JP7036368B2 - 梁材及び梁材の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、梁材及び梁材の支持構造に関する。

下記特許文献１には、Ｈ型鋼で形成した上弦材の下方に束材を接合し、この束材に平鋼で形成した下弦材を接合して構成された張弦梁が記載されている。そしてこの張弦梁を用いて大スパンの空間を形成している。

特開２００６－３２８６３１号公報

上記特許文献１に記載された張弦梁は、下弦材が上弦材の全長に亘って配置されており、梁せいが大きい。このため、上弦材の上にスラブや設備を設けると、階高が高くなり、建物の内部空間を有効利用できない。

本発明は上記事実を考慮して、張弦材を備えた梁材の上部の建物空間を有効利用することを目的とする。

請求項１の梁材は、下梁部と、前記下梁部の端部から上方向へ延設された連結部と、前記連結部の上端から前記下梁部の外側へ延設された上梁部と、を備え、前記下梁部の上方には梁材が配置されない空間が形成された折れ梁と、前記下梁部の端部と前記上梁部の端部とを連結する張弦材と、を備えている。

請求項１の梁材では、折れ梁における下梁部の端部と、上梁部の端部とが張弦材で連結されている。このため、下梁部に荷重が加わっても下梁部が沈み込むことを抑制できる。

また、下梁部が上梁部に対して下方に形成されているため、下梁部の上部には空間が形成される。この下梁部の上にスラブを形成すると上階の天井高を高くできる。このように、折れ梁の上部の建物空間を有効利用できる。

請求項２の梁材は、前記連結部、前記上梁部及び前記張弦材は、前記下梁部の両側の端部にそれぞれ設けられている。

請求項２の梁材では、折れ梁における下梁部の両側の端部がそれぞれ、上梁部の端部と張弦材で連結されている。このため、下梁部に荷重が加わっても下梁部が沈み込むことを抑制できる。また、下梁部が上梁部に対して凹んだ位置に形成されているため、連結部の間にある下梁部の上部には空間が形成される。この空間には、上階のピットやプール等を形成できる。このように、折れ梁の上部の建物空間を有効利用できる。

請求項３の梁材の支持構造は、支持躯体に支持され、水平方向に隣接して複数配置された請求項１又は請求項２に記載の梁材と、隣接する前記梁材の前記上梁部間に斜めに架け渡された水平ブレースと、を備えている。

請求項３の梁材の支持構造では、折れ梁は、荷重を受けると内側へ倒れこむように変形しようとする。請求項３の梁材の支持構造においては、隣接する梁材の上梁部間に水平ブレースが架け渡されている。この水平ブレースを介して上梁部を支持躯体に接合することで、折れ梁の内側への変形を抑制できる。
請求項４の梁材の支持構造は、前記梁材の一方の端部は前記支持躯体にローラー支持され、最も外側に配置された前記梁材の前記上梁部と、前記支持躯体とが、前記水平ブレースを介して接合されている。

本発明によると、張弦材を備えた梁材の上部の建物空間を有効利用できる。

本発明の第１実施形態に係る梁材及び梁材の支持構造を示す立面図である。 本発明の第１実施形態に係る梁材及び梁材の支持構造を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る梁材及び梁材の支持構造を示す立面図である。 本発明の第２実施形態に係る梁材及び梁材の支持構造を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る梁材における一方の上梁部を省略した変形例を示す立面図である。

［第１実施形態］
＜梁材＞
図１には、建物１０の内部空間が示されている。本発明の第１実施形態に係る梁材２０は、建物１０における柱１２と柱１４との間に架け渡された梁であり、ハット型（下側に凸形状）の折れ梁２２と、張弦材３０と、を備えて構成されている。

（折れ梁）
折れ梁２２は、図１に示すＸ方向に延設された下梁部２４と、下梁部２４の端部（一方の端部２４Ａ、他方の端部２４Ｂのそれぞれ）から上方向へ延設された連結部２６と、連結部２６の上端部２６Ａから下梁部２４の外側へ、Ｘ方向に沿って延設された上梁部２８と、を備えている。

下梁部２４、連結部２６及び上梁部２８はＨ型鋼で形成され、これらのうち下梁部２４の梁せい（ウェブ高さ）が最も大きい。下梁部２４を形成するＨ型鋼の端面は、連結部２６を形成するＨ型鋼のフランジに溶接されている。

連結部２６を形成するＨ型鋼のフランジ間には、一対のスチフナ２６Ｓが配置されている。スチフナ２６Ｓは、下梁部２４を形成するＨ型鋼のフランジの延長線上に配置されている。なお、以下の説明においては、一対のスチフナ２６Ｓ間の部分を、下梁部２４の端部（端部２４Ａ、２４Ｂ）と称するが、このスチフナ２６Ｓ間の部分は、連結部２６の下端部（下端部２６Ｂ）と称すこともできる。

連結部２６を形成するＨ型鋼の上端面は、上梁部２８を形成するＨ型鋼のフランジに溶接されている。そして、上梁部２８を形成するＨ型鋼のフランジ間には、一対のスチフナ２８Ｓが配置されている。スチフナ２８Ｓは、連結部２６を形成するＨ型鋼のフランジの延長線上に配置されている。なお、以下の説明においては、このスチフナ２８Ｓ間の部分を、上梁部２８の内端部（内端部２８Ａ）と称する場合と、連結部２６の上端部（上端部２６Ａ）と称する場合がある。

上梁部２８は、連結部２６と接合された内端部２８Ａから外側（下梁部２４と反対側）へ向って延設されている。一方の上梁部２８（図１に示す左側の上梁部２８Ｌ）の外端部２８ＬＢは、柱１２に接合されている。柱１２は、Ｈ型鋼の芯材１２Ａを鉄筋コンクリート１２Ｂで被覆して形成された鉄骨鉄筋コンクリートの構造躯体である。第１実施形態においては、この柱１２の芯材１２Ａに、上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢが剛接合されている。なお、図１においては、芯材１２Ａと上梁部２８Ｌとの接合状態を示すために、鉄筋コンクリート１２Ｂを点線で示している。

これに対して、他方の上梁部２８（図１に示す右側の上梁部２８Ｒ）の外端部２８ＲＢは、柱１４の上端部又は柱１４間に架け渡された梁１６の上端部に載せ掛けられている。「載せ掛けられている」とは、上梁部２８（梁材２０）に作用する上方向からの荷重を柱１４又は梁１６へ伝達する一方、上梁部２８（梁材２０）に作用する横方向（Ｘ方向、軸方向）の引張力は、柱１４又は梁１６へ伝達しない状態（すなわち、上梁部２８がローラー支持された状態）のことを指す。

（張弦材）
張弦材３０は、下梁部２４の一方の端部２４Ａと上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢとを連結する張弦材３０Ａと、下梁部２４の他方の端部２４Ｂと上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢとを連結する張弦材３０Ｂと、を備えている。張弦材３０Ａ、３０Ｂは引張力を負担できる棒鋼を用いて形成されている。張弦材３０Ａの上端部３０ＡＥは、上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢの他、柱１２の芯材１２Ａにも接合されている。

上梁部２８の上面、連結部２６の互いに対向する側面及び下梁部２４の上面には、スタッドＳが溶接されている。これにより、図示しないスラブコンクリートとの付着強度が高められている。なお、このスタッドＳは必ずしも設けなくてもよい。

＜梁材の支持構造＞
図２には、梁材２０を、梁材２０の延設方向（Ｘ方向）と略直交する方向（Ｙ方向）へ複数本隣接して配置した状態が示されている。

（繋ぎ梁）
互いに隣接する梁材２０におけるそれぞれの上梁部２８Ｌ間には、繋ぎ梁４２、４４が掛け渡されている。繋ぎ梁４２は、上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢ寄りの部分に架設され、繋ぎ梁４４は、上梁部２８Ｌの内端部２８Ａ寄りの部分に架設されている。

同様に、互いに隣接する梁材２０におけるそれぞれの上梁部２８Ｒ間にも、繋ぎ梁４２、４４が掛け渡されている。繋ぎ梁４２は、上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢ寄りの部分に架設され、繋ぎ梁４４は、上梁部２８Ｒの内端部２８Ａ寄りの部分に架設されている。

繋ぎ梁４２、４４は、最も外側の梁材２０（梁材２０Ｅ）と、建物１０の構造躯体としての梁１８、柱１２又は柱１４の間にも架け渡されている。

（水平ブレース）
互いに隣接する梁材２０における上梁部２８と、繋ぎ梁４２、４４で形成される水平構面Ｈには、水平ブレース５０が架け渡されている。水平ブレース５０は、引張力を負担できる棒鋼を用いて形成されている。

水平ブレース５０のうち、中央の梁材２０Ｃに架設される水平ブレース５０Ｃは、中央の梁材２０Ｃにおける上梁部２８Ｌ（又は上梁部２８Ｒ）と繋ぎ梁４４との接合箇所Ｍから、中央の梁材２０Ｃと隣接する梁材２０Ｓにおける上梁部２８Ｌ（又は上梁部２８Ｒ）と繋ぎ梁４２との接合箇所Ｎへ向って架け渡されている。

その他の水平ブレース５０は、隣接する水平ブレース５０と同じ方向へ架け渡されている。また、最も外側の梁材２０（梁材２０Ｅ）に接合された水平ブレース５０は、建物１０の構造躯体としての梁１８、柱１２又は柱１４に接合されている。

すなわち、第１実施形態においては、互いに隣接して配置された梁材２０の上梁部２８同士が、繋ぎ梁４２、４４及び水平ブレース５０によって連結されることで、水平トラスが形成されている。

＜作用・効果＞
第１実施形態に係る梁材２０によると、図１に示すように、下梁部２４の一方の端部２４Ａと、上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢとが張弦材３０Ａで連結されている。また、下梁部２４の他方の端部２４Ｂと、上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢとが張弦材３０Ｂで連結されている。

このため、下梁部２４に荷重が加わっても、上梁部２８と連結部２６との接合部が開く方向に変形したり下梁部２４が沈み込むことを抑制できる。

また、下梁部２４が上梁部２８に対して下方に形成されているため、連結部２６の間にある下梁部２４の上部には空間Ｖが形成される。この空間Ｖを利用すれば、例えば下梁部２４の上にスラブを形成して、上階の天井高を高くできる。または、上階のピットやプール等を形成できる。このように、折れ梁２２の上部の建物空間を有効利用できる。

また、第１実施形態に係る梁材の支持構造によると、図１に示すように、梁材２０の端部（上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢ）は、建物１０の柱１４又は梁１６にローラー支持されている。このため、梁材２０に荷重が作用した際に、梁材２０は、内側（図２に矢印ＩＮで示す方向）へ移動するように変形しようとする。

しかし第１実施形態に係る梁材の支持構造では、図２に示すように、隣接する梁材２０の上梁部２８同士が繋ぎ梁４２、４４及び水平ブレース５０で連結され、水平トラスが形成されている。そして、最も外側の梁材２０の上梁部２８に接合された水平ブレース５０、繋ぎ梁４２及び繋ぎ梁４４は、建物１０の構造躯体である梁１８又は柱１４に接合されている。これにより、梁材２０に作用する内部応力が、水平トラスを介して梁１８又は柱１４へ伝達される。このため、梁材２０の変形を抑制できる。

なお、梁材２０の端部（上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢ）の構造は、建物１０の構造躯体へ鉛直方向の荷重を伝達することができれば、曲げモーメントや引張力を負担する必要がない。このため梁材２０の端部（上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢ）は柱１４又は梁１６に剛接合やピン接合する必要がない。このため、建物１０の架構の設計自由度が向上する。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る梁材の支持構造は、第１実施形態に係る梁材の支持構造と比較して、梁材２０を支持する構成が異なる。

第２実施形態においては、図３に示すように、梁材２０における上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢ、上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢが、何れも、建物１０の構造躯体である柱１２の芯材１２Ａに剛接合されている。また、張弦材３０Ｂの上端部３０ＢＥは、上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢの他、柱１２の芯材１２Ａにも接合されている。

このため、梁材２０に作用する荷重を、梁材２０が接合された柱１２によって支持することができる。したがって、図４に示すように、互いに隣接する梁材２０の上梁部２８同士を繋ぎ梁４２、４４および水平ブレース５０（図２参照）を用いて連結する必要がない。また、梁材２０をこのように支持しても、梁材２０の上部の建物空間を有効利用できる効果は変わらない。

なお、上述した第１実施形態において、水平ブレース５０は、上梁部２８と繋ぎ梁４４との接合箇所Ｍで、上梁部２８と繋ぎ梁４４の双方に接合されている。同様に、水平ブレース５０は、上梁部２８と繋ぎ梁４２との接合箇所Ｎで、上梁部２８と繋ぎ梁４２の双方に接合されている。これにより、上梁部２８、繋ぎ梁４２、４４及び水平ブレース５０間でスムーズに応力を伝達できる。

但し、本発明の実施形態はこれに限らず、水平ブレース５０は、繋ぎ梁４２、４４と接合しないで（縁を切って）配置してもよい。水平ブレース５０を繋ぎ梁４２、４４と接合しないでも、上梁部２８を介して応力を伝達することができる。

また、第１、第２実施形態において、梁材２０は、Ｙ方向に５本隣接して配置されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。すなわち、６本以上隣接して配置してもよいし、４本以下でもよい。

また、第１実施形態において、複数の水平ブレース５０がそれぞれ中央の梁材２０Ｃを対象軸として線対称に配置されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。すなわち、任意の梁材２０を対称軸とすることができる。対称軸とする梁材２０は、例えば建物１０の梁１８間に積載される積載荷重の重心と一致させることが好ましい。

また、第１、第２実施形態において、連結部２６は下梁部２４の端部２４Ａ、２４Ｂから上方向へ延設されている。これらの実施形態においては、この「上方向」は略鉛直方向を指すが、本発明の実施形態はこれに限らず、「上方向」とは鉛直方向に対して角度を有する方向（水平方向を除く斜め方向）を含む。

また、第１、第２実施形態において、上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢは、柱１２の芯材１２Ａに剛接合されているが本発明の実施形態はこれに限らない。例えばピン接合や半剛接合などとしてもよい。また、外端部２８ＬＢの接合対象は柱１２でなくてもよく、建物１０の構造躯体であれば、例えば柱１２に架け渡された梁等としてもよい。すなわち、柱１２のピッチに応じて、梁材２０の接合対象は適宜変更可能である。第２実施形態における上梁部２８Ｌの外端部２８ＬＢ及び上梁部２８Ｒの外端部２８ＲＢについても同様である。

また、第１実施形態において、梁材２０（折れ梁２２）は、下梁部２４の端部２４Ａ、２４Ｂから連結部２６が上方向に延設され、２つの上梁部２８Ｌ、２８Ｒが設けられているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば図５に示す梁材６０（折れ梁６２）のように、下梁部６４の一方の端部６４Ａのみから連結部６６を延設して上梁部６８を設ける構成としてもよい。

この場合、下梁部６４の他方の端部６４Ｂが、柱１４の上端部又は柱１４間に架け渡された梁１６の上端部に載せ掛けられる。また、図５における紙面前後方向に互いに隣接する梁材６０の端部６４Ｂ同士が、繋ぎ梁４２、４４および水平ブレース５０（図２参照）を用いて連結される。

なお、連結部６６、上梁部６８の構成は、上述した実施形態の連結部２６、上梁部２８Ｌの構成と同様であり、説明は省略する。また、図５における紙面前後方向に互いに隣接する上梁部６８同士も、繋ぎ梁４２、４４および水平ブレース５０（図２参照）を用いて連結される。

また、梁材６０における下梁部６４の他方の端部６４Ｂを、建物１０の構造躯体に接合して、繋ぎ梁４２、４４および水平ブレース５０を省略してもよい。また、上記の実施形態における張弦材３０、水平ブレース５０は棒鋼を用いて形成されているが、本発明の実施形態はこれに限らず、Ｈ型鋼や山形鋼等を用いてもよいし、ワイヤーなどを用いてもよい。このように、本発明における梁材及び梁材の支持構造は、様々な態様で実施できる。

１２ 柱（支持躯体）
２０ 梁材
２２ 折れ梁
２４ 下梁部
２４Ａ 端部
２４Ｂ 端部
２６ 連結部
２８（２８Ｌ、２８Ｒ） 上梁部
２８ＬＢ 外端部（端部）
２８ＲＢ 外端部（端部）
３０（３０Ａ、３０Ｂ） 張弦材
５０ 水平ブレース
６０ 梁材
６２ 折れ梁
６４ 下梁部
６６ 連結部
６８ 上梁部

Claims (4)

1. 下梁部と、前記下梁部の端部から上方向へ延設された連結部と、前記連結部の上端から前記下梁部の外側へ延設された上梁部と、を備え、前記下梁部の上方には梁材が配置されない空間が形成された折れ梁と、
   前記下梁部の端部と前記上梁部の端部とを連結する張弦材と、
   を備えた梁材。
2. 前記連結部、前記上梁部及び前記張弦材は、前記下梁部の両側の端部にそれぞれ設けられている、請求項１に記載の梁材。
3. 支持躯体に支持され、水平方向に隣接して複数配置された請求項１又は請求項２に記載の梁材と、
   隣接する前記梁材の前記上梁部間に斜めに架け渡された水平ブレースと、
   を備えた梁材の支持構造。
4. 前記梁材の一方の端部は前記支持躯体にローラー支持され、
   最も外側に配置された前記梁材の前記上梁部と、前記支持躯体とが、前記水平ブレースを介して接合されている、請求項３に記載の梁材の支持構造。

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