(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】P2024048571
(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
E04C 3/16 20060101ALI20240402BHJP
【FI】
E04B1/58 508Z
E04B1/30 Z
E04C3/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022154548
(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
2E163
【Fターム(参考)】
2E125AA04
2E125AA14
2E125AB12
2E125AC01
2E125AC23
2E125AG03
2E125AG12
2E125AG31
2E125AG41
2E125AG60
2E125CA83
2E163FA12
2E163FC23
(57)【要約】
【課題】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。
【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のパイプ、第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリート、および一対の第1の補強板を備える。第1のパイプは、木梁を貫通し、木梁の延伸方向と一対の柱の延伸方向と交差する。第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートは、それぞれ木梁の第1の端部と第2の端部を覆い、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。一対の第1の補強板は、木梁を挟むように木梁の側面を覆い、第1のパイプの延伸方向において第1のパイプと重なる開口を有する。
【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、
前記木梁を貫通し、前記木梁の延伸方向と前記一対の柱の延伸方向と交差する第1のパイプ、
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
前記木梁を挟むように前記木梁の側面を覆い、前記第1のパイプの延伸方向において前記第1のパイプと重なる開口を有する一対の第1の補強板を備える、構造体。
【請求項2】
前記第1のパイプは、前記第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートの間に位置する、請求項1に記載の構造体。
【請求項3】
前記第1のパイプは、前記第1の鉄筋コンクリート内に配置され、
前記第1の鉄筋コンクリートは、前記第1のパイプの前記延伸方向において前記第1のパイプと重なる貫通孔を有する、請求項1に記載の構造体。
【請求項4】
前記木梁を貫通し、前記木梁の前記延伸方向と前記一対の柱の前記延伸方向と交差する第2のパイプ、および
前記木梁を挟むように前記木梁の前記側面を覆い、前記第2のパイプの延伸方向において前記第2のパイプと重なる開口を有する一対の第2の補強板をさらに備え、
前記第2のパイプは前記第2の鉄筋コンクリート内に配置され、
前記第2の鉄筋コンクリートは、前記第2のパイプの前記延伸方向において重なる貫通孔を有する、請求項3に記載の構造体。
【請求項5】
前記木梁を上下方向で挟むように配置され、前記一対の第1の補強板に固定される上補強板と下補強板をさらに備える、請求項1に記載の構造体。
【請求項6】
前記一対の第1の補強板は、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】
一対の柱、
前記一対の柱に連結される木梁、
前記木梁を囲む線状またはベルト状の複数の第1の補強部材、
前記木梁を貫通し、前記木梁の延伸方向と前記一対の柱の延伸方向と交差し、前記複数の第1の補強部材から選択される二つの間に位置する第1のパイプ、
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を備える、構造体。
【請求項8】
前記第1のパイプと前記複数の第1の補強部材は、前記第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートの間に位置する、請求項7に記載の構造体。
【請求項9】
前記第1のパイプと前記複数の第1の補強部材は、前記第1の鉄筋コンクリート内に配置され、
前記第1の鉄筋コンクリートは、前記第1のパイプの延伸方向において前記第1のパイプと重なる貫通孔を有する、請求項7に記載の構造体。
【請求項10】
前記木梁を囲む線状またはベルト状の複数の第2の補強部材、
前記木梁を貫通し、前記木梁の前記延伸方向と前記一対の柱の前記延伸方向と交差し、前記複数の第2の補強部材から選択される二つの間に位置する第2のパイプをさらに備え、
前記第2のパイプと前記複数の第2の補強部材は前記第2の鉄筋コンクリート内に配置され、
前記第2の鉄筋コンクリートは、前記第2のパイプの延伸方向において前記第2のパイプと重なる貫通孔を有する、請求項9に記載の構造体。
【請求項11】
前記複数の第1の補強部材は、鉄または繊維含有樹脂を含む、請求項7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のパイプ、第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリート、および一対の第1の補強板を備える。第1のパイプは、木梁を貫通し、木梁の延伸方向と一対の柱の延伸方向と交差する。第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートは、それぞれ木梁の第1の端部と第2の端部を覆い、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。一対の第1の補強板は、木梁を挟むように木梁の側面を覆い、第1のパイプの延伸方向において第1のパイプと重なる開口を有する。
【0006】
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、木梁を囲む線状またはベルト状の複数の第1の補強部材、第1のパイプ、および第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートを備える。第1のパイプは、木梁を貫通し、木梁の延伸方向と一対の柱の延伸方向と交差し、複数の第1の補強部材から選択される二つの間に位置する。第1の鉄筋コンクリートと第2の鉄筋コンクリートは、それぞれ木梁の第1の端部と第2の端部を覆い、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。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
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一部の模式的上面図。
【
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一部の模式的上面図。
【
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一部の模式的側面図。
【
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一部の模式的上面図。
【
図4C】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一部の模式的上面図。
【
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一部の模式的端面図。
【
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の一部の模式的端面図。
【
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の一部の模式的端面図。
【
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に用いられる補強材の模式的正面図。
【
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に用いられる補強材の模式的正面図。
【
図7A】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一部の模式的側面図。
【
図7B】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8A】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一部の模式的側面図。
【
図8B】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一部の模式的端面図。
【
図8C】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一部の模式的側面図。
【
図9A】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9B】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10A】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一部の模式的側面図。
【
図10B】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助補強板の模式的正面図。
【
図11A】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11B】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12A】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一部の模式的側面図。
【
図12B】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13】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14A】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一部の模式的側面図。
【
図14B】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15A】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一部の模式的側面図。
【
図15B】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16A】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設けられる梁主筋と横補強筋の配置関係を示す模式的端面図。
【
図16B】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設けられる梁主筋と横補強筋の配置関係を示す模式的端面図。
【
図16C】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設けられる梁主筋と横補強筋の配置関係を示す模式的端面図。
【
図17A】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設けられる梁主筋と横補強筋の配置関係を示す模式的端面図。
【
図17B】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設けられる梁主筋と横補強筋の配置関係を示す模式的端面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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、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。コンクリート116の種類に制約はなく、ポルトランドセメント、高炉セメントやシリカセメント、フライアッシュセメントなどの混合セメント、エコセメントなどを用いることができる。また、これらのコンクリートに鋼繊維や炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維などの高強度繊維を混合してもよい。
【0018】
3.ハイブリッド梁
(1)木梁と鉄筋コンクリート
図2A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、木梁122の両端部の間で木梁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。以下に説明するように、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。
【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(x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2Bと
図3Aから理解されるように、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。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してもよい。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。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の形状)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。
【0024】
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。
【0025】
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。コンクリート116と同様、コンクリート130にも制約はなく、上述した様々な種類のコンクリートを利用することができる。また、コンクリート130は上記高強度繊維を含んでもよい。
【0026】
(2)貫通孔
ここで、
図2Aと
図2Bに示すように、木梁122には、一つまたは複数の貫通孔122aが設けられる。貫通孔122aが設けられる位置は任意であり、例えば一対の鉄筋コンクリート124の間に設けることができる。あるいは、一対の鉄筋コンクリート124の間に設けられる貫通孔122aとともに、またはこれに替わり、第1の鉄筋コンクリート124-1および/または第2の鉄筋コンクリート124-2に覆われる端部に貫通孔122aを設けてもよい。
【0027】
ア 貫通孔が一対の鉄筋コンクリートの間に設けられる場合
まず、貫通孔122aが一対の鉄筋コンクリート124の間に設けられる態様について説明する。
図2Bの貫通孔122aを中心とする梁120の模式的側面図を
図4Aに、模式的上面図を
図4Bと
図4Cに示す。貫通孔122aは、木梁122の延伸方向と交差し、かつ、一対の柱110の延伸方向(すなわち、z方向)と交差するように設けられる。貫通孔122aの延伸方向は、水平方向でもよい。
図4Aに示すように、貫通孔122aの内部には、パイプ142が挿入される。換言すると、木梁122の延伸方向と一対の柱110の延伸方向と交差するパイプ142が木梁122を貫通する。貫通孔122aとパイプ142は、電気配線や給排水管などを構造体100の内部に敷設するために設けられる。パイプ142は鉄を含む鋼管でもよく、あるいは、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)を含む管状部材でもよい。
【0028】
木梁122に貫通孔122aを設けることで、木梁122の強度が低下する。このため、
図2A、
図2B、
図4Aから
図4Cに示すように、木梁122の強度を補うための補強材140として一対の補強板140-1、140-2が木梁122に設けられる。
図4Aと
図4Aの鎖線A-A´に沿った端面の模式図(
図5A)に示すように、一対の補強板140-1、140-2は木梁122と接し、木梁122を挟むよう、木梁122に接着剤またはビスやボルトなどの固定具によって木梁122に固定される。また、一対の補強板140-1、140-2は、パイプ142の延伸方向においてパイプ142と重なる開口140aを有する。このため、開口140aとパイプ142を介して種々の電気配線や給排水管を木梁122を貫通するように敷設することができる。
図4Bに示すように、木梁122の一対の補強板140-1、140-2が設けられる部分の幅(木梁122の延伸方向に対して垂直な水平方向の長さ)と設けられない部分の幅は同一でもよい。あるいは、
図4Cに示すように、前者が後者よりも小さくてもよい。この場合、木梁122の側面122bと補強板140-1または140-2の外表面140bが同一平面となるように木梁122を構成することで木梁122上に凹凸が形成されることが防止されるため、デザイン性に優れた梁120を提供することができる。
【0029】
補強材140の構成は上述した構成に限られない。例えば、
図5Aに対応する模式的端面図(
図5B)に示すように、補強材140は、木梁122を水平方向で挟む一対の補強板140-1、140-2のほか、木梁122の上面と接し、この上面に接着剤または固定具で固定される上補強板140-3を有してもよい。一対の補強板140-1、140-2と上補強板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は一体化されて一つのパーツを形成してもよい。
【0030】
あるいは、
図5C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、補強材140が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補強材140を形成してもよい。
【0031】
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、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、上述した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6Aに示すように、板状部材は開口140a以外の開口を備えなくてもよく、あるいは
図6Bに示すように、一定のピッチで配列する複数の開口140cを有するメッシュ形状を有してもよい。開口140cは、その大きさが開口140aよりも小さくなるように設けられる。なお、上補強板140-3と下補強板140-4には開口140aを形成する必要は無い。
【0032】
イ 貫通孔が鉄筋コンクリート内に設けられる場合
鉄筋コンクリート124内に設けられる貫通孔122aを中心とする模式的側面図を
図7Aに、
図7Aの鎖線B-B´に沿った端面の模式図を
図7Bに示す。
図7Aでは、見易さを考慮し、コンクリート130は示されていない。貫通孔122aが一対の鉄筋コンクリート124の間に設けられる場合と同様、貫通孔122aの形成によって低下する強度を補完するため、貫通孔122aの延伸方向において貫通孔122aと重なる開口140aを有する一対の補強板140-1、140-2が木梁122を挟むように設けられる。また、貫通孔122aの延伸方向において貫通孔122aと重なる貫通孔124aが鉄筋コンクリート124にも設けられ(
図7B)、パイプ142は木梁の貫通孔122a、一対の補強板140-1、140-2の開口140a、および鉄筋コンクリート124の貫通孔124aの中に挿入されるように配置される。
図7Bに示すように、パイプ142の長さ(その延伸方向の長さ)は鉄筋コンクリート124の幅(木梁122が延伸する方向に垂直な水平方向における長さ)と同一でもよく、図示しないが、鉄筋コンクリート124の幅よりも大きくても小さくてもよい。ただし、デザイン性を考慮すると、パイプ142の長さと鉄筋コンクリート124の幅は同一であることが好ましい。
【0033】
図示しないが、貫通孔122aが一対の鉄筋コンクリート124の間に設けられる場合と同様、補強材140は一対の補強板140-1、140-2とともに、上補強板140-3および/または下補強板140-4を備えてもよい。
【0034】
図7Aから理解されるように、横補強筋128や差し筋132は、貫通孔122aが延伸する方向において貫通孔122a、開口140a、貫通孔124aと重ならないように配置することが好ましい。この配置を採用することで、パイプ142内に敷設される配線や給排水管との干渉を防止することができるだけでなく、コンクリート130から横補強筋128や差し筋132が露出しないため、横補強筋128や差し筋132の腐食が防止され、かつ、デザイン性を向上させることができる。
【0035】
上述したように、本発明の実施形態に係る構造体で用いられるハイブリッド梁である梁120には、貫通孔122aの形成によって低下する木梁122の強度が補強材140によって補完される。このため、木梁122を構成する木材の強度が維持されるため、せん断耐力の高いハイブリッド梁を提供することができる。また、貫通孔122aには鉄または繊維強化プラスチックを含むパイプ142が配置される。このため、梁120に損壊が生じても、パイプ142に敷設される配線や給排水管の破損を防止することができ、漏電や漏水が発生する可能性を低減することができる。
【0036】
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の一部は鉄筋コンクリート124を構成するコンクリート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。
【0037】
4.変形例
本発明の実施形態に係る構造体で用いられるハイブリッド梁の構造は上述した構造に限られず、様々な変形が可能である。例えば、本出願人の出願に係る特開2015-190101号公報、特開2015-190112号公報、特開2015-190238号公報、特開2015-190239号公報、特開2016-8384号公報などに記載された発明の技術思想を当該ハイブリッド梁に適用することができる。具体的な変形例を以下に示す。
(1)変形例1
上述した例では、補強材140は木梁122を挟む一対の板状部材である補強板140-1と140-2を含むように構成され、補強板140-1と140-2には開口140aが設けられる。しかしながら、補強材140の構造はこれに限られない。例えば、一対の鉄筋コンクリート124の間に設けられる貫通孔122aを中心とする模式的側面図(
図8A)とその鎖線C-C´に沿った端面の模式図(
図8B)に示すように、貫通孔122aの形成によって低下する強度を補完する補強材140は、複数の線状部材140-5を含んでもよい。複数の線状部材140-5は、木梁122と接し、木梁122を囲むように配置される。また、複数の線状部材140-5は、これらから選択される二つの間に貫通孔122aとその中に配置されるパイプ142が位置するように配置される。複数の線状部材140-5の各々は、
図8B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、図示しないが、両端を有してもよい。このため、複数の線状部材140-5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。
【0038】
貫通孔122aが鉄筋コンクリート124内に設けられる場合も同様である(
図8C参照。)。各鉄筋コンクリート124内において、複数の線状部材140-5の配置密度は一定でもよく、一定でなくてもよい。例えば、貫通孔122aに近いほど配置密度が高くなるように複数の線状部材140-5を配置してもよい。見易さを考慮して
図8Cではコンクリート130は示されていないが、複数の線状部材140-5の全てが鉄筋コンクリート124に埋め込まれるように鉄筋コンクリート124の貫通孔124aを形成することが好ましい。このように貫通孔124aを設けることで、複数の線状部材140-5をコンクリート130で覆い隠すことができるので、デザイン性の高い梁120を構築することができる。
【0039】
補強材140が複数の線状部材140-5を含む場合でも、各線状部材140-5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140-5として利用することができる。線状部材140-5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。
【0040】
(2)変形例2
図9Aや
図9Bの模式的側面図に示すように、補強材140は複数のベルト状部材140-6を含んでもよい。ここで、
図9Aと
図9Bは、いずれも木梁122の貫通孔122aを中心とする模式的側面図であり、
図9Aは貫通孔122aが一対の鉄筋コンクリート124の間に設けられる場合に、
図9Bは貫通孔122aが鉄筋コンクリート124内に設けられる場合に対応する。補強材140が複数の線状部材140-5を含む場合と同様に、複数のベルト状部材140-6も木梁122と接し、木梁122を囲むように配置される。また、複数のベルト状部材140-6は、これらから選択される二つの間に貫通孔122aとその中に配置されるパイプ142が位置するように配置される。補強材140を構成する複数のベルト状部材140-6の各々は、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。このため、複数のベルト状部材140-6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。また、デザイン性を考慮し、複数のベルト状部材140-6の全てが鉄筋コンクリート124に埋め込まれるように鉄筋コンクリート124の貫通孔124aを形成することが好ましい。
【0041】
ベルト状部材140-6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140-6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140-6の厚さは、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。さらに、ベルト状部材140-6も複数の開口を有するメッシュ形状を有してもよい。
【0042】
上記変形例1、2においても、貫通孔122aの形成によって低下する木梁122のせん断耐力を複数の線状部材140-5またはベルト状部材140-6で構成される補強材140によって補完することができるため、木梁122は高いせん断耐力を有することができる。
【0043】
(3)変形例3
貫通孔122aが鉄筋コンクリート124内に設けられる場合には、木梁122と梁主筋126を囲む補助補強板144をさらに設けてもよい。例えば、
図10Aに示すように、鉄を含むメッシュ状の補助補強板144を補強材140と重なるように設けてもよい。
図10Bに示すように、補助補強板144は木梁122の貫通孔122aが延伸する方向で重なる開口144aを有し、開口144aよりも小さな複数の開口144bを備えるメッシュ状の形態を有する。
図10Aの鎖線D-D´、E-E´に沿った端面の模式図(
図11A、
図11B)に示すように、補助補強板144は少なくとも木梁122と補強板140-1、140-2とy方向で重なるように設けられ、補強板140-1、140-2から離隔し、コンクリート130内に埋め込まれる。補助補強板144は木梁122と補強板140-1、140-2の周囲を囲むように設けてもよい。
図11Aと
図11Bに示される例では、補助補強板144は梁主筋126と横補強筋128の間に配置されるが、補助補強板144を梁主筋126と横補強筋128の外側に配置してもよい。
(4)変形例4
【0044】
あるいは、
図12Aに示すように、鉄筋コンクリート124の両側面を覆う一対の補助補強板144を形成して梁120の強度を補ってもよい。補助補強板144は鉄または強化繊維プラスチック含有樹脂を含み、
図12A、およびその鎖線F-F´に沿った端面の模式図(12B)に示すように、木梁122の貫通孔122aや補強板140-1、140-2の開口140a、鉄筋コンクリート124の貫通孔124aに対し、これらが延伸する方向で重なる開口を備える。
図12A、およびその鎖線G-G´に沿った端面の模式図(
図13)から理解されるように、一対の補助補強板144は、高張力鋼線などで構成される緊張材146で互いに連結される。緊張材146の数に制約はなく、例えば4、6、または8本の緊張材146を用いてもよい。緊張材146の両端にはナット148がはめ込まれ、ナット148を用いて一対の補助補強板144を強固に鉄筋コンクリート124に固定することができる。なお、補助補強板144とコンクリート130の固定のために接着剤を併用してもよい。
【0045】
(5)変形例5
上記の例では、梁主筋126は木梁122の上側または下側において同一または実質的に同一の高さで配置されるが、梁主筋126は木梁122の上側または下側において複数の階層を形成するように配置してもよい。例えば
図14Aの模式的側面図とその鎖線H-H´に沿った端面の模式図(
図14B)に示すように、y方向で重なる複数の梁主筋126-1を木梁122の上側に配置し、梁主筋126-1と比較して木梁122から離れた位置に梁主筋126-1とはy方向で重ならないものの互いにy方向で重なる複数の梁主筋126-2を配置してもよい。
【0046】
この場合、横補強筋128の配置も適宜変更することができる。例えば
図15Aの模式的側面図とその鎖線J-J´に沿った端面の模式図(
図15B)に示すように、木梁122の上に配置される複数の梁主筋126の全体または一部を完全にまたは部分的に覆う複数種の横補強筋128を配置することができる。
図15A、
図15Bに示した例では、全ての梁主筋126を囲む横補強筋128-1だけでなく、木梁122の上側において全ての梁主筋126を上から部分的に囲む横補強筋128-2、全ての梁主筋126を下から部分的に囲む横補強筋128-3、および梁主筋126の一部を下から部分的に囲む横補強筋128-4を設けることができる。木梁122の下側に配置される横補強筋128は、木梁122の上側に配置される横補強筋128に対して対称的に配置すればよい。これらの横補強筋128-2、128-3、128-4は木梁122を囲まないため貫通孔122aと干渉しないので、貫通孔122aとz方向で重なるように配置することができる。このため、貫通孔122aの形成によって低下する強度を効果的に補完することができる。
【0047】
上述した形状の異なる横補強筋128-2、128-3、128-4は、y方向で互いに重なるように設ける必要は無い。このため、様々な形状の横補強筋128を貫通孔122aまたは補強材140の上下に配置することができる。例として、木梁122の上に設けられる梁主筋126と横補強筋128の配置を示す模式的端面図を
図16Aから
図17Bに示す。
【0048】
横補強筋128は、木梁122の上に設けられる梁主筋126の全てを部分的にまたは完全に囲んでもよく(
図16A、
図16B)、一部の梁主筋126を部分的にまたは完全に囲んでもよい(
図16C、17A)。部分的に梁主筋126を囲む場合には、上側から囲んでもよく(
図16A)、下側から囲んでもよい(
図17B)。形状の異なる横補強筋128は、互いに干渉しない場合にはy方向に重なるように配置してもよく、干渉する場合にはy方向で重ならないように配置すればよい。
【0049】
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。
【0050】
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】
【0051】
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:貫通孔、122b: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、124a:貫通孔、126:梁主筋、126-1:梁主筋、126-2:梁主筋、126a:定着プレート、128:横補強筋、128-1:横補強筋、128-2:横補強筋、128-3:横補強筋、128-4: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、140-5:線状部材、140-6:ベルト状部材、140a:開口、140b:外表面、140c:開口、142:パイプ、144:補助補強板、144b:開口、146:緊張材、148:ナット、150:床スラブ