JP3919231B2 - 複合構造部材および壁組立法 - Google Patents
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Description
本発明は家屋や他の建造物の構造に用いられる構造部材に関する。
家屋のような典型的な建造物は種々の異なる構造部材や枠部材を有している。たとえば、壁用間柱、床および天井の根太、屋根樽木、仕切壁用間柱などである。これらの部材は、最近では金属製のものが増加しているようだが、伝統的には木材から形成されている。
木材はよい特性を有するが、資源不足、それによるコスト高、および火、虫、腐敗に弱いという欠点も有している。一方、金属製シートの構造部材は熱伝導性が高く、また、いくらかの金属シート部材は高熱によってたわみやすい。さらに、多くの建築業者は金属部品に要求される技術に不慣れである。
本発明の全般的な目的は、熱伝導に対する過敏性を低減し且つコストを低減する壁組立物および構造部材を提供することによって上記欠点を除去することである。
発明の概要
本発明に従って構成された構造部材は、本体と、該本体に取り付けられる端部カバーを備えている。上記本体は、石膏を含む合成物から形成された心材によって形成される。この心材は対向する端部と対向端部にまで延びる端部カバーとを有している。
本発明はさらに、一またはそれ以上の上記構造部材を有する壁組立物を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
この発明は添付の図面とともに以下の詳細な説明からよりよく理解できる。そして、その図面について、
図1は、本発明に従って構成された構造部材を含む壁の部分斜視図である;
図2は、図1の壁の端面図である;
図3は、図2の3−3線断面の拡大部分断面図である;
図4は、図3の構造部材のさらに拡大した断面図である;
図5は、図4に類似した図であり、他の構造を示す図である;
図6は、図4の構造部材の斜視図である;
図7、図8および図9は、それぞれ構造部材の他の構造を示す部分断面斜視図である;
図10は、本発明にかかるさらに他の形態を示す部分断面斜視図である;
図11は、図10の構造部材の製造を示す図である;
図12および図13は、図10および図11に類似した図であり、本発明にかかるさらに他の形態を示す図である;
図14および図15は、本発明にかかるさらに他の実施例の構造部材の製造を示す図である;
図16は、本発明にかかる他の実施例を示す図である;
図17、図18および図19は、本発明にかかる他の実施例の構造部材の製造工程を示す図である;
図20は、図17〜図19の構造部材の一部分を示す図である;
図21は、本発明にかかる他の実施例を示す図である;
図22は、本発明にかかるさらに他の実施例を示す断面図である;
図23は、本発明にかかる構造部材を含む建造物の図である;
図24は、本発明に従って組まれたトラスを示す図である;
図25は、本発明にかかる構造部材を含む他の建造物の断面図である;
図26は、本発明にかかる他の構造部材の図である;
図27は、本発明にかかる他の構造部材の斜視図である;
図28は、図27に類似した図であり、図27の構造部材の異なる位置にあるいくらかの部品を示す図である;
図29は、図28の29−29線断面図である;
図30は、図27の構造部材を含む組立物を示す図である;
図31は、図30の31−31線断面図である;
図32は、図31に類似した図であり、組立物の変形例を示す図である;
図33および図34は、構造部材の他の実施例を示す斜視図である;
図35は、本発明にかかる構造部材を含む壁組立物を示す斜視図である;
図36は、図35の36−36線断面図である;
図37、図38、図39および図40は、それぞれ構造部材の追加の実施例を示す断面図である;
図41は、本発明にかかる他の壁組立物の断面図である;
図42は、図41に類似した図であり、壁組立物のさらに他の実施例を示す図である。
詳細な説明
図1〜図3には、たとえば家屋や他の建造物の仕切壁としても使用される壁組立物30が示されている。この壁組立物30は、水平方向に間隔をおいた本発明にかかる複数本の鉛直方向に延びる合成間柱31を含んでいる。図示では、これら間柱31はその下端がC字状の金属製床チャンネル32に組み付けられ、上端がC字状の金属製天井チャンネル33に組み付けられている。これらチャンネルおよび間柱31の一方側は壁パネルの板34によって覆われ、他方側は他方の壁パネルの板35によって覆われ、それにより間柱31が上記両パネルを離間させて支持しているので中空壁が形成される。本発明の特別な例においては、上記板34、35は石膏壁板である。鉛直の間柱31は両チャンネル32、33のフランジ同士の間に延びている。壁組立物30の上記部品は、板34、35を間柱31の両端辺および両チャンネル32、33のフランジに固定するためのねじ止め具によって固定されている。
間柱31のうちの一つを示す図3および図4から明らかなように、間柱31は本体41および二つの端片42、43から形成されている。本体41は、好ましくは石膏を含む合成物から形成された心材44と心材44の両面に固定されたカバーシートすなわち裏張りシート45、46とを含んでいる。本体41はさらに、上記端片42、43によって覆われた二カ所の端部47を有している。本発明のこの実施例においては、端片42、43は比較的硬いものであり、たとえば金属シートから形成されている。図1〜図4に示される本発明の実施例においては、二つの端片42、43は端部47を覆うとともに、裏張りシート45、46の上に折れて延びるフランジ48を有している。端片42、43はしっかりと本体41に固定されており、板34、35はねじ止め具49によって間柱31に固定されている。このねじ止め具49は板34、35を貫通して延び、端片42、43をねじ切りしながら貫通し、板34、35を端片にしっかりと固定する。端片は本体41に固定されているので、板34、35は間柱31に相互に離間されて固定される。
図1〜図4に示す本発明の実施例では、心材44は石膏と公知の添加物との合成物から形成されている。この合成物としては従来の石膏壁板や心材に見られるものと同じものであってもよい。その両面は、通常の石膏壁板を覆うためによく用いられるタイプの裏張りシート45、46によって覆われている。間柱31の深さ、換言すれば隣接する板34、35同士の間隔寸法はほぼ3−5/8(帯分数の3か8分の5を示す。以下、同じ)インチ(92mm)であり、間柱の厚さ(シート45、46同士の間の距離)は1−1/4インチ(32mm)である。これらの寸法は従来の間柱の最も典型的なものである。端片42、43は、好ましくは0.012〜0.020インチ(0.3〜0.5mm)の厚さを有する金属製シートから形成され、フランジ48は約1/4インチ(6mm)の長さを有している。端片42、43は、心材における相互に最も離れた(すなわち、心材の2側面同士の距離より離れた)表面に当接し、心材の端面を全体的に覆っている。
本発明に従って構成された間柱31は多くの利点を有している。そのコストは同等サイズの木製間柱や金属製間柱より低い。本体41は比較的耐火性に優れ、両板34、35間の熱伝導性は低い。金属製端片42、43は心材44の端面を覆って保護するとともに、ねじ止め具をしっかりと取り付けるための部材としても機能する。上記間柱は木製間柱の感触およびサイズを有し、本質的に木製間柱におけると同じ組立技術を用いて取り扱うことができる。本発明に従った、間柱を有する壁組立物30は横方向の高い強度を有している。その強度は壁パネルの面に垂直な方向の強度である。端片42、43は、横方向の荷重下における間柱の曲げ軸に対して比較的遠く離間したスペースをおいた補強片として機能する。さらに、間柱の両面のシート45、46の面は上記横方向荷重の方向と平行になっている。心材は上記シート45、46を上記面を形成するように保持しており、これらシートはこれらの面の方向の荷重に対しては高い強度を有している。
図3および図4に示される間柱構造には、石膏棒裏張りをした一枚のシートを含めてもよい。この裏張りは通常は約1インチ(25mm)の厚さを有している。フランジ48を設けることにより、かかる間柱は全体厚さが約1−1/32インチ(26mm)となるであろう。代わりに、図3および図4に示される間柱を、厚さが1−1/4インチ(31mm)および幅が3−5/8インチ(92mm)である標準的な間柱サイズを有する単一の心材から構成してもよい。
図5は、間柱51の本体が二層52、53の5/8インチ(16mm)の石膏板から形成された構造を示している。各層52、53はその両側面を裏張りシート54によって覆われ、その端部は両層跨いで延びる端片55によって覆われている。二層52、53を結合する裏張りシート54は相互に接着剤によって接着してもよく、端片55は接着剤によって二層52、53に固定してもよい。
図6〜図13には、端片を本体に取り付けるための異なる方法が示されている。各例において、本体は図4のごとく心材からなる単層および裏張りシートから形成してもよく、図5のごとく二層でもよい。
図6には、本体61と二個の端片62を有する構造部材60が示されている。各端片62は前述のようにフランジ63を有しており、このフランジ63は、構造部材60の長手方向に沿って間隔をおいて曲げて形成された窪み64によって本体61に取り付けられている。この窪み64は、本体61の端片と心材と裏張りシートとの間の接着剤とともに、またはこの接着剤に代えて採用する。
図7は本体心材66および端片67(一方側のもののみを示す)を有する構造部材を示しており、そこでは端片67のフランジ68の部分が、構造部材の長手方向に沿って間隔をおいて形成された符号69で示すかしめによって本体66に取り付けられている。
図8には図6の構造部材60に類似した構造部材71が示されている。しかしながら、単層ではなく端片74を用いて二層72、73に形成されている。この端片74は図6の窪みに類似した窪み75によって二層72、73に固定されている。これら二層72、73は好ましくは相互に接着(粘着)され、そして、接着剤によって端片74に固定してもよい。
図9は本体78と二つの端片79を有する構造部材77を示している。各端片79は二つのフランジ80を有しており、各フランジ80は対向する方向に且つ本体78の側面81内に食い込むように圧され、それによって端片が本体に固定されている。
図10および図11によれば、二個の端片82(図10および図11には一個のみ示す)は本体83に固定されている。各端片82は二カ所のフランジ84を有し、各フランジはそこに間隔をおいて予め形成された凸片85を有している。この凸片85はポンチによって予め加工しておいてもよい。図11に示すように、端片82を本体83に組み付けるには、端片82の中央部を本体の端部に当接させ、フランジ84を下方内側に曲げて凸片85を本体83内に食い込ませることによって端片を本体83に固定する。
図12および図13においては端片89が本体88に取り付けられている。各端片89はフランジ90を有しており、湖のフランジはフランジ舌片91を形成するように内側に曲げられ得る端部を有している。本体88はその端部に近接した側面部93に沿って形成された溝92を有しており、フランジ90は図13に示すように内側に曲げられて上記溝92内に折り込まれることにより、フランジ舌片91を形成する。好ましくは、舌片91は近接するフランジ90に対して実質的に直角に延びており、上記溝92はこの舌片91に係合する形状にされている。したがって、各溝92は、その側面93に対して直角にされて上記舌片91が係合する面94と、フランジ90が内方に曲げられるときに舌片91の通過スペースを形成するように傾斜された他の面95を有している。
図14および図15には、補強端片が、心材の側面に使用されるシート材のような追加のシートで覆うことによって本体に取り付けられた構造が示されている。この構造部材101は二枚の板の層102(比較的厚い一枚の層でもよい)から形成され、各板はその両面に裏張りシート103を有している。平坦な補強端片104が本体101の端部105(好ましくは各端部の長さ全体にわたって)に当接されており、この補強端片104の幅は実質的に本体の全体幅と実質的に等しい。また、カバー片106は、上記補強端片104を覆うように配置されたうえで補強端片104の両端辺を折れ曲がって板の層102の外表面に至る幅にされている。この折り曲げられた部分107は接着剤によって裏張りシート103に固定され、それによって補強端片104はしっかりと本体101に固定されている。前述のとおり、補強端片104およびカバー片106は本体101の各端部に沿って配設されている。カバー片106は裏張り紙やその他のシート材から形成されている。
補強端片104は、たとえば前述の金属材、紙、厚紙などの種々の補強材から形成することができる。
図16は本体111とこの本体111の対向端部に固定された端片112とを有する構造部材を示している。この構造部材においては二層の板113がともに本体を構成している。各端片112は、下方に折れ曲がったフランジ114と、板113の外部裏張りシートにこのフランジ114を固定するための接着剤層115とを有している。この場合、各端片の中央部(二つのフランジ114同士の間の部分)は本体111に接着されてはいない。
本発明の前述の実施例においては、端片は心材が形成された後でこの心材の一またはそれ以上の層に固定される。通常はこの層は長尺片に成型されたり切断加工されたりする。図17〜図22の実施例においては、本体の心材は押し出し成形や型成形され、セットされる前に裏張りシートや端片に固定される。図17〜図19によれば、構造部材120は、図14および図15の端片104について述べたごとく、心材121、二枚の裏張りシート122、123および二この端片124から形成される。心材121は、たとえば石膏を押し出し成形や型成形して図17に示すような形状にされる。心材121が石膏スラリから成形されて乾燥工程を経る前に至ったのち、二この端片124が心材の端面126に配置され、裏張りシート122が心材の一方の面および二この端片124を覆って折り曲げられ、そして心材の他の面の少なくとも一部まで至る。そして、第二の裏張りシート123が上記他方の面に対向して配置され、上記裏張りシート122の折れ曲げられた端部に上張りされる。部品類が組み立てられて図19に示す状態になった後、この組立物は乾燥炉によって乾燥されて構造部材となる。裏張りシート122には心材121を完全に覆うに十分な幅を持たせてもよく、それによって第二裏張りシート123が不要になる。図20に示すように、端片124にはそこを貫通する多くの貫通孔129を形成してもよい。その場合、この貫通孔129は、図17〜19において述べた心材121形成のためのスラリを通過させ、スラリが裏張りシート122に付着して心材121と裏張りシートとの良好な固着を生む。
図21および図22は、心材のスラリが最終的にセットされる前に裏張りシートと端片とが心材に固定される、他の二つの実施例を示している。図21においては、心材135がたとえば石膏スラリから形成され、裏張りシート136が心材の両端から一方の面に折れ込み且つ対向側の面全体を覆っている。第二の裏張りシート137が心材の他方の面に貼着されている。これらの裏張りシートはもちろん図17〜図19のものと同等のものである。心材の端部に沿ってフランジ142を有する二つの端片141(好ましくは金属やプラスチックのような堅い材料から形成される)が延びている。フランジ142は内側に傾斜して心材135および裏張りシート136の入り込み部143の内部に延び、それによって端片141と心材135との強固な接合を実現している。フランジ142は、裏張り紙の中に心材スラリが注入される前に図21に示すように内方に傾斜させておいてもよく、または、心材スラリが注入されたのちにフランジを内方に折り曲げて上記入り込み部143を形成してもよい。二枚の裏張りシート136、137に代えて、心材の全周を包み込んで重なり合うに十分な幅を有する一枚の裏張りシートを用いてもよい。本実施例では、心材135の端部にまで延びる裏張りシート136の部分は端片の補強として機能する。
図22は図21におけるのと同様の構造部材を示しており、この構造部材は心材146と、心材146の対向二面それぞれに沿った裏張りシート147と、心材の対向二端部に沿った端片148とを有している。この図22の構造部材は、もちろん、裏張りシートが心材の端部の端片の裏側にまで延びていない点を除けば図21の構造部材と同じである。
図23、図24および図25は本発明にかかる追加の構造部材を示している。図23は、基礎154上に組み立てられた家屋153の切除図である。この家屋は荷重支持のための床根太156、天井梁157、壁間柱158、屋根の樽木159、および内部仕切用の間柱160を備えている。全ての部材156〜160は本発明に従って複合構造部材から形成してもよい。床根太、天井梁および屋根樽木159は、それらの内部に生じる応力に十分に耐えるように断面積を大きくするのが好ましい。
図24は、たとえば家屋を建造するに際して有用なトラス166を示している。このトラス166は、本体167を形成する図3の単一のパネルから形成されている。この本体167の周縁には端片168が固定されており、この端片は、構造物の他の部品がねじ止め具によってトラス166に取り付けられ得るように堅いものであるのが好ましい。図示の本体167には孔が明けられていないが、配管や結線のための孔を穿設しておいてもよい。ここで述べる壁の間柱や他の構造部材には、その本体を貫通する電線や配管などのための孔を形成してもよいことは注目すべき点である。
図25は、鉛直柱171、水平床および天井スラブ172、173を有する、より大きなビルディングの断面を示している。カーテンウォール174はビルディングの外面に取り付けられている。符号175、176は、本発明にかかる間柱177を有する仕切壁を示している。仕切壁175、176はビルディングの内部の床上スペースを分け分る作用を奏し、荷重を支持しないので、当該構造部材の心材は軽量石膏などの比較的軽量な材料を用いてもよい。荷重支持は、一般的に横荷重すなわち間柱の長手方向に垂直な方向の荷重を支持するような間柱の長手方向に平行な方向の荷重に関するものである。カーテンウォール174もまた荷重支持部材ではなく、本発明に従って構成されてもよい。
前述した本発明の実施例においては、構造部材の本体は、少なくとも一枚の裏張りシートによって少なくとも部分的に覆われた心材を有している。図26は、本体を構成する心材181が外部の裏張りシートを必要としない十分な構造的一体性を有した本発明の一実施例を示している。たとえば、心材181は石膏−セメントの合成物、または、繊維フィラーやバインダーを含む石膏から形成してもよい。図26においては、符号182は、上述の裏張りシートに一般的に用いられる紙繊維のような繊維の撚りを示している。このような場合、裏張りシートは本体中に含まれ、繊維として心在中に組み込まれる。心材181は、たとえば金属製シートから形成された端片183に固定される。この端片183は内側に傾斜したフランジ184を有している。図26に示す構造部材は、フランジ184同士の間に型成形によって形成されるのが好ましい。
図27、図28および図29は、本発明の他の実施例にかかる構造部材(間柱のような)200を示している。これらの図は概略的に示したものであり、正確な縮尺によって示すことを意図したものではなく、そのことはとくに部品の厚さについていえるということを理解すべきである。この構造部材は石膏合成物から形成された心材202を有する本体201を備えており、この心材202は紙のような繊維製シートによって覆われた対向二面を有している。心材202は矩形状を呈しており、たとえば家屋の建造やプレハブ家屋に用いられる標準サイズの木製間柱と同じ寸法に形成してもよい。この心材202は、補強用挿入物206によって覆われた対向二面204(図29)を有しており、この補強用挿入物206は金属製シートのような比較的強い材料から形成されている。補強用挿入物206は心材202の対向二端部204に沿って延び、さらに、心材202の端縁を超えて延びる延長部207(図27参照)を有している。この延長部207の形成は心材202の両端縁でも一端でもよいが、両端部204に配設するのが好ましい。
この構造部材204は、心材の各端部204に沿って補強用挿入物を覆って延びるカバー208(たとえば紙等から形成されている)をさらに有している。このカバー208は、心材の側面に沿って折れ曲がり、両側面のシート203の端部を覆うフランジ部209を有している。このカバー208はフランジ209と側面シート203との間の接着剤によってこのシート203に固着されている。
図30および図31は、図27〜図29に示した構造を有する鉛直間柱と木製の枠部材211とを有する壁の組立方法を示している。この枠部材211は好適な手段によって床部分(図31において符号212で示す)に取り付けられ、間柱は水平な枠部材211から直角に上方へ延びている。この間柱200は、枠部材の前後側213、214まで下方に延びる二個の延長部207によって、本体201の端部が枠部材の上面216に位置するように位置決めされ、そして、枠部材211から上方へ延びている。二個の延長部207は、図30および図31に符号217で示されるようなステープル、釘、ねじなどの好適な取付手段によって枠部材の前後側213、214に固定される。かかる構造において、石膏ボードからなるパネル(図示せず)が枠部材211および間柱200の対向箇所に配置され、それら211、200に金属製取り付け手段および/または間柱と上記パネルと間の接着剤によって固定される。上記補強用挿入物206は間柱の両端部に沿う補強材を形成し、ねじ式の取り付け手段をしっかりと間柱に固定し得るよう機能にする。ここで、補強用挿入物は金属などの強い材料から形成され、間柱を枠部材211にしっかりと固定する取り付け手段としても機能する。
図28には、心材の端部204に平行に延びる延長部207が破線で示されており、心材の端部204に向けて折り曲げられた状態が実線で示されている。図28において実線で示された折り曲げられた位置での延長部207は、間柱が輸送されるときや保管されるときに有用であり、また、使用されるときには図28に破線で示され、また、図27に実線で示されるように外方へ折り曲げられる。
図32には、その延長部207が心材202の底部に向けて折り曲げられた状態の間柱200が示されている。一方、図31に示すような方法でわく部材211に連結するときには、図28に破線で示すように延長部207は外方に向けて真っ直ぐにされる。また、間柱200は図32に示すような方法でも枠部材211に固定される。すなわち、枠部材211および延長部207から心材202に鉛直方向に螺入するねじ止め具218によって間柱200が枠部材211に固定される。
図34には上記間柱200に類似した間柱220が示されている。この間柱220は、両側面を紙シート222によって覆われた石膏心材221を有している。心材221の両端部に沿って、図27〜図29に示す補強用挿入物206に類似した補強用挿入片223(図33により詳細に示されている)が内装されている。この補強用挿入片223は心材の端縁を超えて延びており、その全長にわたってカバー224に覆われている。図31におけるカバー208は心材202の終面の位置で終わっているが、図33および図34に示す実施例におけるカバーは心材221の終面を超えて覆い、二つの延長部223の端部まで延びている。延長部223および上記紙カバーの位置を図32に示すように枠部材に取り付けたり保管するために折り曲げることができるように、二個のカバー224のフランジ226を線227に沿って切断しておく(図33参照)のが好ましい。そうすれば、図34に示すように上記延長部をカバーとともに心材221の終面に向けてうまく折り曲げることができる。この補強用挿入物223は、ねじ止め具を保持しうるような堅い材料(例えば金属)、または紙、厚紙、スクリム(scrim)
などから形成することができ、カバー224は強靱な裏張り紙から形成することができる。
図35および図36は壁組立物、つまり複数の間柱231を有する構造物の一部分を示している。複数の間柱231の底端に沿って、水平方向のウエッブ233と鉛直方向のフランジ234を有するC字状の金属製トラック232が配設されている。このC宇状トラック232に類似する他のトラック(図示しない)を複数の間柱231の上端に沿って配設し、且つ、天井に取り付けるのが好ましい。この上部トラックと天井とは図示しないが通常行われているものである。
図36によれば、各間柱231はその両側面を、たとえば図27に示すように、シート238(図35)によって覆われた心材237を有している。心材237の前端部および後端部に沿って補強用挿入物241が取り付けられており、この補強用挿入物241は接着剤によって心材237およびシート238に固着されている。
間柱231を上記トラック232(図36)に固定するために、各間柱231の下端はトラック232のウエッブ233に当接し且つ両フランジ234の間に位置させている。間柱231の幅は、その補強用挿入物241とフランジ234とが密接するようにほぼ両フランジ234の間隔寸法とされている。これらの部品は、上記フランジ234および補強用挿入物241を貫通して石膏心材237に螺入するねじ止め具(図示しない)によって相互にしっかりと固定されるか、または、図36における符号243で示す部位にかしめ(staking)によって固定される。かしめは、フランジ234および補強用挿入物241を貫通して心材237に貫入するポンチのような治具によってなされ、それによって(金属製の)フランジ234の一部が補強用挿入物241の孔244内にめり込む。前述のとおり、かしめに代えてねじ止めしてもよい。
図38および図39は、とくにいわゆるプレハブ家屋業界において有用な壁組立物を示しており、図37は図38、39の壁組立物に含まれる間柱を示している。図37は間柱251の断面を示しており、この間柱は石膏製心材252を有しており、この心材252は、通常は石膏壁板の面を覆うために用いられる紙のシート253によって部分的に包まれている。心材の第四番目の面は別体のシート254によって覆われ、また、このシート254上記シート253の近接端縁の部分255に重なり合っている。したがってこの心材252は間柱の両端部を除く部分を紙によって包まれている。しかし、この心材252は一枚の紙シートによって包んでもよい。
図38によれば、壁組立物261は鉛直方向に延び且つ水平方向に間隔をおいて配置された複数の間柱251を有している。壁組立物261の一側面は石膏壁板からなるパネル262によって形成され、壁組立物261の反対側には他のパネルを構成する石膏壁板製シート263、264が延びている。この二枚のシート263、264は平行であり且つ接合線266において相互に当接している。間柱251の一方の鉛直端267は上記両板263、264の接合線266に位置している。上記一方の板262は、間柱251の一方の端部267が壁組立物の一面側においてのみ接合線266に位置し、他の端部268がこの板262の鉛直側端の中間部に位置しうるように、他方の二枚の板263、264からオフセットされている。間柱251の鉛直両端267、268と、それに近接した板262、263、264の各面との間には接着剤が配設され、これらの部品が相互に接着される。これらの部品をしっかりと固定するために、接着剤に加えてステープル271などの止め具が壁板と間柱との間に施される。
図39には壁組立物261に類似した、間柱251および壁板276〜278などの構造部材を有する壁組立物275が示されている。部品同士の接着は、図38に示す接着剤269に代えて図39に示す発泡接着剤279によってもよい。
図37に示した間柱は型成形によって図示の形状に形成したものであるが、図41には他の構造の間柱、つまり幅広の石膏板を切断することによって提供される間柱が示されている。図41の間柱は側面をシート282、283によって覆われた心材281が示されており、この心材281はさらに、その切断端285が紙製キャップ284によって覆われている。
図40は、その心材287の端部上であって且つカバー291の下側に沿って補強片248が配設されている点を除いて、図37の間柱と類似する間柱を示している。
図42の間柱294はその心材293が紙296によって覆われている。この心材293は、間柱の端部に沿って低密度石膏部分297および高密度石膏部分280というように、異なる成分からなる部分を有している。この心材は、高強度、耐火性、耐湿性または他の状況に応じた特性を有する材料から形成してもよい。
本発明の構造部材の心材は、石膏に加えて、石膏−セメント混合物、標準重量石膏若しくは軽量石膏、再利用石膏、耐湿性石膏またはこれらの組合せなど、様々な材料から形成してもよい。さらに、木片チップ、火山性材料(火成岩など)などの種々のフィラーを含めてもよい。上記裏張りシートもまた、紙、耐湿処理された紙、織布シートなど、良好な切断性を有する材料であれば種々の異なる材料から形成することができる。上記補強端片は、紙、織布、不織布(スクリム)、金属などの種々の材料から形成することができる。
本発明の間柱を含む構造および従来の間柱構造に対して行われた試験において、本発明の間柱は従来技術の間柱に匹敵しまたそれより優れた結果を示している。しかも、本発明の間柱および構造部材の製造コストは従来の構造のそれより低い。
次表には異なる構造についての耐火試験の結果が示されている(”はインチを示す。以降の表において同じ)。
試験1は基準1時間の組立物についてであり、試験4は基準0.75時間の組立物についてである。試験1は、典型的な、5/8インチ壁板と3−5/8インチねじ間柱とを有する定格1時間の壁について行われた。試験4は、1/2インチ壁板と3−5/8インチねじ間柱とを有する定格3/4時間の壁について行われた。試験2および試験3は試験1と比較してそれより向上した耐久時間を示し、試験5および試験6は試験4と比較してそれより向上した耐久時間を示している。試験1〜6において、間柱は10フィートの長さを有するものであった。試験1、2、4、5においては、複数の間柱は相互に24インチの中心間隔をおいて配置し、試験3および試験6においては間柱は相互に16インチの中心間隔をおいて配置した。石膏板は中空壁を形成するように間柱の対向両端に固定した。試験3および試験6においては石膏板と間柱との固定のためにステープルを用いたが、試験1、2、4、5においては1インチのSタイプねじを用いた。中空壁の一方側には熱源を配置し、他方側には温度センサ(サーモカップル)を配置した。表中の「耐久時間の向上」の欄に示したのは、耐火試験の開始から、上記いずれのサーモカップルも環境温度より325°F(162℃)高い温度を示すまでの経過時間を基準にしたものである(ASTMのE119参照)。試験1および試験4におけるHDGL(溶融亜鉛メッキ)鋼製の間柱は典型的なねじ間柱式の壁であり、熱によって曲がるというような欠点を有している。試験2および試験5における金属キャップは図6に示す構成のものである。試験3および試験6における紙キャップは図41に示す構成のものであるが、紙キャップ284は間柱の両端部に沿って配設した。さらに、耐火試験は、金属製補強片を有する図15に示すような種々の構造変形例が試験3と同等の熱伝達特性(その間柱配置位置において)を有することを示す。
以下の試験7〜15は間柱の端部から止め具を引き抜くのに要する式抜き力(単位:ポンド)についてなされた。次表中の最右欄に記載された値は複数の試験結果の平均値を示す。表中のn/aなる記載は不適用という意味であり、換言すれば、その特定の間柱および止め具については試験がなされなかったことを意味する。
試験はKタイプのステープルを用いても行われており、これは、前表におけるMタイプのステープルにおけるよりわずかに低い引き抜き力を示している。ねじ止め具を用いた試験8および試験9における引き抜き力値93.5および84.7はねじが金属製補強片から引き抜かれたときの力ではない。これらの試験では、ねじが鋼製補強片から引き抜かれる前に、紙カバーはちぎれ、補強片は石膏心材から引き離された。試験8および試験9に記載の鋼製補強片の厚さより僅かに大きい厚さ(0.0179〜0.020インチ)(0.45〜0.5mm)を有する鋼製補強片は、より大きい保持力およびそれに匹敵するコストを有する。また、0.018インチ(0.45mm)の厚さを有するカバーの紙材はより良好な引き抜き力を示した。釘抜き(nail pull)(止め具が石膏板を透して抜かれる前の力)が基準の80ポンド(355ニュートン)である。そして、いずれの取り付け部品もこの値で間柱から引き抜かれれば十分である。プレハブ家屋には、専らPVA系接着剤とともに材木へのステープルによる固着が用いられる。上記試験におけるステープル固着の引き抜き力は、接着剤が固まるまでの初期の時間帯におけるのみのものである。
以下の試験は横方向の力による中空壁のたわみに関するものである。各壁は離間した二枚の石膏板製パネル(壁板)とこれら壁板の間に固定された鉛直間柱とを有している。間柱の上下両端はレール、すなわちチャンネルに保持されている。水平方向の荷重、すなわち壁板のなす面に垂直な荷重は壁の一方側にのみ負荷した。試験18〜20における石膏壁板は5/16インチ(8mm)厚の標準サイズであり、試験16、17、21〜30における壁板は1/2インチ(12.5mm)厚の標準サイズである。次表中の「たわみ」の行における記載値は、8フィート(2.4m)高さの壁が5ポンド/フィートの二乗(239.4パスカル)の荷重を受けたときのたわみ量を示している。次表中の「限界高さ」は許容最大高さを示している。この行の値はASTM−E72に概説される1/4点荷重法を用い、5ポンド/フィートの二乗(239.4パスカル)の横荷重を受けたときの許容しうるたわみ量であることが判る。
材料費および製造費を含む間柱の製造コストに注目すれば、住居/商業用の直線長さ1フィート当たりの、標準的2インチ×4インチ(50mm×100mm)の木製間柱に比較して、紙に覆われた石膏心材を有する1−1/4インチ×3−5/8インチ(32mm×92mm)の石膏間柱のコストは約53%低く、両端部に沿って0.015インチ(0.4mm)厚さの金属製補強片を有し且つ紙によって覆われた、1−1/4インチ×3−5/8インチ(32mm×92mm)の石膏間柱のコストは約31%低い。
プレハブ家屋向けの(材料費および製造費を含む)間柱の製造コストに関して、標準的2インチ×3インチ(50mm×75mm)の木製間柱に比較して、1−1/4インチ×2−1/2インチ(32mm×64mm)の(紙に覆われた石膏心材を有する)石膏間柱のコストは約43%低く、両端部に沿って紙製補強片を有し且つ紙によって覆われた石膏心材から形成された、1−1/4インチ×2−1/2インチ(32mm×64mm)の石膏間柱のコストは約38%低く、両端部に沿って0.015インチ(0.4mm)厚さの金属製補強片を有し且つ紙によって覆われた石膏心材から形成された、1−1/4インチ×2−1/2インチ(32mm×64mm)の石膏間柱のコストは約20%低い。
以上の二パラグラフに示したケースにおいて、0.019インチ(0.5mm)厚さの金属シートを用いた場合のコストは、たぶん0.015インチ(0.4mm)厚さの金属シートを用いた場合と同等である。
本発明の構造部材は種々の利点を有している。低コストに加えて、同等のサイズおよび強度を有する木製や金属製に比較した場合、本構造部材は熱伝達に対して良好な抵抗を示す。端片が高い熱伝導性を示す金属から形成された実施例においても、構造部材の両端部のこの金属製端片は低熱伝導性を有する心材によって相互に離間されているため、熱伝導性が低減されている。さらに、心材は熱だまり(熱を減衰する)として機能し、熱は石膏などの心材から室分を除去し、その結果、熱は消散する。部品同士を接合する金属製止め具は心材の中に埋め込まれてしまうので、過熱から保護される。
上記構造部材は、心材、側面の紙シート、および、端部の端片の組合せによって十分な強度と堅さとを備える。心材は両側面の紙シートを平行な面状に保持する補助となり、したがって、これら紙シートは構造部材に横方向荷重に対する強度と堅牢性とを与える。端片はさらなる強度と堅牢性とを加える。紙シートは横方向荷重(これは、紙シートの面に平行な方向の荷重である)に対して必要とされる強度を提供する
側面の紙シートおよび強靱な端片が強度を提供するので、心材は軽量石膏、再利用石膏、安価なフィラーを含んだ合成物などの低コストな材料から形成することができる。
構造部材は比較的堅牢であり、且つ、金属製止め具によって固定されるので、木製部材と同様な取り扱いが可能である。部品同士は建築業界で使用される従来の接着剤によって接合してもよい。
Claims (42)
- 非熱伝導性の荷重支持心部材を有しており、該心部材が相互に間隔をおいた第一側部および第二側部と相互に間隔をおいた第一端面および第二端面と第一終面および第二終面とを有しており、上記第一および第二の側部と第一および第二の端面とがそれぞれ第一および第二の終面において終わっており、第一端面と第二端面との間のスペースが第一側部と第二側部との間のスペースと同等の大きさにされており、第一端面および第二端面に第一補強端片および第二補強端片が取り付けられており、両端片が上記心部材によって間隔をおいて分離されており、上記補強端片が心部材の第一および第二の終面を超えて延びる延長部を有しており、この補強端片がそれに垂直な方向の荷重によって心部材が曲がることを妨げており、上記第一補強端片が全体的にカバーシートによって覆われており、該カバーシートが、上記第一側部の少なくとも一部を覆う第一重なり部と第二側部の少なくとも一部を覆う第二重なり部とを有してなる、少なくとも一枚の板を支持するための構造部材。
- 上記心部材が石膏を含む合成物を有してなる請求項1記載の構造部材。
- 上記心部材の第一部分が心部材の第二部分より高密度を有しており、該高密度部分が上記第一端面の近傍に配設されてなる請求項2記載の構造部材。
- 二つのフランジ同士の間に配置されるウエッブを有する枠部材をさらに備えており、上記心部材が上記二つのフランジ同士の間に位置してなる請求項1記載の構造部材。
- 上記心部材に固定され且つ上記第一側部を覆う少なくとも一枚の側部シートをさらに備えてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記カバーシートが上記第一の側部シートに近接して配設されており、カバーシートを上記側部シートに固着するための接着剤をさらに備えてなる請求項5記載の構造部材。
- 上記第一側部を覆う上記カバーシートが、上記各端片上に折り込まれており、且つ、上記第二側部上に位置する端部を有してなる請求項1記載の構造部材。
- 上記第二側部上に位置し且つ上記端部を覆う側部シートをさらに備えてなる請求項7記載の構造部材。
- 上記端片が金属製シートから形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記補強端片がそれぞれ厚紙とスクリムとからなる群のうちから選択される一の材料から形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記カバーシートが紙と織布とからなる群のうちから選択される一の材料から形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記心部材が石膏を有するセメント合成物から形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記心部材が、再利用石膏、木材チップ、繊維、火山性フィラー、およびこれらの組合せからなる群のうちから選択される一の材料から形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記心部材が、石膏心材および側部シートから形成される少なくとも一枚の石膏板を有してなる請求項1記載の構造部材。
- 上記心部材が、接着剤によって相互に接合された二枚の石膏板を有してなる請求項14記載の構造部材。
- 上記第一補強端片が有孔片である請求項1記載の構造部材。
- 壁用間柱を構成するサイズにされてなる請求項1記載の構造部材。
- 床根太、屋根樽木およびトラスのうちの一を構成するサイズにされてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記補強端片に貫入してそれに固定されるねじ止め具をさらに有してなる請求項1記載の構造部材。
- 上記延長部を有する補強端片が金属製シートから形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記延長部同士の間に位置し且つそこに固定された枠部材をさらに有してなる請求項1記載の構造部材。
- 上記延長部のうちの一つが上記第一終面上に折り込まれてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記カバーシートが上記心部材の第一および第二の終面を超えて延びてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記カバーシートが上記第一および第二の終面を超えて延び、且つ、上記第一終面上に折り込まれた上記延長部に近接するように位置してなる請求項22記載の構造部材。
- 上記補強端片が実質的に堅い材料から形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記補強端片が不織材料から形成されてなる請求項1記載の構造部材。
- 上記不織材料が紙素材である請求項26記載の構造部材。
- 二枚の実質的に平行な壁パネルを備えており、該壁パネルが石膏板から形成されており、且つ、それらの間に壁空間を形成するように相互に離間しており、少なくとも一つの間柱が上記壁空間内に位置しており、該間柱が少なくともその一部が石膏から形成された心材を有しており、
そして、該間柱を上記石膏板に固定するための取り付け手段を備えており、該取り付け手段が接着剤を有しており、上記間柱の心材が相互に離間した第一および第二の側部と相互に離間した第一および第二の端面と第一終面および第二終面とを有しており、上記第一および第二の側部と第一および第二の端面とがそれぞれ第一および第二の終面において終わっており、各端面が壁パネルの一つに対向しており、第一および第二の補強端片がそれぞれ上記第一および第二の端面の一つに取り付けられており、該補強端片が上記心材によって相互に離間されており、上記補強端片が心部材の第一および第二の終面を超えて延びる延長部を有しており、この補強端片がそれに垂直な方向の荷重によって心部材が曲がることを妨げており、第一の補強端片がカバーシートによって完全に覆われており、該カバーシートが上記第一側部の少なくとも一部を覆う第一重なり部と第二側部の少なくとも一部を覆う第二重なり部とを有しており、上記カバーシートが壁パネルの少なくとも一部に当接してなる壁構造。 - 上記取り付け手段が少なくとも一つのステープルを有してなる請求項28記載の壁構造。
- 上記接着剤が発泡接着剤を含んでなる請求項28記載の壁構造。
- 上記接着剤がPVA接着剤を含んでなる請求項28記載の壁構造。
- 上記カバーシートが両方の補強端片の上に延びる一枚の紙製カバーシートからなる請求項28記載の壁構造。
- (a)低熱伝導材料から心部材を成形し、この心部材が相互に離間した第一および第二の側部と相互に離間した第一および第二の端面と第一および第二の終面とを有しており、上記第一および第二の側部と第一および第二の端面とがそれぞれ第一および第二の終面において終わっており、
(b)第一および第二の補強端片をそれぞれ第一および第二の端面に当接させ、上記補強端片が第一および第二の終面の上に延びる延長部を有しており、
(C)第一補強端片、第一側部および第二補強端片の回りにカバーシートを折り込み、該カバーシートを第二側部の少なくとも一部に固定する各工程を含んでなる複合壁間柱の製造法。 - 少なくとも一枚の板を支持するための構造部材であって、
非熱伝導性の心部材を有しており、該心部材が相互に間隔をおいた第一側部および第二側部と相互に間隔をおいた第一端面および第二端面とを有しており、第一端面と第二端面との間のスペースが第一側部と第二側部との間のスペースと同一かまたはそれ以上の大きさにされており、
第一端面および第二端面それぞれに、これらを覆うように第一補強端片および第二補強端片が取り付けられており、両端片が上記心部材によって間隔をおいて分離されており、上記各補強端片が全体的にカバーシートによって覆われており、該カバーシートが、上記第一側部の少なくとも一部を覆う第一重なり部と第二側部の少なくとも一部を覆う第二重なり部とを有しており、
上記構造部材が、上記少なくとも一枚の板に上記カバーシートのうちの一枚が接触する状態で取り付けられてなるとき、上記補強端片とカバーシートとの組合せが、上記端面に垂直な方向の荷重によって心部材が曲がることを妨げてなる構造部材。 - 上記心部材が石膏を含んでなる請求項34記載の構造部材。
- 上記両側部のうちの一方を覆う上記カバーシートが、上記端片上に折り込まれており、且つ、他方の側部上に折り込まれる端部を有してなる請求項34記載の構造部材。
- 上記端片が金属製シートから形成されてなる請求項34記載の構造部材。
- 上記心部材が、石膏心材および側部シートから形成される少なくとも一枚の石膏板を有してなる請求項34記載の構造部材。
- 上記心部材が、接着剤によって相互に接合された二枚の石膏板を有してなる請求項38記載の構造部材。
- 上記補強端片が有孔片である請求項34記載の構造部材。
- 上記カバーシートが紙または織られた繊維材料から形成されてなる請求項34記載の構造部材。
- 上記補強端片がプラスティック材料から形成されてなる請求項34記載の構造部材。
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