(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024048569
(43)【公開日】2024-04-09
(54)【発明の名称】構造体
(51)【国際特許分類】
E04B 1/58 20060101AFI20240402BHJP
E04B 1/30 20060101ALI20240402BHJP
【FI】
E04B1/58 508Z
E04B1/30 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022154546
(22)【出願日】2022-09-28
(71)【出願人】
【識別番号】302060926
【氏名又は名称】株式会社フジタ
(71)【出願人】
【識別番号】390037154
【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】シング ラヴィ
(72)【発明者】
【氏名】笠原 貴喜
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 康人
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 仁
(72)【発明者】
【氏名】西塔 純人
(72)【発明者】
【氏名】中川 学
【テーマコード(参考)】
2E125
【Fターム(参考)】
2E125AA04
2E125AA14
2E125AB12
2E125AC01
2E125AC23
2E125AG03
2E125AG41
2E125AG60
2E125CA83
(57)【要約】
【課題】木梁を含む、せん断耐力の高い高強度のハイブリッド梁を備える構造体を提供すること。
【解決手段】構造体は、一対の柱、一対の柱に連結される木梁、第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリート、および、第1の補強材と第2の補強材を備える。第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートは、木梁の第1の端部と第2の端部をそれぞれ覆い、第1の端部と第2の端部の間で木梁を露出するように配置される。第1の補強材と第2の補強材は、それぞれ第1の端部と第2の端部の側面を覆い、それぞれ第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートに埋め込まれる。
【選択図】
図2B
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の柱、
前記一対の柱に連結される木梁、
前記木梁の第1の端部と第2の端部をそれぞれ覆い、前記第1の端部と前記第2の端部の間で前記木梁を露出するように配置される第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリート、および
前記第1の端部と前記第2の端部の側面をそれぞれ覆い、前記第1の鉄筋コンクリートと前記第2の鉄筋コンクリートにそれぞれ埋め込まれる第1の補強材と第2の補強材を備える、構造体。
【請求項2】
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、それぞれ前記第1の端部と前記第2の端部を挟む一対の補強板を含む、請求項1に記載の構造体。
【請求項3】
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、それぞれ前記第1の端部と前記第2の端部の上面を覆う上補強板をさらに含む、請求項2に記載の構造体。
【請求項4】
前記第1の補強材と前記第2の補強材の各々はチューブ形状を有し、
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、それぞれ前記第1の端部と前記第2の端部を囲む、請求項1に記載の構造体。
【請求項5】
前記第1の補強材と前記第2の補強材の各々は、複数の線状部材またはベルト状部材を含み、
前記第1の補強材の前記複数の線状部材またはベルト状部材と前記第2の補強材の前記複数の線状部材またはベルト状部材は、それぞれ前記第1の端部と前記第2の端部を囲む、請求項1に記載の構造体。
【請求項6】
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、鉄または繊維含有樹脂を含む、請求項1に記載の構造体。
【請求項7】
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、メッシュ形状を有する、請求項1に記載の構造体。
【請求項8】
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、それぞれ前記第1の端部と前記第2の端部と接する、請求項1に記載の構造体。
【請求項9】
前記第1の鉄筋コンクリートと前記第2の鉄筋コンクリートの各々は、前記木梁の延伸方向に平行に配置される複数の梁主筋を含み、
前記第1の補強材と前記第2の補強材は、いずれも前記木梁と前記複数の梁主筋に挟まれる、請求項1に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態の一つは、建築物などに例示される構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、事務所ビルや病院、商業施設などの広い室内空間が要求される建築物などに例示される構造体において、一対の柱を連結する梁として鉄骨を用い、鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆う梁(ハイブリッド梁)が採用されている。ハイブリッド梁を用いることで、梁の全てを鉄筋コンクリートで施工する場合と比較し、柱の数を大幅に減らすことができ、その結果、大きな空間を有する構造体を設計、建造することができる(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態の一つは、木梁を含むハイブリッド梁を備える構造体を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、木梁を含む、せん断耐力の高いハイブリッド梁を備える構造体を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態の一つは、構造体である。この構造体は、一対の柱、一対の柱に連結される木梁、第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリート、および、第1の補強材と第2の補強材を備える。第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートは、木梁の第1の端部と第2の端部をそれぞれ覆い、第1の端部と第2の端部の間で木梁を露出するように配置される。第1の補強材と第2の補強材は、それぞれ第1の端部と第2の端部の側面を覆い、それぞれ第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートに埋め込まれる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【
図1】本発明の実施形態の一つである構造体の模式的斜視図。
【
図2A】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的側面図。
【
図2B】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的側面図。
【
図3A】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的上面図。
【
図3B】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的上面図。
【
図4A】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的端面図。
【
図4B】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的端面図。
【
図5A】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的端面図。
【
図5B】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁に用いられる補強材の模式的正面図。
【
図5C】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁に用いられる補強材の模式的正面図。
【
図6A】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的上面図。
【
図6B】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的端面図。
【
図7】本発明の実施形態の一つである構造体のハイブリッド梁の模式的上面図。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0008】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。符号が付された要素の一部を表記する際には、符号に小文字のアルファベットが添えられる。同一または類似の構造を有する複数の要素をそれぞれ区別して表記する際には、符号の後にハイフンと自然数を付す。同一または類似の構造を有する複数の要素を纏めて表記する際には、符号のみを用いる。
【0009】
以下、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。
【0010】
以下、コンクリートとは、原料の一つであるセメントが水と反応して生成する水和物が硬化して流動性を示さないものを指し、セメントと水を含む混合物が完全に硬化せずに流動性を有する状態(レディーミクストコンクリート、生コンクリート)と区別される。
【0011】
以下、本発明の実施形態の一つである構造体100の構造について説明する。説明において使用する図面においては、便宜上、水平な地表面に平行な面をxy平面とし、xy平面に垂直な鉛直方向がz方向であるとして説明を行う。
【0012】
1.全体構造
構造体100の模式的斜視図を
図1に示す。
図1に示すように、構造体100は鉛直方向(z方向)に延伸する複数の柱110、一対の柱110に連結され、水平方向(x方向またはy方向)に延伸する複数の梁120、および梁120の上に設けられる床スラブ150を基本的な構成として備える。各梁120は隣接する一対の柱110と連結される。
【0013】
構造体100に設けられる梁120の少なくとも一つは、ハイブリッド梁である。構造体100に設けられる梁120の全てがハイブリッド梁でもよく、あるいは梁120の一部がハイブリッド梁であり、他の梁120は全体が鉄筋コンクリート製の梁(鉄筋コンクリート梁、以下、RC梁と記す)または木梁で形成された梁でもよい。例えば
図1に示す構造体100では、第1の梁120-1および第3の梁120-3がハイブリッド梁であり、第2の梁120-2と第4の梁120-4はRC梁である。ここでは、長い間隔(スパン)で設けられる一対の柱110(例えば第1の柱110-1と第2の柱110-2の対、第3の柱110-3と第4の柱110-4の対、第5の柱110-5と第6の柱110-6の対)に連結される梁120としてハイブリッド梁が用いられ、短い間隔で設けられる一対の柱110(例えば第1の柱110-1と第3の柱110-3の対、第2の柱110-2と第4の柱110-4の対、第3の柱110-3と第5の柱110-5の対、第4の柱110-4と第6の柱110-6の対)に連結される梁120としてRC梁が用いられている。ハイブリッド梁とRC梁の配置は任意に決定することができるが、
図1に示した例のように、長い間隔で設けられる一対の柱110の間にハイブリッド梁を用いることが好ましい。これは、RC梁と比較するとハイブリッド梁は軽量であるため、スパンの大きい梁(ここでは第1の梁120-1、第3の梁120-3など)にハイブリッド梁を用いることで広い室内空間を確保しつつ、構造体100に十分な強度を付与することができるためである。
【0014】
2.柱
一対の柱110(第1の柱110-1、第2の柱110-2)とそれに連結される梁120の模式的側面図を
図2Aと
図2Bに示す。
図2Bでは、内部構造を示すため、柱110や梁120のコンクリート116、130は点線で示されている。また、
図2Aと
図2Bでは、床スラブ150は示されていない。床スラブ150は梁120上に設けられる鉄筋コンクリートであり、公知の構造を採用することができるため、説明は割愛する。
【0015】
柱110の数は4以上であれば特に制約はなく、構造体100の大きさや形状に応じ、その数や配置を適宜決定すればよい。柱110は図示されない杭や基礎梁と接続される。柱110の形状(xy平面における端面形状)も任意であり、四角形、円形、楕円形などから適宜選択すればよい。柱110の長さも構造体100の大きさ、各階の高さに応じて適宜設計される。
【0016】
各柱110には、鉛直方向に延伸する少なくとも一つの柱主筋112、および柱主筋112と交差し、柱主筋112を取り囲むように設けられる複数の帯筋114を含む鉄筋ユニットが設けられる。この鉄筋ユニットを取り囲むようにコンクリート116が打設される(
図2B)。柱主筋112の数や帯筋114の配置密度も、柱110の長さや太さ、要求される強度によって適宜決定される。
【0017】
3.ハイブリッド梁
図2Aと
図2Bに示すように、ハイブリッド梁である梁120は、木梁122、および木梁122の両端部をそれぞれ覆い、互いに離隔し、両端部の間で木梁122を露出するように配置される一対の鉄筋コンクリート124(第1の鉄筋コンクリート124-1と第2の鉄筋コンクリート124-2)を備える。木梁122は、その両端部を埋め込むように配置される鉄筋コンクリート124を介して一対の柱110に連結される。後述するように、鉄筋コンクリート124は、柱110に連結される種々の鉄筋、および木梁122の両端部と鉄筋を覆うコンクリート130を含む。
【0018】
木梁122は木材を含み、その端面形状(木梁122の延伸方向に垂直な端面)は任意に決定することができる。端面形状は、例えば円、楕円、四角形などの多角形でもよい。あるいは、端面形状の輪郭は複数の曲線と複数の直線で形成されていてもよい。また、端面形状は木梁122の延伸方向において一定でもよく、木材の元の形状に起因して変化してもよい。木材の種類にも制約はなく、例えば檜、松、杉などの針葉樹に由来する木材でもよく、オーク、ブナ、ケヤキ、ウォールナット、チーク、マホガニーなどの広葉樹に由来する木材でもよい。また、木梁122は、複数の板状木材が貼り合わされた合板で形成されてもよい。
【0019】
一つの鉄筋コンクリート124を中心とする模式的側面図を
図3Aに示す。
図2Bと
図3Aに示すように、各鉄筋コンクリート124には、複数の梁主筋126や複数の横補強筋128などの鉄筋が配置される。
【0020】
梁主筋126は、木梁122の延伸方向に平行な方向に延伸し、木梁122の上下に、木梁122から離隔するように配置される(
図2B参照。)。梁主筋126の一部は柱110の鉄筋ユニットに挿入され、これにより、梁主筋126は柱110の鉄筋ユニットに固定される。一方、各梁主筋126の梁中央側には、梁主筋126よりも端面積の大きい定着プレート126aを形成してもよい(
図2B)。
【0021】
横補強筋128は木梁122と梁主筋126と交差するように配置される。
図3Aの鎖線A-A´に沿った端面の模式図(
図4A)に示すように、横補強筋128は木梁122と梁主筋126を取り囲むように配置される。横補強筋128は、すべての梁主筋126を取り囲むように配置されてもよい。横補強筋128の配置密度(ピッチ)は、鉄筋コンクリート124内で一定でもよく、一定でなくてもよい。例えば、柱110側(すなわち、梁120の端部側)と梁120の梁中央側においてより高密度で横補強筋128を配置してもよい。
【0022】
図3Bに示すように、鉄筋コンクリート124には、任意の構成として複数の差し筋132をさらに配置してもよい。差し筋132は、横補強筋128や梁主筋126と接するように設けてもよい。図示しないが、差し筋132は逆U字型の鉄筋であり、木梁122と二つ以上の梁主筋126と交差し、木梁122と梁主筋126の一部を囲み、U字の開口部が下を向くように配置される。各差し筋132は、例えば隣接する二つの横補強筋128に挟まれ、一方の横補強筋128と接するように配置することができる。差し筋132の数や配置密度、長さも任意に決定すればよい。
【0023】
木梁122は柱110と接してもよい。より具体的には、木梁122の両端はそれぞれ一対の柱110の帯筋114と接してもよく、あるいは柱110を形成するコンクリート116と接する、またはコンクリート116に埋め込まれてもよい。木梁122は複数の梁主筋126に挟まれ、横補強筋128や差し筋132に囲まれる。
【0024】
コンクリート130は、木梁122の両端部とともに梁主筋126、横補強筋128、差し筋132を埋め込むように設けられる。梁主筋126、横補強筋128、およびコンクリート130によって各鉄筋コンクリート124が構成される。差し筋132を用いる場合には、差し筋132も各鉄筋コンクリート124を構成する。
【0025】
ここで、
図2B、
図3A、
図4Aから理解されるように、各木梁122には補強材140が設けられる。補強材140は木梁122と接し、少なくとも木梁122の両端部の側面を覆う。補強材140は、鉄筋コンクリート124に埋め込まれるように配置することができる。補強材140の長さ(木梁122が延伸する方向の長さ)は、鉄筋コンクリート124の長さと同一でもよく、鉄筋コンクリート124の長さよりも小さくてもよい。前者の場合、補強材140の端面は鉄筋コンクリート124から露出する。
【0026】
図2B、
図3A、
図4Aに示すように、補強材140は、例えば木梁122の一つの端部を挟む一対の補強板を含むことができる。この場合、一対の補強板が木梁122の端部の両側面を覆う。
図3Aに示すように、木梁122の幅(木梁122の延伸方向に垂直であり、かつ、水平面に平行な長さ)は木梁122の全体に亘って同一でもよく、あるいは
図3Bに示すように、鉄筋コンクリート124内における木梁122の幅は、鉄筋コンクリート124から露出した部分におけるそれよりも小さくてもよい。後者の場合、木梁122の鉄筋コンクリート124から露出した部分の側面122aと鉄筋コンクリート124内における補強材140の外表面140aは同一平面でもよい。
【0027】
補強材140は、
図4Bに示すように、一対の補強板140-1、140-2とともに、木梁122の上面と接し、この上面を覆う上補強板140-3を含んでもよい。一対の補強板140-1、140-2、および上補強板140-3は、それぞれ独立したパーツであって互いに接着剤、溶接、またはボルトやナットなどの固定具で連結されてもよく、あるいは一対の補強板140-1、140-2と上補強板140-3は一体化された一つのパーツでもよい。
【0028】
あるいは、
図5Aに示すように、補強材140は、一対の補強板140-1、140-2と上補強板140-3とともに、木梁122の下面と接し、この下面を覆う下補強板140-4を含んでもよい。すなわち、各補強材140は、チューブ形状を有し、木梁122の端部を囲むように構成されてもよい。一対の補強板140-1、140-2と下補強板140-4は、それぞれ独立したパーツであって互いに接着剤、溶接、またはボルトやナットなどの固定具で連結されてもよく、あるいは一対の補強板140-1、140-2と下補強板140-4は一体化されてもよい。したがって、一対の補強板140-1、140-2、上補強板140-3、および下補強板140-4も一体化されて一つのチューブ状の補強材140を形成してもよい。
【0029】
補強材140を構成する一対の補強板140-1、140-2、上補強板140-3、および下補強板140-4は、それぞれ板状部材であり、
図5Bに示すように、例えば鉄を含む鋼板で形成することができる。あるいは、一対の補強板140-1、140-2、上補強板140-3、および下補強板140-4は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、フラックス繊維、セルロース繊維などの繊維を含む樹脂(繊維強化プラスチック)で形成される板状部材でもよい。補強材140の厚さ、すなわち、一対の補強板140-1、140-2、上補強板140-3、および下補強板140-4のそれぞれ厚さは、梁120に要求されるせん断耐力に応じて適宜設定することができ、例えば1mm以上20mm以下、または3mm以上15mm以下の範囲で適宜選択すればよい。また、
図5Cに示すように、板状部材は一定のピッチで配列する複数の開口140bを有するメッシュ形状を有してもよい。これらの板状部材は、接着剤、またはボルトやナットなどの固定具で木梁122に固定される。
【0030】
木材は鉄骨と比較すると強度が小さい。このため、鉄骨とその両端を覆う鉄筋コンクリートで形成される従来のハイブリッド梁と比較すると、木梁を用いるハイブリッド梁はせん断耐力が小さく、せん断破壊が生じやすい。ハイブリッド梁に対して上下方向に荷重がかかると、鉄筋コンクリートが配置される区間(RC区間)、特にRC区間の柱110とは反対側の端部に大きなせん断応力が生じ、せん断力がせん断耐力を越えると梁120はせん断破壊する。しかしながら、本発明の実施形態に係る梁120では、木梁122のせん断耐力を補うための補強材140が木梁122に設けられる。このため、梁120は高いせん断耐力を有することができる。したがって、本発明の実施形態を適用することにより、耐震性の高い構造体を構築することができる。
【0031】
また、鉄骨に替わって木梁を用いることで、デザイン性に優れたハイブリッド梁を構築することが可能である。梁120を構成する木梁122の一部はコンクリート130から露出しているため、木材が有する暖かみを室内に提供することができるとともにリラックス効果を得ることができる。さらに、木材は植物の光合成による二酸化炭素固定の成果物であるため、本発明の実施形態を適用することにより、二酸化炭素という温室効果ガスの削減に寄与することができる。
【0032】
4.変形例
上述した例では、補強材140は複数の板状部材で構成されるが、補強材140の構造はこれに限られない。例えば
図6Aの模式的上面図と
図6Aの鎖線B-B´に沿った端面の模式図(
図6B)に示すように、各鉄筋コンクリート124に設けられる補強材140は複数の線状部材を含んでもよい。各線状部材は、
図6Bに示すように両端を持たない閉じた形状を有してもよく、あるいは、両端を有してもよい。複数の線状部材は、鉄筋コンクリート124内で木梁122の端部と接し、木梁122の端部を囲むように配置される。このため、補強材140を構成する複数の線状部材は、木梁122の形状に適合できるよう、塑性変形または弾性変形可能なように構成される。各木梁122において、複数の線状部材の配置密度は一定でもよく、一定でなくてもよい。例えば、柱110側および梁120の中央側で配置密度が高く、これらの間で配置密度が低くてもよい。
【0033】
補強材140が複数の線状部材を含む場合でも、各線状部材は鉄を含むことができる。したがって、例えば高張力鋼線(PC鋼線)を線状部材として利用することができる。線状部材の端面の直径も梁120に要求されるせん断耐力に応じて適宜決定すればよく、例えば10mm以上30mm以下の範囲で選択すればよい。
【0034】
あるいは、
図7に示すように、各木梁122に設けられる補強材140は複数のベルト状部材を含んでもよい。補強材140が複数の線状部材を含む場合と同様に、各ベルト状部材は、両端を持たない閉じた形状を有してもよく、あるいは、両端を有してもよい。また、複数のベルト状部材は、鉄筋コンクリート124において木梁122の端部と接し、木梁122の端部を囲むように配置される。このため、補強材140を構成する複数のベルト状部材は、木梁122の形状に適合できるよう、塑性変形または弾性変形可能なように構成される。各木梁122において、複数のベルト状部材の配置密度は一定でもよく、一定でなくてもよい。例えば、柱110側および梁120の中央側で配置密度が高く、これらの間で配置密度が低くてもよい。
【0035】
ベルト状部材は、鉄を含んでもよく、上述した繊維強化プラスチックを含んでもよい。ベルト状部材の幅(梁120が延伸する方向の長さ)も梁120に要求されるせん断耐力に応じて適宜決定すればよく、例えば10mm以上200mm以下または20mm以上100mm以下の範囲から選択すればよい。ベルト状部材の厚さは、例えば5mm以上20mm以下とすればよい。さらに、ベルト状部材も複数の開口を有するメッシュ形状を有してもよい。
【0036】
上記変形例においても、鉄骨と比較して低い木梁122のせん断耐力を複数の線状部材またはベルト状部材で構成される補強材140によって補うことができるため、鉄骨を含むハイブリッド梁と遜色のない高いせん断耐力を梁120において実現することができる。
【0037】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【0038】
上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。
【符号の説明】
【0039】
100:構造体、110:柱、110-1:第1の柱、110-2:第2の柱、110-3:第3の柱、110-4:第4の柱、110-5:第5の柱、110-6:第6の柱、112:柱主筋、114:帯筋、116:コンクリート、120:梁、120-1:第1の梁、120-2:第2の梁、120-3:第3の梁、120-4:第4の梁、122:木梁、122a:側面、124:鉄筋コンクリート、124-1:第1の鉄筋コンクリート、124-2:第2の鉄筋コンクリート、126:梁主筋、126a:定着プレート、128:横補強筋、130:コンクリート、132:差し筋、140:補強材、140-1:補強板、140-2:補強板、140-3:上補強板、140-4:下補強板、140a:外表面、140b:開口、150:床スラブ