JP6749182B2 - 小梁 - Google Patents

Description

本開示は、コンクリートと引張材とを有する小梁に関する。

物流倉庫等の建物の小梁には、一般的にＨ型鋼が用いられるが、Ｈ型鋼のみによって本体が構成される小梁に代えて、張弦梁等の合成梁が用いられることもある（例えば、特許文献１及び２）。図６に示すように、張弦梁１は、Ｈ型鋼からなる上弦材２と、上弦材２の両端部に接合された平鋼からなる下弦材３と、材軸方向の中間地点の２箇所で上弦材２及び下弦材３間を連結する束材４とを有する。

特開２００６−３２８６３１号公報 特開２０１３−０８３０８７号公報

張弦梁は、Ｈ型鋼のみによって本体が構成される小梁に比べて鋼材量が少ないため、材料コストを削減することができるが、さらなるコスト削減が求められている。

また、本願出願時点での我が国の法令では、主要構造部である床の耐火性能が、床を支える小梁の耐火性能に依存する場合は、小梁に耐火性能が求められる。耐火性能を確保するためにロックウールで鋼材を被覆すると、意匠性が大きく損なわれるとともに、ロックウールが落下するおそれがあった。また、耐火性のある布を巻きつけて梁に耐火性を持たせる手段もあるが、この布を耐火被覆材として使用するには認可が必要であり、Ｈ型鋼のみからなる梁に対しての使用は認可されているが、張弦梁に対する使用は認可を受けておらず、特殊な構成の張弦梁のそれぞれに対して認可を申請することは現実的ではなかった。また、パネルを耐火被覆材として使用して小梁を覆うと、材料コストが増加するという問題があった。

このような問題を鑑み、本発明は、張弦梁よりもさらに材料コストを削減できる小梁を提供することを目的とする。また、本発明のいくつかの実施形態では、上記目的に加えて、意匠性を大きく損なわず、落下のおそれが少なく、コストの増加を抑制できる耐火被覆された小梁を提供することを目的とする。

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る小梁（１０，３０）は、他の梁（１１）に両端部が支持されたコンクリート造の上部材（１３，３１）と、材軸方向の中間部が前記上部材から下方に離間するとともに両端部が前記上部材に定着された下部材（１４，３２）とを備え、前記下部材は、鋼材又は繊維強化プラスチックからなる引張材（２０）を有し、該引張材は、前記中間部の材軸方向の全長にわたって延在して引張力を受け、前記中間部の両端から前記上部材の両端部の近傍に至るまで前記上部材の下縁に沿って前記上部材に埋設され、前記引張材を埋設した下縁を画定する前記上部材の第１下面（１８）は、材軸方向の端部に向かうに従って上方に向かう形状を有し、前記下部材の前記中間部に対向する前記上部材の第２下面（１９）は、材軸方向の中央に向かうに従って上方に向かう部分を含み、かつ上に凸な形状を有することを特徴とする。

この構成によれば、上記の張弦梁（１）に比べて、鋼材の使用量が少ないため、材料コストを抑制することができ、全体がコンクリート造の小梁に比べて、コンクリート量を減らして軽量化できるため、小梁を直接又は間接に支持する部材に要求される強度を低減して、コストを削減することができる。

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る小梁（３０）は、上記構成において、前記上部材は、材軸方向に向かって互いに圧着する１対のプレキャストコンクリート部材（３４）を有し、前記引張材は、それぞれ対応する前記プレキャストコンクリート部材に定着して材軸方向の中央側において前記プレキャストコンクリート部材から露出した１対の側部（３３ｂ）と、両端が前記１対の定着部の露出した部分に接合された中央部（３３ａ）とを有することを特徴とする。

この構成によれば、プレキャストコンクリートを使用するため、上部材を現場打ちコンクリートとする場合に比べて工期を短縮できる。また、部材が分割されるため、運搬性及び揚重性に優れる。

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る小梁（３０）は、上記構成において、前記上部材は、前記１対のプレキャストコンクリート部材を材軸方向に向かって互いに圧着させるプレストレス力を与えるＰＣ緊張材（３４）をさらに有することを特徴とする。

この構成によれば、プレストレスが２つのプレキャストコンクリート部材を接合するとともに、その圧縮力によりコンクリート量を減らして軽量化できる。

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る小梁（１０，３０）は、上記構成のいずれかにおいて、前記引張材は、材軸方向に延在する平鋼を有することを特徴とする。

この構成によれば、材軸方向の角度が変化する位置での曲げ加工が容易であるとともに、複数の独立した平鋼を接合する場合にもその接合が容易となる。

本発明の少なくともいくつかの実施形態に係る小梁（１０，３０）は、上記構成のいずれかにおいて、前記下部材の前記中間部をコンクリートによってアンボンドに被覆した被覆部（２２）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、小梁の全体がコンクリートで覆われることになるため小梁を耐火被覆することができ、また、意匠性を大きく損なわず、耐火被覆材の落下のおそれも低い。

本発明によれば、張弦梁よりもさらに材料コストを削減した小梁を提供することができる。

第１実施形態に係る小梁の正面図 図１中のＩＩ−ＩＩ断面図 第１実施形態の変形例を示す小梁の正面図 第１実施形態に係る小梁の原理図 第２実施形態に係る小梁の材軸方向及び上下方向を含む断面の断面図 従来技術に係る張弦梁の正面図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、図１〜図４を参照して第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る小梁１０の材軸方向に直交する水平方向から見た正面図であり、図２は材軸方向に直交する断面における断面図であり、図３は第１実施形態の変形例を示し、図４は第１実施形態の小梁１０にかかる力の伝達を示す原理図である。なお、図２においては、コンクリートの断面を示すハッチングを省略している。

小梁１０は、物流倉庫等の建物の１対の大梁１１，１１間に架け渡され、その上に配置される床版１２を支持することで、合成梁床構造の一部を構成する。なお、床版１２が既設である場合に、床版１２の下方に小梁１０を設け、小梁１０を床版１２の補強用に用いることも可能である。

小梁１０は、大梁１１，１１に両端部が支持されたコンクリート造の上部材１３と、材軸方向の中間部が上部材１３から下方に離間するとともに両端部が上部材１３に定着された下部材１４とを備える。

上部材１３は、図２に示すように、鉄筋コンクリートであるが、無筋コンクリート又はプレストレストコンクリートに変更してもよく、無筋コンクリートとする場合には、ファイバーコンクリートとしてもよい。

上部材１３のコンクリート部分の上面は水平であって、床版１２と一体化している。上部材１３の下面は、正面視で両側部に配置されて、端部に向かうに従って上方に傾斜した傾斜面からなる１対の第１下面１８と、１対の第１下面１８の間に配置されて、正面視で上底が短い台形状の空間を形成するように構成された第２下面１９とを有する。なお、第１下面１８は、端部に向かうに従って上方に向かっていればよく、傾斜面ではなく、湾曲面としてもよい。第２下面１９は、正面視で上に凸な形状であればよく、例えば、湾曲面を含んでいてもよい。上部材１３の下部の厚さは、必要な強度を確保できる厚さ、又は埋設される下部材１４を受容できる厚さのいずれか太い方に合わせて設定される。中間部は、コンクリートの量を減らして重量を軽くするために、必要な強度が確保できる範囲で、上部に対して、又は上部及び下部に対して薄くしてもよい。

上部材１３の主筋１５は、上部材１３の上縁及び下縁に沿って配置される。あばら筋１６は、それぞれ、上側の主筋１５及び下側の主筋１５を囲むように配置されるとともに、一部のあばら筋１６ａは、上側及び下側の双方の主筋の一部に当接するとともに、その上部が、床版１２の主筋１７に当接するように床版１２のコンクリート内に埋設されている。

下部材１４は、その材軸方向の全長に渡って延在する平鋼２０と、平鋼２０を上部材１３のコンクリートに定着させる定着具２１とを備える。

平鋼２０の材軸方向の中央部分に当たる中央部２０ａは、上部材１３から離間するように水平に配置され、第２下面１９に対向している。平鋼２０の中央部２０ａは、下部材１４全体における中間部に相当し、建物の内部空間に露出しているが、図３の変形例に示すように、耐火被覆材としてのコンクリートからなる被覆部２２で覆ってもよい。この時、中央部２０ａと被覆部２２との間には管や布等（図示せず）が配置され、中央部２０ａと、被覆部２２のコンクリートとはアンボンドになっている。

正面視で平鋼２０の左右の側部２０ｂは、上部材１３の両側部の下縁を画定する第１下面１８に沿って傾斜するように上部材１３のコンクリートに埋設されており、中央部２０ａとの境界から上部材１３の端部近傍まで延在する。側部２０ｂの端部側は、定着具２１によって上部材１３のコンクリートに定着されている。図１の左方の側部２０ｂでは、定着具２１は頭付きスタッド２１ａからなり、頭付きスタッド２１ａは、側部２０ｂの端部側の材軸方向の所定の範囲に渡って溶接等により接合されている。また、図１の右側の側部２０ｂでは、定着具２１は孔開き鋼板ジベル２１ｂからなり、孔開き鋼板ジベル２１ｂは、側部２０ｂの端部側に溶接等により接合されている。なお、定着具２１は、左右の双方を頭付きスタッド２１ａ又は孔開き鋼板ジベル２１ｂにしてもよく、その他の定着手段を用いてもよい。

引張材として機能する平鋼２０は、型鋼や、鋼棒、鋼線等の鋼材、及び、炭素繊維や、アラミド繊維、ガラス繊維等の繊維強化プラスチック、並びにこれらの組み合わせに代えてもよい。

小梁１０は、図４の原理図に示すように、上部材１３と下部材１４の内の上部材１３に埋設された部分とをあわせた部分を正面視で逆三角形型の左右１対の剛体２３とみなせ、下部材１４の平鋼２０の中央部２０ａを引張力のみを受ける下弦材２４とみなせる。１対の剛体２３は、互いの上側の頂点の１つでピン接合し、下弦材２４は、その両端で１対の剛体２３の各々の下側の頂点でピン接合しているとみなして構造設計を行える。小梁１０が、床版１２から下向きの荷重を受けると、１対の剛体２３間には圧縮力のみが働き、下弦材２４には引張力のみが働くとみなせる。また、小梁１０は、タイドアーチと類似の構造と見ることもでき、図６に示す張弦梁１のＨ型鋼からなる上弦材２及び束材４を、コンクリート造の上部材１３に置き換えたものと見ることもできる。

小梁１０は、単価の高い鋼材量が図６に示す従来技術の張弦梁１に比べて少ないため、材料コストを抑制することができる。また、上部材１３が主に圧縮、曲げ及びねじれに抵抗し、下部材１４が主に引張に抵抗するため、コンクリート梁よりも重量を軽くすることができ、小梁１０を直接又は間接に支持する部材に要求される強度を低減して、コストを削減することができる。また、図３の変形例に示すように被覆部２２を設けた場合は、全体がコンクリートに覆われた状態になるため、意匠性を大きく損なうことなく、耐火性を付加することができ、ロックウール等に比べるとコンクリートからなる被覆部２２は落下のおそれが小さい。

次に、図５を参照して、第２実施形態に係る小梁３０について説明する。説明に当たって、第１実施形態と共通する構成は、その説明を省略し同一の符号を付す。第２実施形態に係る小梁３０は、上部材３１と下部材３２とを備える点や、上部材３１と下部材３２との位置関係は、第１実施形態と同様であるが、上部材３１及び下部材３２の平鋼３３の両側部３３ｂを構成する部分が１対のプレキャストコンクリート部材３４（以下、「ＰＣａ部材３４」という）からなる点で相違する。

１対のＰＣａ部材３４の各々は、図４の剛体２３に相当する。１対のＰＣａ部材３４の各々は、ＰＣ緊張材３５が挿通されるべき貫通孔３６を有し、貫通孔３６は、シース管（図示せず）等によって上部に材軸方向に沿って水平に形成され、１対のＰＣａ部材３４を小梁３０の設置箇所に配置したときに互いに連通するように形成される。工場で製造された１対のＰＣａ部材３４は、建設現場まで運搬された後、材軸方向に向かって互いに圧着するように、貫通孔３６に挿通されたＰＣ緊張材３５を緊張することによって接合される。ＰＣ緊張材３５は、ＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼線、又は繊維強化プラスチック等を使用できる。ＰＣ緊張材３５と貫通孔３６との間をグラウトにより充填してもよく、変形追従性が向上するようにアンボンドとしてもよい。また、１対のＰＣａ部材３４の互いの接合は、鉄筋を用いた機械式継手などの他の接合手段で行ってもよく、ピン接合でも剛接でもよい。

１対のＰＣａ部材３４の各々に埋設された平鋼３３の側部３３ｂは、端部側で定着具２１によりコンクリートに定着している。なお、図５では、頭付きスタッド２１ａを定着具２１として使用しているが、孔開き鋼板ジベル２１ｂ（図１参照）やその他の定着手段を用いてもよい。側部３３ｂにおける小梁３０の中央側の端部は、ＰＣａ部材３４から露出している。平鋼３３の中央部３３ａは、１対の側部３３ｂとは独立した部材からなる。建設現場において、平鋼３３の中央部３３ａの両端部の各々が、対応する１対のＰＣａ部材３４の一部を構成する側部３３ｂの露出した端部に機械式接合手段３７によって接合される。機械式接合手段３７は、例えば、中央部３３ａの端部及び側部３３ｂの露出した端部に鋼板を重ねてこれらを高力ボルトで接合する手段としてもよい。平鋼３３の側部３３ｂの内のＰＣａ部材３４のコンクリートから露出した端部、平鋼３３の中央部３３ａ及び機械式接合手段３７が、上部材３１から下方に離間した下部材３２の材軸方向の中間部を構成する。

ＰＣａ部材３４を使用することにより施工期間を短縮することができる。また、ＰＣａ部材が２つに分割されているため、運搬が容易であり、また、比較的小型のクレーンが使用可能で揚重性に優れる。

なお、第２実施形態では、上記の構成に矛盾しない範囲において第１実施形態と同様の変形実施が可能である。例えば、図３に示す第１実施形態の変形例と同様に、下部材３２の中間部を、コンクリートで耐火被覆してもよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、本発明の小梁は、２つの大梁間ではなく、大梁と小梁との間、又は２つの小梁間に架け渡されてもよい。また、第１実施形態に係る平鋼を複数の独立した平鋼を接合したものとしてもよく、第２実施形態に係る平鋼をさらに分割された複数の独立した部材を接合したものとしてもよい。その際、一部又は全部の部材を、型鋼や、鋼棒、鋼線等の他の鋼材、又は繊維強化プラスチックに代えてもよい。また、平鋼又はそれに代わる鋼材等の断面形状を変更して、たわみを制御するダンパーとしての機能を持たせてもよい。

１０，３０：小梁
１３，３１：上部材
１４，３２：下部材
１８：第１下面
１９：第２下面
２０，３３：平鋼（引張材）
２０ａ，３３ａ：平鋼の中央部
２０ｂ，３３ｂ：平鋼の側部
２１：定着具
２２：被覆部

Claims (5)

1. 他の梁に両端部が支持されたコンクリート造の上部材と、
   材軸方向の中間部が前記上部材から下方に離間するとともに両端部が前記上部材に定着された下部材とを備え、
   前記下部材は、鋼材又は繊維強化プラスチックからなる引張材を有し、該引張材は、前記中間部の材軸方向の全長にわたって延在して引張力を受け、前記中間部の両端から前記上部材の両端部の近傍に至るまで前記上部材の下縁に沿って前記上部材に埋設され、
   前記引張材を埋設した下縁を画定する前記上部材の第１下面は、材軸方向の端部に向かうに従って上方に向かう形状を有し、
   前記下部材の前記中間部に対向する前記上部材の第２下面は、材軸方向の中央に向かうに従って上方に向かう部分を含み、かつ上に凸な形状を有することを特徴とする小梁。
2. 前記上部材は、材軸方向に向かって互いに圧着する１対のプレキャストコンクリート部材を有し、
   前記引張材は、それぞれ対応する前記プレキャストコンクリート部材に定着して材軸方向の中央側において前記プレキャストコンクリート部材から露出した１対の側部と、両端が前記１対の側部の露出した部分に接合された中央部とを有することを特徴とする請求項１に記載の小梁。
3. 前記上部材は、前記１対のプレキャストコンクリート部材を材軸方向に向かって互いに圧着させるプレストレス力を与えるＰＣ緊張材をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の小梁。
4. 前記引張材は、材軸方向に延在する平鋼を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の小梁。
5. 前記下部材の前記中間部をコンクリートによってアンボンドに被覆した被覆部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の小梁。

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