JP3753148B2 - 構造材の結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも垂直な柱等の構造材をアルミニウム合金製の押出形材から構成した柱等と、これに直交する梁等の構造材を含む建物用構造体の組立に用いる構造材の結合構造に関する。

一般に、住宅等の建物を形成する構造体は、木材、鉄骨、又は鉄筋コンクリートから形成されている。木材からなる構造体は、各種の専用木材同士を組立てる在来工法によるものと、規格化されたサイズの木材からなるユニットを用いる２×４（ツーバイフォー）工法によるものとがある。
また、鉄骨からなる構造体は、断面Ｈ形又はＩ形の形鋼同士をガゼットプレート等の接続板を介してボルト又はリベットで結合している。
更に、鉄筋コンクリートからなる構造体は、予め鉄筋で形成した柱、梁、及び桁等を型枠で囲み、その型枠内にコンクリートを充填して養生することにより、形成される。

しかしながら、木材を用いた前記在来工法や２×４工法による構造体は、構造材同士の結合構造が煩雑で組立工数を要する。しかも、無垢の木材を多用するため構造材自体がかなりの重量を有すると共に、白蟻等の虫食いにより劣化や腐食による強度低下を来す、という問題がある。
また、鉄骨からなる構造体は、形鋼同士の結合部分に専用のガゼットプレート等を要すると共に、多数のボルト孔を穿設しておき、ボルトの貫通やナットをセットし締結するという現場作業を必要としている。且つ、かなりの重量となると共に、各形鋼やガゼットプレート等の表面やボルト孔内には、予め塗装等の防錆処理を必須とするため、加工コスト等も嵩む、という問題がある。

更に、鉄筋コンクリートからなる構造体は、各構造材やスラブに沿って多数の主筋や肋筋等からなる鉄筋を組立て、且つこれらをそれぞれ囲む型枠を形成するという事前の工数を要する。しかも、コンクリートの打設やその養生に時間を要すると共に、著しく重量が大きくなる、という問題がある。
一方、軽量で耐食性に優れたアルミニウム合金（以下、単にアルミと言う）は加工も容易で、例えばサッシやカーテンウォールのような建具や外壁材等に広く活用されている。特に、アルミの押出形材は、断面の形状やサイズの設計が自在であるため、当該押出形材同士の結合は基より、パネル等の板材の端縁を呑み込んだ納まりや、或いは結合金具を嵌装してネジ止めが容易な納まり等に利用されている。しかし、係る押出形材の機能を構造材用として有効に生かす工夫は、これまで充分になされておらず、利用されにくかった。

ところで、アルミの押出形材を建物用の構造材に用いる場合、主に構造材同士間に接続板を介してボルト止めすることが行われる。この場合、ボルトの頭を一方のアルミの押出形材に形成した蟻溝等の底広凹溝内に嵌装すると、ボルト・ナットの締結作業も容易化することできる。
しかし、上記蟻溝等の底広凹溝は、上記押出形材の長手方向の全長に渉って形成されているため、この押出形材を柱等の垂直に立設される構造材に用いると、ボルト頭の底面と押出形材の底広凹溝における開口部の両側片との面接触による摩擦力のみでは、上記柱等と直交する梁や桁等の構造材を支持できなくなるおそれがある。この結果、係るボルトと共に梁や桁等の構造材が下方にずれたりすることもあり得る。

本発明は、前記背景技術における問題点を解決し、アルミの押出形材を用いて組立てが容易で軽量且つ強固な構造材を含む建物用構造体の組立に用いる構造材の結合構造を提供する、ことを課題とする。

前記課題を解決する本発明の構造材の結合構造（請求項１）は、アルミニウム合金製の押出形材からなり長手方向に沿った底広凹溝を有する第１の構造材と、この第１の構造材に直接又は接続材を介して配置される第２の構造材と、この第２の構造材又は上記接続材を貫通するボルトと、を備え、
上記ボルトのボルト頭が、上記第１の構造材における底広凹溝の開口部の幅寸法よりも小さい幅寸法を有し、且つ該ボルト頭の長手方向の両端面に喰込部を形成すると共に、
上記ボルト頭を上記第１の構造材の底広凹溝内に嵌装し且つ回転して該ボルト頭の長手両端部を該底広凹溝の両側壁に当接させ、上記ボルトの雄ネジ部にナットを螺着することにより、上記ボルト頭の各喰込部を上記底広凹溝の両側壁にそれぞれ喰込ませるようにしたボルト頭の長手両端面に底広凹溝の両側壁に喰込み可能な喰込部を有する、ことを特徴とする。

また、本発明には、前記ボルトにおけるボルト頭の長手方向の両端部寄りの底面に凸部をそれぞれ形成すると共に、上記ボルトの雄ネジ部にナットを螺着することにより、上記各凸部を前記底広凹溝における開口部の両側片にそれぞれ喰込ませるようにした、構造材の結合構造（請求項２）も含まれる。

前記請求項１の結合構造によれば、前記ボルトと一体のボルト頭を、第１の構造材の底広凹溝に挿入して回転することにより、上記ボルトの両端部の喰込部が上記底広凹溝の両側壁にそれぞれ喰込むため、当該結合用ボルト自体が緩まなくなり、前記第２の構造材を第１の構造材に確実に支えることができる。
また、前記請求項２の結合構造によれば、前記ボルトとナットとを締結することで、当該ボルトの各凸部が第１の構造材における底広凹溝の開口部付近に更に喰込むため、前記第２の構造材を一層確実に第１の構造材に支えることができる。

以下において、本発明の実施に最良の形態について説明する。
図１は、本発明の結合構造が適用される住宅（建物）用構造体１を示す。
この構造体１は、地表ＧＬ上に設けた複数の換気口３を有する布基礎２の上面に固定した土台４と、この土台４の上に立設した複数の通し柱６及び柱７と、これらの間に水平に結合された梁８、陸屋根用桁１０，１１とを含む。
また、土台４と梁８及び梁８と陸屋根用桁１０等との間には間柱１２が垂設され、この間柱１２と通し柱６との間、又は間柱１２同士の間には、窓台１４及び／又はまぐさ１６が水平に架設されている。

更に、通し柱６と間柱１２の間にはＸ字形に平筋交い１８が固定されている。尚、上記土台４、梁８、及び陸屋根用桁１０，１１には、断面略Ｈ形のアルミの押出形材が、通し柱６、柱７、及び間柱１２には、断面略角形のアルミの中空押出形材が、窓台１４とまぐさ１６にはアルミの中空押出形材が、筋交い１８にはアルミの平板がそれぞれ用いられている。
以上の各アルミには、ＪＩＳ；Ａ６０６３−Ｔ５、同６０６１−Ｔ５又はＴ６、同６Ｎ０１−Ｔ５又はＴ６等の展伸用アルミニウム合金が使用される。

次に、前記結合構造について図２，３に基づいて説明する。
図２及び図３に示すように、通し柱（第１の構造材）６に対して、左右から梁（第２の構造材）８，８が接続材２０を介して直角に結合される。また、図示で左側の梁８の上・下面にボルト・ナット４２で固定した金具４０を介して筋交い１８の上・下端部が固定される。即ち、アルミの押出形材からなる断面略山字形の金具４０の中央片４４に各筋交い１８の上・下端部を面接触させ、ボルト・ナット４６により締結される。尚、図３中において、符号８′は桁を、符号９は小梁、符号９ａは火打ち梁を示す。

図４に示すように、通し柱（第１の構造材）６は、断面略角形の本体２１とその内部に中空部２２を有し、本体２１の各側面（表面）には互いに平行な一対の底広凹溝２４を有する。この底広凹溝２４は、幅狭の開口部２５と、その両側の両側片２６と、内部の幅広の底壁２７と、その両側壁２８とからなる。
尚、本体２１の四隅には、ネジ受け用貫通孔２９が設けられている。この貫通孔２９は、係る通し柱６を前記土台４上に垂直に固定する図示しないボルトの雄ネジを受け入れる。

通し柱６と梁８との間に介在する接続材２０は全体がアングル形を呈し、各片２０ａ，２０ｂには複数の通し孔が穿設されている。この接続材２０は、予めその基片２０ａを梁８におけるウェブ８ａの一端に、ボルト３８及びナット３９により固定される。係る接続材２０の梁８の上下のフランジ８ｂ間に延びる一対の先片２０ｂにおける各通し孔には、本発明の前提形態として用いるボルト３１が貫通し、座金３５を介してナット３６と緩く螺合している。

上記ボルト３１は、図５に示すように、雄ネジ部分３１ａと細長い略平行四辺形のボルト頭３２とからなる。このボルト頭３２の幅寸法は、上記通し柱６の底広凹溝２４の開口部２５の幅寸法よりも僅かに小さい。また、ボルト頭３２の長手方向の寸法は、底広凹溝２４における底壁２７の幅よりも僅かに大きく、該長手両端の対角位置には緩くカーブした面取り部３３が形成されている。更に、ボルト頭３２の底面３２ａには、図示で左右対称に円錐形の先尖状凸部３４が突設されている。
尚、先尖状凸部３４を含めたボルト頭３２の厚さは、上記底広凹溝２４内における側壁２８の奥行き寸法よりもやや小さくなるように予め設定されている。

そして、接続材２０に支持された各ボルト３１を適宜回し、そのボルト頭３２を通し柱６の対向する底広凹溝２４の開口部２５に通過させると共に、ボルト頭３２を図５で時計回り方向に約９０度回転させて、その長手両端部を、底広凹溝２４の両側壁２８に当接させる。この状態でボルト３１は回転不能となる。
次いで、予め緩く螺合していた各ナット３６を更に締め込むと、ボルト３１は通し柱６の外側に向けて引き寄せられる。この結果、そのボルト頭３２の各先尖状凸部３４は、図６に示すように、底広凹溝２４の開口部２５における両側の両側片２６内に喰込む。この先尖状凸部３４の喰込みにより、梁８と通し柱６とを強固に結合した、本発明の前提形態の結合構造３０が得られ、何らかの外力が加わっても下側にずれることがなくなる。また、ボルト３１自体も緩みにくいことも相まって、長期間に渉って堅牢な住宅用構造体１を構成することができる。

上記接続材２０とボルト３１，ナット３６を用いる結合構造３０は、通し柱６と陸屋根用桁１１との間にも適用することができる。
尚、前記図２，図３において、間柱１２は、その角形断面の四隅に設けたネジ受け用貫通孔１２ａ内に、梁８のフランジ８ｂを貫通するボルト１３の雄ネジ部を螺入することで固定される。更に、通し柱６の上端において、各底広凹溝２４を活用し図示しない接続材を介して、屋根用桁１０との結合も容易に行える。
以上において説明した通し柱６と梁８との結合構造３０と、これを用いた住宅用構造体１によれば、アルミの押出形材からなる構造材６，８等と喰込み可能なボルト３１を併用することによって、軽量で支持荷重を効率的に利用できると共に、ズレなどの変位を来すことがない。しかも、耐食性にも優れるため、長期的にメンテナンスを皆無にし得る堅牢な構造材同士の結合構造と建物用構造体を提供することが可能となる。

図７および図８は、本発明の構造材の結合構造１００に用いるボルト１０１の斜視図と底面図を示す。
図７，８に示すボルト１０１も、雄ネジ部分１０１ａと細長い略平行四辺形のボルト頭１０２とからなり、該ボルト頭１０２の幅寸法も前記ボルト３１と同様に幅狭である。また、ボルト頭１０２の長手方向の寸法も前記ボルト３１と同様に大きく、その長手両端の対角位置には緩くカーブした面取り部１０３が形成されている。更に、ボルト頭１０２の底面１０２ａにおける長手両端面には、図示で点対称の各隅部に変形三角錐状で先端に斜め外向きに突出する喰込部１０４ａを有する先尖状凸部１０４と、湾曲し且つ偏平な凸部１０５とが一対ずつそれぞれ突設されている。

図９に示すように、このボルト１０１も予め前記前記梁８の一端に固定された接続材２０に貫通され、その雄ネジ部分１０１ａには、座金１０６を介してナット１０８が緩く螺合する。
先ず、ボルト頭１０２を前記通し柱６の開口部２５を通じて底広凹溝２４内に嵌装し、約９０度回転する。次に、ナット１０８を更に締付けると、ボルト１０１全体が図示で左側に引き寄せられ、上記先尖状凸部１０４及び凸部１０５は、上記凹溝２４の開口部２５の両側片２６内に喰込んで、通し柱６と接続材２０（梁８）とを強固に締結すると、本発明の構造材の結合構造１００を形成できる。

尚、上記凸部１０４（１０４ａ）を、図８に示すように、ボルト１０１の中心に対しそれぞれ点対称に形成すると、一層強固な結合とすることができる。
また、締結後に外力でボルト１０１が単独に又はナット１０８と共に緩む方向（図８で時計回り）の回転力を受けた場合、その当初において先尖状凸部１０４の喰込部１０４ａが底広凹溝２４の両側壁２８に喰込んでいる。従って、ボルト１０１は、それ以上緩まず、接続材２０（梁８）を確実に支えることができる。

図１０および図１１は、本発明の異なる形態の結合構造１２０に用いるボルト１２１を示す。図示のように、ボルト１２１も、雄ネジ部分１２１ａと、細長いボルト頭１２２とからなり、略小判形を呈するボルト頭１２２の幅寸法も前記と同様に幅狭で、その長手方向の寸法も前記と同様に大きく、その長手両端面の対角位置には斜め外側に鋭角に突出する略三角柱形の喰込部１２３が形成されている。更に、ボルト頭１２２の底面１２２ａにおける長手両端には、図示で上下対称の位置に断面三角形で湾曲した先尖状凸条１２４が一対突設されている。

図１２に示すように、このボルト１２１も、予め前記前記梁８の一端に固定された接続材２０を貫通し、その雄ネジ部分１２１ａには座金１２６を介しナット１２８が緩く螺合する。先ず、ボルト頭１２２を前記通し柱６の開口部２５を通じて底広凹溝２４内に嵌装し、その両端部（１２４）が当接するまで回転する。
次に、ナット１２８を更に締付けると、ボルト１２１全体が図示で左側に引き寄せられ、上記先尖状凸条１２４は上記凹溝２４の開口部２５の両側片２６内に曲線状に喰込んだ状態となり、通し柱６と接続材２０（梁８）を強固に締結すると、本発明の構造材の結合構造１２０を形成することができる。
また、何かの外力によりボルト１２１が単独に又はナット１２８と共に緩む方向（図１１で時計回り）の回転力を受けた場合、その当初において喰込部１２３の尖った先端が底広凹溝２４の両側壁２８内に喰込んでいる。従って、該ボルト１２１は、それ以上緩まず、接続材２０（梁８）を確実に支えることができる。

本発明の結合構造が適用される建物用構造体を示す正面図。 図１中の一点鎖線部分Ａの拡大図。 図２中のＢ−Ｂ線に沿った矢視の断面図。 図３中における前提形態の構造材の結合構造を示す部分断面図。 上記結合構造に用いる前提的形態のボルトを示す斜視図。 図４中の一点鎖線部分Ｃの拡大図。 本発明の結合構造に用いるボルトを示す斜視図。 上記ボルトの底面図。 上記ボルトを用いた本発明の構造材の結合構造を示す部分断面図。 本発明の結合構造に用いる異なる形態のボルトの斜視図。 上記ボルトの底面図。 上記ボルトを用いた本発明の構造材の結合構造を示す部分断面図。

符号の説明

１…………………………住宅用構造体（建物用構造体）
６…………………………通し柱，柱（第１の構造材）
８…………………………梁（第２の構造材）
２０………………………接続材
２４………………………底広凹溝
２５………………………開口部
２６………………………両側片
２８………………………側壁
１００，１２０…………結合構造
１０１，１２１…………ボルト
１０１ａ，１２１ａ……雄ネジ部
１０２，１２２…………ボルト頭
１０２ａ，１２２ａ……底面
１０４，１２４…………先尖状凸部（凸部）
１０８，１２８…………ナット
１０５……………………凸部
１０４ａ，１２３………喰込部

Claims (2)

1. アルミニウム合金製の押出形材からなり長手方向に沿った底広凹溝を有する第１の構造材と、この第１の構造材に直接又は接続材を介して配置される第２の構造材と、この第２の構造材又は上記接続材を貫通するボルトと、を備え、
   上記ボルトのボルト頭が、上記第１の構造材における底広凹溝の開口部の幅寸法よりも小さい幅寸法を有し、且つ該ボルト頭の長手方向の両端面に喰込部を形成すると共に、
   上記ボルト頭を上記第１の構造材の底広凹溝内に嵌装し且つ回転して該ボルト頭の長手両端部を該底広凹溝の両側壁に当接させ、上記ボルトの雄ネジ部にナットを螺着することにより、上記ボルト頭の各喰込部を上記底広凹溝の両側壁にそれぞれ喰込ませるようにした、
   ことを特徴とする構造材の結合構造。
2. 前記ボルトにおけるボルト頭の長手方向の両端部寄りの底面に凸部をそれぞれ形成すると共に、上記ボルトの雄ネジ部にナットを螺着することにより、上記各凸部を前記底広凹溝における開口部の両側片にそれぞれ喰込ませるようにした、
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造材の結合構造。
   

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