特許 7470243 複合梁および複合梁の施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-09

(45)【発行日】2024-04-17

(54)【発明の名称】複合梁および複合梁の施工方法

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/29 20060101AFI20240410BHJP

   E04B 1/30 20060101ALI20240410BHJP

【ＦＩ】

E04C3/29

E04B1/30 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023182826

(22)【出願日】2023-10-24

【審査請求日】2023-10-24

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【復代理人】

【識別番号】100229091

【弁理士】

【氏名又は名称】山路 英洋

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】高谷 真次

(72)【発明者】

【氏名】宮野鼻 一裕

(72)【発明者】

【氏名】皆川 宥子

(72)【発明者】

【氏名】林 秀暢

(72)【発明者】

【氏名】滝沢 一馬

(72)【発明者】

【氏名】阿部 真一

(72)【発明者】

【氏名】金澤 綺華

【審査官】須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２２７８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０１５３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６０８６４５２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００２－２１３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２３／０２２０９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１７６４９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｃ ３／２９

Ｅ０４Ｂ １／３０

Ｅ０４Ｃ ３／２９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プレストレスの導入されない鉄筋コンクリート造の梁本体と、
前記梁本体の梁幅方向の両側面および底面を覆うように設けられる木質材と、
前記梁本体と、前記梁本体の両側面の木質材との間で応力を伝達するための応力伝達機構と、
を有し、
前記梁本体の底面の木質材が前記梁本体の両側面の木質材に固定され、前記梁本体の底面の木質材が前記梁本体の両側面の木質材に接し、
前記梁本体の底面の木質材と前記梁本体の両側面の木質材によって形成される内部空間は、梁軸方向において、前記梁本体の梁軸方向の外側と連通していることを特徴とする複合梁。

【請求項2】

前記応力伝達機構が、前記梁本体を貫通し、両端部が前記梁本体の両側面の木質材に定着されるセパレータを含むことを特徴とする請求項１記載の複合梁。

【請求項3】

前記応力伝達機構が、前記梁本体と前記梁本体の側面の木質材に跨って埋設される孔あき鋼板を含むことを特徴とする請求項１記載の複合梁。

【請求項4】

前記梁本体の底面の木質材と前記梁本体との間では、当該木質材と前記梁本体との間で応力を伝達するための応力伝達機構が設けられないことを特徴とする請求項１記載の複合梁。

【請求項5】

前記梁本体の底面の木質材は、前記梁本体の両側面の木質材の下端よりも上に位置し、前記梁本体の底面の木質材の下面に、前記梁本体の両側面の木質材の下端の高さまでに収まるように設備が設けられることを特徴とする請求項１記載の複合梁。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれかに記載の複合梁の施工方法であって、
前記梁本体の底面の木質材が前記梁本体の両側面の木質材に固定された状態で、前記梁本体の両側面および底面の木質材を複合梁の施工箇所に設置する工程と、
前記梁本体の両側面および底面の木質材の内側にコンクリートを打設する工程と、
を含むことを特徴とする複合梁の施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄筋コンクリートと木質材による複合梁等に関する。

【背景技術】

【0002】

建築の木造化・木質化技術は地球温暖化対策に貢献するだけでなく、建築空間の使用者のウェルビーイングにも貢献し、国際的に広く求められている。ただし、建築に用いられる高品質の木質材にはコストがかかり、木質材の強度や剛性も、従来の鉄筋コンクリートや鉄骨と比べて小さい。

【0003】

そのため、コストアップを抑えつつ必要な強度と剛性を確保し、良好な空間提供に貢献できる技術として、鉄筋コンクリートと木質材を組み合わせた複合構造を用いる例がある。例えば特許文献１には、鉄筋コンクリート造の梁本体の両側面と底面を木質材で被覆した複合梁について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開2022-15390号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ただし、特許文献１の複合梁では、梁本体の底面の木質材が梁本体の側面の木質材から隙間を空けて配置されている。これは、複合梁の大変形状態において、梁本体の底面の木質材が側面の木質材の影響を受けずに変形できるようにするためであるが、梁本体のコンクリート打設時に木質材を型枠として使用することができず、別途の底型枠を組み立てた上でコンクリートを打設し、その後に底型枠を取り外し、仕上げ材として梁本体の底面に木質材を取り付ける必要がある。結果、手間が掛かる上にコストアップとなる。

【0006】

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、容易に施工できる複合梁等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】

前述した課題を解決するための第１の発明は、プレストレスの導入されない鉄筋コンクリート造の梁本体と、前記梁本体の梁幅方向の両側面および底面を覆うように設けられる木質材と、前記梁本体と、前記梁本体の両側面の木質材との間で応力を伝達するための応力伝達機構と、を有し、前記梁本体の底面の木質材が前記梁本体の両側面の木質材に固定され、前記梁本体の底面の木質材が前記梁本体の両側面の木質材に接し、前記梁本体の底面の木質材と前記梁本体の両側面の木質材によって形成される内部空間は、梁軸方向において、前記梁本体の梁軸方向の外側と連通していることを特徴とする複合梁である。

【0008】

本発明の複合梁は、鉄筋コンクリート造の梁本体の両側面と底面を木質材で覆い、梁本体の両側面の木質材と梁本体を一体化して応力伝達を可能としたものであり、コストアップを抑えつつ、必要な強度と剛性を確保し、良好な空間提供に貢献できる。しかも、梁本体の底面の木質材は梁本体の両側面の木質材に固定されて接するので、これらの木質材を凹状の型枠として機能させ、その内側へのコンクリート打設を行うだけで複合梁を完成させることができ、複合梁の施工に手間が掛からない。

【0009】

前記応力伝達機構が、前記梁本体を貫通し、両端部が前記梁本体の両側面の木質材に定着されるセパレータを含むことが望ましい。
上記のセパレータにより、コンクリート打設時の木質材の開き止めと応力伝達機構を兼ねることができ、施工がさらに容易となる。

【0010】

前記応力伝達機構が、前記梁本体と前記梁本体の側面の木質材に跨って埋設される孔あき鋼板を含むことが望ましい。
上記の孔あき鋼板の孔に梁本体のコンクリートが充填されることにより、木質材と梁本体を強固に一体化することができる。

【0011】

前記梁本体の底面の木質材と前記梁本体との間では、当該木質材と前記梁本体との間で応力を伝達するための応力伝達機構が設けられないことが望ましい。
これにより、複合梁の撓み時の梁本体の底部のひび割れ幅が、梁本体の底面の木質材に直接影響するのを避けることができる。

【0012】

前記梁本体の底面の木質材は、前記梁本体の両側面の木質材の下端よりも上に位置し、前記梁本体の底面の木質材の下面に、前記梁本体の両側面の木質材の下端の高さまでに収まるように設備が設けられることが望ましい。
これにより、複合梁の底部に、梁本体の両側面の木質材の下端部と梁本体の底面の木質材による凹部を形成することができ、照明設備等の各種設備を目立たずに配置することが可能になる。

【0013】

第２の発明は、第１の発明の複合梁の施工方法であって、前記梁本体の底面の木質材が前記梁本体の両側面の木質材に固定された状態で、前記梁本体の両側面および底面の木質材を複合梁の施工箇所に設置する工程と、前記梁本体の両側面および底面の木質材の内側にコンクリートを打設する工程と、を含むことを特徴とする複合梁の施工方法である。
第２の発明は、第１の発明の複合梁を現場で形成する施工方法である。

【発明の効果】

【0014】

本発明により、容易に施工できる複合梁等を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】複合梁１を含む架構を示す図。

【図2】複合梁１を示す図。

【図3】セパレータ３０の端部を示す図。

【図4】複合梁１の施工方法について説明する図。

【図5】複合梁１の施工方法について説明する図。

【図6】応力伝達機構の例。

【図7】接合部材７による木質材２１の接合について説明する図。

【図8】鋼板２１７や木板２１７ａと固定具２１８を用いた木質材２１の接合について説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0017】

（１．複合梁１）
図１は本発明の実施形態に係る複合梁１を含む架構を示す図である。複合梁１は、例えば、柱２の柱頭部２ａ（パネルゾーン）の間に架設され、その上にはコンクリート製のスラブ３が設けられる。複合梁１は、鉄筋コンクリートと木質材による複合構造を有する。一方、柱２は柱頭部２ａも含め鉄筋コンクリート造とするが、これに限ることはない。また複合梁１の架設箇所も図１の例に限定されない。

【0018】

図２は複合梁１を示す図であり、複合梁１の梁軸方向と直交する断面（以下、単に断面という）を見たものである。複合梁１は、矩形状の断面を有する梁本体１０の梁幅方向の両側面と底面を、それぞれ板状の木質材２１、２２で被覆したものである。梁幅方向は梁軸方向と平面視で直交する方向であり、図２の左右方向に対応する。

【0019】

梁本体１０は鉄筋コンクリート造のものであり、コンクリート１１の内部に主筋やせん断補強筋等の補強筋１２を埋設して構成される。

【0020】

木質材２１、２２は例えばCLT(Cross Laminated Timber)であるが、これに限ることはない。例えば集成材やBP材としてもよく、製材と合板を組み合わせたものを用いても良い。また梁本体１０の頂面はスラブ３等に接するため木質材を省略しているが、頂面がCLT等の木質材で覆われる場合もある。

【0021】

また本実施形態では、梁本体１０の底面の木質材２２が梁本体１０の両側面の木質材２１にビス等の固定具２３で固定され、梁本体１０の底面の木質材２２が梁本体１０の両側面の木質材２１に接する。

【0022】

さらに、梁本体１０の底面の木質材２２は、梁本体１０の両側面の木質材２１の下端よりも上に位置し、梁本体１０の両側面の木質材２１の下端部と底面の木質材２２とにより、複合梁１の底部に、上方に凸となる凹部２４が形成される。本実施形態では、この凹部２４に照明設備２５が設けられる。照明設備２５の代わりにカーテンレールや感知器等のその他の設備が設けられても良い。

【0023】

また本実施形態では、梁本体１０を貫通するようにセパレータ３０が設けられる。セパレータ３０の両端部は、梁本体１０の両側面の木質材２１に定着される。

【0024】

図３はセパレータ３０の端部を示す図である。セパレータ３０は棒状の本体３１を有する。本体３１の端部は木質材２１のセパレータ挿通孔２１０を貫通し、木質材２１の外側（梁本体１０の反対側を指す。以下同様）の面を座彫りして設けた凹部２１１内に突出する。本体３１の端部にはネジが設けられ、凹部２１１内に突出した本体３１の突出部分のネジにナット３２を締め込むことで、本体３１の端部が木質材２１に定着される。

【0025】

木質材２１の凹部２１１には、木質材等による穴埋材２１２が設けられ、これにより複合梁１の意匠性が向上する。また木質材２１の内側（梁本体１０側を指す。以下同様）の面では、本体３１の端部のネジに板ナット３３が締め込まれる。図３の符号３４はナット３２と併用される座金であり、符号３５は、後述するコンクリート１１の打設時にセパレータ挿通孔２１０からのノロ漏れを防ぐため板ナット３３と併用されるパッキンである。

【0026】

セパレータ３０は、コンクリート１１の打設時に、木質材２１に加わるコンクリート１１の打設時側圧に抵抗させて木質材２１の開き止めを行うための部材であるが、本実施形態では、梁本体１０と梁本体１０の両側面の木質材２１との間でせん断応力等を伝達する応力伝達機構としても機能する。そのため、梁本体１０と木質材２１が一体化し、梁全体としての剛性が上昇することで、複合梁１の撓みを減少させることができる。

【0027】

なお本実施形態では、図２に示すように、木質材２１の上にもセパレータ３０’が設けられる。このセパレータ３０’は、棒状の本体の両端部を、木質材２１の上端面に設けたアングル材等の固定部３６にナット等（不図示）を用いて固定したものである。

【0028】

一方、梁本体１０とその底面の木質材２２との間では、応力を伝達するための応力伝達機構が設けられない。これにより、複合梁１の撓み時に梁本体１０の底部に局所的なひび割れが発生した際に、そのひび割れ幅が木質材２２に直接影響するのを避けることができる。すなわち、梁本体１０の底部のひび割れ幅は、側面の木質材２１の変形、木質材２１、２２間の固定具２３の変形等で吸収され、木質材２２にダイレクトには影響しない。

【0029】

（２．複合梁１の施工方法）
複合梁１の施工時には、まず工場で図４（ａ）に示すように木質材２２を木質材２１に固定し、木質材２１、２２を一体化する。また工場内では、セパレータ３０、３０’の設置や必要な配筋も行われる。

【0030】

木質材２２を木質材２１に固定する際は、図４（ｂ）に示すように、木質材２２の梁幅方向の端面に、コンクリート１１の打設時のノロ漏れを防止するためのシーリング材２２１を塗布しておき、その後、木質材２１を固定具２３により木質材２２の上記端面に固定する。これにより木質材２１、２２の間からのノロ漏れが防止され、後工程でノロを除去する手間が生じるのを防ぐことができる。なお、シーリング材２２１の代わりに、ノロ止めテープを貼ったりガスケットを取り付けたりしてノロ止めとしてもよい。またノロ止めは木質材２２の上記端面に限らず、木質材２１、２２の入隅部に設けても良い。

【0031】

本実施形態では、木質材２１、２２を図４（ａ）に示した状態で工場から現場まで運搬し、図５（ａ）に示すように、木質材２１、２２を支保工４等で下方から支持して複合梁１の施工箇所に設置する。本実施形態では、支保工４として木質材２１、２２の下面を面で受ける梁軸方向の根太４１を用いており、これにより、支保工４からの支圧によって木質材２１、２２の下面に傷が残らないようにしている。ただし、木質材２２を受ける根太４１に関しては、最終的に照明設備２５が取りつく位置に設けられており、木質材２２の下面に傷が多少ついても隠れるため問題は無い。

【0032】

その後、図５（ｂ）に示すように、木質材２１、２２を型枠として用い、その内側に現場でコンクリート１１を打設して梁本体１０を形成する。セパレータ３０、３０’は、従来工法と同様、コンクリート１１による側圧に抵抗し、梁本体１０の両側面の木質材２１の間隔を維持する開き止めとして機能する。

【0033】

梁本体１０のコンクリート１１はスラブ３のコンクリートと共に打設されるが、この際、ポリフィルム等のシート材５を木質材２１の外側に掛けて、梁本体１０の両側面の木質材２１にコンクリートが付着するのを防止する。シート材５は、木質材２１の上端部で外側から当て木６を当てて木質材２１の外側の面に挟持される。当て木６は釘６１等によって木質材２１に固定される。

【0034】

この後、支保工４やシート材５、当て木６等を取り外すことで、図１に示す複合梁１が構築される。なお、木質材２１の釘孔は、天井に取り付けるロックウール等の断熱材（不図示）によって隠される。

【0035】

以上説明したように、本実施形態の複合梁１は、鉄筋コンクリート造の梁本体１０の両側面と底面を木質材２１、２２で覆い、梁本体１０の両側面の木質材２１と梁本体１０を一体化して応力伝達を可能としたものであり、コストアップを抑えつつ、必要な強度と剛性を確保し、良好な空間提供に貢献できる。

【0036】

しかも、梁本体１０の底面の木質材２２は梁本体１０の両側面の木質材２１に固定されて接するので、これらの木質材２１、２２を凹状の型枠として機能させ、工場で配筋等を行った状態で現場に搬入し、内側へのコンクリート打設を行うだけで複合梁１を完成させることができ、複合梁１の施工に手間が掛からず、施工精度管理も容易になり、現場工程の短縮に寄与する。

【0037】

また本実施形態では、セパレータ３０によりコンクリート打設時の木質材２１の開き止めと応力伝達機構を兼ねることができ、施工がさらに容易となる。

【0038】

また本実施形態では、梁本体１０とその底面の木質材２２との間では応力伝達機構が設けられない。これにより、複合梁１の撓みによる梁本体１０の底部のひび割れ幅が直接木質材２２に影響するのを避けることができる。

【0039】

さらに本実施形態では、梁本体１０の底面の木質材２２を、側面の木質材２１の下端よりも底上げしていることで、複合梁１の底部に凹部２４を形成することができ、照明設備２５等の各種設備を目立たずに配置することが可能になり、スッキリとした見た目となって意匠性が向上する。また木質材２２が目立たなくなることで、木質材２２の傷付きを防止する施工時の養生を簡易なもので済ますことができる。ただし、木質材２２を木質材２１の下端と同じ高さに設けることは可能である。

【0040】

しかしながら、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば本実施形態では梁本体１０と木質材２１の間の応力伝達機構としてセパレータ３０を用いたが、応力伝達機構としては、図６（ａ）に示すように、梁本体１０と木質材２１に跨って埋設され、梁本体１０への埋設部分に孔を有する孔あき鋼板４０を用いても良い。孔あき鋼板４０の孔に梁本体１０のコンクリート１１が充填されることにより、木質材２１と梁本体１０を強固に一体化することができる。図６（ａ）の孔あき鋼板４０は孔あき鋼板ジベルであるが、その代わりにパンチングメタルを用いることもできる。

【0041】

その他、応力伝達機構としては、図６（ｂ）に示すように、木質材２１の内側の面に溝などを切り欠いて凹凸形状２１３を形成することで、木質材２１と梁本体１０との構造的な一体化を図ることも出来る。図６（ｂ）の凹凸形状２１３は矩形波状であるが、図６（ｃ）に示すように三角波状とすることもできる。

【0042】

これらの応力伝達機構はセパレータ３０、３０’と併用することもできるが、コンクリート１１の打設時の木質材２１の開き止め（不図示）を別途木質材２１の外側に仮設しておくことで、セパレータ３０、３０’を省略することができる。

【0043】

その他、場合によっては複数の木質材２１、２２を梁軸方向に接合する場合もあり、この場合は、ホームコネクター（登録商標）などの接合部材を用いて木質材２１、２２の接合を行うことが出来る。図７（ａ）は接合部材７を用いて木質材２１同士を梁軸方向に接合する例であり、木質材２１の厚さ方向の断面を見たものである。梁軸方向は図７（ａ）の左右方向に対応する。接合部材７は両端が開放された鋼製の筒体であり、両木質材２１の対向する端面の孔２１４に跨るように配置される。孔２１４は、木質材２１の上記端面から当該木質材２１の内部を梁軸方向に延びるように形成される。

【0044】

木質材２１の上記端面には、孔２１４から木質材２１の外側の面に至る切欠き２１５も設けられており、両木質材２１の切欠き２１５によって形成された注入孔に注入管８を通し、この注入管８を用いて、接合部材７の側面の開口７１から接合部材７の内部に接着材９を充填することができる。接着材９は接合部材７の両端から溢れて孔２１４の内部にも充填される。その後注入管８を取り外し、図７（ｂ）に示すように上記の注入孔を木栓など木製の塞ぎ材２１６で塞ぐことで、接合部材７により木質材２１同士が梁軸方向に接合される。

【0045】

その他、木質材２１の接合方法としては、両木質材２１の孔２１４に跨るように鋼棒を配置し、孔２１４に接着材を充填するGIR（グルーインロッド）接合を用いることもできる。一方、鋼板や木板等の板状部材とビスなどの固定具を用いた接合方法も考えられる。

【0046】

図８（ａ）はその一例であり、両木質材２１に跨るように、木質材２１の内側の面に鋼板２１７が配置され、鋼板２１７がビスなどの固定具２１８で両木質材２１に固定される。

【0047】

また図８（ｂ）に示すように、両木質材２１の対向する端部において、木質材２１の側面に欠き込み２１９を形成し、両木質材２１の欠き込み２１９に跨るように配置した木板２１７ａをビスなどの固定具２１８で両木質材２１に固定してもよい。この場合、欠き込み２１９内に木板２１７ａを配置することで、木質材２１の側面の平滑性を維持することができる。なお木板２１７ａは木質材２１の外側の面に設けられるが、内側の面に設けても良い。

【0048】

これらの方法では、木質材２１の外側に鋼材が露出しないため、木質材２１の意匠性を最大限活用できる。なお、以上の方法は梁本体１０の底面の木質材２２の接合にも適用可能である。

【0049】

また本実施形態では工場で木質材２１、２２の組立を行ったが、複合梁１の施工箇所で木質材２１、２２の組立やセパレータ３０、３０’の配置、必要な配筋等を行っても良い。また本実施形態では現場でコンクリート１１を打設して複合梁１を完成させたが、複合梁１は、工場でコンクリート１１の打設等を行って完成させ、プレキャスト品として現場に搬入、設置を行うことも可能である。ただし、仕上げ材となる木質材２１、２２を運搬時に傷めないように適切に養生をする必要があり、また重量が問題となる場合は、複合梁１を梁軸方向に分割して搬入、設置を行う等の必要が生じる。

【0050】

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0051】

１：複合梁
１０：梁本体
１１：コンクリート
１２：補強筋
２１、２２：木質材
２３：固定具
２４：凹部
２５：照明設備
３０、３０'：セパレータ
４０：孔あき鋼板

【要約】

【課題】容易に施工できる複合梁等を提供する。
【解決手段】複合梁１は、鉄筋コンクリート造の梁本体１０と、梁本体１０の梁幅方向の両側面および底面を覆うように設けられる木質材２１、２２と、梁本体１０と、梁本体１０の両側面の木質材２１との間で応力を伝達するための応力伝達機構と、を有する。梁本体１０の底面の木質材２２は梁本体１０の両側面の木質材２１に固定され、梁本体１０の底面の木質材２２が梁本体１０の両側面の木質材２１に接する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】