JPWO2014041632A1 - 鉄骨の開口補強構造 - Google Patents

Abstract

鉄骨のウエブの高さを変えることなく設備配管が通る開口を大きくすることを可能にするウエブ開口補強構造を提供する。複数の鉄骨部２と、隣り合う鉄骨部２、２を連結する連結部４とを備え、水平方向に延びる鉄骨１に形成された設備配管用の中央開口３０付近を補強する構造であって、鉄骨部２は鉛直方向に沿って配置されるウエブ１０と、ウエブ１０の上端部及び下端部に配置され、ウエブ１０に連結される一対のフランジ１２、１４とを有し、連結部４は、角型鋼管２０と、角型鋼管２０の両端部から隣り合う鉄骨部２の端部を挿入しかつ隣り合うウエブ１０間に中央開口３０を形成した状態で、一対のフランジ１２、１４の端部と角型鋼管２０とを接合するボルト２２とを有し、設備配管１００は、側方開口３２、中央開口３０及び側方開口３８を通る。

Description

本発明は、Ｉ形、Ｈ型断面を持つ鉄骨に形成された開口を補強する鉄骨の開口補強構造に関する。

従来より、Ｉ形、Ｈ型断面を持つ鉄骨による鉄骨造の建築物が多く見られる。ここで、鉄骨は、中央のウエブと、このウエブの両端のフランジとによって断面形状がＩ型あるいはＨ型になるように構成されている。ところで、建築物においては空調設備や電気設備用の配管が配設されている。ここで、設備配管を、鉄骨を避けるように配設すると、階上と階下との幅すなわち階高を大きくする必要があり、その分建築コストがかかる。そこで、近年、階高の低減を目的として、ウエブに設備配管の開口を設けることが一般的となっている。

しかし、ウエブに開口を設けることは、開口部分において剪断応力に対する強度が低下する。そこで、従来、開口部分を補強するための技術が提案されている。

従来、この種の技術としては、特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１によれば、梁ジョイント部に設備配管用の貫通孔を開口し、これによる梁性能の低下は、所定厚のフランジスプライスプレート並びに開口を避けて梁ウエブに配されたアングル等のスプライスプレートからなるスプライス材により補強する、という技術が提案されている。

特許第３０１４０６７号公報

従来のウエブの開口を補強する方法としては、特許文献１に記載されているように、ウエブにおける開口周りに補強部材を接合させることが一般に行われている。しかし、この場合、開口部分における剪断応力に対する強度を確保するため、ウエブにおいて開口からフランジとの間にウエブの一部を残す必要がある。すなわち、ウエブの高さを開口の大きさより大きく設定する必要がある。

この場合、ウエブにおける開口からフランジまでの高さ分だけ階高が大きくなる。仮に、ウエブの高さと開口の大きさとを同じすることが可能であれば、階高を低減することが可能である。しかし、従来、開口からフランジまでの間にウエブの一部を残さずに、開口周辺を補強することが困難である。このため、鉄骨のウエブの高さを変えることなく設備配管が通る開口を大きくすることを可能にする鉄骨の開口補強構造の出現が望まれている。

本発明は、鉄骨のウエブの高さを変えることなく設備配管が通る開口を大きくすることを可能にする鉄骨の開口補強構造を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するため、次に記載する構成を備えている。

（１） 複数の鉄骨部と、隣り合う当該鉄骨部を連結する連結部とを備え、水平方向に延びる鉄骨に形成された設備配管用の開口付近を補強する鉄骨の開口補強構造であって、前記鉄骨部は、鉛直方向に沿って配置されるウエブと、当該ウエブの上端部及び下端部に配置され、前記ウエブに連結される一対のフランジとを有し、前記連結部は、両端部が開放された四角筒状の鋼管と、当該鋼管の両端部から前記鉄骨部の端部を挿入しかつ隣り合う前記鉄骨部の端部を所定の距離を離した状態で、前記一対のフランジの端部と前記鋼管とを接合する接合部とを有することを特徴とする鉄骨の開口補強構造。

（１）によれば、隣り合う２本の鉄骨部を所定の距離だけ離間させた状態で、これら２本の鉄骨部を四角筒状の鋼管に挿入し、鉄骨部と鋼管とを接合することにより、２本の鉄骨部２の間に開口が形成される。この開口を設備配管用の開口として利用することが可能になる。更に、鋼管の側面部がウエブに対して平行に配置される。このため、鋼管の側面部がウエブとして機能するようになり、開口付近の剪断応力に対する強度が向上し、開口付近における剪断応力に対する強度が確保される。また、２本の鉄骨部を離間させて設備配管用の開口を形成するため、従来のように、ウエブの高さ方向に一部を残すことなく全体を設備配管用の開口とすることが可能になる。これにより、設備配管用の開口を形成するためにウエブの高さを高くする必要がなくなり、その分、ウエブの高さを短くすることが可能になる。その結果、建築物の階高を低く抑えることが可能になり、建築コストを低減させることが可能になる。更にまた、設備配管の経路において、一方の鉄骨部におけるウエブと連結部との間に形成された開口から入り、２本の鉄骨部２の間の開口を通って、他方の前記鉄骨部におけるウエブと連結部との間に形成された開口から出されるという設備配管の経路が形成される。このため、鉄骨に設備配管を通すことが容易に可能になる。

（２） （１）において、前記鋼管に挿入される前記鉄骨部の端部の長さは、前記鉄骨部の鉛直方向の長さ以上であることを特徴とする鉄骨の開口補強構造。

（２）によれば、隣り合う２本の鉄骨部を連結部によって確実に連結することが可能になる。

（３） （１）、（２）において、前記一対のフランジと前記連結部との間に介在され、前記鉄骨部から前記連結部に応力を伝達する応力伝達プレートを更に備え、前記応力伝達プレートにおける前記鉄骨部の幅方向に沿った方向の長さは、前記一対のフランジにおける前記鉄骨部の幅方向に沿った方向の長さよりも長いことを特徴とする鉄骨の開口補強構造。

（３）によれば、例えば、一対のフランジと連結部との間に隙間があり、かつフランジの幅が連結部の幅よりも短い場合に、この隙間に応力伝達プレートを介在させることにより、隙間の部分を補強することが可能になる。この際、応力伝達プレートにおける鉄骨部の幅方向に沿った方向の長さは、一対のフランジにおける鉄骨部の幅方向に沿った方向の長さよりも長いために、連結部において鉄骨部からの応力が作用する領域を大きくすることができる。これにより、鉄骨部から応力が連結部の一部に集中することが防止され、鉄骨部の応力によって連結部が変形することを防止することが可能になる。

本発明によれば、隣り合う２本の鉄骨部を所定の距離だけ離間させた状態で、これら２本の鉄骨部を四角筒状の鋼管に挿入し、鉄骨部と鋼管とを接合することによって２本の鉄骨部２の間に形成された開口を、設備配管用の開口として利用することが可能になる。更に、鋼管の側面部がウエブに対して平行に配置されるため、鋼管の側面部がウエブとして機能する。このため、開口付近の剪断応力に対する強度が向上し、開口付近における剪断応力に対する強度が確保される。これにより、開口を形成するためにウエブの高さを高くする必要がなくなり、ウエブの高さを短くすることが可能になる。その結果、建築物の階高を低く抑えることが可能になり、建築コストを低減させることが可能になる。

本発明の第１実施形態における鉄骨１のウエブ開口補強構造の要部を示す斜視図である。 図１のＡＡ断面図である。 図１のＢＢ断面図である。 図１のＣＣ断面図である。 本発明の第２実施形態における鉄骨１のウエブ開口補強構造の要部を示す平面図である。 図６は図５のＤＤ断面図本発明の一実施形態における鉄骨１に設備配管を通した構造を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の一実施形態におけるウエブ開口補強構造を備えた鉄骨１の要部を示す斜視図である。図２は、図１のＡＡ断面図である。図３は、図１のＢＢ断面図である。図４は図１のＣＣ断面図である。

図１に示すように、鉄骨１は、設備配管用の開口を補強する構造を有しており、複数の鉄骨部２と、連結部４とを備えている。

鉄骨部２は、鋼鉄製の部材からなり、ウエブ１０と、上フランジ１２と、下フランジ１４とを備えている。ここで、以下の説明の便宜上、図１に示すＸ方向を長さ方向、Ｙ方向を高さ方向、Ｚ方向を幅方向と称することにする。また、長さ方向、高さ方向及び幅方向は、それぞれ互いに垂直であり、鉄骨１を建築物の梁として用いた場合に高さ方向が鉛直方向となる。

ウエブ１０、上フランジ１２及び下フランジ１４は、長手方向に延びる矩形の板状に形成されている。上フランジ１２及び下フランジ１４は、所定の距離を離して互いに対向配置されている。

ウエブ１０は、上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向における中央部を連結するものであり、ウエブ１０の上端部に上フランジ１２が連結され、ウエブ１０の下端部に連結される。このため、上フランジ１２及び下フランジ１４は水平方向に、ウエブ１０は鉛直方向に配置されており、鉄骨１を長手方向に沿って正面視した場合、図２に示すように、ウエブ１０、上フランジ１２及び下フランジ１４によってＨ型に視認される。また、上フランジ１２及び下フランジ１４の端部には、ボルト２２を通すための孔部が形成されている。

連結部４は、四角筒状の角型鋼管２０と、接合部に相当するボルト２２とを備えている。角型鋼管２０は、両端部が開放されており、この両端部の開口は鉄骨部２が挿入可能な大きさに設定されている。ここで、角型鋼管２０に鉄骨部２を挿入した際に、上フランジ１２が対向する平面部を上面部、下フランジ１２が対向する平面部を下面部、ウエブ１０が所定の距離をおいて対向する平面部を側面部と称する。

本実施形態においては、角型鋼管２０の内側における上面部及び下面部の幅方向の長さは、上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向の長さより若干大きく、角型鋼管２０の内側における側面部の高さ方向の長さは、上フランジ１２上面から下フランジ１４下面までの高さより若干大きくなるように設定されている。このため、鉄骨部２を連結部４に挿入した場合に、図２に示すように、上フランジ１２の上面は角型鋼管２０の内側における上面部の面に近接する。同様に、下フランジ１４の下面は角型鋼管２０の内側における下面部の面に近接する。

また、角型鋼管２０における上面部及び下面部の長手方向の両端部に、ボルト２２を通すための孔部が形成されている。そして、２本の鉄骨部２と角型鋼管２０とを連結する際には、まず、隣り合う鉄骨部２、２の端部を角型鋼管２０の両端部に挿入する。ここで、角型鋼管２０に挿入される鉄骨部２の端部の長さは、鉄骨部２の高さ方向の長さに等しいかあるいは若干長く設定されている。

鉄骨部２、２の端部を角型鋼管２０の両端部に挿入していくと、図３に示すように、上フランジ１２及び下フランジ１４の孔部と、角型鋼管２０における上面及び下面の孔部とが一致する。この時点で、隣り合う鉄骨部２、２の両端部は長手方向に所定の長さだけ離間した状態となる。そして、上フランジ１２及び下フランジ１４と角型鋼管２０とをボルト２２によって接合する。

このように２本の鉄骨部２と角型鋼管２０とを連結することにより、隣り合う鉄骨部２、２の間に、設備配管用の開口に相当する中央開口３０が形成される。中央開口３０の長手方向の長さは、設備配線を通すことが可能な長さに設定されている。また、隣り合う鉄骨部２、２における一方の鉄骨部２のウエブ１０と、角型鋼管２０の両側面部との間に、側方開口３２、３４が形成される。同様に、他方の鉄骨部２のウエブ１０と、角型鋼管２０の両側面部との間に、側方開口３６、３８が形成される。このとき、図４に示すように、側方開口３２と側方開口３８とは対角線方向に位置している。同様に、側方開口３４と側方開口３６とは対角線方向に位置している。

なお、設備配管とは、空調設備用の配管や、電気設備用の各種のケーブルを通すための配管、更にはケーブル自体等を指す。設備配管１００は、一例として、図４に示すように、側方開口３２に進入し、中央開口３０を通って、側方開口３４又は側方開口３８から出るという経路で、鉄骨１に通される。

以上、説明したように構成された本実施形態によれば、２本の鉄骨部２を長手方向に所定の長さ離間させた状態で、これら２本の鉄骨部２を四角筒状の角型鋼管によって接合することにより、２本の鉄骨部２の間に形成された中央開口３０を、設備配管用の開口として利用することが可能になる。更に、角型鋼管２０の上面部及び下面部がフランジとして機能し、角型鋼管２０の側面部がウエブとして機能する。このため、中央開口３０付近の剪断応力に対する強度が向上し、２本の鉄骨部２を離間させたとしても剪断応力に対する強度が確保される。

また、２本の鉄骨部２を離間させて設備配管用の中央開口３０を形成するため、従来のように、ウエブの高さ方向に一部を残すことなく全体を開口とすることが可能になる。これにより、開口を形成するためにウエブの高さを高くする必要がなくなり、ウエブの高さを短くすることが可能になる。その結果、建築物の階高を低く抑えることが可能になり、建築コストを低減させることが可能になる。

また、角型鋼管２０に挿入される鉄骨部２の端部の長さは、鉄骨部２の鉛直方向の長さ（高さ方向の長さ）以上であるため、隣り合う２本の鉄骨部２を連結部４によって確実に連結することが可能になる。

ところで、図１に示す第１実施形態においては、鉄骨部２がＨ鋼からなり、角型鋼管２０の幅方向の長さを、上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向の長さよりも若干大きい程度に設定している。このため、鉄骨部２からの応力が、上フランジ１２及び下フランジ１４を介して角型鋼管２０に広範囲にかかるようになる。しかし、鉄骨部２がＩ鋼の場合には、角型鋼管２０の幅方向の長さに対し、上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向の長さが短い。このため、上フランジ１２及び下フランジ１４と角型鋼管２０との接触面積が小さくなり、鉄骨部２からの応力が、角型鋼管２０の上面部及び下面部の一部の領域に集中するようになる。そこで、角型鋼管２０における鉄骨部２からの応力がかかる領域を広げるように構成したものが、次の第２実施形態である。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態における鉄骨１のウエブ開口補強構造の要部を示す平面図、図６は図５のＤＤ断面図である。なお、図５、図６に示す第２実施形態において、図１に示す第１実施形態における部材と同一の部材、又は同一機能の部材については、同一の符号を付して詳細な説明は省略した。

第２実施形態における鉄骨１は、第１実施形態における鉄骨１における角型鋼管２０の高さを長くして、角型鋼管２０と上フランジ１２及び角型鋼管２０と下フランジ１４との間に、図６に示すように隙間５０を形成し、この隙間５０に、応力伝達プレート４０を介在させたものである。

応力伝達プレート４０は、図５に示すように、長方形と等脚台形とを組み合わせてなる略ホームベース形状の鋼板部材である。この応力伝達プレート４０の等脚台形の部分において、互いに平行な二辺における短辺の長さは、上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向の長さに等しく、長辺の長さは、角型鋼管２０の内側の面の幅方向の長さよりも若干短く設定されている。

このように構成された応力伝達プレート４０は、上フランジ１２及び下フランジ１４の端部にボルト４２、４２によって固定される。この時、応力伝達プレート４０の長辺が上フランジ１２及び下フランジ１４の先端に重ねられ、等脚台形側の部分が上フランジ１２及び下フランジ１４にボルト４２、４２によって固定される。

更に、鉄骨部２の端部が角型鋼管２０に挿入され、角型鋼管２０、応力伝達プレート４０及び上フランジ１２が、重なった状態でボルト４４、４４によって締結される。同様に、角型鋼管２０、応力伝達プレート４０及び下フランジ１４が、重なった状態でボルト４４、４４によって締結される。

このように構成された第２実施形態においては、上フランジ１２及び下フランジ１４と角型鋼管２０との間に隙間５０があり、かつ上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向の長さが連結部の幅方向の長さよりも短い場合に、隙間５０に応力伝達プレート４０を介在させることにより、隙間５０の部分を補強することが可能になる。この際、応力伝達プレート４０の幅方向の長さが、上フランジ１２及び下フランジ１４の幅方向の長さよりも長いために、角型鋼管２０において鉄骨部２からの応力が作用する領域を大きくすることができる。このため、鉄骨部２から応力が連結部４の一部に集中することが防止され、鉄骨部の応力によって連結部が変形することを防止することが可能になる。

なお、上述した第２実施形態においては、応力伝達プレート４０と角型鋼管２０と上フランジ１２又は下フランジ１４との固定にボルト４２、４４を用いているが、それに限るものではない。例えば、応力伝達プレート４０と角型鋼管２０と上フランジ１２又は下フランジ１４とを溶接することによって、ボルト４２、４４が突出する分だけ鉄骨１の高さ方向の長さを低くすることが可能になる。

１ 鉄骨
２ 鉄骨部
４ 連結部
１０ ウエブ
１２ 上フランジ
１４ 下フランジ
２０ 角型鋼管
２２ ボルト
３０ 中央開口
３２ 側方開口
３４ 側方開口
３６ 側方開口
３８ 側方開口
４０ 応力伝達プレート
４２ ボルト
４４ ボルト
５０ 隙間
１００ 設備配管

Claims (3)

1. 複数の鉄骨部と、隣り合う当該鉄骨部を連結する連結部とを備え、水平方向に延びる鉄骨に形成された設備配管用の開口付近を補強する鉄骨の開口補強構造であって、
   前記鉄骨部は、
   鉛直方向に沿って配置されるウエブと、当該ウエブの上端部及び下端部に配置され、前記ウエブに連結される一対のフランジとを有し、
   前記連結部は、両端部が開放された四角筒状の鋼管と、当該鋼管の両端部から前記鉄骨部の端部を挿入しかつ隣り合う前記鉄骨部の端部を所定の距離を離した状態で、前記一対のフランジの端部と前記鋼管とを接合する接合部とを有することを特徴とする鉄骨の開口補強構造。
2. 前記鋼管に挿入される前記鉄骨部の端部の長さは、前記鉄骨部の鉛直方向の長さ以上であることを特徴とする請求項１記載の鉄骨の開口補強構造。
3. 前記一対のフランジと前記連結部との間に介在され、前記鉄骨部から前記連結部に応力を伝達する応力伝達プレートを更に備え、
   前記応力伝達プレートにおける前記鉄骨部の幅方向に沿った方向の長さは、前記一対のフランジにおける前記鉄骨部の幅方向に沿った方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１又は２記載の鉄骨の開口補強構造。

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