特許 5715846 建設構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5715846

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】建設構造体

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20150423BHJP

   E04C 3/07 20060101ALI20150423BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   E04B1/24 G

   E04C3/07

   E04B1/58 504F

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-30981(P2011-30981)

(22)【出願日】2011年2月16日

(65)【公開番号】特開2012-167517(P2012-167517A)

(43)【公開日】2012年9月6日

【審査請求日】2013年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】新日鉄住金エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100129403

【弁理士】

【氏名又は名称】増井 裕士

(72)【発明者】

【氏名】中村 泰教

(72)【発明者】

【氏名】佐伯 英一郎

【審査官】 星野 聡志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２８４９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１９０１００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｃ３／０７

Ｅ０４Ｂ１／２４

Ｅ０４Ｂ１／５８

Ｅ０１Ｄ２／０２

Ｂ２１Ｄ４７／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基準方向に延びる板状に形成されるとともに厚さ方向に変位することで波形に形成されたウェブと、
前記ウェブの前記基準方向に直交する直交方向の両端部に設けられた一対のフランジ部と、
前記ウェブの前記基準方向における端部に、自身の法線が前記基準方向に対して鋭角をなすように設けられ、一対の前記フランジ部にそれぞれ接続された板状体と、
を有し、
前記ウェブにおける前記直交方向に直交する平面による断面形状が、前記基準方向に平行な基準平面に対して前記厚さ方向の一方側に変位した山部と、他方側に変位した谷部と、が前記基準方向に交互に配置されるとともに、前記山部と前記谷部とを前記基準平面に対して交差する斜面部で接続した形状とされ、
前記板状体は、前記斜面部の少なくとも一部に接続されている建材を一対備え、
一対の前記建材は、それぞれの前記基準平面が同一平面上に配置されるとともに互いの前記板状体を当接させた状態で接続され、
一対の前記建材は、一対の前記板状体同士が当接する当接面に直交する方向に平行に見たときに、
一対の前記建材のうち一の建材における前記板状体と前記山部との接続部と、一対の前記建材のうち他の建材における前記板状体と前記谷部との接続部とが、前記基準平面を挟んで対向するように接続され、
前記一の建材における前記板状体と前記谷部との接続部と、前記他の建材における前記板状体と前記山部との接続部とが、前記基準平面を挟んで対向するように接続されていることを特徴とする建設構造体。

【請求項2】

請求項１に記載の建設構造体において、
前記フランジ部と前記板状体とを接続する補強板を備えることを特徴とする建設構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、端部などを互いに接続して用いられる建材を複数備える建設構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鋼を用いた構造分野では、Ｈ形鋼などを有する建材を用いて建設構造体を構成することが行われている。
たとえば、特許文献１に記載された建設構造体では、Ｈ型鋼の端部にエンドプレート（板状体）を設けて建材を構成し、一対の建材をエンドプレート同士を当接させた状態で接続することで建設構造体を構成している。
エンドプレート同士の接続には、高い引っ張り応力にも耐えられる高力ボルトが用いられる。

【0003】

また、橋梁などの分野では、ウェブを平面視で波形に形成するともにウェブの上部および下部に板状部材を取り付け、両板状部材間の圧縮強度などを高めたものがある。
特許文献１に記載された建材においても、Ｈ型鋼のウェブを波形に形成してウェブの剛性を高めると同時にウェブの板厚を薄くして、建材を軽量化および低コスト化することが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−２８４９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、建材におけるウェブの板厚を薄くすると、ウェブとエンドプレートとの溶接量が少なくなるため、ウェブとエンドプレートとの接続面積が少なくなる。このため、ウェブとエンドプレートとの接続強度が低下し、建材全体としての強度が低下してしまうという問題がある。

【0006】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、ウェブを波形に形成した場合であってもウェブと板状体との接続強度を維持することができる建材を複数備える建設構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の建設構造体は、基準方向に延びる板状に形成されるとともに厚さ方向に変位することで波形に形成されたウェブと、前記ウェブの前記基準方向に直交する直交方向の両端部に設けられた一対のフランジ部と、前記ウェブの前記基準方向における端部に、自身の法線が前記基準方向に対して鋭角をなすように設けられ、一対の前記フランジ部にそれぞれ接続された板状体と、を有し、前記ウェブにおける前記直交方向に直交する平面による断面形状が、前記基準方向に平行な基準平面に対して前記厚さ方向の一方側に変位した山部と、他方側に変位した谷部と、が前記基準方向に交互に配置されるとともに、前記山部と前記谷部とを前記基準平面に対して交差する斜面部で接続した形状とされ、前記板状体は、前記斜面部の少なくとも一部に接続されている建材を一対備え、一対の前記建材は、それぞれの前記基準平面が同一平面上に配置されるとともに互いの前記板状体を当接させた状態で接続され、一対の前記建材は、一対の前記板状体同士が当接する当接面に直交する方向に平行に見たときに、一対の前記建材のうち一の建材における前記板状体と前記山部との接続部と、一対の前記建材のうち他の建材における前記板状体と前記谷部との接続部とが、前記基準平面を挟んで対向するように接続され、前記一の建材における前記板状体と前記谷部との接続部と、前記他の建材における前記板状体と前記山部との接続部とが、前記基準平面を挟んで対向するように接続されていることを特徴としている。

【0008】

この発明によれば、斜面部は、板状体に対して傾斜しているだけでなく、基準方向に対しても傾斜しているため、板状体に斜面部の少なくとも一部を接続することで、板状体に山部および谷部を接続する場合に比べて、板状体に接続されるウェブの面積が大きくなる。

【0009】

また、上記の建設構造体において、前記フランジ部と前記板状体とを接続する補強板を備えることがより好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明において、請求項１に記載の建設構造体によれば、ウェブの厚さを薄くした場合であっても、ウェブと板状体との接続面積を確保してウェブと板状体とを確実に接続することで、建材全体としての強度、剛性を高めることができる。
また、それぞれの建材において、両板状体間の接触面と基準平面との交線回りの曲げ剛性を高めることができる。
また、互いに接続された一対の建材において、山部と谷部とを板状体を挟んで基準平面の一方側に片寄ることなくバランス良く配置することで、両板状体間の接触面と基準平面との交線回りの建設構造体全体の曲げ剛性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の建設構造体を用いて構成されたラーメン構造の構造物を模式的に示す正面図である。

【図2】同建設構造体の要部の斜視図である。

【図3】同建設構造体の要部の正面図である。

【図4】図３中の仮想平面による断面図である。

【図5】図３中の切断線Ｂ−Ｂの断面図である。

【図6】本発明の変形例の柱の要部断面図である。

【図7】本発明の変形例の柱の要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係る建設構造体の一実施形態を、図１から図７を参照しながら説明する。図１に示すように、本建設構造体１は、たとえば、平屋建ての工場や倉庫などをラーメン構造にて構成する場合に用いられるものである。
本実施形態の建設構造体１は、水平面Ｇ上に鉛直方向に平行に配置された一対の柱（建材）１０Ａと、一対の柱１０Ａの上端部同士を架橋するように接続した梁（建材）１０Ｂとを備えている。なお、本実施形態では、柱１０Ａと梁１０Ｂとは、建設構造体１において使用されている位置および一方の端部の形状が異なるだけで、同一の構成となっている。以下では、柱１０Ａおよび梁１０Ｂにおいて、同一の構成の部分には、符号において同じ数字を付して示し、さらに、柱１０Ａの要素については数字の後に「Ａ」、梁１０Ｂの要素については数字の後に「Ｂ」を付して区別するとする。
柱１０Ａの下方側の端部は、たとえば、水平面Ｇに設けられた鉄筋コンクリートなどの不図示の基礎に固定されている。

【0013】

図２および図３に示すように、柱１０Ａは、基準方向Ｘに延びる板状に形成されるとともに厚さ方向Ｙに変位することで略波形に形成されたウェブ２０Ａと、ウェブ２０Ａの基準方向Ｘおよび厚さ方向Ｙにそれぞれ直交する直交方向Ｚの両端部に設けられた一対のフランジ部３０Ａ、３１Ａと、ウェブ２０Ａの基準方向Ｘにおける上方側の端部に設けられたエンドプレート（板状体）４０Ａとを有している。
ウェブ２０Ａは、基準方向Ｘが鉛直方向に平行になるように配置されている。

【0014】

ウェブ２０Ａにおける、図３に示す直交方向Ｚに直交する仮想平面１００Ａによる断面形状を図４に示す。
この断面形状は、基準方向Ｘに平行な基準平面１０１Ａに対して、厚さ方向Ｙの一方側Ｙ１に変位した山部２１Ａと、他方側Ｙ２に変位した谷部２２Ａとが基準方向Ｘに交互に配置されるとともに、山部２１Ａと谷部２２Ａとを基準平面１０１Ａに対して交差する斜面部２３Ａで接続した形状となっている。
本実施形態では、山部２１Ａおよび谷部２２Ａの仮想平面１００Ａによる断面形状は、基準平面１０１Ａに平行な線状に形成され、斜面部２３Ａは基準平面１０１Ａに交差する線状に形成されている。ウェブ２０Ａは、たとえば、１枚の鋼板を折り曲げ加工することで、山部２１Ａ、斜面部２３Ａ、谷部２２Ａ、斜面部２３Ａ、山部２１Ａ、‥、と形状が繰り返して形成され、全体として略波形に形成されている。

【0015】

フランジ部３０Ａ、３１Ａは、図２に示すように、ウェブ２０Ａより幅（厚さ方向Ｙの長さ）の広い平板状に形成され、ウェブ２０Ａと溶接などにより接続されている。
エンドプレート４０Ａは、図４に示すように、フランジ部３０Ａ、３１Ａより幅の広い平板状に形成されている。図３に示すように、エンドプレート４０Ａは、自身の法線４１Ａが基準方向Ｘに対して鋭角をなすように配置されるとともに、斜面部２３Ａに接続されるように配置されている。エンドプレート４０Ａは、厚さ方向Ｙに平行になるように配置され、ウェブ２０Ａおよびフランジ部３０Ａ、３１Ａと溶接などにより接続されている。この例では、法線４１Ａが基準方向Ｘに対してなす角度θ_Ａは、約４５°に設定されている。
エンドプレート４０Ａには、フランジ部３０Ａとの接続部、およびフランジ部３１Ａとの接続部を挟むように、それぞれ複数の貫通孔４２Ａが形成されている。

【0016】

柱１０Ａは、図３および図４に示すように、フランジ部３０Ａ、３１Ａとエンドプレート４０Ａとを接続する補強板５１Ａを備えている。補強板５１Ａは、エンドプレート４０Ａとフランジ部３０Ａに溶接などで接続されている。
図５に示すように、補強板５１Ａには、法線４１Ａに平行に見たときに補強板５１Ａが貫通孔４２Ａに重ならないように、切り欠き５２Ａが形成されている。

【0017】

柱１０Ａおよび梁１０Ｂは、それぞれの基準平面１０１Ａ、１０１Ｂが同一平面上に配置されるとともに、図３に示す互いのエンドプレート４０Ａ、４０Ｂを当接させた状態で接続されている。
柱１０Ａおよび梁１０Ｂは、図５に示すように、エンドプレート４０Ａ、４０Ｂ同士が当接する当接面に直交する方向、すなわち法線４１Ａに平行に見たときに、柱１０Ａにおけるエンドプレート４０Ａと山部２１Ａとの接続部と、梁１０Ｂにおけるエンドプレート４０Ｂと谷部２２Ｂとの接続部とが、基準平面１０１Ａを挟んで対向するように接続されている。同様に、柱１０Ａにおけるエンドプレート４０Ａと谷部２２Ａとの接続部と、梁１０Ｂにおけるエンドプレート４０Ｂと山部２１Ｂとの接続部とが、基準平面１０１Ａを挟んで対向するように接続されている。

【0018】

図３に示すように、エンドプレート４０Ａの貫通孔４２Ａと、エンドプレート４０Ｂの貫通孔４２Ｂとは、互いに連通するように配置されている。エンドプレート４０Ａ、４０Ｂは、貫通孔４２Ａ、４２Ｂに挿通された高力ボルト５６をナット５７で固定することで、互いに接続されている。

【0019】

以上のように構成された建設構造体１は、たとえば、梁１０Ｂに上方から荷重が作用した場合に、梁１０Ｂの両端部で接続された柱１０Ａにより梁１０Ｂを下方から支持する。

【0020】

以上説明したように、本実施形態の柱１０Ａおよび建設構造体１によれば、斜面部２３Ａは、エンドプレート４０Ａに対して傾斜しているだけでなく、基準方向Ｘに対しても傾斜しているため、エンドプレート４０Ａに斜面部２３Ａを接続することで、エンドプレート４０Ａに山部２１Ａおよび谷部２２Ａを接続する場合に比べて、エンドプレート４０Ａに接続される面積が大きくなる。
したがって、ウェブ２０Ａの厚さを薄くした場合であっても、ウェブ２０Ａとエンドプレート４０Ａとの接続面積を確保してウェブ２０Ａとエンドプレート４０Ａとを確実に接続することで、柱１０Ａ全体としての強度、剛性を高めることができる。

【0021】

エンドプレートとウェブとの接続面積が小さくなると、これらの接続強度を高めるために、たとえば、ウェブの板厚を大きくして、溶接サイズを大きくした隅肉溶接または部分溶け込み溶接としたり、完全溶け込み溶接などの多大な熟練度と労力を要する溶接が必要になる。これに対して、本発明では、厚さの薄い鋼板で構成されたウェブを全体として略波形に形成することでエンドプレートとウェブとの接続面積を確保したために、エンドプレートとウェブとを溶接サイズを小さくした隅肉溶接などの比較的簡単な溶接により接続しても、接続強度を確保することができる。
また、ウェブ２０Ａを全体として略波形に形成することで、ウェブ２０Ａが直交方向Ｚに座屈するのを防止したり曲げ剛性を大きくすることができる。

【0022】

柱１０Ａおよび梁１０Ｂは、それぞれの基準平面１０１Ａ、１０１Ｂが同一平面上に配置されるように互いのエンドプレート４０Ａ、４０Ｂを当接させた状態で接続されている。
柱１０Ａは同一平面上に配置された基準平面１０１Ａ、１０１Ｂを挟んで山部２１Ａと谷部２２Ａとが配置され、梁１０Ｂは同一平面上に配置された基準平面１０１Ａ、１０１Ｂを挟んで山部２１Ｂと谷部２２Ｂとが配置されている。このため、柱１０Ａおよび梁１０Ｂにおいて、エンドプレート４０Ａ、４０Ｂ間の接触面と基準平面１０１Ａ、１０１Ｂとの交線Ｌ（図２参照）回りの曲げ剛性を高めることができる。

【0023】

法線４１Ａに平行に見たときに、柱１０Ａにおけるエンドプレート４０Ａと山部２１Ａとの接続部と、梁１０Ｂにおけるエンドプレート４０Ｂと谷部２２Ｂとの接続部とが、基準平面１０１Ａを挟んで対向するように接続されている。したがって、互いに接続された柱１０Ａおよび梁１０Ｂにおいて、山部２１Ａ、２１Ｂと谷部２２Ａ、２２Ｂとをエンドプレート４０Ａ、４０Ｂを挟んで基準平面１０１Ａの一方側に片寄ることなくバランス良く配置することで、建設構造体１全体の交線Ｌ回りの曲げ剛性を高めることができる。
柱１０Ａは補強板５１Ａを備えているため、フランジ部３０Ａ、３１Ａとエンドプレート４０Ａとの接続長さを確保することができる。
補強板５１Ａがない場合、フランジ部３０Ａ、３１Ａで伝達可能な軸方向力を全てエンドプレート４０Ａに伝えるには、全断面が有効な完全溶け込み溶接が必要である。しかしながら補強板５１Ａを備えることで、フランジ部３０Ａ、３１Ａとエンドプレート４０Ａとの接続長さを長くすることができるため、より簡易的な隅肉溶接または部分溶け込み溶接で接続が可能となる。
そして、エンドプレート４０Ａと補強板５１Ａとの接続部を挟むようにエンドプレート４０Ａ、４０Ｂ同士を高力ボルト５６で接続することで、板の曲げ性能を利用して接合部の剛性を高めることができる。


法線４１Ａに平行に見たときに、柱１０Ａにおけるエンドプレート４０Ａと山部２１Ａとの接続部と、梁１０Ｂにおけるエンドプレート４０Ｂと谷部２２Ｂとの接続部とが、基準平面１０１Ａを挟んで対向するように接続されている。したがって、互いに接続された柱１０Ａおよび梁１０Ｂにおいて、山部２１Ａ、２１Ｂと谷部２２Ａ、２２Ｂとをエンドプレート４０Ａ、４０Ｂを挟んで基準平面１０１Ａの一方側に片寄ることなくバランス良く配置することで、建設構造体１全体の交線Ｌ回りの曲げ剛性を高めることができる。
柱１０Ａは補強板５１Ａを備えているため、フランジ部３０Ａ、３１Ａとエンドプレート４０Ａとの接続長さを確保することができる。そして、エンドプレート４０Ａと補強板５１Ａとの接続部を挟むようにエンドプレート４０Ａ、４０Ｂ同士を高力ボルト５６で接続することで、板の曲げ性能を利用して接合部の剛性を高めることができる。

【0024】

また、柱１０Ａと梁１０Ｂとを接続するときには、エンドプレート４０Ａ、４０Ｂを当接させた状態で貫通孔４２Ａ、４２Ｂに高力ボルト５６を挿通し、挿通した高力ボルト５６をナット５７で固定する。この際、補強板５１Ａには切り欠き５２Ａが形成されているため、高力ボルト５６およびナット５７を、たとえば電動レンチなどで締結しやすくすることができる。

【0025】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更なども含まれる。
たとえば、前記実施形態では、ウェブ２０Ａの仮想平面１００Ａによる断面形状は、基準方向Ｘに平行な山部２１Ａおよび谷部２２Ａと、山部２１Ａと谷部２２Ａとを接続する斜面部２３Ａとにより全体として略波形に形成されていた。しかし、この断面形状を正弦波のような形状としてもよい。ウェブをこのように構成することで、ウェブにおける基準方向Ｘに交差する部分が多くなり、ウェブにおけるエンドプレート４０Ａに接続される面積を大きくすることができる。

【0026】

また、前記実施形態では、柱１０Ａのフランジ部３０Ａ、３１Ａは平板状に形成されているとした。しかし、フランジ部３０Ａ、３１Ａの形状はこれに限定されず、たとえば、図６に示すように、基準方向Ｘに直交する平面による断面形状が、矩形の管状に形成されたフランジ部３２Ａ、３３Ａであってもよい。また、図７に示すように、基準方向Ｘに直交する平面による断面形状が、ウェブ２０Ａとは反対側に溝が形成されたフランジ部３４Ａ、３５Ａであってもよい。
フランジ部をこのように構成することで、柱の剛性を高めることができる。

【0027】

エンドプレート４０Ａの法線４１Ａが基準方向Ｘに対してなす角度θ_Ａについては制限はなく、エンドプレート４０Ａが斜面部２３Ａの少なくとも一部に接続されている限りは、角度θ_Ａは０°より大きく１８０°より小さい範囲の角度であればよい。
建設構造体１全体としての剛性が比較的高い場合には、法線４１Ａに平行に見たときに、柱１０Ａにおけるエンドプレート４０Ａと山部２１Ａとの接続部と、梁１０Ｂにおけるエンドプレート４０Ｂと谷部２２Ｂとの接続部とが、基準平面１０１Ａを挟んで対向するように接続されていなくてもよい。

【符号の説明】

【0028】

１ 建設構造体
１０Ａ 柱（建材）
１０Ｂ 梁（建材）
２０Ａ、２０Ｂ ウェブ
２１Ａ、２１Ｂ 山部
２２Ａ、２２Ｂ 谷部
２３Ａ 斜面部
３０Ａ、３０Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａ フランジ部
４０Ａ エンドプレート（板状体）
１０１Ａ、１０１Ｂ 基準平面
Ｘ 基準方向
Ｙ 厚さ方向
Ｚ 直交方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】