JP2005501988A

JP2005501988A - Components and methods of moment resistant building frame structures

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Publication number: JP2005501988A
Application number: JP2003525755A
Authority: JP
Inventors: ロバート・ジェイ・サイモンズ; ワリッド・エム・ハイチャム・ナジャ; コンスタンティン・ジェイ・シュハイバー
Original assignee: ロバート・ジェイ・サイモンズ; ワリッド・エム・ハイチャム・ナジャ; コンスタンティン・ジェイ・シュハイバー
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2021-08-30
Also published as: AU2001288615B2; EP1425488A4; CA2458706C; MXPA04002964A; CN1312367C; WO2003021061A1; EP1425488A1; ES2622071T3; CA2458706A1; CN1558981A; EP1425488B1; JP4165648B2

Abstract

すべての横荷重を配分し分担するために、柱（２４、２６）、および梁（３６、３８）が柱（２４、２６）と梁（３６、３８）の間の取り付けの結節点（６６）において柱を取り囲む留め枠（３０、３２、３４）を通して相互に連結されている柱−梁建築物骨組構造（２０）。各留め枠構造は、骨組組み立て時に着座し、重力で一緒にロックし、かつある一定量の横荷重に対する速やかな耐モーメント性も提供する内部部品（１０６）および外部部品（１０８）を備えている。テンションボルト（７４）とナットの組立体が内部および外部の留め枠部品を一緒にロックし、これらの組立体が所定位置にあることによって、（梁の周りを囲む）留め枠が、複数位置の角を形成するように配置された圧縮荷重としての梁モーメント荷重を柱の別々の側面領域に伝達するように作用する。To distribute and share all lateral loads, the columns (24, 26) and the beams (36, 38) are attached to the connection nodes (66) between the columns (24, 26) and the beams (36, 38). Column-beam building frame structure (20) connected to each other through retaining frames (30, 32, 34) surrounding the column in FIG. Each retaining frame structure includes an internal part (106) and an external part (108) that sits when the frame is assembled, locks together by gravity, and also provides quick moment resistance to a certain amount of lateral load. . The tension bolt (74) and nut assembly locks the inner and outer retaining frame parts together so that these assemblies are in place so that the retaining frame (surrounding the beam) can be positioned in multiple positions. Acts to transmit beam moment loads as compressive loads arranged to form corners to separate side regions of the column.

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明（構造および方法）は、建築物構造に関し、さらに詳細に述べると改良された非常に能力の高い建築物用耐モーメント性骨組をもたらすように作用する新規な柱／梁／留め枠の相互連結構造体（およびそれに関する方法）に関する。本発明の実施において特徴的なものは、隣接する柱と梁をその間で交差する結節点において接合する独特の支持面と留め枠との相互連結構造である。
【背景技術】
【０００２】
建築物骨組構造を改良するため、また、地震等のいくつかの横荷重をうまく処理することができるように、特に建築物骨組構造を改良するための現在進行中の取り組みにおいて、多くの注意は、直立する柱と水平の梁を連結するやり方に焦点を合わせている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は特にこの課題に取り組んだものであり、そうすることで、建築物骨組の建設および究極の建築物骨組性能において、いくつかの独特で重要な利益を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の好ましい実施形態、および本発明を実施する方法によれば、本発明は、柱の側面および長軸を事実上取り囲む独特の留め枠（カラー）構造を通して梁の各端部が相互連結の結節点において柱に接合されて、梁によるモーメント荷重に由来する圧縮性荷重を対向する支持面を通して伝達する柱−梁相互連結の構造および方法を提案している。特に、梁から柱に伝えられるモーメント荷重の圧縮を介して伝達することに伴って、柱内の垂直方向に分岐（オフセット）する反対方向の圧縮荷重が発生し、この圧縮荷重がこれに関係したモーメントを柱内に発生する。本発明によって組み立てられる建築物骨組が受けるおのおのの横荷重およびあらゆる横荷重について、各横荷重はすべて、基本的にすべての柱が均等に分担しており、この結果、従来方法で建設された建築物骨組構造と比較して、本発明によって建設された建築物骨組構造によれば、任意の単一の柱が他の任意の柱よりも多くの荷重を受けることが避けられる。以下で明白になるように、本発明のこの重要な特徴は、それが機能する限り、これによって多くの例で建築規則の最低要件を超えるように建築物を建設することが可能になり、したがって従来の骨組構造が規則要件を満たすことができない状況で本発明による建築物骨組を使用する機会が広がる。
【０００５】
本発明を実施したことによる結節点連結は、三次元の多軸モーメント結合、荷重移動相互連結および梁と柱間の相互作用とそれぞれ呼ばれるものを生じるように機能する。
【０００６】
ある単一の柱と、これと連結されるモーメント荷重を帯びた梁との間に生じる特定の負荷伝達性相互作用に焦点を合わせてみると、この荷重は、柱の長軸まわりで角を形成するように配置された複数の支持面領域において、対応する単一の結節点留め枠構造によって柱内に圧縮して結合される。圧縮性荷重移動の結合は、ただ１つの作用面、または荷重を伝達する局所領域に限定されない。圧縮対が生成されているので柱の荷重処理能力が十分に利用されている。
【０００７】
提案される結節点留め枠構造は、溶接によって柱の外面に固定される内部部品と、同じく溶接によって梁の両端に適切に固定される各部品で構成される外部留め枠とを備えている。内部および外部留め枠各部品は、精密鋳造および／または機械加工で成形することが好ましいと同時に望ましく、また外の建設現場で組み立てるよりはむしろ自動化された工場型の環境で柱と梁とに事前に接合することも好ましい。したがって、本発明の留め枠部品は、柱と梁とについて経済的で高精度な製造および組み立てに適用され、その後、正確な組み立ての用意ができている建築現場に配送することができる。
【０００８】
留め枠部品に対して本発明が提案する各結合構造（ジオメトリー）を理解すれば明白になるように、これらの部品は、建築物骨組の組み立ての初期、ならびに後期に、建築物の根本的な性能において、重要な役割を果たしている。
【０００９】
梁と柱との間の連結領域において、および建築現場の空間におおむね正しく（垂直に）直立している隣接する各柱の対について、梁が水平位置に下ろされた際に、梁の両端で運ばれている外部留め枠部品が、重力の影響下で外部留め枠部品内および対向する内部留め枠部品内に設けられる特別な角形の支持面の結合構造（ジオメトリー）を通って着座される。この支持面の結合形状は、位置を下げた梁、および関連する２本の柱を効果的に導き、集め、このとき連結されたこれらの梁および柱部材を互いに本質的に正確に揃え空間内に位置決めして、安定した、重力でロックした状態にする。内部留め枠部品および外部留め枠部品の対向する支持面部の内部および隣接位置に形成された雄／雌のクリート／ソケットの配置が、このような事前の建築物組み立て時に重力の影響下で機能して、連結された各骨組部品のこのような重力によるロックおよび位置決めを可能にするだけでなく、柱−梁が交差する結節点箇所でさらに部品組み付けを行わなくても、横荷重に対する速やかで大幅な安定化と耐モーメント性を確立する。
【００１０】
事前の骨組組み立てに続いて、留め枠構造内、特に外部留め枠構造の部品内に、好ましくは適当なテンションボルトを導入して、内部および外部留め枠構造を分離しないよう固定位置に効果的にロックし、利用可能な引張り荷重を負う成分を外部留め枠構造内に導入する。このような引張り荷重を負うことは、本発明の構造が梁のモーメント荷重を集め柱内の多方向に結合する方法において重要な役割を果たす。
【００１１】
内部および外部留め枠部品間の対向する面は、（梁内で伝わる）モーメント荷重を圧縮荷重として直接柱内に送り出すまたは伝達する支持面として機能する。特に、これらの支持面は、柱の長軸まわりで角を形成するように配置された複数の箇所においてこのような圧縮荷重を柱に送り出す（留め枠が柱の軸を囲んでいる性質のために）。梁のモーメント荷重に対する対処について、このような荷重分散は柱の荷重伝達能力をほぼ十分に利用している。
【００１２】
したがって、本発明によって組み立てられた建築物骨組構造は、著しく安定した、能力が高い骨組をもたらし、そこで、横荷重がすべて、圧縮を介して多軸的に、かつ各配置された結節点において柱内に伝達し、骨組構造全体を通じて、おおむね比較的均等かつ均一に配分されて伝達される。このような骨組構造はブレーシング（筋かい）またはシヤーウォール（剪断壁）をなんら必要とせず、（できつつある建築物内に）外表面構造と内部床構造との両方をあとで取り込むことに容易に対応できる。
【００１３】
本発明による梁と柱との間に存在する結節点相互連結は、少なくとも一連の観点から不連続な浮いている状態の連結として思い描くことができ、この状態は、梁から柱へ構造的に流れる連続の（均質な）金属またはその他材質の経路がないという意味で不連続であり、所望すれば、特別な目的で梁と柱とを非破壊的に切り離すことができるという意味で浮いている状態である。さらに別の観点から後者のことについて考えて見ると、本発明による梁と柱との間に存在する結合性の境界面は荷重処理時になんら変形を受けない部分を備えており、このような部分は結節点境界面において梁と柱との間に存在する不連続箇所にある。
【００１４】
本発明によって提供されるこれら、およびその他各種の特徴や利益、は添付図を参照し、以下に続く説明を読めばさらに十分に明白になるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図に注目し、まず初めに図１について説明すると、本発明によって建設された建築物骨組構造が全体的に符号２０で示されている。この構造は、本明細書において、建築物構造、および構造システムとも呼ばれる。当業者によって了解されるように、骨組構造２０は、地面などの任意の適切な基礎をなす支持構造上で組み立て、そこから立ち上げることができるが、図１に示される特別な状況では、駐車ガレージなどの前もって組み立てられ、基礎をなす「最下部土台」の建築物構造２２の最上部の上に骨組構造２０が支持され、そこから立ち上がる状態で示される。本明細書で、「最下部土台」構造２２の最上部の上にあるということを背景にして構造２０を例示する理由の１つは、もっと十分にかつ間もなく説明する予定の、本発明が提供する重要な特徴を指摘するためである。この点で、図１に示したものに関して、最下部土台構造２２は、構造部材の中でも特に符号２２ａで示すような縦横に配置した柱の配列を備えていることに注目すべきである。ちょうど提起された本発明の構造の特徴と利点を簡潔に説明する文脈の中で、水平方向に縦横に配置された柱２２ａの位置は、この後十分に説明する骨組構造２０内にある柱の位置とは異なるという事実について言及する。
【００１６】
したがって、符号２４、２６、２８で示されるような複数の直立する細長い柱が、骨組構造２０内に含まれ、縦横配列と呼ばれたもの中に配置される。柱２４、２６、２８の長軸はそれぞれ２４ａ、２６ａ、２８ａで示される。骨組構造２０の１つの高さにおいて、細長い水平梁３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８が留め枠構造すなわち留め枠（留め枠形式の相互連結構造とも呼ぶ）３０、３２、３４をそれぞれ通して、柱２４、２６、２８に連結されている。骨組構造２０で用いられている他の留め枠すべてに対して（に関して）言えることであるが、留め枠３０、３２、３４は構成がほぼ同じである。留め枠３０は、梁３６、３８の柱２４への取り付けに対応する。留め枠３２は、梁３８、４０、４２の柱２６への取り付けに対応する。留め枠３４は、梁４２、４４、４６、４８の柱２８への取り付けに対応する。
【００１７】
それゆえ、ここで説明した本発明の特定の実施形態は、１つの柱と連結する単一の結節点において、合計４つの梁まで連結するシステムを示していることが理解されるはずである。本明細書で本発明を説明していくにつれて、当業者は、特別な「連結結節点」においてもっと多数の連結でも十分に対応するために、本発明の変更形態を容易に導入し採用することができることを認識するだろう。
【００１８】
本明細書で示す本発明の特定の実施形態および方法を建築物の骨組構造に関して示し、説明するが、本発明に用いる柱は事実上中空であり、鋼で作られ、かつ、全体的に矩形の断面を有し、４つの直交して連結する外側に面した側面、すなわち表面を備えている。また、本明細書では、本発明を従来のＩ字形梁形状の梁の使用と関連して説明する。
【００１９】
柱と梁との断面形状の選択については図示すべきものと考えられるが、これによって有用性の範囲、本発明が提供する利益、および本発明の特徴について制限するものではない。言い換えれば、本発明の構造および方法は、広範囲な梁と柱との形状および材質に対応するものである。
【００２０】
図１について説明を続けると、その図で、骨組構造２０内の柱の縦横配列は、連結された柱の長軸の位置が前述の最下部土台構造２２内の柱２２ａの長軸位置と１対１の関係で揃っていないことに注目すべきである。なお、骨組構造２０内の柱の基礎は、最下部土台構造２２の最上部近くの所定位置に、任意の適切な方法で固定することができるが、その詳細は、これらの固定連結が本発明の一部を形成するものではないので本明細書で特に例示も説明もしない。
【００２１】
ここで図１〜図６全体に注目すると、本発明による柱と梁との間の相互連結または境界面の領域について、特に柱２８が隣接する各梁４２、４４、４６、４８の各端部と連結する領域に関して説明する。この節領域（または節）である連結領域は、前述の留め枠３４を用いる領域である。以下に続く留め枠３４自体に対する説明は、骨組構造２０で用いられる他の留め枠すべての本質的に詳細な説明であると理解すべきである。この説明に関して、柱２８の４つの直交して連結する外側に面する平面２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅが関係する。
【００２２】
ここで初めの注意として、図２において、符号４６ａの破線で示されるのは、所望により骨組構造２０の梁で用いることができる、任意選択の通常の梁「ヒューズ（fuse）」を表わすものである。このような塑性降伏保護装置としてのヒューズの機能性はよく理解されている。代表的なヒューズ４６ａは図２にのみ示した。
【００２３】
留め枠３４は内部留め枠構造（または柱取り付け可能（column-attachable）部材、即ちＣＡ部材）５０および外部留め枠構造５２を備えている。これらの内部および外部留め枠構造は、本明細書で重力利用の支持面構造、ないしは副構造とも呼ばれる。この内部留め枠構造は、符号５４、５６、５８、６０で示される４つの部品で構成されている。外部留め枠構造は、４つの部品（または梁端部取り付け可能（beam-end-attachable）部材、即ちＢＡ部材）６２、６４、６６、６８で構成されている。これら内部および外部留め枠構造の各部品は、工事現場とは別のところで精密鋳造および／または機械加工によって作成することが好ましい、同じく現場から離れた場所でこのような各部品を柱または梁と共に適宜事前組み立てすることが好ましい。内部留め枠部品５４、５６、５８、６０は適宜柱２８の面２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅにそれぞれ溶接される。外部留め枠部品６２、６４、６６、６８は、図２〜図６全体に示されているように、柱２８の近くの梁４２、４４、４６、４８の端部にそれぞれ適宜溶接される。このような精密製造、および柱と梁との事前組み立ては、骨組構造２０の梁と柱との間に非常に高精度の相互連結システムであると認められるものをもたらす。
【００２４】
上に述べた内部留め枠構造５０を構成する４つの部品（５４、５６、５８、６０）はそれぞれ、他のこのような部品と本質的に同一であり、したがって、ここでは部品５８だけについて詳細に説明する。部品５８はある程度平面の板状体５８ａを含み、内部の平面５８ｂが柱面２８ｄと面一にある。板状体５８ａは平面の外面５８ｃも含んでおり、この外面は下方向かつ柱２８の長軸２８ａから離れてやや外方向に傾斜している平面内にある（特に、図３および図５を参照）。面５８ｃは本明細書では支持面とも呼ばれる。
【００２５】
図示するように島状のものとして面５８ｃから外方向に突出しているのは、部品５８の垂直中心線のやや上部から部品５８のおおむね底部まで、全体に均一な厚さで伸びる、上方向に先細りになったくさび形のクリート５８ｄである。クリート５８ｄの横方向および上方向に面した縁は、間もなく明らかになる理由で内側に傾斜している。内側に傾斜していることは図３、図４および図６で最もよくわかる。クリート５８ｄは本明細書ではクリート構造、および重力効果の、第一型構造とも呼ばれる。
【００２６】
建築物構造２０において、内部留め枠部品５８は、これから説明する相補的な方法で外部留め枠構造５２内の外部留め枠部品６６と連結する。部品６６のある程度の平面体は、梁４６に溶接され、骨組構造２０内で垂直に配列される外面６６ａを有している。部品６６は、内部留め枠部品５８内の前述した部品面５８ｃの平面におおむね平行な平面上にある幅の広い内面６６ｂも有している。面６６ｂは本明細書で支持面とも呼ばれる。
【００２７】
上記のクリート５８ｄを、寄り添うようにかつ相補的に、収納するように寸法を決めた角のあるくさび形のソケット６６ｃが、部品６６の本体内に適宜形成され、面６６ｂから本体内部に伸びている。本明細書では、クリート５８ｄおよびソケット６６ｃはまとめて重力係合型のクリートおよびソケット構造と呼ばれる。ソケット６６ｃの３つの横壁は、クリート５８ｄの内側に傾斜される３つの縁と（ぴったりとはまって）係合するように適宜角度がつけられる。ソケット６６ｃは本明細書で重力効果の、第二型構造とも呼ばれる。
【００２８】
部品５８、６６の両方を見て、その各組み立ての説明の仕上げをすると、部品６６の２つの横側面において、符号６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ、６６ｇで示されるような４つの座ぐり（counter-sunk）してあるボルト受け穿孔（中ぐり孔）が形成されている。部品本体５８ａの横の縁には、符号５８ｅ、５８ｆ、５８ｇで示される関係する３つの切り欠きが形成されている。図１〜図５全体に示すように、部品５８、６６を互いに適正に着座した場合、切り欠き５８ｅ、５８ｆ、５８ｇは穿孔６６ｅ、６６ｆ、６６ｇとそれぞれ位置が揃う。図４、図５および図６の適当な一点鎖線と十字印は、これら（および他の部材の）穿孔の中心軸およびこれら軸（それらのあるもの）が前述の例示した切り欠きと位置が揃う様子を示している。本明細書のこの切り欠きはボルト隙間通路とも呼ばれる。
【００２９】
留め枠３４において確立される結節点連結に関する「より大きな」観点に説明を戻すと、結節点連結において柱２８と連結する４つの梁が、両方で留め枠３４の全体を構成する留め枠の内部および外部留め枠構造の各部品を通して連結することが見てわかる。特に、柱の長軸２８ａに沿って見たときに、留め枠３４が基本的に柱２８の外側を包囲するか、又は取り囲んでいることに注目すべきである。外部留め枠構造５２は内部留め枠構造５０上に（前述のように）浮いた状態で不連続的に着座される。
【００３０】
図１〜図６全体に示すものの説明の仕上げをすると、外部留め枠構造を構成する各部品を一緒にロックするために、組となった適当なテンションボルトとナットが用いられている。留め枠３４を通して確立される連結について、４つのボルトとナットからなる組立体の４組が、図示するような角度で外部留め枠構造のかどを横切って伸張して、外部留め枠構造部品６２、６４、６６、６８の各側面を接合する。このような４つの組立体は全体的に図２で７０、７２、７４、７６で示される。図４に示すように、組立体７４は、切り欠き５８ｆおよび隣接部品５６にあるこれと対の切り欠きによって作られるボルト隙間通路の中に、特に伸張する細長い軸７４ｂがあるボルト７４ａを含む。
【００３１】
これらのナットとボルトの組立体は、内部留め枠構造のまわりに外部留め枠構造を効果的にロックし、内部留め枠構造に対して外部留め枠構造が垂直に移動することを防いでいる。このボルトとナットの組立体は、また、留め枠構造３４を通して柱２８に連結する梁内で伝えられるモーメント荷重に関して、隣接する外部留め枠部品間で張力を伝達する部材としても機能する。ボルトとナットの組立体は、留め枠３４が各梁内の各モーメント荷重を周囲を囲むやり方で柱２８に伝達する機能を確保している。
【００３２】
図７〜図１０全体について説明すると、これら４つの図（以下においては、新しい異なる参照番号を用いる）は、ある組立体および本発明が提供する任意選択の特徴と利益を例示するのに役立つ。図７および図８は、建築物骨組組み立ての初期の段階で、留め枠を通して柱に連結するために梁を所定位置に下ろす際に起こる、安定化し、位置決めを行いかつ位置を揃える作用を説明している。図９および図１０は全体に、本発明の装置が独特の作用を行って梁内に発生するようになるモーメント荷重を処理する様子、特に、これらのモーメント荷重を、支持面の圧縮を通して柱の長軸とそのまわりに伝達することによって処理する様子を説明している。以下で明白になるように、図９および１０に示すモーメント処理機能の一部は、図７および図８に示す場合のときにも起こる。
【００３３】
図７に示すものについて説明すると、２つの直立する柱１００、１０２、および未配置の一般に水平な梁１０４が、断片的に、実線（移動される位置）で示されている。柱１００は、所望の高さで、内部留め枠構造１０６と共に適宜設置され、柱１０２は類似の内部留め枠構造１０８と共に設置される。本明細書で図７に示されるものについて説明する目的に対して、２つの特定部分である内部留め枠構造１０６、１０８だけが関係する。これらは、留め枠１０６内に傾斜した支持面１０６ａとこれに連結したクリート１０６ｂを、留め枠１０８内に傾斜した支持面１０８ａと突出するクリート１０８ｂをそれぞれ含んでいる。
【００３４】
前述のように、梁１０４の両端には２つの外部留め枠構造部品１１０、１１２が溶接されている。ちょうど説明した、柱１００、１０２に溶接される内部留め枠構造部品について言えるように、部品１１０、１１２について、特に特定し扱うべき関連する構造的特徴は２つだけある。これらには、部品１１０内部の傾斜した支持面１１０ａとソケット１１０ｂ、および部品１１２内部の傾斜した支持面１１２ａとソケット１１２ｂが含まれる。
【００３５】
図７の平面で示されるように、柱１００、１０２は、互いから遠ざかる方向に傾いていることが実線で示され、特に、各柱の長軸１００ａ、１０２ａは垂直方向に対してそれぞれ外方向にずらした角度α_１およびα_２を占めている。これら外方向の角度上の移動について言及する場合は図７の垂直中心線を基準にして述べる。なお、柱１００、１０２内に示される角度的な垂直位置合わせ不良は、説明および例示のために本明細書で誇張されている。
【００３６】
一般に、まだ本発明によって連結されていない柱の垂直性がいくらか欠けていることはしばしば（または常に）あるが、垂直性からはずれた状態（実際の現実として）は一般に十分少なめであり、（留め枠部品１０６、１０８、１１０、１１２を介して）取り付けるために梁１１０を柱１００、１０２まで下げる等のように取り付けのために、梁を所定位置に下げると、梁の両端にある向かい合った支持面およびクリートとソケット構造が互いに十分に接近し、特別に努力しなくても各部品が係合される。
【００３７】
矢印１１３によって示されるように梁１０４を下げ、かつ図７で誇張されている角度的な位置合わせ不良はそれほど大きくないと仮定すると、部品１０６、１１０が互いに接触し始め、部品１０８、１１２もまた接触し始める。非常に詳細に述べると、梁の降下が進むにつれて、向かい合った各クリートとソケット（この時点では係合している）は相補的に入れ子になり始める。クリートの横側面の内側に傾斜した縁は、集合ソケット内のはめ合いの相補的な横の面と協力して２つの柱を互いの方向に引張り始める。特に、２つの柱は互いの方向に角度的に移動して（矢印１１５、１１７参照）、正しい相対的間隔、位置合わせおよび相対的な角度位置決めの状態になり、最後には梁１１０が真の水平配置になる。このような梁１０４の真の水平状態は、当然、正確な相対垂直配置によって変わってくる。梁を下げ、かつ少し前に述べた所定位置に柱を駆り立てることは、重力によって梁が柱の間にある状態にロックされ、クリートと受けのソケットが完全かつ密接に係合し、主要支持面１０６ａ、１１０ａおよび１０８ａ、１１２ａが向かい合って互いに接触するということになる。
【００３８】
それゆえに、所定位置に梁を下げる行為が原因となって、重力が、一対の柱と梁との間に安定しかつ位置がロックされた関係を効果的に作り出していることが明白であろう。この作用に加えて、梁の両端近くおよびこれに関連する内部および外部留め枠構造部品の間で互いに向かい合った各支持面が、（重力によって影響を受ける際に）直ちに自ら位置を定め、その後すぐにおよび建築物骨組構造全体の建造の進行中に、梁が受けるあるモーメント荷重を処理する状況を作り出している。
【００３９】
２つの柱が互いから遠ざかって外方向に上向きに広がっている単一平面上の特定の状態を説明するために図７を用いたが、各柱は、垂直方向に対する相対的な角度が異なる多数の配置にあってもよいことが明白であろう。たとえば、図７に示すようにこれらが両方とも事実上同じ方向に傾いている可能性があり、またはこれらが互いに向かう方向に傾いている可能性がある。さらに、２つの柱はこれら種々の状態のいずれかの状態またはすべての状態で傾いているかもしれず、また図７の平面内および／または平面から外れるように傾いているかもしれない。
【００４０】
図８はこの柱の非垂直性のより一般的であり得る場合について概略的に示している。この図は多少三次元的な方法で示している。ここで、明白に表示された柱の配列（垂直線）、および梁と柱の交点領域を囲む卵形で表される留め枠を通して柱と相互に連結された梁の層（斜めの線）を示すために何本かの長く伸びた単一線が描かれている。梁を表す線のある領域にある卵形の黒点は、単一線の黒く塗った矢印と一緒に、黒点の場合は隣接する柱の上部領域について従来の非垂直な角度がついた位置を示唆しており、矢印は、異なった梁の様々なものを柱の間の所定位置に下げたときに生ずる調整の方向を示す。図８のこの配置の黒点および黒く塗った矢印は、いわゆる梁の層が骨組構造の特定の高さで（重力によって）所定位置に設置されるまでは、各柱が異なった非垂直性の状態と角度を有する非常に典型的な状況を明確に示している。
【００４１】
さらに図８について説明すると、図８の左側のいくらか下で右手の白抜きの小さな卵形の点および白抜きの短く太い矢印に加えてこの図の最も左側に現れる黒点および黒く塗った矢印は、一般に上記図７について説明した状況を示す。
【００４２】
次に図９および図１０の説明に移り、まず図９について説明すると、その図には長く伸びた軸１２０ａを有し、留め枠１２２を通して４つの梁に結合される柱１２０が示されており、また図９には４つの梁のうち３つだけが示されている（これらは１２４、１２６、１２８で示される）。ほんの少しわき道へそれて図１０について説明すると、この図は同一の梁と柱の配置を示し、そこでは４つ目の梁１３０が示されている。
【００４３】
図９には、梁１２４、１２８が、それぞれ矢印１３２、１３４によって表されるようなモーメントがかけられた状態で示されている。これらのモーメントのうち１つだけ、具体的にはモーメント１３２に焦点を合わせると、このモーメントは矢印１３６によって示されるように留め枠１２２の内部および外部部品を通して、支持面圧縮によって結合される。したがって、（図９に示すように）梁１２４が受けたモーメント荷重が、留め枠１２２によって少なくとも部分的に柱１２０に伝えられるのは圧縮によるものである。本発明による留め枠１２２の独特な構成のために、また留め枠１２２内の張力を伝達するナットとボルトの組立体が存在するために、留め枠１２２内部の外部留め枠構造もまた図９の留め枠１２２の右側にある支持面を通して圧縮を伝達する。このような圧縮の伝達は図９の矢印１３８によって図示される。
【００４４】
これはモーメント１３２が、柱１２０の長軸１２０ａ（に対して異なった角度の位置に）のまわりに配置された角度的に間隔をあけた場所に支持面の圧縮を介して伝達される場合である。結果として、柱１２０の主荷重処理能力が必要とされ、直ちに使用されて、モーメント１３２を処理する。
【００４５】
図９に示される方向を有するモーメント１３４は、柱１２０の軸まわりの角度的に間隔をあけた場所に配置された支持面を通して圧縮するやり方で伝達する方法において同様な種類の作用を生ずる。
【００４６】
したがって、本発明による梁と柱と留め枠構造との関係の中にある結節点相互連結の独特な構造によって、モーメント荷重は実質的に各柱の全荷重処理力にゆだねられる様子がわかるだろう。また、本発明によって組み立てられる全体的な骨組構造は、本明細書で説明したように、組み立てられ機能する留め枠形式結節点が相互に連結されたネットワークで構成されているという事実のために、このような建築物骨組構造に与えられたあらゆる横荷重は本質的にその構造を通して完全に分配され、関係および連結された各柱全体を通して、およびすべての柱によって全く均等に処理される。
【００４７】
図１０は、横荷重が、梁の特定平面上で矢印１４０、１４２、１４４、１４６で示すような水平のモーメント荷重を生ずるように、各梁の中に存在するようになる様子を示している。このようなモーメント荷重が存在するようになると、それら荷重のそれぞれが、支持面圧縮として、留め枠構造を通して、柱１２０などの角度的に分散される複数の柱の側面へ効果的に分配される。このようなモーメント荷重１４０、１４２、１４４、１４６の複数箇所での圧縮伝達は、矢印１４８、１５０、１５２、１５４で示される。
【００４８】
少し前に一般的に説明した、本発明の構造が機能して梁内のモーメント荷重を処理する方法のおかげで、本発明によって組み立てた骨組を図１に示すように用いることができる。すなわち、最下部土台構造の最上部の上では、最下部土台構造に関して上層構造中の柱は最下部土台構造の柱と軸が揃っていない。この利点の理由として重要なのは、本発明によって組み立てられる留め枠形式の結節点を通して連結される、柱の縦横配列中のすべての柱が、上部骨組に与えられた横荷重を受ける際に比較的均等に分担するように本発明の構造が荷重を分配することにある。具体的に述べると、すべての柱が、少なくとも、現在適用できる建築基準下で今日一般に許可されるどれよりも大きな一定の上層建築物の寸法までは、基礎をなす構造柱と位置を揃える必要性もなしに使用できるように荷重を分担する。
【００４９】
はじめの方ですでに示唆した本発明の別の重要な特徴は、留め枠構造の各部品が工場型の環境、および自動制御のもとでも正確な事前製作が可能なことであり、その結果、高度な建設の簡易性および正確性をもって、建築物骨組を組み立てることができる。それだけでなく、梁と柱とを相互に連結する内部および外部留め枠部品に対して提案した特別な形状によって、骨組は、組み立て時重力の影響下で、外部留め枠構造を種々の内部部品に剛性的にロックし内部および外部留め枠部品が分離するのを防ぐために張力を支えるボルト組立体を導入する前でも、安定した、完全にモーメント荷重を伝達することができる状態にロックされる。
【００５０】
本発明のさらに明白な利益は、本発明によって提案された構成要素は組み立てが極めて簡単でかつ経済的に製造できる点にある。
【００５１】
本発明によれば、本明細書で前述した浮いた状態のかつ不連続な性質を有する結節点相互連結が存在しているので、いくつかの横荷重が発生した後、基本的に、荷重が発生する前の状態に「復帰する」骨組構造がもたらされる。
【００５２】
したがって、本発明の好ましい実施形態、および本発明を実施する方法について例示し、説明してきたが、本発明の精神を逸脱することなく変形や変更が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明によって建設された建築物骨組構造を、基礎をなす前もって組み立てられた、本明細書では最下部土台と呼ぶ下部建築物構造の最上部の上に支持された組立体の段として示す部分等角図である。
【図２】本発明による図１の建築物骨組構造内の一結節点において用いられる留め枠構造を示す切り離した部分等角図である。
【図３】図２の線３−３に沿って見た部分断面図である。
【図４】図２の線４−４に沿って見た部分断面図である。
【図５】図２の線５−５に沿って見た部分断面図である。
【図６】本発明によって建設され機能する一対の内部および外部留め枠部品の構造、およびこの一対の部品間の機能的関係を示す、かどを分解した部分等角図である。
【図７】水平梁を一対の隣接する柱の間の所定位置に重力で下げる作用が、耐モーメント性の空間的に適切に構成した全体的な建築物骨組構造を直ぐに生み出す様子を含む本発明の特徴を示すために様式化した図である。
【図８】水平梁を一対の隣接する柱の間の所定位置に重力で下げる作用が、耐モーメント性の空間的に適切に構成した全体的な建築物骨組構造を直ぐに生み出す様子を含む本発明の特徴を示すために様式化した、図７とは異なる図である。
【図９】本発明によって組み込まれた留め枠部品が梁モーメント荷重を処理し、これを柱内で分配するように作用する様子を示す図である。
【図１０】本発明によって組み込まれた留め枠部品が梁モーメント荷重を処理し、これを柱内で分配するように作用する様子を示す図である。【Technical field】
[0001]
The present invention (structure and method) relates to a building structure, and more particularly a novel column / beam / retainer frame that acts to provide an improved and very capable building moment resistant framework. It relates to a connecting structure (and a method related thereto). What is characteristic in the practice of the present invention is the unique support surface and retaining frame interconnection structure that joins adjacent columns and beams at the intersections between them.
[Background]
[0002]
Much attention is being paid to ongoing efforts to improve building framework structures, especially to improve building framework structures, so that some lateral loads such as earthquakes can be successfully handled. Focus on how to connect upright columns and horizontal beams.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0003]
The present invention specifically addresses this issue and in doing so provides several unique and significant benefits in building frame construction and ultimate building frame performance.
[Means for Solving the Problems]
[0004]
In accordance with the preferred embodiment of the present invention and the method of practicing the present invention, the present invention provides that each end of the beam is interconnected through a unique collar structure that substantially surrounds the sides and long axis of the column. It proposes a structure and method of column-beam interconnection that is joined to a column at a node and transmits compressive loads derived from moment loads by beams through opposing support surfaces. In particular, as the moment load transmitted from the beam to the column is transmitted through compression, a compressive load in the opposite direction that branches (offset) in the vertical direction in the column is generated, and this compressive load is related to this. Moment is generated in the column. For each lateral load and every lateral load received by the building framework assembled according to the present invention, all lateral loads are basically equally shared by all columns, and as a result, the building constructed in the conventional manner. Compared to the frame structure, the building frame structure constructed according to the present invention avoids any single column from receiving more load than any other column. As will become apparent below, this important feature of the present invention is that, as long as it works, this makes it possible in many instances to build a building to exceed the minimum requirements of building rules, and thus Opportunities to use the building framework according to the present invention in situations where the conventional framework structure cannot meet the regulatory requirements.
[0005]
The knot connection according to the practice of the present invention functions to produce what are called three-dimensional multi-axis moment coupling, load transfer interconnection and beam-column interaction, respectively.
[0006]
Focusing on the specific load transfer interaction that occurs between a single column and the moment-bearing beam connected to it, this load is angled around the long axis of the column. In a plurality of support surface regions arranged to form, they are compressed and joined into the column by a corresponding single knot-stop frame structure. The coupling of compressive load transfer is not limited to a single working surface or a local region that transmits the load. Since the compression pair is generated, the load handling capacity of the column is fully utilized.
[0007]
The proposed knot-stop frame structure includes an internal part that is fixed to the outer surface of the column by welding, and an external lock frame that is composed of parts that are also fixed to both ends of the beam by welding. The internal and external clasp parts are preferably simultaneously molded and precision molded and / or machined, and are pre-assembled into columns and beams in an automated factory-type environment rather than assembled on the outside construction site. It is also preferable to join to. Therefore, the retaining frame parts of the present invention can be applied to economical and high-precision manufacturing and assembly of columns and beams and then delivered to a building site ready for accurate assembly.
[0008]
As will become apparent upon understanding each of the coupling structures (geometry) proposed by the present invention for the retaining frame parts, these parts are fundamental to the building in the early and late assembly of the building framework. It plays an important role in performance.
[0009]
For each pair of adjacent columns that are upright (perpendicularly) upright in the area of connection between the beam and the column and in the construction site space, when the beam is lowered to a horizontal position, at both ends of the beam The outer retaining frame component being carried is seated through the special square support surface coupling structure (geometry) provided in the outer retaining frame component and in the opposing inner retaining frame component under the influence of gravity. This support surface coupling shape effectively guides and collects the lowered beams and the two associated columns, and then these connected beams and column members are essentially exactly aligned with each other in the space. To a stable, gravity-locked state. The arrangement of male / female cleats / sockets formed in and adjacent to the opposing support surface portions of the inner and outer clasp parts functions under the influence of gravity during such pre-building construction. In addition to enabling locking and positioning of each connected frame part by gravity, it is possible to quickly and greatly reduce lateral loads without further assembly at the joint where the column-beam crosses. Stable and moment resistant.
[0010]
Following pre-frame assembly, suitable tension bolts are preferably introduced in the retaining frame structure, in particular in the parts of the outer retaining frame structure, so that the inner and outer retaining frame structures are not separated effectively. A component that locks and bears an available tensile load is introduced into the outer retaining frame structure. Carrying such a tensile load plays an important role in how the structure of the present invention collects the moment load of the beam and joins it in multiple directions within the column.
[0011]
The opposing surfaces between the inner and outer clasp components serve as support surfaces that deliver or transmit moment loads (transmitted in the beam) directly into the column as compressive loads. In particular, these support surfaces send such a compressive load to the column at multiple points arranged to form an angle around the long axis of the column (because the retaining frame surrounds the column axis). To). As for coping with the moment load of the beam, such load distribution almost fully utilizes the load transmission capability of the column.
[0012]
Thus, the building frame structure assembled according to the present invention results in a significantly stable, high-performance frame, where all lateral loads are multiaxial via compression and columns at each placed knot. And is distributed relatively uniformly and evenly throughout the entire frame structure. Such a frame structure does not require any bracing or shear walls, and will later incorporate both the outer surface structure and the inner floor structure (within the building being built). Can be easily handled.
[0013]
A node interconnection between a beam and a column according to the present invention can be envisioned as a discontinuous floating connection at least from a series of perspectives, which state flows structurally from beam to column. A discontinuity in the sense that there is no continuous (homogeneous) metal or other material path, and a floating state in the sense that if desired, the beam and column can be separated non-destructively for special purposes It is. Considering the latter from another point of view, the boundary surface of the connectivity existing between the beam and the column according to the present invention has a portion that is not subject to any deformation during the load processing. Is at the discontinuity between the beam and column at the nodal boundary.
[0014]
These and various other features and benefits provided by the present invention will become more fully apparent when the following description is read with reference to the accompanying drawings.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0015]
Turning attention to the figures and referring first to FIG. 1, a building framework structure constructed in accordance with the present invention is generally indicated at 20. This structure is also referred to herein as a building structure and a structural system. As will be appreciated by those skilled in the art, the skeleton structure 20 can be assembled and raised from any suitable underlying support structure, such as the ground, but in the special situation shown in FIG. A frame structure 20 is supported on the top of the “bottom foundation” building structure 22 that is pre-assembled and underlying, such as a garage, and is shown standing up from there. One reason why the structure 20 is illustrated herein in the context of being on the top of the “bottom foundation” structure 22 is provided by the present invention, which will be more fully and will be described shortly. This is to point out an important feature. In this respect, with respect to the one shown in FIG. a It should be noted that an arrangement of columns arranged vertically and horizontally is provided. Columns 22 arranged horizontally and vertically in the context of briefly explaining the features and advantages of the inventive structure just raised. a Reference is made to the fact that the position of is different from the position of the pillars in the framework structure 20 which will be fully described hereinafter.
[0016]
Accordingly, a plurality of upstanding elongate columns, such as indicated by reference numerals 24, 26, and 28, are included within the framework structure 20 and arranged in what is referred to as a longitudinal and lateral arrangement. The major axes of the pillars 24, 26 and 28 are 24 respectively. a , 26 a , 28 a Indicated by At one height of the skeletal structure 20, elongated horizontal beams 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 provide retaining frame structures or retaining frames (also referred to as retaining frame-type interconnection structures) 30, 32, 34. Each is connected to the pillars 24, 26, and 28. As with all the other retaining frames used in the skeleton structure 20, the retaining frames 30, 32, 34 are substantially the same in construction. The retaining frame 30 corresponds to the attachment of the beams 36 and 38 to the column 24. The retaining frame 32 corresponds to the attachment of the beams 38, 40, 42 to the column 26. The retaining frame 34 corresponds to the attachment of the beams 42, 44, 46, 48 to the pillar 28.
[0017]
Therefore, it should be understood that the particular embodiments of the present invention described herein illustrate a system that connects up to a total of four beams at a single knot connected to one column. As the present invention is described herein, those skilled in the art will readily introduce and adopt modifications of the present invention to accommodate even more connections at a particular “connection node”. You will recognize that you can.
[0018]
Although the particular embodiments and methods of the invention shown herein are shown and described with respect to a building framework, the columns used in the invention are substantially hollow, made of steel, and generally rectangular. With four cross-sectionally connected outer-facing sides or surfaces. Also, the present invention will be described in connection with the use of a conventional I-shaped beam.
[0019]
The selection of the cross-sectional shapes of the columns and beams is considered to be illustrated, but this does not limit the scope of utility, the benefits provided by the present invention, and the features of the present invention. In other words, the structure and method of the present invention accommodates a wide range of beam and column shapes and materials.
[0020]
Continuing with FIG. 1, in the figure, the vertical and horizontal arrangements of the columns in the framework structure 20 are such that the positions of the long axes of the connected columns are the columns 22 in the lowermost base structure 22 described above. a It should be noted that the long axis positions are not in a one-to-one relationship. In addition, the foundation of the pillar in the frame structure 20 can be fixed to a predetermined position near the uppermost part of the lowermost base structure 22 by any appropriate method. In this specification, neither is illustrated nor described.
[0021]
Turning now to FIGS. 1-6 as a whole, with respect to the interconnection or boundary area between the columns and beams according to the present invention, in particular the ends of each beam 42, 44, 46, 48 adjacent to the column 28. A region connected to the area will be described. The connection area, which is the node area (or node), is an area using the above-described retaining frame 34. It should be understood that the following description of the retaining frame 34 itself is an essentially detailed description of all the other retaining frames used in the framework structure 20. With respect to this description, the four orthogonally connected outwardly facing planes 28 of the pillars 28. b , 28 c , 28 d , 28 e Is related.
[0022]
Here, as a first note, in FIG. a The dashed line represents an optional regular beam “fuse” that can be used with the beam of the skeleton structure 20 if desired. The functionality of a fuse as such a plastic yield protection device is well understood. Typical fuse 46 a Is shown only in FIG.
[0023]
The retaining frame 34 includes an inner retaining frame structure (or column-attachable member or CA member) 50 and an outer retaining frame structure 52. These internal and external retaining frame structures are also referred to herein as gravity-supported surface structures or substructures. This internal clasp structure is composed of four parts indicated by reference numerals 54, 56, 58 and 60. The external retaining frame structure is composed of four parts (or beam-end-attachable members, that is, BA members) 62, 64, 66, and 68. These internal and external retaining frame components are preferably made by precision casting and / or machining, separate from the construction site, and each such component together with columns or beams at a location remote from the site. It is preferable to pre-assemble appropriately. The inner clasp parts 54, 56, 58, 60 are appropriately positioned on the surface 28 of the column 28. b , 28 c , 28 d , 28 e Respectively welded. The outer frame components 62, 64, 66, 68 are appropriately welded to the ends of the beams 42, 44, 46, 48 near the column 28 as shown in FIGS. Such precision manufacturing and pre-assembly of the columns and beams results in what is recognized as a very high precision interconnection system between the beams and columns of the framework structure 20.
[0024]
Each of the four parts (54, 56, 58, 60) making up the internal clasp structure 50 described above are essentially the same as the other such parts, and therefore only the part 58 is detailed here. Explained. The component 58 is a flat plate-like body 58 to some extent. a An internal plane 58 b Is column face 28 d And is in the same level. Plate-shaped body 58 a Is the planar outer surface 58 c This outer surface is downward and has a long axis 28 of the column 28. a In a plane that is slightly outwardly inclined away from (see particularly FIGS. 3 and 5). Surface 58 c Is also referred to herein as a support surface.
[0025]
As shown, the surface 58 as an island c Projecting outwardly from the top is a wedge-shaped cleat 58 that tapers in the upward direction and extends in a uniform thickness from slightly above the vertical center line of the part 58 to the generally bottom of the part 58. d It is. Cleat 58 d The laterally and upwardly facing edges are sloped inward for reasons that will soon become apparent. The inward tilt is best seen in FIGS. 3, 4 and 6. Cleat 58 d Is also referred to herein as a cleat structure and a gravitational effect, first type structure.
[0026]
In the building structure 20, the inner clasp piece 58 connects with the outer clasp piece 66 in the outer clasp structure 52 in a complementary manner as will be described. Some planar body of the part 66 is welded to the beam 46 and is an outer surface 66 that is arranged vertically within the framework structure 20. a have. The component 66 is the component surface 58 described above in the inner frame component 58. c Wide inner surface 66 on a plane generally parallel to the plane of b Also have. Face 66 b Is also referred to herein as a support surface.
[0027]
Cleat 58 above d A wedge-shaped socket 66 with a corner that is dimensioned to house it in a complementary and complementary manner c Is suitably formed in the body of the component 66 and the surface 66 b It extends from the inside of the body. In this specification, the cleat 58 d And socket 66 c Are collectively referred to as gravity-engaged cleat and socket structures. Socket 66 c The three horizontal walls of the cleat 58 d Are appropriately angled to engage (fit snugly) with three edges that are slanted inwardly. Socket 66 c Is also referred to herein as a gravitational effect, second type structure.
[0028]
Looking at both parts 58 and 66 and finishing the description of each assembly, on the two lateral sides of part 66, reference numeral 66 d 66 e 66 f 66 g 4 counter-sunk bolt receiving perforations (boreholes) are formed. Parts body 58 a The side edge of e , 58 f , 58 g Three related cutouts are formed as shown in FIG. As shown in FIGS. 1 to 5 as a whole, when the components 58 and 66 are properly seated, the notch 58 e , 58 f , 58 g Is perforated 66 e 66 f 66 g And each position is aligned. Appropriate dash-dot lines and crosses in FIGS. 4, 5 and 6 are the central axes of these (and other members) perforations and the axes (of which they are) aligned with the notches illustrated above. It shows a state. This notch in this specification is also called a bolt gap passage.
[0029]
Returning to the “larger” view of the nodal point connection established in the clasp 34, the four beams that connect to the column 28 in the nodal point connection together form the entire clasp 34. It can be seen that they are connected through the respective parts of the outer frame structure. In particular, the long axis 28 of the column a It should be noted that the retaining frame 34 basically surrounds or surrounds the outside of the column 28 when viewed along. The outer retaining frame structure 52 is discontinuously seated on the inner retaining frame structure 50 (as described above) in a floating state.
[0030]
When finishing the description of what is shown in FIG. 1 to FIG. 6 as a whole, a suitable pair of tension bolts and nuts are used to lock together the parts that make up the outer retaining frame structure. For the connection established through the retaining frame 34, four sets of four bolt and nut assemblies extend across the corners of the outer retaining frame structure at angles as shown to provide outer retaining frame structural parts 62, The side surfaces of 64, 66, and 68 are joined. Four such assemblies are generally designated 70, 72, 74, 76 in FIG. As shown in FIG. 4, the assembly 74 has a notch 58. f And an elongate shaft 74 that particularly extends into a bolt gap passage formed by a pair of notches in the adjacent part 56. b There are bolts 74 a including.
[0031]
These nut and bolt assemblies effectively lock the outer retaining frame structure around the inner retaining structure and prevent the outer retaining structure from moving vertically relative to the inner retaining structure. The bolt and nut assembly also functions as a member that transmits tension between adjacent outer frame components with respect to the moment load transmitted in the beam connected to the column 28 through the frame structure 34. The bolt and nut assembly ensures that the retaining frame 34 transmits the moment load in each beam to the column 28 in a manner that surrounds it.
[0032]
Referring to FIGS. 7-10 in general, these four figures (in the following using new different reference numbers) serve to illustrate certain assemblies and optional features and benefits provided by the present invention. FIGS. 7 and 8 illustrate the stabilizing, positioning and aligning action that occurs when the beam is lowered into place for connection to the column through the retaining frame at an early stage of building frame assembly. ing. 9 and 10 generally illustrate how the device of the present invention handles the moment loads that occur uniquely in the beam, in particular, these moment loads are applied to the column through compression of the support surface. It explains how to process by transmitting to and around the long axis. As will become apparent below, some of the moment processing functions shown in FIGS. 9 and 10 also occur in the case shown in FIGS.
[0033]
Referring to what is shown in FIG. 7, two upstanding columns 100, 102 and an unplaced, generally horizontal beam 104 are shown in fragmentary solid lines (positions to be moved). The pillar 100 is optionally installed with the internal clasp structure 106 at the desired height, and the pillar 102 is disposed with a similar internal clasp structure 108. For the purposes of describing what is shown in FIG. 7 herein, only two specific parts, internal clasp structures 106, 108 are relevant. These include a support surface 106 inclined in the retaining frame 106. a And cleats 106 connected thereto b Support surface 108 inclined in the retaining frame 108 a Projecting cleat 108 b Each.
[0034]
As described above, the two external frame structure parts 110 and 112 are welded to both ends of the beam 104. There are only two relevant structural features that need to be specifically identified and handled for parts 110 and 112, as can be said for the inner clasp structural parts that are just welded to the columns 100 and 102 just described. These include an inclined support surface 110 inside the component 110. a And socket 110 b , And the inclined support surface 112 inside the part 112 a And socket 11 2 b is included.
[0035]
As shown in the plane of FIG. 7, the pillars 100, 102 are shown as solid lines that are inclined away from each other, and in particular, the major axis 100 of each pillar. a , 102 a Is the angle α shifted outward from the vertical direction. ₁ And α ₂ Accounted for. References to these outward angular movements are made with reference to the vertical centerline of FIG. Note that the angular vertical misalignment shown in the pillars 100, 102 is exaggerated herein for purposes of explanation and illustration.
[0036]
In general, there is often (or always) some lack of verticality of columns that are not yet connected by the present invention, but the off-verticality (as a practical reality) is generally less than enough (retained). When the beam is lowered into place for attachment, such as by lowering the beam 110 to the columns 100, 102 for attachment (via the frame parts 106, 108, 110, 112), the opposing support at the ends of the beam The face and cleat and socket structure are close enough to each other to engage the parts without any special effort.
[0037]
Assuming that beam 104 is lowered as indicated by arrow 113 and the angular misalignment exaggerated in FIG. 7 is not too great, parts 106, 110 begin to contact each other, and parts 108, 112 also Start touching. In greater detail, as the beam descends, each opposing cleat and socket (which is engaged at this point) begins to be nested in a complementary fashion. The beveled edges inside the lateral sides of the cleat begin to pull the two columns in the direction of each other in cooperation with the mating complementary lateral surfaces in the collective socket. In particular, the two pillars move angularly in the direction of each other (see arrows 115, 117) to the correct relative spacing, alignment and relative angular positioning, and finally the beam 110 is true Horizontal placement. Such a true horizontal state of the beam 104 naturally depends on an accurate relative vertical arrangement. Lowering the beam and urging the column into place as stated earlier is that the beam is locked in place by gravity and the cleat and socket socket are fully and intimately engaged, and the main support surface 106 a 110 a And 108 a , 112 a Will face each other.
[0038]
Therefore, it will be clear that due to the act of lowering the beam in place, gravity effectively creates a stable and locked position between the pair of columns and the beam. . In addition to this action, the support surfaces facing each other near the ends of the beam and between the associated internal and external frame structural parts immediately position themselves (when affected by gravity) and immediately thereafter. And creating a situation to handle certain moment loads that the beam receives during the construction of the entire building framework.
[0039]
Although FIG. 7 was used to illustrate a particular situation on a single plane where the two pillars are outwardly extending away from each other, each pillar has a number of different relative angles to the vertical direction. It will be clear that the arrangement may be For example, as shown in FIG. 7, they may both be tilted in virtually the same direction, or they may be tilted in the direction toward each other. Further, the two pillars may be tilted in any or all of these various states, and may be tilted in and / or out of the plane of FIG.
[0040]
FIG. 8 schematically illustrates the more general case of this column non-verticality. This figure is shown in a somewhat three-dimensional way. Here, the clearly displayed arrangement of columns (vertical lines) and the layer of beams (diagonal lines) interconnected with the columns through the oval frame surrounding the beam-column intersection area Several elongated single lines are drawn for illustration. The oval black spot in the area with the line representing the beam, along with a single line of black arrows, suggests a conventional non-vertical angled position with respect to the upper area of the adjacent column. The arrows indicate the direction of adjustment that occurs when various of the different beams are lowered into place between the columns. The black dots and black arrows in this arrangement in FIG. 8 indicate that each column is in a different non-vertical state until the so-called beam layer is placed in place (by gravity) at a specific height of the frame structure. And a very typical situation with angles clearly.
[0041]
Referring further to FIG. 8, in addition to the small white egg-shaped dot on the right hand side and the short white arrow in the right hand, the black dot and the black arrow appearing on the left side of this figure are In general, the situation described with reference to FIG. 7 is shown.
[0042]
Turning now to the description of FIG. 9 and FIG. 10, first referring to FIG. a The column 120 is shown coupled to the four beams through the retaining frame 122, and only three of the four beams are shown in FIG. 9 (these are shown at 124, 126, 128). Indicated). Turning slightly to the side road and referring to FIG. 10, this figure shows the same beam and column arrangement, where a fourth beam 130 is shown.
[0043]
In FIG. 9, the beams 124 and 128 are shown in a state where a moment is applied as represented by arrows 132 and 134, respectively. When focusing on only one of these moments, specifically moment 132, this moment is coupled by support surface compression through the interior and exterior parts of retaining frame 122 as indicated by arrow 136. Therefore, it is due to compression that the moment load received by the beam 124 (as shown in FIG. 9) is transmitted at least partially to the column 120 by the retaining frame 122. Because of the unique construction of the retaining frame 122 according to the present invention and the presence of nut and bolt assemblies that transmit tension within the retaining frame 122, the outer retaining frame structure within the retaining frame 122 is also illustrated in FIG. The compression is transmitted through a support surface on the right side of the retaining frame 122. Such compression transmission is illustrated by arrow 138 in FIG.
[0044]
This is the case when the moment 132 is transmitted via compression of the support surface to angularly spaced locations arranged around the major axis 120a of the column 120 (at different angular positions). is there. As a result, the main load handling capability of the column 120 is required and used immediately to handle the moment 132.
[0045]
A moment 134 having the direction shown in FIG. 9 produces a similar type of effect in a manner of transmitting in a compressive manner through a support surface disposed at angularly spaced locations about the axis of the column 120.
[0046]
Thus, it can be seen that the unique structure of the nodal point interconnection in the relationship between the beam, the column and the retaining frame structure according to the present invention, the moment load is substantially subject to the total load handling force of each column. . Also, due to the fact that the overall framework structure assembled by the present invention is made up of a network of assembled and functioning clasp-type knots interconnected as described herein, Any lateral load imparted to such a building framework structure is essentially completely distributed throughout the structure and is handled fairly evenly throughout and by all the columns connected and connected.
[0047]
FIG. 10 shows how a lateral load becomes present in each beam to produce a horizontal moment load as indicated by arrows 140, 142, 144, 146 on a specific plane of the beam. . When such moment loads are present, each of those loads is effectively distributed as support surface compression, through the retaining frame structure, to the sides of a plurality of angularly distributed columns such as columns 120. . Such compression transmission at a plurality of locations of the moment loads 140, 142, 144, and 146 is indicated by arrows 148, 150, 152, and 154.
[0048]
Thanks to the method generally described shortly before, the structure of the present invention works to handle moment loads in the beam, the frame assembled according to the present invention can be used as shown in FIG. That is, on the uppermost part of the lowermost foundation structure, the pillars in the upper structure with respect to the lowermost foundation structure are not aligned with the pillars of the lowermost foundation structure. An important reason for this advantage is that all the columns in the longitudinal and lateral arrangement of the columns, which are connected through the clasp-type nodal points assembled by the present invention, are relatively even when subjected to the lateral load applied to the upper frame. The structure of the present invention is to distribute the load so as to share the load. Specifically, all columns must be aligned with the underlying structural columns at least up to a certain size of the upper building, which is larger than any generally permitted today under applicable building codes. Share the load so that it can be used without any problems.
[0049]
Another important feature of the present invention already suggested in the beginning is that each part of the clasp structure can be accurately prefabricated even in a factory-type environment and automatic control. Building frames can be assembled with high construction simplicity and accuracy. Not only that, the special shape proposed for the internal and external frame components that connect the beams and columns to each other allows the framework to transform the external frame structure into various internal components under the influence of gravity during assembly. Even before the introduction of a bolt assembly that supports the tension to rigidly lock and prevent separation of the inner and outer retaining frame parts, it is locked in a stable and fully momentable state.
[0050]
A further obvious advantage of the invention is that the components proposed by the invention are very simple to assemble and can be produced economically.
[0051]
In accordance with the present invention, there is a knot interconnection with the floating and discontinuous nature previously described herein, so that after some lateral load has occurred, A skeletal structure is “returned” to the state it was in before it occurred.
[0052]
Thus, while preferred embodiments of the invention and methods of practicing the invention have been illustrated and described, it will be understood that variations and modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
[Brief description of the drawings]
[0053]
FIG. 1 shows an assembly stage supported on top of a lower building structure, referred to herein as a bottom foundation, pre-assembled with a building framework constructed in accordance with the present invention. FIG.
2 is a cut-away partial isometric view showing a retaining frame structure used at one node in the building framework structure of FIG. 1 according to the present invention.
3 is a partial cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG.
4 is a partial cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.
5 is a partial cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG.
FIG. 6 is an exploded partial isometric view showing the structure of a pair of internal and external retaining frame parts constructed and functioning according to the present invention and the functional relationship between the pair of parts.
FIG. 7 illustrates the present invention, including the action of gravity pulling a horizontal beam into place between a pair of adjacent columns immediately creating a moment-resistant, spatially appropriately configured overall building framework structure. It is the figure stylized to show the characteristics of
FIG. 8 shows the present invention including the action of gravity pulling a horizontal beam into place between a pair of adjacent columns immediately creating a moment-resistant, spatially appropriately configured overall building framework structure. FIG. 8 is a different view from FIG. 7 stylized to show the features of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing how the retaining frame component incorporated according to the present invention acts to process and distribute the beam moment load within the column.
FIG. 10 shows how the retaining frame component incorporated according to the present invention acts to process and distribute the beam moment load within the column.

Claims

細長い柱と、
細長い梁と、
前記梁の端部を前記柱に連結する留め枠構造とを備え、該留め枠構造が、前記柱の長軸まわりで角を形成するように配置される複数の対向する支持面を通して圧縮することによって、前記梁と前記柱との間でモーメント荷重を伝達するようにする、耐モーメント性柱／梁構造システム。An elongated pillar,
An elongated beam,
A retaining frame structure connecting the end of the beam to the column, the retaining frame structure compressing through a plurality of opposing support surfaces arranged to form an angle about the long axis of the column. A moment resistant column / beam structure system for transmitting moment load between the beam and the column.

前記留め枠構造が、前記柱に取り付けられる柱取り付け可能なＣＡ部材と、前記梁に取り付けられかつ主に重力の影響下で前記ＣＡ部材上に浮いた状態から着座され梁端部が取り付け可能なＢＡ部材とを備える、請求項１に記載の構造システム。The retaining frame structure can be attached to the pillar and can be attached to the pillar, and can be attached to the beam and seated from a state where it floats on the CA member mainly under the influence of gravity and can be attached to the end of the beam. The structural system of claim 1, comprising a BA member.

複数の相互連結支持面を含む留め枠形式の柱取り付け可能なＣＡ部材と、
複数の相互連結支持面を含む留め枠形式の梁端部取り付け可能なＢＡ部材とを備え、
重力によってそれらの各支持面が、対向しかつ支持面が抵抗する状態で互いに自動追求的にかつ相補的に着座するように相互連結するために、前記ＣＡ部材およびＢＡ部材が組み立てられ、これによって他の相互連結構造をなんら必要とせずに、前記２つの部材間で満足すべき三次元的位置的安定性とモーメントに耐える安定性を確立する、建築物用の自己安定形、耐モーメント性、留め枠形式の細長い柱／細長い梁用相互連結構造。A CA member that can be attached to a pole in the form of a retaining frame including a plurality of interconnecting support surfaces;
A BA frame member that can be attached to a beam end in the form of a retaining frame including a plurality of interconnecting support surfaces;
The CA and BA members are assembled to interconnect each of their support surfaces by gravity so that they are seated in a self-seeking and complementary manner with each other facing and resisting the support surface. Self-stabilizing for buildings, moment resistance, establishing satisfactory three-dimensional positional stability and moment resistance between the two members without requiring any other interconnection structure, An interlocking structure for elongated columns / elongated beams in the form of a retaining frame.

前記ＣＡ部材および前記ＢＡ部材が相補的に係合可能なクリートおよびソケットである、請求項３に記載の相互連結構造。The interconnect structure according to claim 3, wherein the CA member and the BA member are cleats and sockets that can be complementarily engaged.

前記ＢＡ部材が複数のボルトで相互連結する部品を含み、前記ＣＡ部材がボルト隙間通路を含み、前記ＣＡ部材および前記ＢＡ部材が互いに着座されかつ軸を含むボルトが前記各ＢＡ副部材を相互連結する状態で、前記ボルトの前記軸が前記隙間通路内で伸張して前記２つの部材の着座不良を防ぐ、請求項３に記載の相互連結構造。The BA member includes a part interconnected by a plurality of bolts, the CA member includes a bolt gap passage, and the bolt including the CA member and the BA member seated to each other and including a shaft interconnects the BA sub-members. The interconnect structure according to claim 3, wherein the shaft of the bolt extends in the gap passage to prevent poor seating of the two members.

前記ＣＡ部材および前記ＢＡ部材が互いに着座し、前記支持面のそれぞれが、前記柱の長軸から下に向かい遠ざかる方向に傾斜する平面上にある、請求項３に記載の相互連結構造。The interconnect structure according to claim 3, wherein the CA member and the BA member are seated with each other, and each of the support surfaces is on a plane inclined in a direction away from the long axis of the column.

平面図的に見て縦横配列内に配置され、すべての荷重を建築物構造から外部支持構造へ伝達する荷重伝達部材としての作用を目的とする複数の直立する柱と、
異なる前記柱の対の間に伸張する全体に水平な複数の梁と、
前記建築物構造に伝えられたすべての荷重を実質的に柱と梁との個体全体を通して受けるように、特にこのような荷重が荷重を伝達するすべての柱に伝えられこの柱によって対応して分担されるように、前記柱と前記梁を作動可能に近接した位置で相互連結する、多軸三次元耐モーメント性の留め枠形式の相互連結構造とを備える、外部支持構造上で載置可能な建築物構造。A plurality of upright columns arranged in a vertical and horizontal arrangement in plan view and intended to act as a load transmitting member that transmits all loads from the building structure to the external support structure;
A plurality of generally horizontal beams extending between the different pairs of columns;
In particular, such loads are transmitted to all the columns transmitting the load and correspondingly shared by the columns so that all the loads transmitted to the building structure are received substantially throughout the entire column and beam. A multi-axis three-dimensional moment-resistant interlocking structure that interconnects the columns and the beams in operative proximity, and can be mounted on an external support structure Building structure.

建築物の事前組み立て時に、細長い全体に水平な梁の端部を、細長い全体に直立な柱に連結する、耐モーメント性空間内位置決定型かつ安定化型の相互連結構造であって、作動可能な状態で、
このような柱に当該柱の長軸に対して外側を囲うようにして固定され、第１の重力利用の支持面副構造を含む、第１の内部相互連結型留め枠構造と、
このような梁の端部に隣接して固定され、第２の重力利用の支持面副構造を含む、第２の外部相互連結型留め枠構造とを備え、
建築物の事前組み立て時に、前記第２の支持面副構造が、重力の影響下で前記第１の支持面副構造の上およびこの副構造に対して、着座状態で係合可能とすることにより、前記建築物内の前記柱と前記梁の正しい空間位置を自ら生成する、重力でロックされ、安定化される、耐モーメント性の連結された柱と梁間の相互連結を確立する、相互連結構造。Moment-resistant space-positioning and stabilizing interconnect structure that connects the end of a horizontally elongated beam to a vertically upright column during pre-assembly of the building and is operable In a state
A first internal interconnection type retaining frame structure fixed to such a column so as to surround the long axis of the column and including a first gravity-supporting sub-structure;
A second outer interconnected retaining frame structure, which is secured adjacent to the end of such a beam and includes a second gravity utilizing support surface substructure;
By allowing the second support surface substructure to engage in a seated state on and against the first support surface substructure under the influence of gravity during pre-assembly of the building An interconnection structure that establishes the interconnection between the column and beam, which is momentarily locked, stabilized, and moment-resistant, which generates the correct spatial position of the column and beam in the building; .

細長い柱に、その全長に沿って選択した箇所において、前記柱の長軸まわりで角度的に間隔をあけて異なる複数の箇所に配置される複数の圧縮受け入れ支持面を設けるステップと、
前記柱の上述の選択した箇所の近傍で、最初に述べた支持面と異なるものを支持するが、これとは分離されている複数の圧縮送り出し支持面を通して、細長い梁の端部を該選択箇所に結合するステップと、
前記梁が受けるモーメント荷重に関して、圧縮受け入れおよび圧縮送り出し各支持面のうち複数の支持面間で同時に生じる圧縮を介して、この荷重を前記柱に伝達するステップとを含む、柱／梁のモーメント荷重処理方法。Providing the elongated column with a plurality of compression receiving support surfaces disposed at a plurality of different locations at angular intervals around the major axis of the column at selected locations along its entire length;
The end of the elongated beam is supported through a plurality of compression delivery support surfaces that are separate from the support surface described above, in the vicinity of the selected location of the column, but different from the support surface described above. A step to join to
Transmitting the load to the column via compression that occurs simultaneously between a plurality of support surfaces of the compression receiving and compression delivery surfaces with respect to the moment load experienced by the beam. Processing method.

細長い柱と細長い梁の間で、三次元、多軸のモーメント結合、荷重伝達性の相互連結および相互作用を確立する、耐モーメント性の相互連結構造であって、
このような柱に、前記柱の長軸に対して周囲を囲むように選択的に固定可能な内部留め枠構造と、
このような梁の端部に選択的に接合可能で、連結した梁と柱の間でモーメント荷重を圧縮伝達するための前記内部留め枠構造に結合される、不連続で周囲を囲む支持面として構成される外部留め枠構造とを備える、相互連結構造。A moment-resistant interconnect structure that establishes a three-dimensional, multi-axis moment coupling, load transfer interconnect and interaction between an elongated column and an elongated beam,
An internal retaining frame structure that can be selectively fixed to such a column so as to surround the long axis of the column,
As a discontinuous and surrounding support surface that can be selectively joined to the ends of such beams and is coupled to the internal clasp structure for compressively transmitting moment loads between the connected beams and columns An interconnecting structure comprising an external retaining frame structure configured.

作動状態で細長い柱と細長い梁との間の耐モーメント性支持面の荷重を伝達する相互連結構造であって、
このような柱に接合されて、前記柱の長軸の周囲をほぼ囲む内部留め枠構造を形成し、前記柱の長軸に対して、および前記柱の長軸まわりの角度的に間隔をあけた別々の位置で、それぞれが外方向に向いている複数の支持面を含む第１の支持面構造と、
このような梁の端部に接合されて、同じく前記柱の長軸の周囲をほぼ囲み、前記内部留め枠構造を囲む被覆体として配置される外部留め枠構造を形成し、前記第１の支持面構造の前記支持面の少なくとも１つとそれぞれが対向して面している複数の支持面を含む第２の支持面構造と、
前記第１の支持面構造および前記第２の支持面構造の対向する各支持面が互いに向かい合うように対向することにより、それらの間、したがって前記柱と前記梁との間で、前記梁内に伝えられるモーメント荷重に由来する圧縮荷重伝達を促進するように、前記第１の支持面構造と第２の支持面構造とを作動可能に連結するコネクタ構造とを備える、相互連結構造。An interconnecting structure that transmits the load of the moment resistant bearing surface between the elongated column and the elongated beam in an operating state,
Joined to such a column to form an internal clasp structure that substantially surrounds the periphery of the long axis of the column, spaced angularly relative to and about the long axis of the column A first support surface structure comprising a plurality of support surfaces each facing outwardly at different positions;
Joined to the end of such a beam to form an outer retaining frame structure that is also substantially enclosed around the long axis of the column and arranged as a covering surrounding the inner retaining frame structure, the first support A second support surface structure comprising a plurality of support surfaces each facing and facing at least one of the support surfaces of the surface structure;
By facing the respective supporting surfaces of the first supporting surface structure and the second supporting surface structure so as to face each other, between them, and therefore, between the column and the beam, in the beam. An interconnect structure comprising a connector structure that operably couples the first support surface structure and the second support surface structure to promote compressive load transmission resulting from the transmitted moment load.

その全長に沿って１つまたはそれ以上の箇所に、第一型の重力効果式のクリート構造を含み軸線方向で周囲を取り囲む内部留め枠構造をそれぞれ設置する複数の細長い柱と、
重力の影響下で前記第一型のクリート構造と相補的に係合可能な第二型の重力効果式のクリート構造を含む外部留め枠構造に、隣接するその両端がそれぞれ取り付けられる複数の細長い梁とを備え、
前記第一型のクリート構造と第二型のクリート構造との重力係合によって、それらの間、即ち連結された柱と梁との間に、重力でロックされ、安定化され、相対位置を適正に決められる耐モーメント性で、柱と梁との間の相互連結が生成される、重力によるロックおよび自動位置決め式かつモーメント安定化式の骨組の建築物構造。A plurality of elongate pillars each including an internal retaining frame structure that includes a first type gravitational effect type cleat structure and surrounds it in the axial direction at one or more points along its entire length;
A plurality of elongate beams each attached to both ends thereof adjacent to an outer frame structure including a second type gravitational effect type cleat structure capable of complementary engagement with the first type cleat structure under the influence of gravity And
Due to the gravitational engagement between the first type cleat structure and the second type cleat structure, they are locked and stabilized by gravity between them, that is, between the connected columns and beams. Gravity locking and self-positioning and moment-stabilizing frame construction that creates the interconnection between columns and beams with moment resistance determined by

柱と、
梁と、
作動可能に間に置かれ、前記梁によって生成されるモーメント荷重を、実質的に相互連結構造だけを通し、かつ同時に前記柱の長軸まわりで角を形成するように配置される複数の領域において、前記柱に伝達するように前記梁の端部を前記柱に相互連結する相互連結構造とを備える、耐モーメント性柱／梁構造システム。Pillars,
With a beam,
In a plurality of regions that are operatively placed in between and arranged to form moments generated by the beam substantially only through the interconnect structure and at the same time forming an angle around the long axis of the column A moment resistant column / beam structure system comprising: an interconnect structure interconnecting ends of the beam to the column for transmission to the column.

複数の柱と、複数の梁と、隣接する柱と梁とを結節点において相互に連結する複数の相互連結留め枠とを備える、多軸、二次元の耐モーメント性建築物構造であって、該相互連結留め枠によって、前記建築物構造に伝達されたすべての荷重をその構造全体に分配し伝える、建築物構造。A multi-axis, two-dimensional moment-resistant building structure comprising a plurality of columns, a plurality of beams, and a plurality of interconnection clasps that connect adjacent columns and beams to each other at a node, A building structure that distributes and transmits all loads transmitted to the building structure to the entire structure by the interconnection clasps.

梁内に存在するモーメント荷重を支持面を圧縮する形で前記留め枠を通して、前記柱に分配するように前記留め枠を構成する、請求項１４に記載の建築物構造。15. The building structure of claim 14, wherein the retaining frame is configured to distribute moment loads present in the beam to the pillars through the retaining frame in a compressive support surface.