(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】P2024070376
(43)【公開日】2024-05-23
(54)【発明の名称】螺旋階段のユニット構造および螺旋階段の組立方法。
(51)【国際特許分類】
E04F 11/025 20060101AFI20240516BHJP
【FI】
E04F11/025
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022180825
(22)【出願日】2022-11-11
(71)【出願人】
【識別番号】515256729
【氏名又は名称】ゲートアップ合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000062
【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西田 泰夫
【テーマコード(参考)】
2E301
【Fターム(参考)】
2E301CC34
2E301CC55
2E301CC57
2E301CD04
2E301EE00
(57)【要約】
【課題】従来から存在する桁構造の螺旋階段は、段板取り付けの精度確保が難しく、事前に工場で組立検査を行うこともできず、品質が安定しない。
【解決手段】桁構造の螺旋階段のユニット構造として、上側に踏み面を有する水平部材と当該水平部材の下方へ垂直に接続する1または複数の鉛直部材とから成る複数の段板部材と、螺旋の複数列の板材とから構成され、複数列の板材は、仮支柱材にて段板部材を螺旋に設置後に、段板部材の鉛直部材の側端面及び水平部材の下辺に面して固定することで、仮支柱材を離脱させて螺旋を構成する。
【選択図】
図11
【特許請求の範囲】
【請求項1】
螺旋階段のユニット構造であって、
上側に踏み面を有する水平部材と当該水平部材の下方へ垂直に接続する1または複数の鉛直部材とから成る複数の段板部材と、
複数列の板材と、
から構成され、
前記複数の段板部材は、自らの前記水平部材夫々を水平にし、かつ、自らの前記鉛直部材を鉛直にするとともに、全体として螺旋を呈して並び、
前記複数列の板材は、自らの側面を概鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並び、
前記複数列の板材の少なくとも2列以上が、前記鉛直部材の何れかの側端面及び前記水平部材の下辺に面して固定される態様である
ことを特徴とする螺旋階段のユニット構造。
【請求項2】
ユニット構造の螺旋階段の組立方法であって、
上側に踏み面を有する水平部材と当該水平部材の下方へ垂直に接続する1または複数の鉛直部材とから成る複数の段板部材及び複数列の板材を用意し、
予め基面に円弧状に立設する複数の仮支柱材に、前記複数の段板部材の、前記鉛直部材を鉛直にし、かつ、前記水平部材を水平にして固定することで、全体として螺旋を構成して並べる第一の工程と、
前記複数列の板材の少なくとも2列以上を、前記鉛直部材の何れかの側端面及び前記水平部材の下辺に面して固定することで、全体として螺旋を構成する第二の工程と、
前記複数の仮支柱材を、前記複数の段板部材から離脱させる第三の工程と
を有するユニット構造の螺旋階段の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、「桁構造の螺旋階段(Helical Stairs)」のユニット構造およびその組立方法に関する。
尚、本発明の対象は、「桁構造の螺旋階段」であり、煉瓦や大理石などのステップは含まない。また、Stairsであっても、桁構造でない「直接壁に段板の外縁を取り付ける階段」及び「支柱の外周に段板の内縁を組付ける螺旋階段」は含まない。
【背景技術】
【0002】
本発明の背景技術について、「桁構造の直線階段(Direct Stairs)」と「桁構造の螺旋階段(Helical Stairs)」の、「分類と構成」、「歴史背景」および「技術背景」を、順に以下に説示する。
【0003】
「桁構造の直線階段」の「分類と構成」について、
図33を参照しながら、以下に示す。
・「桁構造の直線階段」には、「力桁階段1」と「側桁階段2」がある。
・「力桁階段1」と「側桁階段2」の材質には、鉄製、木製、に加えRC製(Reinforced Concrete製)がある。
・「力桁階段1」は、1列乃至複数列の桁材の力桁4と、その上側に水平に固定される段板20とから構成される。
・「側桁階段2」は、2枚の板材の側桁5と、その狭隘で水平に固定される段板20とから構成される。
・「力桁階段1」及び「側桁階段2」は、意匠により、力桁4及び側桁5がギザギザのささら桁6の態様になっている場合があり、これを「ささら桁階段3」と呼ぶ。
【0004】
「桁構造の直線階段」の「歴史背景」について、以下に示す。
・「桁構造の直線階段」の黎明は、約2000前の弥生時代の登呂遺跡にある。丸太をえぐって足をかける体の原始的な丸木梯子が高床式住居に使われた。これが、「力桁階段1」に発展したと考えられる。
・鉄製の「力桁階段」や「側桁階段」は、18世紀半ばから19世紀にかけて起こった鉄骨技術が普及する産業革命以降、製作の機械化及び施工のユニット化が実現し、屋内外に広く普及した。
・RC製は、19世紀以降に普及したようである。
【0005】
先ず、「桁構造の直線階段」の「技術背景」について、以下に示す。
・「力桁階段」及び「側桁階段」は、段板の固定において、夫々、所定の剛性を有する、進行方向へ斜めに渡す「桁材」及び「板材」を用いる。
・「力桁階段」の「桁材」は、1列乃至複数列の「桁状断面」であるのに対し、「側桁階段」の「板材」は、2列の「板状断面」である点が異なる。
【0006】
続いて、「桁構造の螺旋階段」の「分類と構成」について、以下に示す。
・「桁構造の螺旋階段」には、「側桁階段の螺旋階段」と「箱断面の螺旋階段」とがあり、「力桁階段の螺旋階段」の事例は少ない。少ない理由は、力桁となる桁材の螺旋への加工が難しいからである。
・「側桁階段の螺旋階段」は、2枚の螺旋の板材と、その狭隘で水平に固定される段板とから構成され、材質には、鉄製、木製がある。
・「箱断面の螺旋階段」は、側桁と段板と底板とからなる箱断面から構成され、材質には、「中空の木製」と「密実なRC製」があり、「中空の鉄製」の事例は見当たらない。見当たらない理由は、箱断面の螺旋への形成が難しいからである。
・「側桁階段の螺旋階段」及び「箱断面の螺旋階段」は、意匠により、側桁にあたる部分がギザギザのささら桁状になっている場合もある。
【0007】
「桁構造の螺旋階段」の「歴史背景」について、以下に示す。
・「鉄製」及び「木製」の「側桁階段の螺旋階段」は、第2次世界大戦以降の民生技術の発展に伴い、国内外で普及した。
・「鉄製」及び「木製」の「側桁階段の螺旋階段」は、「鋼板の螺旋加工技術」あるいは「合板加工と電動工具による木工技術」などの、第2次世界大戦以降の民生技術の発展がないと螺旋を描く「側桁」が製作できなかったようである。
・中世黎明期、「桁構造の螺旋階段」は、「中空の木製」の「箱断面の螺旋階段」でなければ、製作できなかった。希少な黎明期の事例として、産業革命前の18世紀半ばの「サンタフェのロレット礼拝堂の木製の聖ヨゼフの螺旋階段」が有名である。しかし現代、この「中空の木製」の「箱断面の螺旋階段」は、製作技術が廃れた。
・「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」は、中華人民共和国のRC造(Reinforced Concrete造)の高級住宅において、昨今事例が増える。
・要するに、「桁構造の螺旋階段」の歴史は、「中空の木製」の「箱断面の螺旋階段」が産業革命前に黎明し、その後これが廃れ、第2次世界大戦以降の民生技術の発展につれ、「鉄製」や「木製」の「側桁階段の螺旋階段」あるいは、「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」が発展して、現在に至る。
【0008】
次に、「桁構造の螺旋階段」の「技術背景」について、以下に示す。
・「木製」の「側桁階段の螺旋階段」は、側桁となる木材の螺旋への曲げ加工において、「円筒状の原寸の仮枠」に対し、電動工具を用いつつ、薄板を順に糊で螺旋状に張り合わせて合板加工すれば、製作できる。しかし、この方法は、専門の木工技能者によるもので工数も多く、工期工費が嵩むから一般的でない。
・「木製」の「力桁階段の螺旋階段」は、力桁となる木材の螺旋への曲げ加工において、「側桁階段の螺旋階段」の側桁の場合よりさらに難しく、事例を見ない。
【0009】
・「鉄製」の「側桁階段の螺旋階段」は、側桁となる鋼板の螺旋への曲げ加工において、工場にて短冊状の鋼板を螺旋へロール加工すれば、製作できる。ここで、段板は、側桁となる鋼板へ接続する両縁端において、平面視、大小の異なる曲率の単曲線で、精度よく切断加工できる。しかし、ロール加工する大小の異なる螺旋を描く2列の側桁となる鋼板の表面精度がでない。このため、両者の接合面は容易に合致せず、品質や精度が安定しない。
・鉄製の「力桁階段の螺旋階段」の力桁は、通常形鋼が考えられる。従来、螺旋への加工において、機械設備上、鋼板及び小径の鋼管では可能な、螺旋へのロール加工が、形鋼では一般にできない。したがって、鉄製の「力桁階段の螺旋階段」は、製作が難しい。
【0010】
・「側桁階段の螺旋階段」は、「木製」「鉄製」を問わず、2列の側桁を上下の床に固定後、段板を順に取り付ける。このため、構造上、両者は全強に剛結できず、構造上の弱点となる。
・また、2列の側桁の上下の床への固定箇所には、大きな捩じりモーメントが発生し、構造上の弱点となる。このため、当該構造の品質は安定せず、総じて耐久性は低下する。
【0011】
・「桁構造の螺旋階段」の黎明期、「中空の木製」の「箱断面の螺旋階段」の希少な事例として、産業革命前の18世紀半ばの「サンタフェのロレット礼拝堂のゴシック様式の「聖ヨゼフの螺旋階段」」が有名である。約7mの高低差で、コイル状に720度(2周)の螺旋を描く。
・「聖ヨゼフの螺旋階段」は、箱断面の各ピースを「円筒状の原寸の仮枠」に対し、螺旋に繋ぎ合わせれば、製作できたと考えられる。
・「聖ヨゼフの螺旋階段」は、段板と2列のささら桁と底板による箱断面の形成が、断面二次モーメントとばね定数を増大させ、また、非常に固い種類の木材の精密な組木細工が、ヤング係数とばね定数を増大させ、変形低減と耐久性向上に寄与している。
・現代、優美なゴシック調の「聖ヨゼフの螺旋階段」のような、「中空木製」の「箱断面の螺旋階段」は、職人の技量に依存するから、製作技術が廃れた。
【0012】
・一方、「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」は、特に中華人民共和国におけるRC造(Reinforced Concrete造)の高級住宅において、昨今事例が増えている。
・「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」の構築は、まず螺旋に底型枠と型枠支保工を組み、続いて格子状に複鉄筋を組み、側面型枠と蹴上型枠を取り付け、現場打コンクリートを打設する。その後、養生期間を経て硬化後、脱型し装飾する。したがって、工数と工期が著しくかかる。
・「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」は、RC造であるから、高剛性な反面、引っ張り変形に脆弱で、コイル状に720度(2周)の螺旋を描くような「聖ヨゼフの螺旋階段」には適用できない。また、揺れは少ないものの、地震や建物自体の変形や歪みに対して、著しく脆弱である。
【0013】
本発明は、「桁構造の螺旋階段(Helical Stairs)」として、インテリア性に優れ、構造合理性が高く製作が容易なユニット構造および組立方法を提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
以上では、従来の、桁構造の、直線階段及び螺旋階段の背景技術について説示した。これらを踏まえ、本発明が解決しようとする、「桁構造の螺旋階段」のユニット構造と組立方法に関する課題を、以下の1)から17)に総括する。
1)「側桁階段の螺旋階段」は、段板の側桁側の両縁端において、平面視、大小の異なる曲率の単曲線で切断加工する。一方、大小の異なる螺旋を描く2列の側桁のロール加工の精度が出ない。このため、両者の接合面は容易に合致せず、構造上の弱点となる。
2)2列の側桁の上下の床への固定箇所には、大きな捩じりモーメントが発生し、構造上の弱点となる。このため、当該構造の品質は安定せず、総じて耐久性は低下する。
3)「側桁階段の螺旋階段」は、製作精度が悪く固定の難しい板材を先に固定してから、これに段板を組付ける。このため、効率が悪く精度が出ないほか、この手順を前提とした構造上、両者は全強に剛結できず、品質や精度が安定しない。
4)「鉄製」の「側桁階段の螺旋階段」は、側桁において、フランジがないから捩じり変形に弱いので、極厚にして上下の床に強固に剛結しなければならない。このため、構造合理性に乏しく、設置費用が増大する。
5)「鉄製」の「側桁階段の螺旋階段」は、側桁において、長い一本ものでは、螺旋への加工精度が低下するほか、運搬や架設にコストがかかる。一方、分割すると、接合箇所が桁構造上の弱点になり、揺れが出て、耐久性が低下する。
6)そうすると、「側桁階段の螺旋階段」は、スケルトンで美しい構造形式ではあるが、合理的なユニット構造と組立方法が見出されていない。
【0016】
7)「力桁階段の螺旋階段」は、力桁の加工の際に、木製の場合、「円筒状の原寸の仮枠」に対し、電動工具を用いつつ、薄板を順に糊で螺旋状に張り合わせて合板加工すれば、製作できる。しかし、合板加工は、製作が煩雑かつ高価となる。
8)鉄製の「力桁階段の螺旋階段」の力桁は、通常、形鋼が考えられる。従来、螺旋へのロール加工において、機械設備上、鋼板及び小径の鋼管では可能な加工が、形鋼では一般にできない。したがって、鉄製の「力桁階段の螺旋階段」は、製作が難しい。
9)そうすると、「力桁階段の螺旋階段」は、機能美に優れる構造形式ではあるが、合理的なユニット構造と組立方法が見出されていない。
【0017】
10)18世紀半ばの優美なゴシック調の「聖ヨゼフの螺旋階段」のような、木製の「箱断面の螺旋階段」は、職人の技量に依存するから、製作技術が廃れ、現在製作できない。
【0018】
11)「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」は、変形に脆弱なRC造なので、揺れは少ないものの、地震や建物自体の変形や歪みに対して、著しく脆弱である。
12)「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」は、変形に脆弱なRC造なので、精々270度の螺旋しか描けず、コイル状に720度(2周)の螺旋を描くような「聖ヨゼフの螺旋階段」には適用できない。
13)「密実なRC製」の「箱断面の螺旋階段」の構築は、まず螺旋に底型枠と型枠支保工を組み、続いて格子状に複鉄筋を組み、側面型枠と蹴上型枠を取り付け、現場打コンクリートを打設する。そして、養生期間を経て硬化後、脱型し装飾する。したがって、工期が著しくかかる。
【0019】
14)従来一般に、側桁階段は側桁の製作と組立上、線形が、螺旋か直線に限定され、両者の複合の線形に対応しない。住宅内の壁側に螺旋階段を配する場合、スペース上、どうしても、両者の複合の線形が必要となるが、この構造の実現には、一般に、工期のかかる「密実なRC製」によるほかなく、利便性が低い。
【0020】
15)「桁構造の螺旋階段」は、いずれの構造様式も、事前に工場で組立検査を行うことが難しく、現地での試行錯誤が発生し品質が安定しない。仮に、工場で組立検査を行うとしても、すべての部品を解体して再現することが難しく、一体のままの運搬となり、運搬費がかかる。
【0021】
16)一般に「桁構造の螺旋階段」は、螺旋の幾何学的性質上、平面視、大小の曲率の単曲線を描き、全体として異なる螺旋を描く2列一組の板材が、夫々の自らの側面を螺旋中心から放射方向の鉛直面との交線において、鉛直にしつつ等離隔にて並ぶことになるにも拘らず、2列一組の板材の狭隘に、段板が無造作に固定される。したがって、段板の形状や、段板と板材との固定には、何ら螺旋の幾何学的性質が生かされず、脆弱な構造にとどまる。
17)そもそも、螺旋階段の先行技術は、特許文献1を含め、ほとんど全てが、「支柱の外周に段板の内縁を組付ける螺旋階段」に関するものであり、「桁構造の螺旋階段」は皆無に近い。したがって、現在、「桁構造の螺旋階段」の、ユニット構造と組立方法に関する課題は、十分に解決に至っていない。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上記課題を解決するために、本発明の第一の手段は、螺旋階段のユニット構造であって、上側に踏み面を有する水平部材と当該水平部材の下方へ垂直に接続する1または複数の鉛直部材とから成る複数の段板部材と、複数列の板材と、から構成され、複数の段板部材は、自らの水平部材夫々を水平にし、かつ、自らの鉛直部材を鉛直にするとともに、全体として螺旋を呈して並び、前記複数列の板材は、自らの側面を概鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並び、複数列の板材の少なくとも2列以上が、鉛直部材の何れかの側端面及び水平部材の下辺に面して固定される態様であることを特徴とする。
【0023】
上記課題を解決するために、本発明の第二の手段は、ユニット構造の螺旋階段の組立方法であって、上側に踏み面を有する水平部材と当該水平部材の下方へ垂直に接続する1または複数の鉛直部材とから成る複数の段板部材及び複数列の板材を用意し、予め基面に円弧状に立設する複数の仮支柱材に、複数の段板部材の、鉛直部材を鉛直にし、かつ、水平部材を水平にして固定することで、全体として螺旋を構成して並べる第一の工程と、複数列の板材の少なくとも2列以上を、鉛直部材の何れかの側端面及び水平部材の下辺に面して固定することで、全体として螺旋を構成する第二の工程と、複数の仮支柱材を、複数の段板部材から離脱させる第三の工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0024】
本発明の第一の手段の螺旋階段のユニット構造によれば、「桁構造の螺旋階段」への適用において、以下の1)から6)の効果を奏することができる。
【0025】
1)水平部材と鉛直部材から成る段板部材は、螺旋を呈して並ぶ複数列の板材の少なくとも2列以上が、鉛直部材の何れかの側端面に束ねて、水平部材の下辺に抑え込み、固定される。ここで、当該2列一組の板材にとって、これらを束ねるための部材の挿入を直線状に許すのは、幾何学的に唯一、螺旋中心から放射方向の鉛直面の自らの狭隘のみである。そして、段板部材の鉛直部材は、これに合致する。このため、段板部材は、2列一組の板材を、組木細工のように精度よくかつ効率よく固定する。
【0026】
2)従来、「鉄製」「木製」を問わず、「側桁階段の螺旋階段」は、側桁への段板の取り付けにおいて精度がでず、また、全強接合できないので、構造上の弱点となっていたが、本発明により、曲線加工が不要な段板部材は、直線状に、2列一組の板材を精度よくかつ効率よく全強接合できる。
【0027】
3)段板部材の複数は、螺旋中心から放射方向かつ水平方向に並ぶ水平部材と、水平部材に下方へ垂直に接合し螺旋中心から放射方向かつ鉛直方向に並ぶ鉛直部材と、から成る。そして、複数列の板材を、鉛直部材の側端面と、水平部材の下辺に面して縦横に固定する。このため、複数列の板材を、所定の螺旋に矯正できる。
【0028】
4)上側に踏み面を有する水平部材は、踏み面を一体に有してもよく、分離して有してもよい。前者の場合、水平部材を扁平の山型鋼材として幅広のフランジ面を踏み面側にして扇状にカットすれば安価に製作できる。また、後者の場合、踏み面部材は、グレーチングや縞鋼板など用途に応じて選択でき、意匠の自由度を拡大する。
【0029】
5)従来、「鉄製」の「側桁階段の螺旋階段」は、2列の側桁が、捩じり変形に弱いため極厚化し、螺旋への加工費、設置費用が増大したが、本発明により、鉛直部材は自らの側端面において、螺旋に並ぶ板材を2列一組に、橋軸(縦断)方向及び横断方向の縦横に拘束し、捩じり変形に対し強い。このため、螺旋階段は、剛性が上がり軽量化することができる。
【0030】
6)本発明のユニット構造は、段板部材の形状や板材との組み合わせによって自在に桁剛性を増強できる。そして、段板部材は直線加工で、板材は帯状鋼板のロール加工で製作する。したがって、任意の剛性の螺旋階段を、安価かつ自在に製作できる。
【0031】
本発明の第二の手段の螺旋階段の組立方法によれば、「桁構造の螺旋階段」への適用において、予め、基面に仮支柱材を立設し段板部材を螺旋に固定する第一の工程と、板材が段板部材に螺旋に固定される第二の工程と、複数の仮支柱材を段板部材から離脱させる第三の工程とを経るから、以下の7)の効果を奏することができる。
【0032】
7)従来、製作精度が悪い板材のみ先に固定してから段板を組付けるので、効率が悪く精度が出ない。しかし、第一の工程で、基面に仮支柱材と一体に段板部材を螺旋に固定してから、第二の工程で、板材を段板部材に固定する従来と逆の手順を踏む。このため、螺旋の精度が先に決まった段板部材に、製作精度が出ない板材を、螺旋に効率よく矯正できる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【
図1】
図1は、実施例1の段板部材と板材の位置関係を示す図である。
【
図2】
図2は、実施例1の段板部材の構造を示す図である。
【
図3】
図3は、実施例1、2及び3の、踏み面部材の構造を共通に示す拡大図である。
【
図4】
図4は、実施例1の段板部材と板材の固定状況を示す図である。
【
図5】
図5は、実施例1の段板部材及び板材と踏み面部材の固定状況を示す図である。
【
図6】
図6は、実施例1の下床固定材の構造を示す図である。
【
図7】
図7は、実施例1の上床固定材の構造を示す図である。
【
図8】
図8は、実施例1の下床固定材と板材の固定状況を示す図である。
【
図9】
図9は、実施例1の下床固定材及び板材と踏み面部材の固定状況を示す図である。
【
図10】
図10は、実施例1の上床固定材と板材の固定状況を示す図である。
【
図11】
図11は、実施例1の上床固定材及び板材と踏み面部材の固定状況を示す図である。
【
図12】
図12は、実施例1の内側の板材の螺旋構造を示す図である。
【
図13】
図13は、実施例1の外側の板材の螺旋構造を示す図である。
【
図14】
図14は、実施例1の内側の板材の螺旋への加工を示す図である。
【
図15】
図15は、実施例1の外側の板材の螺旋への加工を示す図である。
【
図29】
図29は、実施例2の段板部材の構造を示す図である。
【
図30】
図30は、実施例2の段板部材及び板材と踏み面部材の固定状況を示す図である。
【
図31】
図31は、実施例3の段板部材の構造を示す図である。
【
図32】
図32は、実施例3の段板部材及び板材と踏み面部材の固定状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
本発明の実施例1として、本発明の第一の手段である、「螺旋階段のユニット構造」において、「力桁階段の螺旋階段」を例に説示する。
続いて、本発明の第二の手段である、「螺旋階段の組立方法」において、実施例1の各ステップを説示する。
さらに、本発明のバリエーションについて、「側桁階段の螺旋階段」を例に、異なる意匠の実施例2及び実施例3を説示する。
【実施例0035】
実施例1について、本発明の第一の手段である「螺旋階段のユニット構造」において、
図1から
図15を参照しながら、「力桁階段の螺旋階段」を例に説示する。
【0036】
(1)段板部材と板材の位置関係(
図1を参照)
図1は、実施例1の段板部材と板材の位置関係を示す図である。
A-A’断面、C-C’断面、D-D’断面に見るように、実施例1は、中央の鉛直部材24を板材(内側)31及び板材(外側)32で挟む、「力桁階段の螺旋階段」である。
冒頭の図に、踏み面2段分の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、A-A’断面と、これに対する螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、B-B’断面、C-C’断面、D-D’断面、E-E’断面を順に示す。螺旋の進行方向が縦断で、これに直交の放射方向が横断である。
ここで、段板部材21は、螺旋中心から放射方向かつ水平方向に並ぶ水平部材22と、水平部材22の下方へ垂直に接合し螺旋中心から放射方向かつ鉛直方向に並ぶ鉛直部材24と、から成る。
そして、2列一組の板材36にとって、これらを束ねるための部材の挿入を直線状に許すのは、幾何学的に唯一「水平部材22と板材31,32の接点71を含む放射方向の鉛直面72の自らの狭隘」のみである。
水平部材22と鉛直部材24から成る段板部材21は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材24の側端面25に束ねて、水平部材22の下辺の「水平部材22と板材31,32の接点71」に抑え込み、固定する。
【0037】
(2)段板部材の構造(
図2を参照)
図2は、実施例1の段板部材21の構造を示す図である。冒頭のF-F’断面に、段板部材21の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、G-G’断面と、これに対する螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、H-H’断面、I-I’断面、を示す。
段板部材21は、平面及びこれら断面に見るように、水平部材22とその下方へ垂直に接続する鉛直部材24から成る。
実施例1の段板部材21は、2列一組の板材31,32に対し、夫々の鉛直部材の側端面25において、板材固定孔33のボルト固定にて、全強接合する。
このように、実施例1の「1列の力桁階段」は、2列の板材31,32を、1の鉛直部材24の、断面視、概T字断面の段板部材21にて、水平部材22の下辺23で抑えつつ鉛直部材の側端面25に束ねれば構成できる(
図5も併せて参照)。
鉛直部材24は、自らの側端面25が互いをウェブで接続するフランジ面同士である、溝形鋼とし、水平部材22は、鉛直部材24の上端においてそのウェブの背面に背合わせで溶接固定し、板材31,32に片方の先端を鉛直下方へ向けて面し接する山形鋼とした。
そうすると、「「水平部材と板材の接点を含む放射方向の鉛直面72」と「水平部材と板材の接点を含む水平面73」との交線74」が、鉛直下方へ向ける山形鋼の先端となる(
図1も併せて参照)。
このように段板部材21は、構成する形鋼を、鉛直部材24は溝形鋼とし、水平部材22は山形鋼とし、鉛直部材24及び水平部材22は直線状の加工にて製作する。
【0038】
(3)踏み面部材の構造(
図3を参照)
図3は、実施例1から3に共通して、踏み面部材11の構造を共通に示す拡大図である。冒頭の図に、平面図を示し、その下の左側に、J-J’断面に矢視する横断の断面と、右側に、K-K’断面に矢視する縦断の断面を示す。
踏み面部材11は、自らの側端面14が、螺旋内側は外側に比して幅の狭い、全体に概等脚台形の形状である。
踏み面部材11は、平面及びこれら断面に見るように、山形鋼によるフレーム15で囲うグレーチング16から構成する。
そして、段板部材21の水平部材22に、踏み面部材11側の踏み面固定孔12と、これと連通する、水平部材22側の踏み面固定孔13とをボルト固定する(
図2を合わせて参照)。
【0039】
(4)段板部材と板材の固定状況(
図4を参照)
図4は、実施例1の段板部材21と板材31,32の固定状況を示す図である。冒頭のL-L’断面に、段板部材21の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、M-M’断面と、螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、N-N’断面、O-O’断面、を示す。
N-N’断面、O-O’断面には、M-M’断面に対するレベル位置の段板部材21とは別にその上段側の段板部材21において、板材31,32の狭隘へ上方から鉛直方向下方へ挿入する状況を矢印にて示す。
水平部材22と鉛直部材24から成る段板部材21は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材の側端面25に束ねて、水平部材22の下辺に抑え込み、両者を、組木細工のように全強にボルト固定できる。
【0040】
(5)段板部材及び板材と踏み面部材の固定状況(
図5を参照)
図5は、実施例1の段板部材21及び板材31,32と踏み面部材11の固定状況を示す図である。冒頭のP-P’断面に、段板部材21と板材31,32と踏み面部材11の固定状況の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、Q-Q’断面と、螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、R-R’断面、S-S’断面、を示す。
R-R’断面、S-S’断面は、Q-Q’断面に対するレベル位置の段板部材21とは別にその上段側の段板部材21において、その水平部材22に、踏み面部材11が上方から固定する状況を矢印にて示す。
【0041】
(6)下床固定材の構造(
図6を参照)
図6は、実施例1の下床固定材50の構造を示す図である。冒頭の図に、平面を示し、その下に、横断に矢視する、T-T’断面と、これに対する螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、U-U’断面、V-V’断面、を示す。
下床固定材50は、下床コンクリート上面に、2列の板材を固定する部材にて、平面及びこれら断面に見るように、円弧部材51とその上方へ垂直に接続する鉛直部材52から成る。
下床固定材50は、2列一組の板材31,32に対し、円弧部材51及び鉛直部材52の側端面において、板材固定孔33、35のボルト固定にて、全強接合する。
そして、螺旋を呈して並ぶ2列一組の板材31,32にとって、これらを束ねるための部材の挿入を曲線状に許すのは、幾何学的に唯一、2列の板材の平面視大小の曲率の円弧の形状のみである。そして、円弧部材51は、これに合致する。このため、下床固定材50は、2列一組の板材を、組木細工のように精度よくかつ効率よく下床コンクリートへ固定する。
円弧部材51は、自らの側端面が互いをウェブで接続するフランジ面同士の、単曲線に曲げ加工した溝形鋼とし、同じく同幅同形状の溝形鋼である、鉛直部材52を、鉛直上方へ向けて溶接固定する。
鉛直部材52は、段板部材21と同様、自らの側端面が互いをウェブで接続するフランジ面同士の、溝形鋼とし、水平部材53は、当該鉛直部材52の上端においてそのウェブの背面に背合わせで溶接固定し、板材に片方の先端を鉛直下方へ向ける山形鋼とした。
そうすると、「「水平部材と板材の接点を含む放射方向の鉛直面72」と「水平部材と板材の接点を含む水平面73」との交線74」が、鉛直下方へ向ける山形鋼の先端となる(
図1も併せて参照)。
このように下床固定材50は、構成する形鋼を、鉛直部材52は溝形鋼とし、水平部材53は山形鋼とし、円弧部材51は、鉛直部材52と同幅同形状の溝形鋼とし、鉛直部材52及び水平部材53は直線状の加工にて、円弧部材51は単曲線状の加工にて、製作する。
【0042】
(7)上床固定材の構造(
図7を参照)
図7は、実施例1の上床固定材60の構造を示す図である。冒頭の図に、平面を示し、その下に、横断に矢視する、X-X’断面と、これに対する螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、Y-Y’断面、Z-Z’断面、を示す。
上床固定材60は、上床コンクリート下面に、2列の板材を固定する部材にて、平面及びこれら断面に見るように、円弧部材61とその下方へ垂直に接続する鉛直部材62から成る。
上床固定材60は、2列一組の板材31,32に対し、円弧部材61及び鉛直部材62の側端面において、板材固定孔33、35のボルト固定にて、全強接合する。
そして、螺旋を呈して並ぶ2列一組の板材31,32にとって、これらを束ねるための部材の挿入を曲線状に許すのは、幾何学的に唯一、2列の板材の平面視大小の曲率の円弧の形状のみである。そして、円弧部材61は、これに合致する。このため、上床固定材60は、2列一組の板材を、組木細工のように精度よくかつ効率よく下床コンクリートへ固定する。
円弧部材61は、自らの側端面が互いをウェブで接続するフランジ面同士の、単曲線に曲げ加工した溝形鋼とし、同じく同幅同形状の溝形鋼である、鉛直部材62を、鉛直下方へ向けて溶接固定する。
上床固定材60の鉛直部材62は、段板部材21と異なり、水平部材を有さない。
このように上床固定材60は、構成する形鋼を、鉛直部材62は溝形鋼とし、水平部材を有さず、円弧部材61は、鉛直部材62と同幅同形状の溝形鋼とし、鉛直部材62は直線状の加工にて、円弧部材61は単曲線状の加工にて、製作する。
【0043】
(8)下床固定材と板材の固定状況(
図8を参照)
図8は、実施例1の下床固定材50と板材31,32の固定状況を示す図である。冒頭の平面に、下床固定材50の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、A1-A1’断面と、螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、B1-B1’断面、C1-C1’断面、を示す。
B1-B1’断面、C1-C1’断面には、A1-A1’断面に対するレベル位置の水平部材53及び鉛直部材52とは別にその上段側の水平部材53及び鉛直部材52が、円弧部材51を介して両者一体となる状況を示す。
水平部材53と鉛直部材52と円弧部材51から成る下床固定材50は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材52の側端面25及び円弧部材51の側端面に束ねて、水平部材53の下辺に抑え込み、組木細工のように全強にボルト固定できる。
【0044】
(9)下床固定材及び板材と踏み面部材の固定状況(
図9を参照)
図9は、実施例1の下床固定材50及び板材31、32と踏み面部材11の固定状況を示す図である。冒頭の平面に、下床固定材50と板材31,32と踏み面部材11の固定状況の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、D1-D1’断面と、螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、E1-E1’断面、F1-F1’断面、を示す。
E1-E1’断面、F1-F1’断面は、D1-D1’断面に対するレベル位置の水平部材53とは別にその上段側の水平部材53に、踏み面部材11が上方から固定する状況を矢印にて示す。
【0045】
(10)上床固定材と板材の固定状況(
図10を参照)
図10は、実施例1の上床固定材60と板材31,32の固定状況を示す図である。冒頭のG1-G1’断面に、上床固定材60の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、H1-H1’断面と、螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、I1-I1’断面、J1-J1’断面、を示す。
I1-I1’断面、J1-J1’断面には、G1-G1’断面に対するレベル位置の鉛直部材62とは別に、その下段側の段板部材21の自らを構成する水平部材22及び鉛直部材24が、板材31、32に一体となる状況を示す。
鉛直部材62と円弧部材61から成る上床固定材60は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材62の側端面及び円弧部材61の側端面に束ねて、組木細工のように全強にボルト固定できる。
【0046】
(11)上床固定材及び板材と踏み面部材の固定状況(
図11を参照)
図11は、実施例1の上床固定材60及び板材と踏み面部材11の固定状況を示す図である。冒頭のK1-K1’断面に、上床固定材60と板材31,32と、下段側の段板部材21に取りつく踏み面部材11の固定状況の平面図を示し、その下に、横断に矢視する、L1-L1’断面と、螺旋内側から外側へ順に縦断に矢視する、M1-M1’断面、N1-N1’断面、を示す。
M1-M1’断面、N1-N1’断面は、L1-L1’断面に対するレベル位置の下段側の段板部材21及び自らを構成する水平部材22に、踏み面部材11が上方から固定する状況を矢印にて示す。
【0047】
(12)内側の板材の螺旋構造、及び、外側の板材の螺旋構造(
図12と
図13を参照)
図12は、実施例1の、内側の板材31の螺旋構造を示す図であり、
図13は、外側の板材32の螺旋構造を示す図である。
両図において、中央上側に、全段数の「水平部材と板材の接点を含む放射方向の鉛直面72」のラインともに、異なる曲率の単曲線を描く2列一組の板材36の平面図を示す。
・両図において、中央下側に、全段数の「水平部材と板材の接点を含む水平面73」のラインとともに、板材(板材31及び板材32)の、螺旋を描く側面図を示す。
両図において、中央上側の平面図において、「水平部材と板材の接点を含む放射方向の鉛直面72」のラインと、板材(板材31及び板材32)の単曲線の交点から、側面図の「水平部材と板材の接点を含む水平面73」のラインへ下す垂線の足が、板材(板材31及び板材32)の上端の螺旋のラインとなり、当該上端の螺旋のラインから、板材(板材31及び板材32)の幅を下方へ取った位置が、板材(板材31及び板材32)の下端の螺旋のラインとなる。
両図において、螺旋を描く側面図において、板材(板材31及び板材32)は上下の2分割とし、添接材(添接材41及び添接材42)が双方をラップして板材固定孔34でボルト接合する。
a部とc部において、上床コンクリート81へ固定する上床固定材60、並びに、最上段の段板部材21に対する、板材(板材31及び板材32)の固定状況を、「水平部材と板材の接点を含む水平面73」のラインに合わせて、示す。また、b部とd部に、下床コンクリート82へ固定する下床固定材50、に対する、板材(板材31及び板材32)の固定状況を、「水平部材と板材の接点を含む水平面73」のラインに合わせて、示す。
a部とc部、b部とd部において、示すように、板材(板材31及び板材32)の螺旋の最上辺は、上床コンクリート下面76に合致してここに終わり、板材(板材31及び板材32)の螺旋の最下辺は、下床コンクリート上面77に合致してここに終わる。このように、2列一組の板材36は、上床固定材60と下床固定材50によって、上床コンクリート81と下床コンクリート82へ強固に固定する(
図8及び
図10を合わせて参照)。
【0048】
(13)内側の板材の螺旋への加工、及び、外側の板材の螺旋への加工(
図14と
図15を参照)
図14は、実施例1の内側の板材の螺旋への加工を示す図であり、
図15は、実施例1の外側の板材の螺旋への加工を示す図である。
両図において、左側の板材の、二次元の短冊状鋼板から、右側の板材の、三次元の螺旋状へ、ロール加工する。板材の鋼板は、ロール加工前の二次元の短冊状鋼板において、所定の位置に板材固定孔34を加工しておき、所定の形状にカットする。
【0049】
続いて、本発明の第二の手段である、「螺旋階段の組立方法」において、実施例1の各ステップを、
図16から
図28を参照しながら、説示する。
そして、
図16、
図19、
図22、
図25、
図28、の各図は、上側の図に、「平面図」を、螺旋中心に対し描く単曲線の「中心線」とともに示し、下側の図に、当該「中心線」で側面に展開する「展開図」を、示す。ここで、板材30は、形状の異なる各板材の総称で、板材(内側)31と板材(外側)32を、合わせて示す。
また、
図17、
図20、
図23、
図26、の各図は、「平面状況」の一部を拡大して示す図であり、
図18、
図21、
図24、
図27、の各図は、「側面状況」の一部を拡大して示す図である。
ここで各ステップは以下の手順である。
・ステップ1:上床固定材60と下床固定材50の固定
・ステップ2:仮支柱材90と、段板部材21の間欠配置
・ステップ3:板材31,32の取り付け
・ステップ4:段板部材21及び踏み面部材11の取り付け、仮支柱材90の離脱
・ステップ5:完成
【0050】
尚、実施例1は「力桁階段の螺旋階段」である。また、当該「力桁階段の螺旋階段」は、段板部材21、板材31,32、添接材41,42、踏み面部材11、下床固定材50、上床固定材60からなり、仮設材として、仮支柱材90、離隔調整材93、ジャッキベース91、クランプ92を使用する。
【0051】
(14)ステップ1:下床固定材50と上床固定材60の固定(
図16から
図18を参照)
螺旋の始端と終点となる、下床固定材及び上床固定材を、夫々、下床コンクリート上面77及び上床コンクリート下面76の所定の位置に、アンカー固定する。
水平部材53と鉛直部材52と円弧部材51から成る下床固定材50は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材52の側端面25及び円弧部材51の側端面に束ねて、水平部材53の下辺23に抑え込み、組木細工のように全強にボルト固定できる(
図8も併せて参照)。
鉛直部材62と円弧部材61から成る上床固定材60は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材62の側端面及び円弧部材61の側端面に束ねて、組木細工のように全強にボルト固定できる(拡大図は図示せず、
図10も併せて参照)。
【0052】
(15)ステップ2:仮支柱材と、段板部材の間欠配置(
図19から
図21を参照)
間欠に段板部材21を、同じ放射方向の2本1組の仮支柱材90にクランプ92で固定しつつ、隣り合う段板部材21同士を順に離隔調整材93で、下床固定材50から上床固定材60へ一連に繋いで、全体に所定の螺旋へ固定する。
段板部材21は、螺旋中心から放射方向かつ水平方向に並ぶ水平部材22と、水平部材22に下方へ垂直に接合し螺旋中心から放射方向かつ鉛直方向に並ぶ鉛直部材24と、から成る(
図1も併せて参照)。
段板部材21は、下床コンクリート上面77上に予め大小の円弧に位置出しし固定するジャッキベース91に立設する2本1組の仮支柱材90の上部のクランプ92で、放射方向に固定し、隣り合う段板部材同士を離隔調整材93で螺旋に繋ぐ。
段板部材21は、ジャッキベース91で高さを調整し、離隔調整材93で螺旋線形に合わせ、全体に安定させる。
仮支柱材90は、ジャッキベース91に立設しクランプ92にて段板部材21に固定するから、脱着容易であり、離隔調整材93は、段板部材21の水平部材22上面中央にボルト固定する、アングル状小片の離隔調整材固定金具97にボルト固定するから、脱着容易である。
尚、離隔調整材93は、中央から両端へ、ターンバックル94、有孔板付き棒鋼95、有孔板96、から構成する。そして、離隔調整材93は、ターンバックル94にて離隔を調整し、有孔板96の有孔板固定金具連通孔98において、離隔調整材固定金具97に、有孔板固定金具連通ボルトナット99で、固定する。
アングル状小片の離隔調整材固定金具97は、予め、固定金具水平部材連通孔100において、水平部材22の中央へ、固定金具水平部材連通ボルトナット101で固定しておく。
【0053】
(16)ステップ3:板材の取り付け(
図22から
図24を参照)
全体に2列の螺旋を呈する、上半下半の2分割の板材(板材31及び板材32)を、下半から上半へ順に段板部材21へ取り付ける。
下半の板材には予め、上半をラップして取り付けられるよう、添接材(添接材41及び添接材42)を溶接固定してあり、双方をラップして板材固定孔34でボルト接合する。
2列一組の板材36にとって、これらを束ねるための部材の挿入を直線状に許すのは、幾何学的に唯一、「水平部材22と板材31,32の接点を含む放射方向の鉛直面72の自らの狭隘」のみである(
図1も併せて参照)。
水平部材22と鉛直部材24から成る段板部材21は、側面を鉛直にしつつ全体として螺旋を呈して並ぶ2列の板材31、32を、鉛直部材の側端面25に束ねて、水平部材22の下辺の「水平部材と板材の接点71」に抑え込み、固定する(
図4も併せて参照)。
段板部材21は、2列一組の板材31,32に対し、夫々の鉛直部材24の側端面25において、板材固定孔(鉛直部材側)33のボルト固定にて、全強接合する(
図2も併せて参照)。
下床固定材50は、2列一組の板材31,32に対し、円弧部材51及び鉛直部材52の側端面において、板材固定孔33、35のボルト固定にて、全強接合する(
図6も併せて参照)。
上床固定材60は、2列一組の板材31,32に対し、円弧部材61及び鉛直部材62の側端面において、板材固定孔33、35のボルト固定にて、全強接合する(拡大図は図示せず、
図7も併せて参照)。
【0054】
(17)ステップ4:段板部材及び踏み面部材の取り付け、仮支柱材の離脱(
図25、
図26及び
図27を参照)
螺旋に定まった、間欠の段板部材21及び2列の板材31、32から、離隔調整材93及び固定のためのアングル状小片の離隔調整材固定金具97を離脱解体後、残りの段板部材21をボルト固定する。
踏み面部材11は、水平部材22とは後でボルト固定する分離構造とすることで、段板部材21と板材31,32とのボルト固定による組立作業が簡便容易となる(
図5及び
図9を合わせて参照)。
そして、段板部材21の水平部材22に、踏み面部材11側の踏み面固定孔12と、水平部材22側の踏み面固定孔13とをボルト固定する(
図2と
図3を合わせて参照)。
残る、段板部材21及び踏み面部材11の取り付けが終わったら、仮支柱材90及びジャッキベース91を離脱解体する。
【0055】
(18)ステップ5:完成(
図28を参照)
以上の工程を経て、実施例1の「1列の力桁階段」が完成する。
「1列の力桁階段」は、2列1組の板材の1組分すなわち2列の板材を、1の鉛直部材の概T字断面の段板部材にて、水平部材の下辺で抑えつつ鉛直部材の側端面に束ねれば構成できる。
当該「力桁階段の螺旋階段」は、段板部材21、板材31,32、添接材41,42、踏み面部材11、下床固定材50、上床固定材60からなる。
螺旋の始端と終点となる、下床固定材50、上床固定材60を、夫々、下床コンクリート上面77及び上床コンクリート下面76の所定の位置に、アンカー固定し、後は、残る部材を全てボルト固定で組み立てる。