この部分で大きな締付け作用を受ける。また、トラス交会部が組合せ版体に均一に配されることにより、全体的に大きな耐力を得るとともに、版面に直交する力に対しても大きな耐力（抵抗モーメント）を得る。
加えて、この組合せ構造体に緊張力が導入され、耐力の増大が図られ、その幅に比し長さの長い、細長状構造物の長尺化が達成できる。合わせて、軽量化が図られる。

本発明の複合構造物の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図１１によりその一実施形態の複合構造物Ｈを示し、梁材への適用例を示す。すなわち、図１〜図４はその複合構造物Ｈの全体的構成を示し、図５〜図１１は各部分構成を示す。

図１〜図４に示すように、本実施形態の複合構造物Ｈは、一定厚をもって中空部１ａを有する直角２等辺３角形状をなすとともに、該各辺の側面に辺に沿う凹溝が縦設されてなる３角形基板１と、前記基板１の凹溝に密接状に嵌合される連結材としてのくさび棒２と、前記３角形基板１とくさび棒２との組合せトラスＩの外周縁に配される枠材３と、を含み、更には、前記組合せトラスＩ内に配設される緊張線材４（下方緊張線材４ａ、下方緊張線材４ｂ）を含む。これらの構成素材はことの性質上、所定の剛性を有する。

以下、各部の構成に付き詳細に説明する。
３角形基板１（図１〜図８参照）
３角形基板１（以下単に「基板１」という）は、図１〜図７、特には図５〜図８に示すように、一定厚をなし内部に中空部１ａを有する直角２等辺３角形状をなすとともに、該各辺の側面の中央部には辺に沿う凹溝６が縦設されてなる。本実施形態での凹溝６の形状は正方形の１／２、すなわち２つの凹溝６が合わさって所定の正方形を形成する。
図において、１ｂは基板１の表面、１ｃは基板１の裏面、１ｄは短辺の側面、１ｅは斜辺（長辺、底辺ともいう）の側面を示す。Ａは基板１の直角部、Ｂは底角部を示す。Ｐは斜辺部の凹溝６の角部、Ｖは直角部の凹溝６の角部を示す。
更に図において、ａは本基板１の厚さ、ｂは凹溝６の幅、ｃは凹溝６の深さを示す。また、ｅは短辺１ｃの長さ、ｆは斜辺１ｄの長さを示す（ｆ＝√２・ｅ）。
ここに、基板１は直角を必須とするが、辺部において実質的に２等辺を確保すれば足り、要は使用される基板１がすべて同形をなすことが本質的事項である。
該基板１の素材は原則として、構造材として採用される全ての材料を含む。通常には、木材、合成樹脂材、金属、コンクリート材（ＲＣを含む）が採られるが、その他の素材を除外するものではない。
本実施形態では基板１には中空部１ａが形成されるが、該基板１をそのまま使用することも、あるいは基板１の表面及び又は裏面に化粧板等の薄板を貼る態様を採ることもできる。更には中実の態様を採ることは自由である。

くさび棒２（図２、図３、図５、図６参照）
くさび棒２は、所定の長さと断面形状（本実施形態では正方形）、更には端面形状を有し、基板１の凹溝６にその半分が嵌り込む。
本実施形態において、くさび棒２は長さ及び端部形状の相違する３種のくさび棒２Ａ、２Ｂ、２Ｃが用意される。
該くさび棒２の素材は、原則として基板１に対応した素材を採るが、異種を除外しない。
（くさび棒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）
くさび棒２Ａは基板１の短辺１ｄ相互の対向する溝部に嵌合され、くさび棒２Ｂは基板１の短辺１ｄと枠材３との対向する溝部に嵌合され、くさび棒２Ｃは基板１の斜辺１ｅ相互の対向する溝部に嵌合される。
（鉛直くさび棒２Ａ）
くさび棒２Ａはいわゆる鉛直くさび棒と称され、基板１の短辺１ｄ相互の溝６に嵌合される。端部は平坦面に形成される。その長さは短辺１ｄの長さｅよりｃ及び（√２＋１）分だけ短い。すなわち、［ｅ−ｃ−（√２＋１）ｃ＝ｅ−（２＋√２）ｃ］。
（水平くさび棒２Ｂ）
くさび棒２Ｂはいわゆる水平くさび棒であって、基板１の水平に配される短辺１ｄの溝６に嵌合される。端部は平坦面に形成される。その長さは基板１の短辺１ｄの長さｅに等しく、鉛直くさび棒２Ａより（２＋√２）ｃだけ長い。
該水平くさび棒２Ｂは図例では基板１の短辺１ｄの角部すなわち交会部（及びそれより少しずれて）に合わせて配されるが、交会部を跨いで配されてもよい。
留意すべきは、該水平くさび棒２Ｂはその横断面形状において２つの角部が斜面部７をもって切り欠かれて、当該切欠き部が溝６へ嵌合して緊張線材４の配設空間を形成する。
（斜めくさび棒２Ｃ）
くさび棒２Ｃはいわゆる斜めくさび棒と称され、基板１の斜辺１ｅ相互の溝６に嵌合される。端部は斜辺の角部に対応して直角（９０°）状に尖った形状とされる。また、その長さは斜辺１ｅの長さｆより２√２ｃ分だけ短く、ｆ−２√２・ｃを採る。
（端部の寸法関係）
基板１とくさび棒２との組付け関係における端部の寸法関係を図８に示す。

組合せトラスＩ
３角形基板１とくさび棒２とにより、中間構成としての組合せトラスＩが組み立てられる。
すなわち、該組合せトラスＩは、図１及び図２に示すように、２つの３角形基板１がくさび棒２Ｃを介して互いに斜辺１ｅを対向させ、正方形状に組み付け、更にそれらの短辺１ｄにくさび棒２Ａ，２Ｂを嵌合させ、これらを順次横方向に組み付けて構成させる。

枠材３（図１〜図４、図９、図１０参照）
枠材３は、３角形基板１とくさび棒２との組付け体すなわち組付けトラスＩの外周縁に配される。該枠材３は直棒状体をなし、その長さはくさび棒２の水平くさび棒２Ｂと等しく、その厚さは３角形基板１の厚さに等しく、該枠材３の内面３ａには凹溝８が縦設される。該凹溝７は３角形基板１の凹溝６と幅及び深さにおいて同形状をなし、くさび棒２の他の半分が密接状に嵌り込む。枠体３の長さは本実施形態ではくさび棒２と等しいとしたが、その長さは適宜のものとすることができる。
組付けトラスＩの端部には端部枠材３Ａが配される。該端部枠材３Ａは緊張線材４の緊張定着を図るため、該緊張線材４を挿通する挿通孔９が相並んで貫通状に開設される（図１１）。該端部枠材３Ａにおけるその余の構成は枠材３に同じである。

緊張線材４（図９〜図１１参照）
緊張線材４は、所定長さの鋼線もしくは鋼棒よりなり、本複合構造体Ｈの上下に平行して配され、端部の締具１１により緊張力が導入される。
緊張線材４は水平くさび棒２Ｂの斜面部７と基板１の溝６との間に形成された空間に配され、その端部は端部枠材３Ａに形成された挿通孔９に挿通され、締具１１に把持される。緊張線材４の端部には締具１１に把持されるねじ部１２が螺設される。
本実施形態において、この緊張線材４は本複合構造体Ｈの上下に平行して配され、上下の緊張線材４ａ，４ｂの緊張力の加減により効果的な緊張力の導入をなすものであるが、梁材の性質上、下方の緊張線材４ａのみでもよいことは勿論である。
図例では鋼棒態様を示したが、複数本の細径鋼線よりなる線態様を採る場合には、その端部において表面にねじの螺設されたねじ体をもって強力に把持する。ねじ体の外径はより線の外径よりわずかに大径であって、枠材３の挿通孔９への挿通を妨げない。
（締具１１）
締具１１は、端部枠材３Ａの外面に当接する座金板１３と、円筒状をなすとともにねじ部１２に螺合する内面にねじ部１４ａを有する円筒ナット１４とからなる。
もっと詳しくは、座金板１３は、端部枠材３Ａの外面に当接し、該端部枠材３Ａに開設された挿通孔９に対応して相並んで孔もしくは溝が形成される。該座金板１３は適宜の止め具をもって端部枠材３Ａに固設される。円筒ナット１４は、内面のねじ部１４ａに緊張線材４のねじ体１２を螺合し、該円筒ナット１４の端面を座金板１３に当接したまま該円筒ナット１４を回動して緊張線材４に引張り力を導入する。円筒ナット１４の側面には平面状のナット掛け１４ｂが形成され、回動の用に供される。勿論、ナット掛けに替えて、回動棒（図示せず）の係合孔であってもよい。
締具１１は通常は緊張線材４の両端部に配されるが、場合によっては緊張線材１４の一端部に配され、緊張線材１４の他端部には止め具（例えば、座金板１３と膨径状の係合端部４ａとの組合せ）のみであってもよい。

本複合構造体Ｈの力学的構成
本複合構造体Ｈの組合せトラスＩは、その構成材である基板１及びくさび棒２のそれぞれが交会部を有し、その交会部によりトラス構造を構成し、合理的な力学形状となっている。
基板１においては、２つの頂角部Ａ及び４つの底角部Ｂがそれぞれ１点に合し、交会部Ｓ，Ｔを形成する。
くさび棒２においては、２つの斜めくさび棒２Ｃがその頂角部Ｑでその延長上で１点に合する。
加えて、この複合構造体Ｈには緊張線材４により、上下に平行して緊張力が導入される。
この導入力により、交会部Ｓ，Ｔにおいてより一層の締込み力が加わる。

複合構造体Ｈの組立て施工方法
本実施形態の複合構造体Ｈは次の手順をもって組み立てられる。
図４を参照にして、その右方から左方へ組み立ててゆく手順に付き説明する。
(1) 本複合構造体Ｈの構築される長さを保持して、両端部に端部枠材３Ａが配され、両部材３Ａ間にわたって緊張線材４（４ａ，４ｂ）が上下各々に２本、計４本張設される。緊張線材４は端部枠材３Ａ間の距離よりも十分に長く、その両端部はねじ部１２を長く採る。
緊張線材４はその両端において、締具１１の円筒ナット１４をねじ部１２に螺合して仮固定しておく。

(2) 次いで、鉛直くさび棒２Ａ及び斜めくさび棒２Ｃを取り付けた最初（第１番目）の基板１を右側（始端側）の端部枠材３Ａの内面へ当接させ、その溝８に前記鉛直くさび棒２Ａを嵌め込む。この状態で、水平くさび棒２Ｂが緊張線材４ｂを抱き込んで溝６に嵌め込まれる。
しかる後、該第１番目の基板１の上辺（短辺）１ｄに対応する枠材３が水平くさび棒２Ｂを介して嵌め込まれる。

(3) 鉛直・斜めくさび棒２Ａ，２Ｃを取り付けた第２番目の基板１を、既に取り付けられている第１番目の基板１に相並べ、斜めくさび棒２Ｃを介して第１番目の基板１に固定する。この状態で、水平くさび棒２Ｂが緊張線材４を抱き込んで溝６に嵌め込まれる。なお、(1) 工程で斜めくさび棒２Ｃが第１番目の基板１に既に固定されているとき、この(3) 工程では斜めくさび棒２Ｃを基板１に取り付ける必要はないことは勿論である（以下同じ）。
しかる後、該第２番目の基板１の下辺（短辺）に対応する枠材３が水平くさび棒２Ｂを介して嵌め込まれる。

(4) 第３番目の基板１も上記に準じて取り付けられる。
上記において、枠材３はその都度取り付けられるが、適宜取り付けてもよい。

(5) 以後叙上の工程を繰り返す。
(2) 〜 (4)の工程において、各基板１はその鉛直長さｈは最小距離を採り、従って上下の緊張線材４間に余裕をもって入り込み、基板１を徐々に鉛直に立てることにより、その溝６内に緊張線材４を収めることができる。

(6) 他端部側の最後の２つの基板１の取付けにおいて、終端側端部枠材３Ａを一旦後退し、該終端側端部枠材３Ａとの間でこれらの基板１を上記の手順で取り付け、再び該端部枠材３Ａを前進させ該終端側端部枠材３Ａを基板１に嵌め込む。

(7) 始端側及び終端側の端部枠材３Ａの締具１１を均等に締め込み、所定の緊張力を本複合構造物Ｈ内に導入する。
叙上の方法において、緊張線材４の両端にねじ部１２が切られた態様を示したが、一端（左端側）を膨径部４ａとした態様においては、終端側端部枠材３の移動は緊張線材４を進退動させることによってなされる。

この組立て施工方法によれば、上下に平行に配された緊張線材４の間に鉛直・斜めくさび棒２Ａ，２Ｃの取り付けられた基板１が順次組み付けられ、かつ、水平くさび棒２Ｂによって緊張線材４が固定され、その組立て作業は容易である。
従って、従来の矩形板での平行を保持しつつ組み立てる煩雑さはなく、また熟練度を要せず、かつ、基板１の底角部Ｂ及びくさび棒２の先端角部Ｑでの当接斜面の自動求心作用により、精度の高い組立てがなされる。また、交会部Ｔ，Ｑではくさび効果により締込みがなされ、この部分で板面方向及び該板面に直角方向に大きな強度が発揮される。
また、解体も叙上の手順の逆になせばよく、操作は容易である。

本複合構造物Ｈは、その大きさに特に限定を受けない。要は、基材となる３角形基板１の大きさ、及びその使用される数により決まるものである。

（用途）
本実施形態の複合構造物Ｈは、梁材に限定されず、壁体版、床体版、天井版、屋根版等多様な用途を採る。
本複合構造物Ｈは恒久構造材としても仮設構造材としても用いられる。基板１とくさび棒２とを接着固定すれば構造物Ｈはより一体化され、恒久構造材として使用される。また、接着しない場合には、分解も容易であり、仮設用としても使用される。
図１２(a)(b)は本発明の広がり面を有する板体状としての他の態様を示す。

図１３は更に別な直角３角形基板の態様を示す。
この直角３角形基板１Ａは不等辺３角形状であり、短辺が３対２の割合のものを示す。該基板１Ａの底角部は２種のものとなり、これに対応してくさび棒２は先端の斜面が不等辺となる。
しかして、この直角３角形基板１Ａの斜辺部を対接したものは長方形状のものが得られる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。すなわち、以下の態様は本発明の技術的範囲に包含される。
1)本実施形態では緊張線材４は上下に各々２本配したが、上下各１本であってもよい。この場合、緊張線材４は溝６の中央に配され、これに対応して水平くさび棒２Ｂには中央に該緊張線材４を収容する溝（図示せず）が縦設される。

本発明の一実施形態の緊張力の導入された複合構造物の全体的構成を示す側面図。 本複合構造物の全体的構成を示す一部断面一部側面図。 図１、図２の３−３線断面図。 本複合構造物の端部構成を示す側面図。 本複合構造物の一部を構成する３角形基板及びくさび棒の分解斜視図。 ３角形基板及びくさび棒の分解平面図。 ３角形基板の側面図（図６の７方向矢視図）。 ３角形基板とくさび棒との端部の寸法関係を示す図。 本複合構造物における緊張線材の配設を示す断面図。 本複合構造物の端部の構成（緊張手段）を示す拡大断面図。 図１０の１１方向矢視図。 複合構造物の他の態様。 ３角形基板及びくさび棒の他の態様を示す分解平面図。

符号の説明

Ｈ…複合構造物、Ｉ…組合せトラス、１…３角形基板、１ａ…中空部、１ｂ…上面、１ｃ…下面、１ｄ…短辺、１ｅ…斜辺、Ａ，Ｂ…基板１の角部、Ｐ，Ｖ…溝の角部、２…くさび棒、２Ａ…鉛直くさび棒、２Ｂ…水平くさび棒、２Ｃ…斜めくさび棒、Ｑ…くさび棒の角部、３…枠材、３Ａ…端部枠材、４…緊張線材、６，８…凹溝、７…斜面部、１１…締具、１２…ねじ部

Claims (3)

1. 一定厚にして一定の直角３角形状をなすとともに、該各辺の側面には辺に沿って、凹溝が縦設されてなる３角形基板と；前記相対接する基板相互の凹溝に合致し、かつ該凹溝に沿って密接状に嵌合されるくさび棒と；の組合せにより横方向に連続する組合せ構造体が構成され、
   前記組合せ構造体の外周に、該組合せ構造体の外周のくさび棒に嵌合する枠材が配され、
   かつ、前記組合せ構造体の直通する凹溝に嵌合するくさび棒に沿って緊張線材を配し、
   該緊張線材に引張力を導入してなる、
   ことを特徴とする複合構造物。
2. 緊張線材は両端の枠材に反力を取る請求項１に記載の複合構造物。
3. ３角形基板は中空である請求項１又は２のいずれかに記載の複合構造物。