JP6991850B2

JP6991850B2 - 梁

Info

Publication number: JP6991850B2
Application number: JP2017241183A
Authority: JP
Inventors: 寛増子
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: JP2019108700A

Description

本発明は、梁に関するもので、特に、梁の軽量化に関する。

近年、柱や梁などを、木の板の各層を互いに直交するように積層接着した直交集成材（ＣＬＴ；Cross Laminated Timber）から構成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このＣＮＴは、軽量であるだけでなく、直交積層であるため、高い寸法安定性が得られるだけでなく、断熱性にも優れており、かつ、プレキャスト化も容易であることから、木造住宅などに用いられている。

特開２０１７－５３１８７号公報

しかしながら、柱や梁などを、木の板の各層を互いに直交するように積層接着した直交集成材（ＣＬＴ；Cross Laminated Timber）で構築した場合には、剛性や耐力に問題があるため、これらのを補強してやる必要があるが、補強部材として鋼板を用いた場合には、表面が鋼板となるため、軽量化等の木造の利点が損なわれてしまう、といった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、剛性や耐力を確保しつつ、軽量化やプレキャスト化が容易な梁を提供することを目的とする。

本発明は、スラブに取付けられる梁であって、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ；cellulose nanofiber）から成る枠体と、前記枠体を囲むセルロースナノファイバーから成る外枠と、前記枠体と外枠とを連結するセルロースナノファイバーから成る隔壁と、前記枠体の前記スラブ側である前記枠体の上側部から前記スラブ方向に延びて、前記梁と前記スラブとを一体化する延長部と、を備えたことを特徴とする。
なお、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）単体に限らず、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）と樹脂とを混合したＣＮＦ樹脂複合材、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）とセメントや石灰などの水硬性材料と混合したもの、または、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）とカーボンファイバーやアラミド繊維などの他の高強度繊維と混合したものを指す。
また、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から成る補強板には、板材の両面をセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）から成るシートを貼り付けた複合板も含まれるものとする
。
このように、梁を、剛性が高くかつ軽量な材料であるセルロースナノファイバー（ＣＮＦ）で構成したので、剛性や耐力を確保できるとともに、梁の軽量化を実現できる。
また、前記枠体の前記スラブ側である前記枠体の上側部から前記スラブ方向に延びる延長部を設けて、前記梁と前記スラブとを一体化したので、梁の剛性と耐力を高めることができる、
また、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）は、成形が容易なので、板状だけでなく、枠状のものや井桁状のものなど、プレキャスト化が容易である。なお、上記のＣＮＦ樹脂複合材を用いれば、構造物に、難燃性等の特性を付与することも可能である。
また、ＣＮＦは、ＣＬＴと同じく、木材を原料としているので、環境配慮設計ができるという利点も有する。
また、十字状あるいは井桁状などの、前記枠体のうちの互いに対向する面同士を連結する内部補強板を設けたので、剛性や耐力を更に向上させることができる。
また、前記枠体と前記外枠と前記隔壁との間に断熱材を配置したので、断熱性を更に高めることができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本実施の形態１に係る柱及び梁の構造を示す図である。柱及び梁の構造の他の例を示す図である。本実施の形態２に係る柱と梁の構造を示す図である。本実施の形態３に係る柱と梁の接合箇所の構造を示す図である。

実施の形態１．
図１は本実施の形態１に係る柱１０と梁２０の構造を示す図で、符号１０ａは、柱１０の梁２０との接合部である柱梁接合部である。
本例では、柱梁接合部１０ａを柱１０とを一体に構成した。
柱１０は、当該柱１０の側面を形成する４枚の柱板１１～１４から成る枠体で、本例では、柱板１１～１４として、セルロースナノファイバー（ＣＮＦ；cellulose nanofiber）を射出成形して成る板材を用いた。
ＣＮＦは、植物の細胞壁を形作る、太さが４～１００ｎｍのセルロースの束から成り、主に、木材などを原料として製造されるもので、これを射出成形や押出成形、圧縮成形などにより、板状や枠状あるは筒状に成形したものが補強部材として用いられる。
ＣＮＦは、密度が鋼鉄の約１/５と低いだけでなく、引張強度が鋼鉄の約１０倍と高いので、このようなＣＮＦから成る柱用板部材としての柱板１１～１４で、柱１０の側面を構成すれば、柱１０の軽量化を図ることをできるとともに、剛性や耐力を向上させることができる。
なお、本例では、柱１０の柱梁接合部１０ａを、柱１０と同様に、ＣＮＦから成る４枚の柱板１１～１４から構成した。
梁２０も、柱１０と同様に、梁２０の側面となるＣＮＦから成る４枚の梁板２１～２４から構成される。これにより、梁２０の軽量化と剛性及び耐力の向上とを同時に実現することができる。
なお、図１に示すように、梁２０とスラブ３０との間に、ＣＮＦから成る断面Ｌ字状の補強片２０Ｋを配置すれば、梁２０の剛性及び耐力を更に向上させることができる。
なお、本例では、柱板１１～１４同士を接着して柱１０を構成し、梁板２１～２４同士を接着して梁２０を構成したが、柱１０もしくは梁２０となる、断面が矩形の枠体を射出成形等で形成してもよい。
また、柱板１１～１４を、柱１０の延長方向に複数枚重ねたり、梁板２１～２４を、梁２０の延長方向に複数枚重ねて、柱１０及び梁２０の側面を形成してもよい。

なお、柱１０の断面が大きい場合には、図２（ａ）に示すように、それぞれが、ＣＮＦから構成された、ＣＮＦを射出して得られた断面が矩形の柱部材１０１～１０４を接着して柱１０を構成するようにしてもよい。
あるいは、図２（ｂ）に示すように、ＣＮＦを射出成形して得られた断面が矩形の枠体１５の内部に、枠体１５の互いに対向する面同士を連結する十字状の内部補強板１６Ａを設ければ、柱１０の剛性と耐力とを更に高めることができる。
なお、４枚の柱板１１～１４を接着するなどして枠体１５を構成してもよい。また、十字状の内部補強板１６Ａも成形にて一体に作製してもよいし、複数の板材を組み合わせて作製してもよい。
また、図２（ｃ）に示すように、十字状の内部補強板１６Ａに代えて複数板材を井桁状に組み上げて成る補強部材（井桁状の補強部材１６Ｂ）を用いてもよい。
なお、十字状の内部補強板１６Ａ、及び、井桁状の補強部材１６Ｂも、ＣＮＦから構成すれば、軽量化を確保しつつ、剛性と耐力とを高めることができるので、好ましい。
また、柱梁接合部１０ａについても、図２（ａ）～（ｃ）と同様の構成とすれば、剛性と耐力とを更に高めることができる。
なお、前記実施の形態１では、柱梁接合部１０ａを柱１０とを一体に構成したが、柱梁接合部１０ａを柱１０とは別体に作製して柱１０の上部に取り付けてもよい。
また、前記実施の形態１では、柱板１１～１４、及び、梁板２１～２４を構成する材料としてＣＮＦを用いたが、ＣＮＦと樹脂とを混合したＣＮＦ樹脂複合材を用いてもよいし、ＣＮＦとセメントや石灰などの水硬性材料と混合したものや、ＣＮＦとカーボンファイバーやアラミド繊維などの他の高強度繊維と混合したものを用いてもよい。
また、柱板１１～１４、及び、梁板２１～２４として、板材の両面にＣＮＦから成るシートを貼り付けた複合板を用いてもよい。

実施の形態２．
図３（ａ）は、本実施の形態２に係る柱１０Ｄの構成を示すで、柱１０Ｄは、柱１０Ｄの外周面である側面を構成する断面が矩形の枠体１５と、この枠体１５の外側に配置された断面が長方形の筒状の外壁１７と、枠体１５と外壁１７とを連結する隔壁１８と、枠体１５と外壁１７と隔壁１８とにより囲まれた空間（以下、中空部１７Ｓという）に配置された断熱材１９とを備える。
本例では、外壁１７及び隔壁１８についても、ＣＮＦから構成した。
このような構成を採ることにより、軽量で、かつ、剛性と耐力が高いという特性に加えて、高い断熱性を有する柱１０Ｄを構築することができる。
なお、中空部１７Ｓを中空（空気）としても、断熱効果を得ることができるので、上記空間の一部もしくは全部を中空状としてもよい。
また、柱梁接合部１０ａについても、上記の柱１０Ｄと同様の構成とすれば、断熱性を
向上させることができる。
また、柱１０Ｄの断面寸法Ｂ×Ｄ、断熱材１９を囲む筒体の寸法ａ×ｂ、中空部１７Ｓの個数Ｎやサイズ、外壁１７の厚さｔ₁、補強板１２の厚さｔ₂、及び、隔壁１８の厚さｔ₃については、特に、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
図３（ｂ）は、柱１０Ｄに接合される梁２０Ｄの構成を示す図で、梁２０Ｄの場合には、スラブ３０側に断熱材２９を収納するための中空部２７Ｓを設けない以外は、柱１０Ｄと同様の構成で、図３（ａ）の枠体１５と同様の枠体２５と筒状の外壁２７と隔壁２８と断熱材２９とを備える。断熱材２９は、梁２０Ｄの側面側と底部側（スラブ３０とは反対側）に配置される。なお、枠体２５の上側部２５ｕは、外壁２７方向に延長されて、外壁２７の側面と連結される。
このような構成を採ることにより、梁２０Ｄの断熱性を高めることができる。
このとき、同図に示すように、枠体２５の上側部２５ｕからスラブ３０方向に伸びる、枠体２５の上側部２５ｕの延長方向に垂直な方向に延長する延長部２５ｖを設けて、梁２０とスラブ３０とを一体化すれば、梁２０の剛性と耐力を更に高めることができる。また、延長部２５ｖを枠体２５の内部側にも延長すれば、延長部２５ｖ自身の強度も高めることができる。
このような構成を採ることにより、梁２０Ｄの断熱性を高めることができる。
また、本例では、スラブ３０を、デッキプレート３１とスラブコンクリート３２とから構成したが、実施の形態１のように、スラブ３０をＣＬＴから構成してもよい。
なお、同図の符号３３はデッキ受け、符号３４は、スラブコンクリート３２を補強するメッシュ筋である。
なお、前記実施の形態２では、中空部１７Ｓ，２７Ｓに断熱材１９，２９を配置したが、断熱材１９，２９に代えて、耐火材や防火材を配置すれば、柱１０Ｄ、柱梁接合部１０ａ、及び、梁２０Ｄの耐火性や防火性を高めることができる。
また、枠体１５に代えて、図２（ａ）に示した、断面が矩形の柱部材１０１～１０４を接着したものを用いてもよいし、枠体１５の内部に、図２（ｂ）に示した十字状の内部補強板１６Ａ、もしくは、図２（ｃ）に示した井桁状の補強部材１６Ｂを設けてもよい。

実施の形態３．
図４は、本実施の形態３に係る柱と梁の接合箇所を示す縦横断面図で、本例では、柱梁接合部１０ａの梁２０側で、梁２０に底部と接合する柱板１１Ａを梁２０側に突出させて梁側支持板１１Ｌを形成するとともに、梁２０の底部の梁板２４の柱１０側の端部と梁側支持板１１Ｌとを接合用ブロック４１で接合することで、柱梁接合部１０ａを補強する構成とした。
接合用ブロック４１は、梁２０の底部の梁板２４と梁側支持板１１Ｌとに接着剤で接着してもよいし、同図に示すように、梁側支持板１１Ｌと嵌合させてもよい。あるいは、梁板２４と梁側支持板１１Ｌとにボルト等により締結してもよい。
また、柱梁接合部１０ａにて、上側の柱１０ｂと下側の柱１０ｃとを連結する際には、柱梁接合部１０ａの梁２０側の柱板１１ａ，１３ａの上端側と下端側とに、上方及び下方に突出させた柱上側支持板１１Ｍと柱下側支持板１１Ｎとを形成するとともに、上側の柱１０ｂの補強板１１ｂ，１３ｂの下部と柱上側支持板１１Ｍとを接合用ブロック４２ｂで接合し、下側の柱１０ｃの補強板１１ｃ，１３ｃの上部と柱下側支持板１１Ｎとを接合用ブロック４２ｃで接合すれば、柱梁接合部１０ａを強固に補強することができる。
なお、接合用ブロック４２ｂは、スラブ３０の上側に接する長さとしてもよいし、同図の破線で示すように、梁２０の上端まで延長してもよい。
接合用ブロック４２ｂ，４２ｃも、接合用ブロック４１と同様に、柱上側支持板１１Ｍと柱下側支持板１１Ｎとに接着剤で接着してもよいし、柱上側支持板１１Ｍと柱下側支持板１１Ｎと嵌合させてもよい。あるいは、ボルト等により締結してもよい。

１０柱、１１～１４柱板、２０梁、２１～２４梁板、
２０ＫＬ字状の補強片、３０スラブ。

Claims

スラブに取付けられる梁であって、
セルロースナノファイバーから成る枠体と、
前記枠体を囲むセルロースナノファイバーから成る外枠と、
前記枠体と外枠とを連結するセルロースナノファイバーから成る隔壁と、
前記枠体の前記スラブ側である前記枠体の上側部から前記スラブ方向に延びて、前記梁と前記スラブとを一体化する延長部と、
を備えたことを特徴とする梁。
前記枠体のうちの互いに対向する面同士を連結する内部補強板を設けたことを特徴とす
る請求項１に記載の梁。
前記梁を、その延長方向に垂直な断面で見たときに、
前記内部補強板が井桁状に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の梁。
前記枠体と前記外枠と前記隔壁との間に断熱材、耐火材、もしくは、防火材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の梁。