JPH10238015A - パイプ梁およびパイプ梁を用いた格子状骨組み - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接やボルトで接合する際に、両端部が変形
しない格子状骨組み用のパイプ梁を提供すること、およ
び地震等の振動により格子点に作用する圧縮力に対する
強度が高い格子状骨組みを提供することである。 【解決手段】 格子状骨組みのパイプ梁である鋼管１の
両端部に、仕切りとしての鋼板２を固定し、ここにモル
タル３を充填して鋼管の変形を拘束することにより、熱
歪みや座屈変形の発生を防止したのである。また、鋼管
１の両端部に充填したモルタル３でパイプ梁の圧縮強度
を補強することにより、格子状骨組みの格子点近傍の圧
縮強度を確保するようにしたのである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主として屋根構
造に用いられ、その他の各種構造物にも適用可能な格子
状骨組みと、この格子状骨組みに使用されるパイプ梁に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の格子状骨組みは、体育館や工場
棟などの床面積が広く、かつ柱のスパンが広い建築物の
母屋としてよく使用されている。これらの格子状骨組み
は、一般に工場にて、複数本のパイプ梁を格子状に突き
合わせ、この突き合わせ部分に上下両側から結合プレー
トを重ね、この上下の結合プレートと各パイプ梁とを溶
接あるいはボルトで接合し、数個から数十個の格子目を
有する板状のユニットとして組み立てられている。この
工場で組み立てられたユニットは、建築現場においてク
レーン等で吊り上げられ、ユニットの外周の格子点が建
築物の柱間に渡された大梁等に溶接施工で取り付けられ
ている。

【０００３】従来、格子状骨組みのパイプ梁としては、
角鋼管や丸鋼管がそのまま中空状態で使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の格子状骨組みを
溶接で組み立てる際には、上下の結合プレートが溶接さ
れるパイプ梁の両端部に、溶接時の入熱による大きな熱
応力が発生する。この熱応力によりパイプ梁の両端部に
歪みが残留する場合があり、この歪みに起因して、組み
立てられた板状のユニットに反りや捩じれが生じる問題
がある。この反りや捩じれを矯正するためには多大の手
間を要する。

【０００５】パイプ梁を用いて、格子状骨組みをボルト
で組み立てる際には、上下の結合プレートが接合される
金属管の両端部に貫通孔が設けられ、ここにボルトが通
されて、上下の結合プレートがボルトとナットで締め付
けられる。このボルトとナットによる締め付けは、建築
現場での取り扱い時や、母屋として建築物に取り付けら
れた後に緩むことがないように、かなり強力に行う必要
があるため、この締め付け力により、金属管の端部が座
屈変形する問題がある。

【０００６】また、前述したように、工場で組み立てら
れた格子状骨組みの板状ユニットは、ユニット外周の格
子点のみが大梁等に固定され、ユニット内部の各格子点
は自由な節点となる。したがって、地震や強風で建築物
が振動すると、自由節点であるユニット内部の各格子点
は上下方向や水平方向に振動する。上下振動により、ユ
ニット全体が下側に凸に振動した場合は、格子点の上面
側に圧縮力が、下面側に引張り力が作用し、上側に凸に
振動した場合は、この逆の力が作用する。水平方向の振
動の場合は、各格子点に引張りと圧縮の軸力が交互に作
用する。一般に、鋼管等の細長い金属材料は引張り力に
強く、圧縮力に弱い特性がある。金属管の圧縮強度を増
大するためには、その肉厚を増大するか管径を大きくす
る必要があり、この対策は格子状骨組みの著しい重量増
に繋がり、建築物全体の強度設計変更を必要とする問題
が生じる場合がある。また、建築物の美観を損ねる問題
もある。

【０００７】そこで、この発明の第１の課題は、パイプ
梁を用いた格子状骨組みにおいて、格子点を溶接で接合
する工法では、金属管の端部での溶接の入熱による歪み
の発生を防止でき、ボルトで接合する工法では、ボルト
の締め付け力による金属管端部の座屈変形を防止できる
パイプ梁を提供することである。さらに、この発明の第
２の課題は、前記格子状骨組みにおいて、格子点近傍の
圧縮強度を高め、耐震、耐風に強い格子状骨組みを提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の課題を解決するた
めに、この発明は、パイプ梁に使用する金属管の全長の
うち、少なくとも両端部の管内に補強材を充填した構成
を採用したのである。

【０００９】すなわち、この発明によるパイプ梁では、
金属管の両端部に補強材を充填することにより、この金
属管両端部の変形を拘束することができる。したがっ
て、格子点を溶接で接合する格子状骨組みに使用する場
合は、溶接の入熱による歪みの発生を防止することがで
き、格子点をボルトで接合する場合は、ボルトの締め付
け力による金属管の座屈変形を防止することができる。

【００１０】格子点を溶接で接合する場合は溶接の入熱
が大きい部位を拘束すればよく、ボルトで接合する場合
はボルトの締め付け力が作用する部位を拘束すればよ
い。したがって、補強材を充填する金属管両端部の所要
長さは、いずれの場合も、概ね格子点で接合される上下
の結合プレートが重ねられる長さ以上であればよい。

【００１１】流動性があり注入充填後に固化する補強材
としては、コンクリートやモルタルを汎用的に採用する
ことができ、ボルトで接合されるパイプ梁の場合は樹脂
等も採用することができる。

【００１２】予め成形して充填する固形の補強材として
は、鋼等の金属ブロックや厚肉の金属管の他に、所要の
長さの金属管にコンクリートを充填したもの等、複合材
料からなる補強材を採用することもできる。

【００１３】これらの金属管の両端部に充填された補強
材は、金属管両端部の圧縮力に対する強度を補強する効
果も有する。ボルトで接合されるパイプ梁の場合はボル
ト接合の強度を増大する効果も有する。なお、パイプ梁
に使用される金属管としては、鋼管が一般的であるが、
特殊な建築物等ではアルミニウム合金やチタニウム製等
の管も使用することができる。

【００１４】金属管の両端部の管内に、その両端から所
要長さの位置までの間に流動性の補強材を充填するに際
しては、この所要長さの位置に仕切りを形成する必要が
ある。この仕切りの形成方法としては、板材もしくはブ
ロック材を金属管の内周面に密着固定する方法、または
棒材もしくは両端密閉の管材を金属管に挿入固定し、そ
の両端面を活用する方法を採用することができる。前記
のブロック材または棒材として発泡樹脂材料を採用する
こともできる。

【００１５】前記の棒材および両端密閉の管材は、必ず
しも金属管の内周面に密着する必要はなく、これらの棒
材や管材の外周に流動性の補強材が充填されても差し支
えない。また、前記ブロック材や棒材として発泡スチロ
ール等の発泡樹脂材料を用いれば、ブロック材や棒材に
よるパイプ梁の重量増を殆ど無視することができる。

【００１６】金属管の全長に渡って、その管内に補強材
を充填した場合は、前述した溶接による歪みの発生とボ
ルト締めによる座屈変形を防止できる他に、全長に渡っ
てのパイプ梁の圧縮強度を補強することができる。

【００１７】第２の課題を解決するために、この発明
は、複数本のパイプ梁が格子状に突き合わされ、その突
き合わせ部分に上下両側から結合プレートが重ねられ、
この上下の結合プレートと各パイプ梁が溶接あるいはボ
ルトにより接合されて組み立てられる格子状骨組みにお
いて、前記パイプ梁の一部もしくは全部に、少なくとも
その両端部に補強材を充填したパイプ梁を用いる構成を
採用したのである。

【００１８】すなわち、金属管の両端部に補強材を充填
したパイプ梁を用いることにより、金属管両端部の圧縮
強度を補強できるため、金属管の肉厚や管径を増大する
ことなく、格子状骨組みの格子点近傍における圧縮強度
を著しく高めることができる。格子状骨組みが使用され
る屋根の形状や、格子状骨組みの使用場所によっては、
格子点近傍に作用する圧縮力が比較的小さい部位もあ
る。したがって、このような部位には通常の中空パイプ
梁を用い、圧縮力が大きい部位のみに補強材を充填した
パイプ梁を用いてもよい。

【００１９】また、前記上下の結合プレートと各パイプ
梁が溶接により接合されて組み立てられる格子状骨組み
において、前記パイプ梁の一部もしくは全部に、少なく
ともその両端部に補強材を充填したパイプ梁を用いると
ともに、上側の結合プレートの各パイプ梁との重なり部
分に少なくとも一つのスリットを設け、その内周縁を各
パイプ梁と溶接で接合した構成とすることもできる。

【００２０】この場合は、上側の結合プレートと各パイ
プ梁を溶接するときに、この結合プレートに設けられた
スリットの内周縁で溶接長さを稼ぐことができる。した
がって、上側の結合プレートの下面側からの溶接施工を
しなくても十分な接合強度を確保でき、工場での格子状
骨組みの組み立て時に、下面側を溶接するための反転作
業等が不要となる。なお、下側の結合プレートは上側の
結合プレートを溶接する前に、下側の結合プレートの上
に各パイプ梁が載置されて溶接されるため、下側の結合
プレートの上面側のみで各パイプ梁の長手方向縁に沿っ
て十分な溶接長さを確保することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施形態を図面を参
照して説明する。図１乃至図６に実施形態のパイプ梁を
示す。

【００２２】図１は、角鋼管１の両端に近い内側に仕切
りとしての鋼板２を固定し、角鋼管１の両端からこの鋼
板２までの間に、補強材として無収縮性のモルタル３を
充填した後、固化させた第１の実施形態である。矩形の
鋼板２は角鋼管１の内周面に密着するように形成される
とともに、その４隅に所要の長さに切断された鉄筋４が
溶接で取り付けられ、この鉄筋４が角鋼管１の内側コー
ナーに溶接固定されている。鉄筋４は、鋼板２の位置決
めの他に、モルタル３の付着力を高める効果も有する。
この実施形態では、仕切りとして鋼板２を用いたが、樹
脂板や樹脂ブロック等を接着剤で接着してもよい。

【００２３】図２は、角鋼管１よりも所要長さだけ短
く、両端が密閉された丸鋼管５の外周に、角鋼管１と長
さが等しい４本の鉄筋６を溶接し、これを角鋼管１の内
部にセットして、角鋼管１の内部に補強材としてコンク
リート７を充填した第２の実施形態である。この実施形
態では、角鋼管１の両端部の他に、角鋼管１と丸鋼管５
の間の隙間にもコンクリート７が充填される。コンクリ
ート７を充填する場合は、コンクリート７が注入後に凝
縮して角鋼管１との間に若干の隙間ができるため、角鋼
管１の内部での結露の発生を防止するため、管端にはコ
ンクリート７を充填して固化させた後、密封板８が取り
付けられている。この実施形態では、パイプ梁の中央部
が、間にコンクリート７を充填した二重管となるため、
パイプ梁中央部の圧縮強度も補強できる。なお、角鋼管
１の内部にセットする管材の形状は角形等でもよく、か
つ素材も樹脂管等でもよい。

【００２４】図３は、角鋼管１に内接し、角鋼管１より
も所要長さだけ短い発泡スチロールの角棒９を、角鋼管
１の内部に挿入し、角鋼管１の両端部の空隙に無収縮性
のモルタル３を充填した第３の実施形態である。角鋼管
１の端部に配置された所要長さの樹脂棒１０は、発泡ス
チロールの角棒９の位置決めと、モルタル３の注入時に
この角棒９がずれるのを防止するためのものである。こ
の実施形態では、発泡スチロールが弾力性を有している
ので、角鋼管１の内部への挿入が容易であり、かつ角棒
９を固定するための溶接や接着が不要のため、施工が簡
便となる利点がある。

【００２５】図４は、角鋼管１の両端部に、補強材とし
て所要長さの角鋼１１を挿入し、その外周を角鋼管１に
溶接で取り付けた第４の実施形態、図５は、角鋼管１の
両端部に、コンクリート７を充填した角鋼管１２を挿入
し、その外周を角鋼管１に溶接で取り付けた第５の実施
形態である。なお、角鋼１１や角鋼管１２は角鋼管１に
嵌合して取り付けてもよい。

【００２６】図６は、角鋼管１の全長に渡って、補強材
として無収縮性のモルタル３を充填した後、固化させた
第６の実施形態である。角鋼管１の内側コーナーにはモ
ルタル３の付着力を高めるための鉄筋１３が溶接されて
いる。

【００２７】図７乃至図１０に格子状骨組みの実施形態
を示す。図７は、格子状骨組みの格子点をボルトで接合
した状態を拡大して示す。下側の結合プレート１４の上
に、両端部に補強材として無収縮性のモルタル３が充填
された４本のパイプ梁１５が格子状に突き合わされ、そ
の上に上側の結合プレート１６が重ねられ、これらがボ
ルト１７とナット１８で接合されている。上下の結合プ
レート１６、１４には貫通孔１９が設けられ、この貫通
孔１９の位置に合わせて各々のパイプ梁１５の端部に
も、図示はしないが、貫通孔が設けられ、ここにボルト
１７が通されてナット１８で締め付けられている。この
実施形態では、各々のパイプ梁１５を２本のボルト１７
で接合したが、ボルト１７の本数は所望の接合強度によ
って適宜決められる。

【００２８】図８は、格子状骨組みの格子点を溶接で接
合した状態を拡大して示す。この場合は、下側の結合プ
レート２０の上に、全長に渡って補強材としてコンクリ
ート７が充填された４本のパイプ梁２１が格子状に突き
合わされ、各パイプ梁２１が下側の結合プレート２０と
重なる長手方向縁２２に沿って溶接される。この後に、
各パイプ梁２１との重なり部分にスリット２３を有する
上側の結合プレート２４が重ねられ、結合プレート２４
が各パイプ梁２１と重なる外周縁２５とスリット２３の
内周縁とが、各パイプ梁２１に溶接されている。上側の
結合プレート２４に設けられるスリット２３の数と長さ
は、所望の接合強度によって適宜決められる。また、ス
リット２３の方向も、必ずしも接合するパイプ梁２１の
軸に平行な方向である必要はなく、例えば直交方向に設
けることもできる。

【００２９】図９および図１０は、格子状骨組みの板状
のユニットであり、両者とも１６箇の格子目を有し、１
つの格子目は一辺の長さが９１ｃｍ（３尺）のものであ
る。図９は、両端部のみに無収縮性のモルタル３が充填
されたパイプ梁１５が、上下の結合プレート１６、１４
とボルト（図示省略）で接合されたもの、図１０は、全
長に渡ってコンクリート７が充填されたパイプ梁２１
が、上下の結合プレート２４、２０と溶接（図示省略）
で接合されたものである。いずれの場合も、ボルト締め
による鋼管の座屈変形や、溶接の入熱による歪みの残留
がなく、矯正なしで平坦な板状ユニットが得られてい
る。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明は、格子状骨組
みのパイプ梁である金属管の両端部に、補強材を充填し
て金属管の変形を拘束したので、パイプ梁を格子点で溶
接やボルトで接合する際に、金属管の両端部での熱歪み
や座屈変形の発生を防止することができる。また、金属
管の両端部に補強材を充填したパイプ梁を採用すること
により、格子状骨組みの格子点近傍における圧縮強度を
高め、耐震、耐風に強い格子状骨組みを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のパイプ梁の一部省略断面図

【図２】第２の実施形態のパイプ梁の一部省略断面図

【図３】第３の実施形態のパイプ梁の一部省略断面図

【図４】第４の実施形態のパイプ梁の一部省略断面図

【図５】第５の実施形態のパイプ梁の一部省略断面図

【図６】第６の実施形態のパイプ梁の一部省略断面図

【図７】実施形態の格子状骨組みのボルトで接合した格
子点の拡大斜視図

【図８】実施形態の格子状骨組みの溶接で接合した格子
点の拡大斜視図

【図９】実施形態の格子状骨組みユニットの平面図

【図１０】他の実施形態の格子状骨組みユニットの平面
図

【符号の説明】

１ 角鋼管 ２ 鋼板 ３ モルタル ４ 鉄筋 ５ 丸鋼管 ６ 鉄筋 ７ コンクリート ８ 密封板 ９ 角棒 １０ 樹脂棒 １１ 角鋼 １２ 角鋼管 １３ 鉄筋 １４ 結合プレート １５ パイプ梁 １６ 結合プレート １７ ボルト １８ ナット １９ 貫通孔 ２０ 結合プレート ２１ パイプ梁 ２２ 長手方向縁 ２３ スリット ２４ 結合プレート ２５ 外周縁

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属管の全長のうち、少なくとも両端部
   の管内に補強材を充填してあるパイプ梁。
2. 【請求項２】 金属管の両端部の管内に、その両端から
   所要長さの位置までの間に補強材を充填してあるパイプ
   梁。
3. 【請求項３】 前記補強材が流動性を有し、注入充填後
   に固化した補強材である請求項２に記載のパイプ梁。
4. 【請求項４】 前記補強材が予め成形された固形の補強
   材である請求項２に記載のパイプ梁。
5. 【請求項５】 前記金属管の両端から所要長さの位置の
   管内に、前記補強材の仕切りが形成された請求項３に記
   載のパイプ梁。
6. 【請求項６】 前記仕切りが、前記金属管の内周面に密
   着した板材もしくはブロック材、または前記金属管に挿
   入された棒材もしくは両端密閉の管材の両端面である請
   求項５に記載のパイプ梁。
7. 【請求項７】 前記ブロック材または棒材が発泡樹脂材
   料である請求項６に記載のパイプ梁。
8. 【請求項８】 金属管の全長に渡って、その管内に補強
   材を充填してあるパイプ梁。
9. 【請求項９】 複数本のパイプ梁が格子状に突き合わさ
   れ、その突き合わせ部分に上下両側から結合プレートが
   重ねられ、この上下の結合プレートと各パイプ梁が溶接
   あるいはボルトにより接合されて組み立てられる格子状
   骨組みにおいて、前記パイプ梁の一部もしくは全部が請
   求項１乃至請求項８のいずれかに記載のパイプ梁である
   ことを特徴とする格子状骨組み。
10. 【請求項１０】 複数本のパイプ梁が格子状に突き合わ
    され、その突き合わせ部分に上下両側から結合プレート
    が重ねられ、この上下の結合プレートと各パイプ梁が溶
    接あるいはボルトにより接合されて組み立てられる格子
    状骨組みにおいて、前記パイプ梁の一部が請求項８に記
    載のパイプ梁であり、その他のパイプ梁の一部もしくは
    全部が請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のパイプ
    梁であることを特徴とする格子状骨組み。
11. 【請求項１１】 複数本のパイプ梁が格子状に突き合わ
    され、その突き合わせ部分に上下両側から結合プレート
    が重ねられ、この上下の結合プレートと各パイプ梁が溶
    接により接合されて組み立てられる格子状骨組みにおい
    て、前記パイプ梁の一部もしくは全部が請求項１乃至請
    求項８のいずれかに記載のパイプ梁であるとともに、前
    記上側の結合プレートの各パイプ梁との重なり部分に少
    なくとも一つのスリットを設け、その内周縁を各パイプ
    梁と溶接で接合したことを特徴とする格子状骨組み。
12. 【請求項１２】 複数本のパイプ梁が格子状に突き合わ
    され、その突き合わせ部分に上下両側から結合プレート
    が重ねられ、この上下の結合プレートと各パイプ梁が溶
    接により接合されて組み立てられる格子状骨組みにおい
    て、前記パイプ梁の一部が請求項８に記載のパイプ梁で
    あり、その他のパイプ梁の一部もしくは全部が請求項１
    乃至請求項７のいずれかに記載のパイプ梁であるととも
    に、前記上側の結合プレートの各パイプ梁との重なり部
    分に少なくとも一つのスリットを設け、その内周縁を各
    パイプ梁と溶接で接合したことを特徴とする格子状骨組
    み。