JPH0561420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼製ジヨイストと、鋼およびコンクリ
ートの複合構造の改良に関する。本発明は、1974
年11月５日の米国特許第3845594号において特許
された本出願人の先の発明の改良を構成する。

本発明は、鋼およびコンクリートの複合構造が
網状鉄筋と、載置され部分的に埋込まれる複数の
鋼製ジヨイストとを含む水平コンクリートスラブ
を備える、上記特許された構造についての改良を
開示する。各ジヨイストは、腹材により結合され
た上弦材と下弦材とを有する。本発明の改良され
たジヨイストは、反対側に位置するＳまたはＺ状
の一対の対称なフランジであつて、ジヨイストの
長さにわたつて延び、腹材に結合されたフランジ
を有する。このようなジヨイストにおいて、腹材
はオープンウエブの周知のジグザグあるいは連続
型のものでもよく、また腹材は相互に結合されて
上弦材と下弦材の間に中抜きトラス構造を形成す
る、複数の形鋼から構成してもよい。

本発明の他の構成では、腹材は連続した鋼板か
ら構成され、鋼製ジヨイストの上弦材および下弦
材と一体的あるいは別体に成形されてもよい。

本発明により、上述のように出願人の先の特許
に対して、有効な改良が達成され、そして特に、
従来技術のジヨイストに比較して非常に優れた性
能を有するジヨイストが得られる。このような性
能の中に、横方向の剛性についての重要な改良が
ある。つまり、組立て段階における複合構造の強
度を改良し、特にスパンが長い場合を含み、安全
な組立て作業を行なうことができる。しかして、
現在の限界である13mを越えた長いスパンの構造
物を組立てることができ、またこのスパンを容易
に20あるいは25mに拡張することができる。腹材
に山形鋼、薄形鋼または管を用いることにより、
これらの断面の貫動半径を中実丸断面より大きく
することが可能となり、大きな応力が腹材に生じ
ることを許容し、鋼材重量を減少させてより効果
的なジヨイスト構造を得ることができる。

本発明のジヨイストは高強度鋼材から構成され
てもよく、また２時間耐火性能（two hour fire
classification rating）を有する構造物の中に組
込んでもよい。これは複合構造の発展において非
常に重要な問題である。というのは、安全に関す
る配慮は、住居または事務所の目的で用いられる
建物において根本的に重要だからである。

本発明のジヨイストは、ジヨイストの垂直軸に
関して対称構造であり、その対称により、複合構
造になつていない組立て段階における構造的な利
点が得られる。この組立て段階において、支えら
れていないジヨイストは湿つたコンクリートの重
量、型枠（以下フオームワークと呼ぶ）、自重を
支持する必要があり、また、作業員の体重、局部
的な厚みに基づく超過コンクリート、あるいはコ
ンクリート注入バケツの衝撃のような、他の構造
上の積載荷重を支持する必要がある。上弦材が二
重構造なので、長いスパンのジヨイストの重大な
構成要素である大きい断面積を得ることができ、
これにより、横方向を細くし、剛性を高めること
ができる。この高められた剛性により、圧縮応力
に抵抗するジヨイストの性能が向上する。同様
に、これは組立て段階において上弦材すなわち上
弦フランジに必要である横方向の拘束の程度を減
少させる。この横方向の拘束は通常、横方向支持
のウオールビーム等に強固に取付けられた合板の
フオームワークとロールバーの組合せにより行な
われる。鋼とコンクリートの複合型床構造物の組
立ての間のコストを節約する結果、このジヨイス
トの改良された性能により明らかな経済的利点が
得られる。この節約により、床空間の単位面積当
たりのコストが低下することとなり、所有者およ
び現住者は、資本金を減少させたり、あるいは、
賃貸料を減額させるという形で、恩恵をうけられ
る。また、対称形である本発明のジヨイストは、
溶接工程における熱により生じる歪が最小になる
ので、組立て工程における重要な改良がされたこ
とになる。

スイーブ（sweep）は、溶接されたジヨイスト
を組立てる時、おきる現象であり、ここで全ての
溶接は腹材の一方の側にされる。これはジヨイト
スに応力を発生させ、この応力は完成されたジヨ
イストに曲がりを発生させやすい。この曲がり
は、現在では、完成されたジヨイストが溶接され
る時実質的に真直な形状に戻るように、上弦材を
スイープが生じるであろう方向とは反対の方向ヘ
予め曲げることにより対処されてきている。本発
明のジヨイストの対称性により、溶接時の応力に
よるスイープの問題は解決され、組立て時に、予
め補償を行なう複雑な技術を必要とすることな
く、真直なジヨイストが得られる。

全ての上記利点は、本出願人の先の構造と比較
する時、本発明のジヨイストが組立て工程におい
て横方向およびねじり方向にさらに安定であり、
したがつて長いスパンのものが従来技術により可
能であつたものよりもさらに安全に組立てられる
ということである。

添付図面の第１図には、ロールバーつまりスパ
ナバー１２に結合された複数のラチス桁状（以下
オープンウエブと呼ぶ）ジヨイスト１１から成
る、鋼およびコンクリートの複合型の床システム
１０が示される。スパナバー１２は合板からなる
フオームワーク１３を支持する役割を果たす。フ
オームワーク１３上にはコンクリートスラブ１４
が形成され、このスラブは網状鉄筋１５を有す
る。各オーブンウエブジヨイスト１１は下弦材１
６を有し、このジヨイスト１１は第１図に示され
るように、一対の山形鋼の下弦材１６と、一続き
の腹材１７と、二重の上弦材１８とから成る。上
弦材は、スパナバーがフオームワークを支持する
ために貫通できるように、適当な開口を設けられ
る。スパナバーは、仕上げ時に構造物内に残され
るよう意図された永久設置型の圧延棒材である
か、あるいは、例えば本出願人の先行する米国特
許第3945168号に開示されたような、着脱型の圧
延棒材である。

第２Ａ図には、オープンウエブジヨイスト１１
が断面で示される。オープンウエブジヨイスト１
１は、ジヨイストの下弦材を形成する一対の下部
山形鋼と、一対の上弦材１８と、例えば中空の矩
形断面の管状部材、あるいは溝形部材として成形
される腹材１７を有する。第２Ａ図に示されるよ
うに、２つの上弦材は１９において互に溶接さ
れ、溶接２０により腹材１７に結合される。図示
されるように溶接２０はスポツト溶接あるいはシ
ーム溶接であり、最大の強度を得るように位置が
定められ、また腹材１７の内部に溶接棒を挿入で
き、満足な溶接をすることができるようになつて
いる。各上弦材１８は、上部のＳまたはＺ状部分
２１と下部のレグ２２とを有する同一の断面形状
に成形される。本出願人の先行する特許に示され
るように、ＳまたはＺ状部分２１は複合構造物の
コンクリートスラブに埋込まれるようになつてお
り、ＳまたはＺの形状によりコンクリートスラブ
とジヨイストの間の剪断強さが増大し、ジヨイス
トとスラブの間の正確な複合作用が得られる。な
お、２つの上弦材は相互に面対称に配置され、し
かして垂直軸に関してジヨイストを完全に対称な
形状としている。このような対称形状による利点
については上述した。

第２Ｂ図は本発明により構成された同様なジヨ
イストを示し、これも垂直軸に関して対称形状を
有するが、上弦材は第２Ａ図の部材とは反対側を
向いて配設される。上述の場合のように、上弦材
は適当な溶接２０によつて腹材１７に固定され
る。付加的なフイラープレート２３は上弦材１８
間に固定され、２つの上弦材間の空間を閉塞し
て、工事の間ジヨイストの腹材間の開口部を通つ
てコンクリートが流出するのを阻止する。第２Ａ
図および第２Ｂ図に示された２つの実施例の作用
は、大体同じである。

第２Ｂ図はまた上弦材１８の選択可能な形状を
示し、上弦材１８はリツプ２４を設けられていて
もよい。リツプ２４は、複合構造でないジヨイス
トの圧縮強さを増大させるのに有用であり、それ
は上弦材がコンクリートの中に埋込まれる前のこ
とである。

第３Ａ図は本発明に係るジヨイストの他の実施
例の斜視図であり、この実施例では腹材および下
弦材は、単一の帯状鋼板から曲げ加工される。第
３Ａ図の腹材３７は下弦材３６と一体的に成形さ
れ、例えば適当な帯状鋼板を冷間圧延して成形さ
れる。上述のように、上弦材１８は溶接により腹
材３７に結合され、上弦材および腹材の開口３８
は適当な打抜き加工により溶接の前または後に成
形される。開口３８が上弦材１８が腹材３７に溶
接される前に成形されるとしたら、溶接に先立
ち、上弦材と腹材３７の両者を完全に貫通して延
びる、開口３８を整列させる手段を設ける必要が
ある。この整列はある状況においては構成上問題
を生じ、したがつて第３Ａ図に示された構造のも
のの代替案として第３Ｂ図に示す。この例におい
て上弦材３９は、断面形状において非常に短い下
方へ延びるレグ４０が設けられており、このレグ
は上述の場合と同様に腹材３７に溶接される。こ
の場合、腹材は上弦材３９の固定に先立つて開口
３８を容易に打抜かれ、腹材の開口に上弦材の開
口を整列させる必要はない。

第３Ｃ図は本発明に係るジヨイストの構造の他
の実施例を示す分解図である。第３Ｃ図では、ジ
ヨイストは帯板４１と、下弦材としての山形鋼４
２と、上弦材４３とから構成される。第３Ｃ図の
ジヨイストは溶接により組立てられる。溶接の前
または後に、上弦材４３および腹材４１に適当な
開口が形成され、上弦材４３および腹材４１の開
口４４，４５，４６が溶接を行なうに前に適当に
配列されるよう、上弦材４３および腹材４１は適
当に整列される。

第３Ｄ図は下弦材４７の他の構成を示し、この
下弦材４７は第３Ｃ図の山形鋼４２に代えて用い
られている。この場合、第３Ｄ図に示されるよう
な冷間圧延された鋼製の下弦材は、溶接により腹
材４１に取付けられる。

第４Ａ図は上弦材の垂直方向のレグ５２に長手
方向に延びるリブ５１を設けられた上弦材５０の
形状を示し、このリブ５１により上弦材５０は適
当な腹材の構造物へ容易に電気溶接される。

第４Ｂ図は、傾斜面に複数の開口５４を設けら
れた上弦材５３の例を示し、スラブが設けられる
時コンクリートが開口５４を満たすのを許容する
ことによつて、上弦材とコンクリートスラブの間
の剪断強度を高めている。

上弦材５３はまた直角のフランジ５５を設けら
れ、このフランジは適当なフオームワークを支持
するために用いられるか、あるいは従来のスパナ
バーの使用に対して補助的に使用される。

第４Ｃ図および第４Ｄ図は、腹材６０として溝
形のものを用いた場合の斜視図である。この腹材
は第４Ｄ図に示されるようにジヨイストの中心に
配設され、ここで溝形の腹材６０は、オープンウ
エブジヨイストの垂直のレグ６１，６２間に配置
される。第４Ｄ図は大きい荷重が作用する場合の
ものであり、上弦材の垂直レグ６１，６２は相互
に密着して配設され、溝形の腹材６０は垂直レグ
６１，６２の両側に設けられる。同様に、第４Ｄ
図に示された山形鋼の下弦材６３は腹材６０間に
配置される。

さらに望ましい構造は、トラスやオープンウエ
イブジヨイスト、上弦材の中あるいは間に位置す
る全ての圧縮部材に溝形鋼を用い、また上弦材の
フランジの外側に位置する引張部材に山形鋼を用
いるものである。

第４Ｅ図および第４Ｆ図は２つの他の組立て技
術を示す。第４Ｅ図において、２つの同形の部材
７０，７１が背面どおしを溶接されてひとつのジ
ヨイストを構成している。各部材７０，７１は完
成されたジヨイストの片割れであり、２つの部材
間の結合部分は完成されたジヨイストの垂直軸に
一致する。第４Ｆ図において、第１の部材７２は
ＳまたはＺ形の上弦部７３と、下弦部７４と、腹
部７５を有する。第２の上弦部７６は腹部７５に
溶接され、上弦部が二重であるジヨイストを形成
する。

要約すると、本出願は新規な構成のジヨイスト
を用いた、改良された鋼およびコンクリートの複
合型の床システムを開示する。ここでジヨイスト
は、適当な下弦構造物に結合される適当な腹材に
接続された、一対の対称な上弦材を有する。本出
願の上弦材は２つのＳ状の部材から成り、これら
の部材は、下方へ垂直に延びるレグが腹材の結合
のために必要な溶接面を得るよう延長されること
を除いて、本出願人の先の特許が開示するところ
のものと同じである。この上弦材の構成における
リツプは省略されてもよく、また必要に応じて、
上弦材の要素の外側あるいは間に位置する腹材に
干渉しないよう反対方向に折曲げてもよい。

あるいは、いくつかの腹材が上弦材の要素間に
配設されてもよく、また上弦材の要素の外側に配
置されてもよい。この例は、腹材と弦材の容易な
配列のため、溶接結合に関する限り一定の利点を
有する。本発明の上弦材は、ジヨイストがその垂
直軸に関して対称であるので、従来の上弦材より
も強い。上弦材の要素の下方を向くレグは、もち
ろん、必要とされる溶接面積を増大するために延
長されてもよい。

開口に関しては、開口は、フオームワークを支
持するためにスパナバーを挿入できるように設け
られ、これらの開口は機能は先の特許の技術と変
わるものではない。しかしながら、複合型の床シ
ステムの組立てにおいて挿入される時、反対側の
上弦材の要素に干渉しないようにするため、従来
のスパナバーの長い端部は短く切断されなければ
ならない。あるいは、さらに、二重の上弦材構造
の垂直フランジを収容するため、スパナバーに鋸
歯状の切込みを形成してもよい。

本発明の腹材構造は、従来用いられた形状を有
する個々の部材から構成してもよい。通例、山
形、平形、溝形、あるいは矩形断面が用いられる
が、特殊な場合には、丸形鋼や屈曲形状のウエブ
を用いることもできる。一般に一対の山形鋼はご
く普通の形状を有するが、ジヨイストの下弦材は
どんな形状であつてもよい。

ジヨイスト上部の上弦材間を閉塞するのに用い
られる帯状カバー板は、非常に小さいゲージ材料
（gauge material）から成形してもよく、その目
的は、コンクリートが上弦材間を通つてもれるの
を防止することである。個々の腹材の最上部はこ
のカバー板の上に突出しないように配置される。
小さいゲージ鋼（gauge steel）のカバー板を作
り、所定の場所へそれを溶接して取付けることが
必須である。それは構成的要素ではなく、ジヨイ
ストの設計計算には含まれない。しかしながらこ
れに代え、大きな重いカバー板を用い、上弦材を
腹材に溶接結合する結果として通常生じるものよ
りももつと積極的な上弦材間の横方向の結合をす
るための位置に溶接してもよい。この重いカバー
板は、ジヨイストの荷重強度に関する設計計算に
含まれるかもしれない。

一般に、本願の改良されたジヨイストの構造の
利点は、腹材または大きいゲージ閉塞板によつて
互に結合される二重の上弦材の要素により、横方
の安定性がかなり増加することである。横方向の
安定性つまり剛性が増加することは、上弦材の要
素の細長比が減少することに等しく、複合構造に
なつていない建設段階における圧縮力に対する充
分な強度性能が得られることとなる。さらに、第
２の上弦材要素を付加することにより、ジヨイス
トの圧縮強さをより高める断面積を増加させるこ
とができる。第３に、形状上の理由により各腹材
をより容易に使用することができ、また、特に35
フイート（約1070cm）以上の長さのスパンの、軽
い、より有効な腹材構造を得ることができ、本適
用例における二重の上弦材を有するジヨイスト
を、60フイート（約1830cm）以上のスパンに用い
ることが可能となる。

第４Ｅず示された組立て技術は、本発明を実施
するのに特に有利な技術である。対称な断面の部
分は圧延され、溶接され、そして打抜き加工され
て、複合構造に用いるのに経済的かつ汎用的なジ
ヨイストが得られる。

深さの浅いジヨイストとして組立てられる場
合、鋼製の梁構造のための効果的なインフイル
（infill）法が得られる。ここでインフイル法と
は、枠組構造を形成する鋼製ジヨイストによつて
支持された床構造物を構成することをいう。深い
ジヨイストが形成される場合、有効な標準的なス
パンのジヨイストが得られる。

図面に基づき本発明をさらに説明する。

第５図には建築物の床システムの一部が示さ
れ、この図には一対の二重上弦ジヨイスト８２，
８３を支持する鋼製の梁８０，８１が示される。
先行する米国特許第3845594号に示されるように、
スパナバー８４，８５はジヨイスト８２，８３を
連結し、コンクリートデツキスラブが注入される
適当な薄板（図示せず）を支持する。しかして滑
らかなコンクリートスラブが得られ、鋼製梁のサ
ブフレームを有する建築物の床を形成する。

第６図において、一対の鋼製の梁９０，９１
は、ジヨイスト９４が埋込まれ、コンクリートス
ラブ９５を支持している横材の山形鋼９２，９３
を支持する。この横材の山形鋼９２，９３を用い
ることにより、第５図のスラブに比べて厚いスラ
ブが得られ、これは例えば床配電システム（in−
floor electrical distribution system）（図示せ
ず）に用いられる。

本発明ではジヨイストの上弦材１８は一対の対
称のＳ字型部２１より成り、かつ近接するジヨイ
ストの対向する上弦材間にスパナバー１２が配置
されているため、各上弦材１８より左右にスパナ
バー１２が延びている構成となつており、型枠か
らスパナバーを介してジヨイストに加わる力はジ
ヨイストの左右でバランスされ、コンクリートの
固化中にジヨイストを安定状態に保持する効果が
奏される。加えて、コンクリートに埋め込まれる
一対の対称のＳ字型部２１はコンクリートの固化
後の強固な構造を確保する効果を奏する。即ち、
コンクリートは、知られている通り、圧縮には強
くても引つ張りには弱いが、Ｓ字型構造はコンク
リートの固化後に所謂“Shear Connector”を構
成し、コンクリートと鋼材との間での接触強度を
上げ、耐剪断力を高め、結果として複合構造の緊
張強度を高める機能を発揮するが、本発明ではＳ
字型構造がジヨイスト１１の上弦材１８の対称構
造と組み合わせられているため一つのジヨイスト
１１に対称のＳ字型部分２１が設けられ、その分
コンクリートと鋼材との耐剪断力を高めることが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のジヨイストを用いた複合構造
を下から見た場合の斜視図、第２Ａ図および第２
Ｂ図は本発明に係る上弦部材の２つの構成を示す
断面図、第３Ａ，３Ｂおよび３Ｃ図は腹材が連続
的な鋼板であるジヨイストを示す斜視図、第３Ｄ
図は腹材が連続的な鋼板であるジヨイストの他の
例を示す断面図、第４Ａ〜４Ｆ図は腹材と上弦材
の結合の例を示し、吸込第４Ａ図および第４Ｂ図
はそれぞれ上弦材を示す斜視図、第４Ｃ図および
第４Ｄ図はそれぞれ腹材に固定された上弦材を示
す斜視図、第４Ｅ図および第４Ｆ図はジヨイスト
の他の例を示す断面図、第５図は第４Ｅ図に示さ
れた断面形状のジヨイストを用いたインフイル組
立てシステムの斜視図、第６図は本発明の他の実
施例に係る鋼およびコンクリートの複合構造の断
面図である。 １０……床システム、１４……コンクリートス
ラブ、１６，３６，４７，６３，７４……下弦
材、１７，３７，４１，６０……腹材、１８，３
９，４３，５０，５３……上弦材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼およびコンクリートの複合床構造であつ
   て、複数の鋼ジヨイストが水平に、平行な離間し
   た状態で張り渡され、スパナバーが型枠の支持及
   びジヨイストの離間保持のため、ジヨイスト間に
   その横方向に配置され、各鋼ジヨイストは上弦材
   と、下弦材と、該上弦材と下弦材との間を垂直に
   延びる中間腹材とを具備し、各上弦材が固化した
   コンクリート中に埋め込まれることにより複合作
   用が達成され、かつ前記ジヨイストは、床構造が
   まだ複合されていない状態のときには、その自
   重、構造にその時点において加わる負荷、生のコ
   ンクリートに原因する構造負荷を受けるようにさ
   れたものにおいて、 コンクリートの非固化時の構造負荷に耐えるた
   めのジヨイストの能力は前記上弦材を対称軸線を
   有する対称構造として形成することによつて実質
   的に増大され、 各ジョイストの各上弦材は一対の対向位置した
   同一高さのＳ字型部を具備し、 前記Ｓ字型部は垂直軸線に関して相互に鏡面対
   称に配置されて、その右側のものは断面において
   正規な直立したＳ字形状をなし、左側のものは逆
   方向のＳ字形状をなし、更に該Ｓ字型部は垂直軸
   線に関して横方向にかつ等距離離間して配置され
   ていて垂直軸線に対して対称のジヨイストが提供
   され、 前記上弦材は夫々のジヨイストの長さ方向に連
   続的に延びており、かつ取り外し自在なスパナバ
   ーは相互に近接して位置するジヨイストの対向す
   る上弦材間に配置されていることを特徴とする構
   造。 ２ 特許請求の範囲１に記載の構造において、Ｓ
   字型部材の各々は下方に垂れ下がつたレグを有
   し、該レグは溶接することにより腹材に連結され
   る構造。 ３ 特許請求の範囲１に記載の構造において、上
   弦材のレグは、スパナバーの端部を収容するため
   の複数の長さ方向に延びる離間した開口を形成し
   ていて、ジヨイストを前記した離間関係に保持す
   ることができる構造。 ４ 特許請求の範囲１に記載の構造において、前
   記腹材は平坦な冷間圧延鋼シートもしくは板より
   なる構造。 ５ 特許請求の範囲１に記載の構造において、前
   記下弦材は溶接によつて腹材に連結された一対の
   山型部材よりなる構造。 ６ 特許請求の範囲５に記載の構造において、前
   記山型部材は溶接された連結部材によつて腹材に
   連結された構造。 ７ 特許請求の範囲１に記載の構造において、前
   記下弦材は前記腹材と共に一枚の鋼材から一体に
   かつ圧延によつて作られる構造。 ８ 特許請求の範囲１に記載の構造において、前
   記スパナバーを収容する開口が腹材に形成され
   て、直立した鋼とコンクリートとの複合構造にお
   いてコンクリート型枠を支持する構造。 ９ 特許請求の範囲１に記載の構造において、前
   記ジヨイストは垂直軸で接合された二つの同一の
   断面部材で形成され、前記腹材は厚さ方向に二重
   になつており、その対称の軸線は腹材の中心を通
   つている構造。 １０ 特許請求の範囲１に記載の構造において、
   前記ジヨイストは鋼梁によつて内部充填板体とし
   てとしてコンクリートスラブ中に一体支持される
   構造。 １１ 特許請求の範囲１０に記載の構造におい
   て、ビームは腹材に固定されるレグを備える構
   造。 １２ 特許請求の範囲１に記載の構造において、
   前記ジヨイストは後ろ向きで接合された二つの同
   一形状のジヨイストで構成され、各ジヨイスト部
   材は前記上弦材、および腹材の半分を含み、かつ
   圧延鋼板製型材として構成される構造。 １３ 特許請求の範囲１に記載の構造において、
   各Ｓ字状の部材は上、下のフランジと、上、下の
   フランジの対向端を接続する中間の部材とを有
   し、上、下のフランジの自由端は反対方向を指向
   していてコンクリートは、前記コンクリートスラ
   ブの形成時に、各ジヨイストの前記Ｓ字状の部材
   の間の隙間に流入し、これを全体的に埋めること
   を可能とする構造。 １４ 特許請求の範囲１に記載の構造において、
   各Ｓ字状部材において、その長さに沿つて、別々
   の孔を形成した補助の手段を有して、上弦材と、
   コンクリートスラブとの各々の間の剪断強度を高
   めることができる構造。