JP5385098B2 - 建築構造用部材 - Google Patents

Description

本発明は、建物の骨格を構成する柱や梁などとして使用可能な建築構造用部材に関する。

従来、住宅よりも規模の大きい事業所や倉庫などの建物は、鉄筋コンクリート建てが主流だったが、近年は大断面の集成材が製造されるようになり、しかも木材同士を強固に締結する金物も開発され、これらの建物の木造化も可能になっている。また住宅についても大断面の集成材を使用することで、内部の柱を省略して広大な室内空間が確保できるようになるなど、従来には難しかった構造が実現している。このように大断面の集成材を使用する場合、一本の梁の両端を柱で支える門形フレームを骨格の基礎とすることが多い。

集成材を用いた門形フレームは、中間の柱が不要になるなど様々な利点があるが、必然的に梁の両端を支える柱の断面積も大きくなる。そのため室内に柱が大きく突出して、間取りなどに制約が生じることがある。特に都市部で普及し始めている三階建ての木造住宅は、床面積に余裕がなく、柱の断面積が大きな問題になる。そのため柱については各種の鋼管を使用して、梁には集成材を使用する複合構造とすることがある。鋼管は熱伝導などで不利な面を抱えているが、より小さい断面積で強度を確保でき、その分、断熱材を増やすなどの対策を講じることで、各種木造建築にも導入は可能である。

本願発明と関連性のある以下の特許文献が公開されている。この技術は、鋼管材を用いた柱と、Ｈ形鋼などを用いた鉄骨梁を接合する構造に関するもので、鋼管材の内部には、柱内補強材を嵌合させており、さらに鉄骨梁の端部にはエンドプレートを設けている。柱内補強材は、二枚のダイヤフラムを筒状の間隔保持部材で一体化したもので、ダイヤフラムの側面にはネジ孔が形成されている。また、鋼管材側面のねじ孔と同心となる位置には、挿通孔が形成されている。そして鉄骨梁のエンドプレートから、ねじ孔に向けてボルトを差し込んで締め上げると、鋼管材を挟むようにしてダイヤフラムとエンドプレートが引き寄せられ、鉄骨梁が鋼管材に接合される。

特開平０９−１０５１７５号公報

前記のように木製の柱の代替として使用される鋼管は、正方形断面で一辺が１００ｍｍ以下の物が中心であり、その肉厚は、強度や重量やコストなどの面で６ｍｍ前後が一般的である。このような鋼管にボルトなどを螺合させる場合、通常は鋼管の表面に下孔を加工して、その後、タップで雌ネジを形成することになる。しかしこのような方法は、Ｍ１６のボルトなど、鋼管の肉厚に対してボルトの直径が二倍以上大きい場合、強度が不足気味になり、過大な荷重が作用した場合には、ボルトが引き抜かれる恐れがあるほか、雌ネジ周辺が塑性変形する恐れもある。そのため雌ネジが形成されたプレートやソケットを別途に製作して、これを鋼管の側面に溶接で取り付ける場合がある。

鋼管にプレートなどを取り付ける場合、その分だけ周辺の壁材などを切り欠く必要があり、設計や施工時の手間が増える。また鋼管を輸送する際、複数を密着して配置できず、占有空間が増大するほか、安定性も悪くなる。そのため鋼管の中にソケットなどを埋め込むことも考えられるが、鋼管の内部にソケットを固定するのは極めて作業性が悪く、しかも強度の確保も難しいなどの課題がある。また前記特許文献１は、溶接量を削減することなどを目的としているが、柱内補強材や鉄骨梁を固定するため多数のボルトが必要になり、現地での作業性や、周辺に配置される壁材などとの干渉といった課題が発生する。

本発明はこうした実情を基に開発されたもので、各種建築物の柱や梁として使用可能で、強度に優れ且つ側面に突出物のない建築構造用部材の提供を目的としている。

前記の課題を解決するための請求項１記載の発明は、鋼管と、該鋼管の内部に差し込まれるブロックと、を備え、前記ブロックの側面には貫通孔またはネジ穴を有し、また前記ブロックの上面または下面にはブロックの位置決めのため雌ネジ状の連結孔を有し、前記鋼管の側面には、前記貫通孔および前記ネジ穴を露出させる窓孔と、前記ブロックの側面を露出させる接合孔と、を有し、該接合孔の内周面と前記ブロックの側面を溶接で一体化していることを特徴とする建築構造用部材である。

本発明は、柱や梁など各種建築物の骨格となる棒状の建築構造用部材に関するもので、隣接する他の部材との締結のため、大径のボルトを螺合できることなどを特徴としており、鋼管とブロックで構成されている。鋼管は、建築のほか機械分野でも使用される汎用のもので、本発明では、矩形断面が主体となるが、円断面の場合にも適用できる。また鋼管の肉厚についても制限はないが、十分な厚肉が確保されていれば、あえて本発明を適用する必要はなく、螺合されるボルトの直径よりも肉厚が薄い場合に適している。

ブロックは、鋼管の中に差し込まれるもので、鋼管の内断面よりもわずかに小さくして、鋼管の中を無理なく移動できるものとする。ただし鋼管との隙間が過大にならないよう配慮を要する。さらに鋼管の内面に対向するブロックの側面には、貫通孔またはネジ穴を形成してある。貫通孔は、ボルトなどを挿通するための単純な円断面の孔であり、文字通り反対面まで貫通している。またネジ穴は、有底または反対面まで貫通している雌ネジである。なお貫通孔やネジ穴の配置や個数は自在であり、ブロックの一側面に有底の雌ネジを形成して、この隣の側面に貫通孔を形成することもできる。

窓孔は、鋼管の側面に形成される切り抜き孔で、ブロックに形成された貫通孔やネジ穴を外部に露出させるためのもので、設計図に基づいて所定の位置に形成され、ネジ穴などの端面全体を確実に露出できる大きさとする。また接合孔は、鋼管の側面に形成される切り抜き孔で、鋼管に差し込まれたブロックを、接合孔の位置まで移動させた後、接合孔の内周面に溶接作業を行うと、接合孔の内周面とブロックの側面が溶接ビードを介して一体化される。当然ながら接合孔は、ブロックの貫通孔やネジ穴を避けるように配置する。

接合孔は、一個のブロックについて最低でも二箇所に設けて、溶接箇所に無理な荷重が作用しないようにする。なおブロックと鋼管を溶接で一体化することで、鋼管の側面を押圧する荷重が作用した場合でも、ブロックがこれに対抗して、鋼管の変形を防止できる。そのほか溶接ビードは、できるだけ鋼管の側面から突出しないよう、必要に応じてグラインダーで削り取る。

連結孔は、ブロックの上面または下面に形成される雌ネジであり、鋼管の長手方向に沿って延びており、ブロックを鋼管に溶接する際、ブロックを仮置きするために使用される。ブロックの仮置きに先立ち、連結孔に長尺ボルトを螺合させると、ブロックは長尺ボルトを介して自在に移動できるようになり、鋼管の奥深い位置でも精度良く仮置きが可能であり、溶接後、ブロックから長尺ボルトを抜き取る。なお連結孔はバランス上、ブロックの中央に形成すべきだが、貫通孔やネジ穴との干渉防止のため、偏った位置に形成しても構わない。また連結孔は、原則としてブロックの上下面を貫通するものとするが、事情によっては片面だけの有底とすることもある。そのほか連結孔は、ブロックの仮置きのほか、施工の際、アンカーボルトなどと螺合させて、鋼管の据え付けにも使用できる。

本発明による建築構造用部材は、接合孔の内周面とブロックの側面を溶接で一体化しているため、ブロックを固定するためのボルトなどが不要で、鋼管の側面には何らの突出物も存在しない。したがって周辺の壁材などを切り欠くことなく配置でき、またブロックに形成されたネジ穴を利用して、大径のボルトなどを安全に螺合できるようになり、大断面の梁などを確実に締結できるようになる。

請求項１記載の発明のように、鋼管の内部にブロックを差し込み、鋼管の側面に形成された接合孔の内周面とブロックの側面を溶接で一体化した上、ブロックに形成された貫通孔やネジ穴が、鋼管の窓孔から露出している建築構造用部材を用いることで、鋼管の肉厚に対して大径のボルトを螺合可能で、大断面の梁などを確実に締結できる。しかもブロックによって鋼管の強度が向上するため、貫通孔にボルトを挿通する場合でも、外力による鋼管の変形を防止できる。

また本発明では、ブロックを鋼管の内部に配置した上、接合孔を利用して溶接で固定しているため、鋼管の側面には何らの突出物もなく、施工の際、周辺の壁材などを切り欠く必要がない。しかも鋼管を輸送する際、複数を密着して配置できるといった利点もある。そのほか本発明品の製造段階において、連結孔に長尺ボルトなどを螺合させることで、外部からブロックを容易に移動できるようになり、貫通孔やネジ穴の位置精度が向上する。なお連結孔は、アンカーボルトなどと螺合させることで、鋼管の据え付けにも使用できる。

本発明による建築構造用部材の概要とその使用例を示す斜視図である。 図１に示す柱の詳細を示しており、（Ａ）は柱単体の斜視図で、（Ｂ）は受け金物を取り付けた状態の斜視図で、（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 図１に示す柱と梁を一体化した状態の斜視図と、その中央縦断面図である。 本発明について、図１とは異なる構成を示す斜視図である。 図４に示す柱と梁を一体化した状態の斜視図と、その中央縦断面図である。 本発明の実施例を示す斜視図で、鋼管の隣接する二側面のそれぞれに接合孔と窓孔を設けて、受け金物を二箇所に取り付けている。 本発明の実施例を示す斜視図で、ブロックの一方の側面には有底のネジ穴が上下に形成され、その隣の側面には貫通孔が左右に形成されている。

図１は、本発明による建築構造用部材１１の概要とその使用例を示している。建築構造用部材１１（以下、柱１１とも記載する）は、鋼管１２の内部にブロック１３を固定したもので、また水平に延びる梁２１は木製であり、受け金物３１と掛け金物３４を介して柱１１の側面に締結される。鋼管１２は一辺が１００ｍｍの正方形断面で、肉厚は６ｍｍであり、その内部にブロック１３が差し込まれる。ブロック１３は、鋼管１２の内面に対して０．５ｍｍ程度の隙間ができる大きさで、鋼管１２の中を支障なく移動できる。またブロック１３の側面には、ネジ穴１６（雌ネジ）が形成され、受け金物３１を取り付けるボルト３９を螺合できる。

ブロック１３を鋼管１２の中で固定するため、鋼管１２の側面には接合孔１８が形成されている。またブロック１３のネジ穴１６を露出させるため、接合孔１８と並んで窓孔１９も形成されている。さらにブロック１３の上面には、雌ネジ状の連結孔１５が形成され、これに長尺のボルトを螺合させた上で鋼管１２の中に差し込み、ネジ穴１６と窓孔１９を同心に揃えた後、接合孔１８の内周面に溶接を行うと、ブロック１３と鋼管１２が一体化する。ブロック１３は強度上重要な要素であるため、接合孔１８は鋼管１２の裏面にも対称形で形成され、一個のブロック１３は計四箇所の接合孔１８を介して固定されている。なお本図の鋼管１２には、二個のブロック１３が組み込まれるが、上方の物は組み込み前である。

柱１１と梁２１は、受け金物３１と掛け金物３４を介して連結される。受け金物３１は、上方に先細りのクサビ部３３が形成され、下方にコの字状に延びる帯板３２が取り付けられている。対する掛け金物３４は、上方に帯板３５が取り付けられており、下方にクサビ部３６が形成され、それぞれのクサビ部３３、３６を相手方の帯板３５、３２に差し込むことで、双方が一体化される。また受け金物３１は、ボルト３９を介して柱１１に固定されるが、掛け金物３４は、ラグスクリュー３７とボルト４０を介して梁２１に固定される。なお梁２１の端面中央には、受け金物３１と掛け金物３４を収容するため縦溝２２が加工され、この奥にはラグスクリュー３７をねじ込むための丸穴２３が加工されている。ラグスクリュー３７は、図の右側の端面にネジ穴３８が形成されており、このネジ穴３８にボルト４０を螺合させることで、掛け金物３４と梁２１が一体化される。

図２は、図１に示す柱１１の詳細を示しており、図２（Ａ）は柱１１単体で、図２（Ｂ）は受け金物３１を取り付けた状態で、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面である。図２（Ａ）のように、柱１１の側面には、円形の孔が同じ高さで三個並んでいるが、そのうちの中央が窓孔１９で、ブロック１３に形成されたネジ穴１６と同心になっており、その左右両方が接合孔１８である。なお接合孔１８や窓孔１９は、鋼管１２の裏面にも同様に形成されている。

図２（Ａ）のように、ブロック１３は接合孔１８を利用して固定されており、柱１１の側面には一切の突出物が存在しない。したがって図２（Ｂ）のように、ネジ穴１６にボルト３９を螺合させて締め上げると、受け金物３１が柱１１の側面に密着する。また図２（Ｃ）の断面図のように、ブロック１３は、接合孔１８の内周面に盛られた溶接ビード２０で鋼管１２と一体化される。仮に溶接ビード２０が鋼管１２の側面から突出した場合、グラインダーなどで削り取る。接合孔１８は図のように、バランス良く四箇所に配置されており、ブロック１３に作用する荷重を確実に鋼管１２に伝達でき、また鋼管１２の強度も向上する。そのほかブロック１３の中央には、製造段階で用いる連結孔１５が形成されている。

図３は、図１に示す柱１１と梁２１を一体化した状態と、その中央縦断面を示している。本発明では受け金物３１を柱１１の側面に密着させることができ、そのため梁２１の端面も柱１１の側面に密着しており、プレートなどが介在しない単純な形態の締結部を構築することができる。しかもブロック１３があることで、梁２１からの荷重を分散でき強度にも優れる。

また図３（Ｂ）のように、受け金物３１は、ブロック１３に差し込まれたボルト３９で固定され、掛け金物３４は、ラグスクリュー３７に差し込まれたボルト４０で固定されている。ラグスクリュー３７は、丸穴２３にねじ込まれて梁２１と一体化しており、木材の経年変形による影響を受けにくい。しかも受け金物３１と掛け金物３４は、それぞれのクサビ部３３、３６が相手方の帯板３５、３２に差し込まれて強固に一体化され、高い剛性が確保される。なお図３（Ｂ）に示すように、柱１１の右側面にも別の受け金物３１’を取り付けて、梁が左右に延びるＴ字状の締結部も構築可能である。

図４は、本発明について図１とは異なる構成を示している。この図は、先の図１よりも梁２１の高さが増大しており、その取り付けにラグスクリュー４５と締結金物４１を併用しており、ラグスクリュー４５は梁２１に作用する引張荷重を主に受け止め、締結金物４１はせん断荷重を主に受け止めている。ラグスクリュー４５は、曲げモーメントに対抗できるよう、梁２１の上端と下端付近にねじ込まれており、その右側の端面にネジ穴４６が形成されている。このネジ穴４６には、柱１１の側面から差し込まれるボルト４８が螺合することになるが、このボルト４８に作用する引張荷重に対抗するため、柱１１の内部にブロック１３が差し込まれている。ブロック１３は、内部にボルト４８を通過できればよいため、連結孔１５のほか、単純な円断面の貫通孔１７だけが形成されている。なお本図の連結孔１５は、貫通孔１７との干渉を防止するため、位置が中心からずれている。

締結金物４１は、柱１１の側面に接触する前板４２と、この前板４２の両端から直角に突出する二枚の横板４３で構成され、梁２１には横板４３を差し込むためのスリット２４が加工されている。さらに締結金物４１と梁２１は、双方を貫通するドリフトピン４７で一体化され、梁２１の側面にはドリフトピン４７を打ち込むためのピン孔２５が加工されている。また締結金物４１は、ボルト５１とナット５０を介して柱１１に固定されるが、このボルト５１を挿通できるよう、柱１１の側面には横孔５２が形成されている。ただし締結金物４１に作用する荷重は、ラグスクリュー４５に対して小さいため、横孔５２の奥にはブロック１３を配置していない。そのほか柱１１を貫通するボルト４８、５１にはワッシャ４９を介在させて、柱１１の側面に作用する面圧を緩和している。

図５は、図４に示す柱１１と梁２１を一体化した状態と、その中央縦断面を示している。梁２１に埋め込まれたラグスクリュー４５は、ボルト４８で柱１１に引き寄せられている。このボルト４８は貫通孔１７を通過しており、ボルト４８の頭部に作用する引張荷重はブロック１３に伝達され、鋼管１２が変形することはない。また締結金物４１は、ボルト５１とナット５０によって柱１１に引き寄せられており、さらにドリフトピン４７を介して梁２１と一体化している。なお締結金物４１を取り付けているボルト５１は、荷重条件が緩和されるためブロック１３を組み込んでいない。

図６は、本発明の実施例を示している。ブロック１３に形成するネジ穴１６などの配置は自在であり、さらに接合孔１８についても、ブロック１３を鋼管１２に固定できるならば配置は自在である。したがって本図のように、鋼管１２の隣接する二側面に接合孔１８と窓孔１９を形成して、受け金物３１を直交する二方向に配置することもでき、建物の角部にも使用可能である。なお図中の鋼管１２の側面には、接合孔１８と窓孔１９が三個並んでいるが、いずれも中央が窓孔１９で、その両隣が接合孔１８で、しかも鋼管１２の裏面にも接合孔１８がある。

図７も、本発明の実施例を示している。本図のブロック１３は、一方の側面に有底のネジ穴１６が上下に二個形成され、その隣の側面には貫通孔１７が左右に二個形成されている。このように、ブロック１３に形成するネジ穴１６などの配置は、必要に応じて都度決定され、これに合わせて、鋼管１２の側面に接合孔１８や窓孔１９を形成する。なおブロック１３を鋼管１２の中に差し込む際は、あらかじめ連結孔１５に長尺ボルト５３を螺合させ、鋼管１２の中を自在に移動できるようにする。ブロック１３の固定位置によっては、数メートルの長尺ボルト５３が必要になることもある。なお鋼管１２とブロック１３が一体化した建築構造用部材１１は、これまでの各図に示した柱のほか、梁などを始めとする各種棒材として使用できる。

１１ 建築構造用部材（柱）
１２ 鋼管
１３ ブロック
１５ 連結孔
１６ ネジ穴
１７ 貫通孔
１８ 接合孔
１９ 窓孔
２０ 溶接ビード
２１ 梁
２２ 縦溝
２３ 丸穴
２４ スリット
２５ ピン孔
３１ 受け金物
３２ 帯板
３３ クサビ部
３４ 掛け金物
３５ 帯板
３６ クサビ部
３７ ラグスクリュー
３８ ネジ穴
３９、４０ ボルト
４１ 締結金物
４２ 前板
４３ 横板
４５ ラグスクリュー
４６ ネジ穴
４７ ドリフトピン
４８ ボルト
４９ ワッシャ
５０ ナット
５１ ボルト
５２ 横孔
５３ 長尺ボルト

Claims (1)

1. 鋼管（１２）と、該鋼管（１２）の内部に差し込まれるブロック（１３）と、を備え、
   前記ブロック（１３）の側面には貫通孔（１７）またはネジ穴（１６）を有し、また前記ブロック（１３）の上面または下面にはブロック（１３）の位置決めのため雌ネジ状の連結孔（１５）を有し、
   前記鋼管（１２）の側面には、前記貫通孔（１７）および前記ネジ穴（１６）を露出させる窓孔（１９）と、前記ブロック（１３）の側面を露出させる接合孔（１８）と、を有し、該接合孔（１８）の内周面と前記ブロック（１３）の側面を溶接で一体化していることを特徴とする建築構造用部材。

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