(57)【要約】  モジュラー強化構造ビーム及び接続部材システムは、２つの反対に向けられる三角形の閉塞ヘッド部分と、２つの閉塞ヘッド部分の間に介装される横断方向に延びるウェブとを有する少なくとも１つの複合ビームを含み、ビームのそれぞれは、２つの部材の対応するヘッド部分が入れ子状に収められ且つ２つの部材の隣接する素子が相互安定接触状態にあるよう配置される２つの別個の部材から成る。複数の接続部材が、複合ビーム及び他の構造素子のうちの１つと力伝達接触状態に接続される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュラー強化構造ビーム及び接続部材システムであって、
ａ）２つの反対に向けられる三角形の閉塞ヘッド部分と、該２つの閉塞ヘッド部分の間に介装される横断方向に延びるウェブとを有する少なくとも１つの複合ビームを含み、該ビームのそれぞれは、前記２つの部材の対応するヘッド部分が入れ子状に収められ且つ前記２つの部材の隣接する素子が相互安定接触状態にあるよう配置される２つの別個の部材から成り、
ｂ）複数の接続部材を含み、該接続部材のうちの少なくとも２つは、前記複合ビーム及び他の構造素子のうちの１つに接続され、且つ、前記複合ビーム及び他の構造素子のうちの１つと力伝達接触状態にある、
ビームシステム。
【請求項２】
前記複合ビームの各部材は、第一ヘッド部分と、第二ヘッド部分と、前記第一ヘッド部分と前記第二ヘッド部分との間に介装される長手方向に配置されるウェブ部分とを含み、前記第一ヘッド部分及び前記第二ヘッド部分は、対応する本質的に横方向に配置されるフランジと、該フランジの第一横方向端部と前記ウェブ部分との間に延びる傾斜素子と、前記フランジの第一横方向端部から延び且つ前記傾斜素子の長さよりもかなり短い長さを有する傾斜舌部とを備えて構成される、請求項１に記載のビームシステム。
【請求項３】
三角形の閉塞ヘッド部分の第一辺は、前記２つの複合ビーム部材の前記２つのフランジを含み、その第二辺及び第三辺は、前記複合ビーム部材の一方の傾斜素子と、他方の複合ビーム部材の舌部とを含む、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項４】
閉塞ヘッド部分の前記第二辺及び前記第三辺に関して、前記傾斜素子とその対応するフランジとの間の角度間隔は、前記舌部素子とその対応するフランジとの間の角度間隔と本質的に等しい、請求項３に記載のビームシステム。
【請求項５】
三角形の閉塞ヘッド部分の隣接する辺は、６０度の角度だけ角度的に離間する、請求項３に記載のビームシステム。
【請求項６】
各ビーム部材は、冷間圧延される、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項７】
前記ビーム部材のうちの１つの相対的な横断方向変位を防止するために、前記第一及び第二のビーム部材の対応するフランジを接合するための手段をさらに含む、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項８】
前記フランジ接合手段は、冷間ファスナである、請求項７に記載のビームシステム。
【請求項９】
前記第一及び第二のビーム部材の対応するウェブ部分を接合するための手段をさらに含む、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項１０】
前記ウェブ接合手段は、冷間ファスナである、請求項９に記載のビームシステム。
【請求項１１】
前記第一ヘッド部分の前記フランジは、前記第二フランジ部分の前記フランジよりも長い横方向寸法を有する、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項１２】
第一及び第二の部材は同一であり、前記第二部材は、前記第二部材の前記第一ヘッド部分が前記第一部材の前記第二ヘッド部分内に収められ、前記第一部材の前記第一ヘッド部分が前記第二部材の前記第二ヘッド部分内に収められるよう、前記第一部材と反対の向きにある、
請求項１１に記載のビームシステム。
【請求項１３】
前記第一ヘッド部分の前記フランジは、前記第二フランジ部分の前記フランジと同一の横方向寸法を有する、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項１４】
前記第二部材の前記第一ヘッド部分は、前記第一部材の前記第一ヘッド部分内に収められ、前記第二部材の前記第二ヘッド部分は、前記第一部材の前記第二ヘッド部分内に収められる、請求項１３に記載のビームシステム。
【請求項１５】
前記第二部材の前記第一ヘッド部分は、前記第一部材の前記第一ヘッド部分内に収められ、前記第二部材の前記第二ヘッド部分は、前記第一部材の前記第二ヘッド部分内に収められる、請求項１１に記載のビームシステム。
【請求項１６】
前記第一部材の前記ヘッド部分の頂端は、前記第一ヘッド部分が収められる第二部材の前記ヘッド部分によって強化される、請求項１に記載のビームシステム。
【請求項１７】
前記第一部材の前記傾斜素子と前記ウェブ部分との間の接合、並びに、前記第二部材の前記傾斜素子と前記ウェブ部分との間の接合は、前記対応するフランジと平行な平面と同一平面上にある、請求項１６に記載のビームシステム。
【請求項１８】
接続部材が、前記接続部材及びビーム内に穿孔される対応する整列孔と係合可能な冷間ファスナを用いて、複合ビームに接続される、請求項２に記載のビームシステム。
【請求項１９】
前記接続部材は、冷間ファスナを用いて現場で接続される市販品である、請求項１８に記載のビームシステム。
【請求項２０】
前記接続は、一体に溶接される１つよりも多くの素子を含む、請求項１９に記載のビームシステム。
【請求項２１】
接続部材が、冷間ファスナ及び前記ビームに内部的に取り付けられる反応プレートインサートを用いて、複合ビームに接続される、請求項１８に記載のビームシステム。
【請求項２２】
接続部材が、選択的な横断方向、長手方向、及び、横方向を有するスリーブとして構成され、前記選択的な寸法を有する複合ビーム周の一部を完全に取り囲み、且つ、相互に安定化させる接触状態にあるよう構成される、請求項１８に記載のビームシステム。
【請求項２３】
前記スリーブは、一体に溶接される２つの冷間圧延素子を含む、請求項２２に記載のビームシステム。
【請求項２４】
前記スリーブは、単一素子を含み、その２つの隣接する縁部は一体に溶接される、請求項２２に記載のビームシステム。
【請求項２５】
前記スリーブは、ビームの前記２つの横方向側部にそれぞれ接続される２つの隣接する半体スリーブを含む、請求項２２に記載のビームシステム。
【請求項２６】
前記接続部材は、１つのだけのウェブとして構成される、請求項１９に記載のビームシステム。
【請求項２７】
前記接続部材の前記ウェブは、前記接続部材が取り付けられる前記ビームの前記ウェブよりも実質的に短い、請求項２６に記載のビームシステム。
【請求項２８】
前記接続部材は、ビームのウェブ又はフランジと力伝達接触するプレートを含む、請求項２０に記載のビームシステム。
【請求項２９】
前記接続部材は、角度的に離間した２つのプレートと、該２つのプレートの間に延在し且つ前記２つのプレートに対して傾斜する素子とを含む、請求項２８に記載のビームシステム。
【請求項３０】
前記接続部材は、少なくとも１つのリブをさらに含む、請求項２０に記載のビームシステム。
【請求項３１】
前記接続部材は、瞬間接続として構成される、請求項２０に記載のビームシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造ビームの分野に関する。より具体的には、本発明は、接続部材を含むモジュラー強化構造ビームシステムに関し、それは三角形ヘッド部分を有する軽量ビームに基づく。
【背景技術】
【０００２】
組立木造ガーダ(girder)、積層木造ビーム、強化コンクリートビーム、及び、鋼ビームを含む様々な種類の構造ビームが、商業及び住宅建造物に使用されている。鋼は、ビーム用に最も普通に使用される材料であり、そのようなビームは、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、Ｃ形鋼、Ｚ形鋼、及び、溝形鋼によって構成される。構造鋼ビームの様々な構造は、熱間圧延又は冷間圧延プロセスによって最も普通に製造され、概ね、所与の耐荷力に対して比較的重いビームをもたらす。
【０００３】
Ｉ形鋼は、比較的高い耐荷力及び慣性モーメントの故に、鋼フレームを構築するために最も普通に使用される種類の構造ビームである。そのようなビームは、それらの上に加えられる実質的に静荷重を安全に支持するよう、ビームが個別に或いは複数のビームと共に、さらに、概ね、２つ又はそれよりも多くのビームと接続するよう構成される複数の素子と共に利用され得るよう、ウェブ及びウェブに対して直交し且つ反対縁部にある一対のフランジを有する。少なくとも１つのビーム又はポストから、さらに、概ね、複数のビーム又はポストから、さらに、複数の接続素子から構築される組立体が、ここでは「ビームシステム」として言及される。
【０００４】
Ｉ形鋼は、鋼片内への溶融鉄の鋳造に続く熱間圧延プロセスによって形成される。建設現場に供給される殆どのＩ形鋼は、標準寸法、例えば、６又は１２ｍの長さを有し、所与の建築プロジェクトの建築上及び工学上の要件に合わせて変更されるよう、１つ若しくはそれよりも多くのウェブ又は１つ若しくはそれよりも多くのフランジの切断及び溶接、ビームへの接続素子の溶接、溶接接合地点の円滑化、ビーム又はビームシステムの塗装及び亜鉛メッキ、並びに、ビーム又はビームシステムのフレーム構造への組立てを含む、追加的な建築プロセスを経る。これらの追加的な建築プロセスは、時間がかかり、費用がかかる。
【０００５】
その構造特性を妥協することなく、ビームシステムの製造及び組立て費用を削減することが望ましく、それが本発明の目的である。
【０００６】
Ｉ形鋼よりも少ない鋼を必要としながら同一の耐荷力をもたらす、シート鋼から組み立てられる数多くの構造ビームが、従来技術から既知である。例えば、Ｂｒｏｏｋｓに発効された米国特許第９９１，６０３号及びＤｕｎｎ  ｅｔ  ａｌ．に発行された米国特許第３，６９８，２２４号は、頂部及び底部に中空フランジを形成するよう屈曲される単一片の材料から成る金属性擬似Ｉ形鋼を開示している。本発明と同一の発明者に発行された米国特許第５，５５３，４３７号は、三角形のヘッド部分、ウェブ部分、ウェブフランジ、及び、尾部フランジを有する、２つの反対向きに交互配置さらた部材から成る擬似Ｉ形鋼を開示している。ヘッドフランジの三角形の形状は、その二軸対称性の故に、従来的なＩ形鋼に対して改良された横方向安定性をもたらす。
【０００７】
三角形ヘッド部分を備えるそのような従来技術軽量構造ビームは、自動プロセスによって容易に形成可能ではない。第一に、ビームは、冷間圧延プロセスによって製造され、その間、シート金属は、再結晶温度より下で複数の対のローラを通過され、所望の形状に曲げられる。三角形の２つの頂端が成形された後、送り込まれた金属シートは、その非アクセス可能性の故に、第三頭部を形成するために適切に支持され得ない。また、構造ビームの所望の長さは、しばしば１５ｍであり、三角形ヘッド部分を備える構造的に強力なビームの組立てのためのシート金属の所要の厚さは、殆どの商業冷間圧延ローラが処理し得る厚さよりもずっと厚い８ｍｍのオーダにある。
【０００８】
米国のＢｕｌｔｅｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙは、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｕｔｌｅｒｍｆｇ．ｃｏｍ／ｂｕｉｌｄｉｎｇ＿ｓｙｓｔｅｍｓ／ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ．ａｓｐ．に記載されるようなモジュラービームシステムを製造する。これらのビームシステムは、三角形ヘッド部分、二次的な構造部材である事前穿孔された開口ウェブトラス母屋桁(open-web  truss  purlin)、及び、ロッド筋違(rod  bracing)を備えない、固形ウェブ主要Ｉ形鋼フレームのような、様々な構成部品を利用する。これらのシステムでは、ビームシステム構成部品は、構成部品が組み立てられた後に亜鉛メッキされ、一体に溶接される。結果的に、製造及び組立ての費用は、比較的高い。さらに、接続素子は、ウェブ部分ではなくフランジに溶接される。従って、応力がフランジに集中し、構成部品をさらに一層重く且つ高価にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
三角形ヘッド部分を有するビームに基づくモジュラービームシステムを提供することが本発明の目的である。
【００１０】
全てのその構成部品が溶接の必要なしに組み立てられるよう構成されるモジュラービームシステムを提供することが本発明の追加的な目的である。
【００１１】
ビームのウェブ部分に取り付けられる接続素子を備えるモジュラービームシステムを提供することが本発明の追加的な目的である。
【００１２】
Ｉ形鋼と同一の耐荷力を有しながら、４ｍｍ以下の厚さを有するシート金属から成る、ビームを提供することが本発明のさらに追加的な目的である。
【００１３】
亜鉛メッキシート金属から三角形ヘッド部分を備える構造ビームを製造するための方法を提供することが本発明のさらに追加的な目的である。
【００１４】
従来技術の構造ビーム製造方法よりも素速く経済的な、三角形ヘッド部分を備える構造ビームを製造するための方法を手供することが本発明のさらに追加的な目的である。
【００１５】
従来技術のビームシステム組立て方法よりも素速く経済的な、ビームシステムを組み立てるための方法を提供することが本発明のさらに追加的な目的である。
【００１６】
本発明の他の目的及び利点は、記載の進行に応じて明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、２つの反対に向けられる三角形の閉塞ヘッド部分と、２つの閉塞ヘッド部分の間に介装される横断方向に延びるウェブとを有する少なくとも１つの複合ビームを含み、ビームのそれぞれは、２つの部材の対応するヘッド部分が入れ子状に収められ且つ２つの部材の隣接する素子が相互安定接触状態にあるよう配置される２つの別個の部材から成り、複数の接続部材を含み、接続部材のうちの少なくとも２つは、複合ビーム及び他の構造素子のうちの１つに接続され且つ複合ビーム及び他の構造素子のうちの１つと力伝達接触状態にある、モジュラー強化構造ビーム及び接続部材システムを提供する。
【００１８】
ここで言及されるとき、「ビーム」は、各端部で支持され、且つ、水平向き、ポストとして作用するときの垂直向き、棟ビームとして作用するときの傾斜向きを含む、如何なる便利な向きにも配置される、剛的な細長い構造部材である。「横断」方向は、ビームの長さに沿うことを意味する。「長手」方向は、ビームの２つの三角形ヘッド部分の間の方向を意味する。「横」方向は、ビームの２つのウェブ部分の間の方向を意味する。
【００１９】
概ね比較的厚いシート金属から成る接続部材は、冷間ファスナによる並びに溶接によるような任意の適切な手段を用いて、工学的な考慮に従った強化を必要とするビームの領域で、複合ビームに接続される。
【００２０】
複合ビームの各部材は、第一ヘッド部分と、第二ヘッド部分と、第一ヘッド部分と第二ヘッド部分との間に介装される長手方向に配置されるウェブ部分とを含み、第一ヘッド部分及び第二ヘッド部分は、対応する本質的に横方向に配置されるフランジと、フランジの第一横方向端部とウェブ部分との間に延びる傾斜素子と、フランジの第一横方向端部から延び且つ傾斜素子の長さよりもかなり短い長さを有する傾斜舌部とを備えて構成される。
【００２１】
三角形の閉塞ヘッド部分の第一辺は、２つの複合ビーム部材の２つのフランジを含み、その第二辺及び第三辺は、複合ビーム部材の一方の傾斜素子と、他方の複合ビーム部材の舌部とを含む。閉塞ヘッド部分の第二辺及び第三辺に関して、傾斜素子とその対応するフランジとの間の角度間隔は、舌部素子とその対応するフランジとの間の角度間隔と本質的に等しい。
【００２２】
第一部材のヘッド部分の頂端は、第一ヘッド部分が収められる第二部材のヘッド部分によって強化される。
【００２３】
好適実施態様において、三角形の閉塞ヘッド部分の隣接する辺は、６０度の角度だけ角度的に離間する。
【００２４】
好適実施態様において、各ビーム部材は、冷間圧延される。従って、複合ビームは、亜鉛メッキされたシート金属を複数の冷間ローラを通じて送り込むステップと、接続部材又は空調機器への接続を容易にし、或いは、それを通じて電線を通すよう、前記シート金属に孔を穿けるステップと、第一部材を形成するために、前記シート金属を所望の寸法で所望の形状に曲げるステップと、第二部材を形成するために、これらのステップを反復するステップと、前記第一及び第二部材の対応するヘッド部分が入れ子状に収められるよう、前記第一及び第二部材の隣接する素子が相互安定接触状態にあるよう、並びに、前記第一及び第二部材の対応する横断縁部が整列されるよう、少なくとも前記第二部材を変位するステップとによって自動的に製造される。
【００２５】
１つの特徴において、ビーム部材のうちの１つの相対的な横断方向変位を防止するために、冷間ファスナのような、第一及び第二のビーム部材の対応するフランジを接合するための手段をさらに含む。
【００２６】
１つの特徴において、冷間ファスナのような、第一及び第二のビーム部材の対応するウェブ部分を接合するための手段をさらに含む。
【００２７】
１つの特徴において、ビームの第一ヘッド部分のフランジは、第二フランジ部分のフランジよりも長い横方向寸法を有する。
【００２８】
１つの特徴において、第一及び第二の部材は同一であり、第二部材は、第二部材の第一ヘッド部分が第一部材の第二ヘッド部分内に収められ、第一部材の第一ヘッド部分が第二部材の第二ヘッド部分内に収められるよう、第一部材と反対の向きにある。
【００２９】
１つの特徴において、ビームの第一ヘッド部分のフランジは、第二フランジ部分のフランジと同一の横方向寸法を有する。第二部材の第一ヘッド部分は、第一部材の第一ヘッド部分内に収められ、第二部材の第二ヘッド部分は、第一部材の第二ヘッド部分内に収められる。
【００３０】
１つの特徴において、第二部材の第一ヘッド部分は、第一部材の第一ヘッド部分内に収められ、第二部材の第二ヘッド部分は、第一部材の第二ヘッド部分内に収められる。
【００３１】
１つの特徴において、第一部材のヘッド部分の頂端は、第一ヘッド部分が収められる第二部材のヘッド部分によって強化される。
【００３２】
１つの特徴において、接続部材は、接続部材及びビーム内に穿孔される対応する整列孔と係合可能な冷間ファスナを用いて、複合ビームに接続される。よって、接続部材は、溶接の必要なしに、ビームに接続可能であり、ビームシステムを組み立てる建設作業員は、特別な訓練を必要としない。
【００３３】
各ビーム及び接続部材は、鋼、金属、合金、プラスチック材料、及び、複合材料の群から選択され得る。
【００３４】
接続部材は、好ましくは、冷間ファスナを用いて現場で接続される市販品である。
【００３５】
１つの特徴において、ビームシステムは、一体に溶接される１つよりも多くの素子を含む。
【００３６】
１つの特徴において、接続部材は、冷間ファスナ及び前記ビームに内部的に取り付けられる反応プレートインサートを用いて、複合ビームに接続される
【００３７】
１つの特徴において、接続部材は、選択的な横断方向、長手方向、及び、横方向を有するスリーブとして構成され、選択的な寸法を有する複合ビーム周の一部を完全に取り囲み、且つ、相互に安定化させる接触状態にあるよう構成される。
【００３８】
１つの特徴において、スリーブは、２つの同一平面上のビームに接続され、それによって、従来技術ビームシステムのビームよりもかなり長い距離に渡り且つ少ない筋違を必要とする増大された横断方向長さの比較的軽量の結合ビームを製造する。もし結合ビームの横断方向長さが現場間隙と異なるならば、建設作業員は、結合ビームの１つ又は２つのビームをスリーブに対して摺動し、スリーブの整列孔及び対応するビームを接続することによって、結合ビームの伸縮調節を行う。もし孔が整列されないならば、追加的な孔が穿孔され、次に、冷間ファスナが整列孔と係合される。
【００３９】
１つの特徴において、スリーブは、一体に溶接される２つの冷間圧延素子を含む。
【００４０】
１つの特徴において、スリーブは、単一素子を含み、その２つの隣接する縁部は一体に溶接される。
【００４１】
１つの特徴において、スリーブは、ビームの２つの横方向側部にそれぞれ接続される２つの隣接する半体スリーブを含む。
【００４２】
１つの特徴において、接続部材は、１つのだけのウェブとして構成される。
【００４３】
１つの特徴において、接続部材のウェブは、接続部材が取り付けられるビームのウェブよりも実質的に短い。
【００４４】
１つの特徴において、接続部材は、ビームのウェブ又はフランジと力伝達接触するプレートを含む。
【００４５】
１つの特徴において、接続部材は、角度的に離間した２つのプレートと、２つのプレートの間に延在し且つ２つのプレートに対して傾斜する素子とを含む。
【００４６】
１つの特徴において、接続部材は、少なくとも１つのリブをさらに含む。
【００４７】
１つの特徴において、接続部材は、瞬間接続として構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明は、従来的なＩ形鋼に対して横方向安定性及び強度対重量比の増大をもたらす２つの三角形に成形されたヘッド部分を有する新規な構造ビームである。幾つかの従来技術ビームは冷間圧延プロセスによって製造された三角形に成形されたヘッド部分で構成されるが、これらのヘッド部分は閉塞された三角形であり、その第三辺は、その非アクセス可能性、及び、閉塞された三角形を形成するために、シート金属が曲げられるときに、ローラが供給シート金属を支持し得ないことの故に、素速く自動的に成形され得ない。対称的に、本発明のビームは、２つの部材の対応するヘッド部分が入れ子状に収められるよう配置される２つの別個の反対向きの部材から成る複合ビームである。各ヘッド部分は、不完全な三角形であるので、部材の舌部、即ち、末端は、部材が所望の構成に成形されるのを可能にするよう、ローラに十分にアクセス可能である。１つの部材のヘッド部分が、他の部材の対応するヘッド部分内に収められるとき、二層化された、従って、強化された頂端を有する閉塞三角形が製造される。以下に記載されるように、２つの部材のウェブを接続し、ビームを接続部材に接続するために、冷間ファスナ(cold  fastener)が使用される。溶接は必要とされず、従って、本発明のそのようなビームの製造、及び、１つ又はそれよりも多くのビームを利用するビームシステムの組立ては、従来技術よりも素速く且つ経済的であり、実質的に同一の耐荷力を有する。
【００４９】
図１は、それらが入れ子状に納められるときの、複合ビームの２つの横断方向に延びる部材の斜視図を例証している。番号１０によって指されるビームは、２つの同一の反対向きの部材５及び１５を含む。以下の記載は部材５に関するが、部材１５が類似して構成されることは明らかであろう。
【００５０】
部材５は、第一ヘッド部分２と、第二ヘッド部分１２と、第一ヘッド部分２と第二ヘッド部分１２との間に介装された長手に配置されたウェブ部分７とを有する。第一ヘッド部分２は、本質的に横方向に配置された、即ち、長手方向に配置されるウェブ部分７に対して直交するフランジ６と、横断方向に延びる第一ヘッド部分接合部４からフランジ６の１つの横方向端部に延びる傾斜素子３と、フランジ６の他の横断方向端部でフランジ６の接合部１１から斜めに延びる舌部１３とを有する。舌部１３は、接合部４に向けられているが、その長さは、傾斜素子３よりもかなり短い。第二ヘッド部分１２は、第一ヘッド部分２のフランジ６よりも長い横方向寸法を有する、本質的に横方向に配置されるフランジ１６と、横断方向に延びる第二ヘッド部分接合部１４からフランジ１６の１つの横方向端部にある接合部１８に延びる傾斜素子２３と、フランジ１６の他の横方向端部でフランジ１６の接合部２６から斜めに延びる舌部２７とを有する。舌部２７は接合部１４に向けられているが、その長さは、傾斜素子２３よりもかなり短い。
【００５１】
第一ヘッド部分２の舌部１３とフランジ６との間の角度は、第二ヘッド部分１２の傾斜素子２３とフランジ１６との間の角度と本質的に等しい。第二ヘッド部分１２の舌部２７とフランジ１６との間の角度は、第一ヘッド部分２の傾斜素子３とフランジ６との間の角度と本質的に等しい。第二ヘッド部分１２の接合部１４からフランジ１６までの長手寸法は、第一ヘッド部分２の接合部４からフランジ６までの長手寸法とフランジ６の厚さの合計と実質的に等しい。よって、部材５の第一ヘッド部分２が、部材１５の第二ヘッド部分１２内に収められるとき、並びに、部材１５の第一ヘッド部分２が、部材５の第二ヘッド部分１２内に収められるとき（以後、「第一ヘッド部分及び第二ヘッド部分が交互に収められる構成にある」と言う）、部材５及び１５の対応する素子は、相互に安定化させる接触状態にあり、外力がビーム１０に加えられ、部材１５に対する部材５の僅かな相対変位を引き起こすとき、部材５の素子が、部材１５の対応する素子と物理的に接触し、部材１５の対応する素子を安定化させるよう構成されること、或いは、その逆を意味する。第一及び第二のヘッド部分が交互に収められる構成にあるとき、相互に安定化させる接触にある２つの素子が相互に物理的に接触している間、前記２つの素子は、外力の適用の間、物理的に接触している状態にあり得る。よって、相互の安定化させる接触は、変位される素子のさらなる変位を防止する。例証されるように、部材５及び１５の各ウェブ部分７、並びに、各対応する対のフランジ６及び１６、各対応する対の傾斜素子３及び舌部２７、並びに、各対応する対の傾斜素子２３及び舌部１３は、相互に安定化させる接触状態にある。ビームは、部材５及び１５の対応する素子の間に相互に安定化させる接触をもたらすので、シート鋼の厚さは、比較的簡単な冷間圧延機を必要とする４ｍｍのみであり得るにも拘わらず、８ｍｍ厚さのシート鋼の構造強度をもたらす。
【００５２】
第一及び第二のヘッド部分が相互に収められる構成にあるとき、複合ビーム１０は、強化された頂端も促進する。第一及び第二のヘッド部分は不完全な三角形であるが、それらが入れ子構成にあるとき、本質的に閉塞された三角形が形成される。よって、側部の複合ヘッド部分を参照すると、フランジ６及び１６から成る二層ベース、部材５の傾斜素子２３である第一辺、及び、部材１５の傾斜素子３である第二辺によって、閉塞された三角形が定められる。部材１５の第一ヘッド部分が、部材５の第二ヘッド部分内に収められるとき、部材１５の第一ヘッド部分の、接合部の近傍にある２つの隣接する素子を接続する頂点又は丸められた部分は、それらと相互に安定化させる接触状態にある、部材５の第二ヘッド部分の頂点によって強化される。複合ヘッド部分の閉塞された三角形は、好ましくは、正三角形であるが、他の組み合わせの角度を有する閉塞された三角形も適する。
【００５３】
複合ヘッド部分による閉塞された三角形の形成によって提供される他の利点は、第一及び第二のヘッド部分素子の寸法の相違の故に、第一ヘッド部分接合部４と第二ヘッド部分接合部１４の各対が、フランジ６及び１６と平行な平面と同一平面上にあることである。もし第一ヘッド部分接合部４及び第二ヘッド部分接合部１４が、本発明と対称的に、フランジ６及び１６と平行な平面と同一平面上にないならば、２つのウェブ部分７の領域は、相互に安定化させる接触状態にない。例えば、底部複合ヘッド部分を参照すると、部材５の接合部１４は、部材１５の接合部４の下にあり得ることで、部材１５の接合部４の下の部材５のウェブ部分７の領域を支持されず、従って、十分に高い力が加えられるときに湾曲の影響を受けやすい。従って、本発明の複合ヘッド部分の閉塞三角形構造は、ビームの横方向安定性を増大し、それは強い風又は地震に晒されるときに非常に重要である。
【００５４】
図２は、複合ビームの側面図を例証しており、それは図１と異なって向けられている。部材５と部材１５の相対的な横断方向変位は、頂部及び底部の複合ヘッド部分のそれぞれの一対のフランジ６及び１６を冷間ファスナ４１、例えば、ネジ、ボルト、ナット、及び、リベットによって接続することによって防止される。対応するフランジを通過した後のビームヘッド部分内でのそれらの非アクセス可能性の故に、盲リベットがフランジファスナのための好適な選択肢である。冷間ファスナ４１は、一方のフランジから他方のフランジへの引っ張り力及び圧縮力並びにモーメントの伝達も可能にする。冷間ファスナが組立ての容易性の故に好ましいが、２つの隣接するフランジは、スポット溶接及びレーザ溶接のような、如何なる他の適切な接続手段によっても互いに接続され得ることが理解されよう。部材５及び１５の２つのウェブ７は、剪断力が一方のウェブから他方のウェブに伝達され得るよう、冷間ファスナ４２又は他の任意の適切な接続手段によってそれぞれ互いに接続され得る。
【００５５】
図３は、ビーム１０内に穿孔される孔の例示的な場所を示す、複合ビーム１０の斜視図を例証しており、それによって、接続部材、又は、以下に記載されるように、冷間ファスナは、ビームに取り付けられる。図示されるように、ウェブ孔３２は、その前方横断方向縁部３４及び後方横断方向縁部３５の近傍で、ウェブ７内に穿孔されている。上方対のフランジのみが明瞭性のために例証されているが、フランジ孔３６が、その前方横断方向縁部３８及び後方横断方向縁部３９の近傍で、上方対及び下方対のフランジ６（図２）及び１６内に穿孔されている。ウェブ孔３２及びフランジ孔３６は、ビーム１０に取り付けられる接続部材の種類に依存して、他の場所にも穿孔され得ることが理解されよう。如何なる所与の場所に穿孔される孔の数は、シート金属の厚さ、ビームの寸法、前記場所での応力集中のような、工学上の考慮に依存する。
【００５６】
本発明の複合ビームは、横断方向が水平又は傾斜であるようビームが向けられるときに、ビームとして使用され得るのみならず、横断方向が垂直であるようビームが向けられるときに、ポストとしても使用され得ることが理解されよう。以下の記載は、水平の横断方向を有するビームに適用されるが、全ての他のビーム向きも同様に適用可能であることが想定される。
【００５７】
図１を参照して記載されたように、部材５及び１５は同一なので、２つの部材は、同一の冷却圧延プロセスで製造可能であり、それによって、不完全な三角形によって特徴付けられる第一ヘッド部分２及び第二ヘッド部分１２が亜鉛メッキシート金属から形成される。溶接される熱間圧延Ｉ形鋼の製造費用は、相当に一層高価である。何故ならば、様々なビーム素子を溶接することに含まれる時間及び費用に加えて、製造されるビームは、亜鉛メッキされる必要があるからである。次に、複合ビーム１０は、部材の１つを反転させることによって製造される。図１の向きに関して、例えば、部材１５は、そのより小さな第一下方ヘッド部分２よりも大きな上方第二ヘッド部分１２を有し、部材５は、その下方第二ヘッド部分１２よりも小さな上方第一ヘッド部分２を有する。次に、その下方第一ヘッド部分２が部材５の下方第二ヘッド部分１２内に受容され、その上方第二ヘッド部分１２が部材５の上方第一ヘッド部分２を取り囲むまで、部材１５は僅かに上げられる。次に、部材５及び１５が交互に収められる構成にある間に相互に安定化させる接触状態にあるよう、部材５の前方横断方向縁部３８及び後方横断方向縁部３９（図３）が整列されるまで、部材１５は横断方向に摺動される。ウェブ孔及びフランジ孔は、所与の工学的な考慮に依存して、２つの部材が収められた後に、或いは、代替的に、冷間圧延プロセス中に穿孔され得る。複合ビームを製造するために必要とされる前述のステップの全ては、コンピュータ化された送込み及び位置合わせ機器を用いて自動的に遂行され得る。
【００５８】
図４は、２つの部材４４及び５４が同一でなく、むしろ部材４４の頂部ヘッド部分４６及び底部ヘッド部分４８がそれぞれ同一であり、部材５４の頂部ヘッド部分５６及び底部ヘッド部分５８がそれぞれ同一である。部材５４のヘッド部分は、部材４４のヘッド部分よりも小さく、部材５４のヘッド部分５６が部材４４のヘッド部分４６内に収められ、部材５４のヘッド部分５８が部材４４のヘッド部分４８内に収められ、部材４４及び５４の対応する素子が相互に安定化させる接触状態にあるよう、強化された頂端も促進する入れ子構成にある。２つの部材４４及び５４は、２つの別個の冷間圧延プロセスによってそれぞれ製造され、次に、部材５４は、そのヘッド部分５６及び５８が部材４４のヘッド部分４６及び４８内にそれぞれ受容されるまで僅かに上げられる。次に、部材５４は、それが部材４４と横断方向に整列されるまで変位される。
【００５９】
図５は、２つの部材６４及び７４が同一でなく、異なるサイズの頂部ヘッド部分及び底部ヘッド部分を有する複合ビーム６０の側面図を示している。部材７４の上方ヘッド部分７６は、部材６４の上方ヘッド部分６６内に収められ、部材７４の下方ヘッド部分７８は、部材６４の下方ヘッド部分６８内に収められている。
【００６０】
本発明の複合ビームの２つの部材は相互に安定化させる接触状態にあるので、頂部及び底部の複合ヘッド部分の頂端、並びに、第一及び第二のヘッド部分接合部の各対は、対応するフランジと平行な平面と同一平面上にあり、本発明のビームは、同一スパンのために従来技術のビームより少ない鋼を必要としながら、同一の耐荷力をもたらす。
【００６１】
以下の表I−IIIは、所与の所要量の慣性モーメント（ＭＯＩ）に対するその重量及び最大偏差（「％」と呼ぶ）に関して、本発明のビーム（「本発明」と呼ぶ）を様々な従来技術Ｉ形鋼と比較している。
【００６２】
表I
１５メートルスパン−中心で８メートル−許容偏差Ｌ／２５０−所要ＭＯＩ２７２０４ｃｍ４−静荷重２５ｋｇ／ｍ２。動荷重＋風４０ｋｇ／ｍ２。
【００６３】
【表１】
2009526150.tif 000002
【００６４】
表II
２０メートルスパン−中心で４メートル−許容偏差Ｌ／２５０−所要ＭＯＩ３２２４２ｃｍ４−静荷重２５ｋｇ／ｍ２。動荷重＋風４０ｋｇ／ｍ２。
【００６５】
【表２】
2009526150.tif 000003
【００６６】
表III
２０メートルスパン−中心で８メートル−許容偏差Ｌ／２５０−所要ＭＯＩ６４４８４ｃｍ４−静荷重２５ｋｇ／ｍ２。動荷重＋風４０ｋｇ／ｍ２。
【００６７】
【表３】
2009526150.tif 000004
【００６８】
見られ得るように、本発明のビームは、同一スパン及び所要ＭＯＩに関して、従来技術のビームに比べて著しく少ない重量（約５５％少ない）を有する。本発明のビームのための最大偏差も、従来技術の最大偏差よりも著しく少ない。
【００６９】
以前は、ビームは、屋根支持体又は金属デッキを支持する構成されるＣ形状又はＺ形状の母屋桁のような他の構造部材に溶接によって接続されるときに、高い応力集中に晒された。集中荷重の故に、ビームは、例えば、各応力集中で、リブによって強化される必要がある。強化部材は、溶接によってビーム及び母屋桁に接続されなければならず、高価で労働集約的で時間のかかる組立てプロセスをさらに増大する。
【００７０】
本発明のビームシステムは、冷間ファスナによってビームに取付可能な事前組立て接続部材を提供することによって、ビームシステムを組み立てるのに必要とされる費用、労働、及び、時間を著しく減少する。次いで、接続部材は、他の構造素子に取り付けられ、従って、一方の構造素子から他方の構造素子に力又はモーメントを伝達するよう構成される。図３に例証されるように、複合ビームの製造中に、接続部材が取り付けられる孔が、シート鋼内に穿孔される。孔は、円形、矩形、及び、楕円形の孔を含む如何なる便利な形状をも取り得る。代替的に、孔は、現場で穿孔され得る。孔は、フランジにであれウェブにであれ、工学的な考慮に従って、シート鋼の如何なる便利な領域にも穿孔され得る。従って、ビームシステムは、同一ビームが多くの異なる用途において使用され得る、並びに、第一接続部材から分離され且つ第二接続部材に取り付けられ得るという意味で、モジュラーである。本発明のビームシステムの他の利点は、構造、例えば、工業用空調装置上に新たに取り付けられる組立体によって加えられる荷重を分配するために、接続部材が、如何なる溶接もなしに、既存の構造のビームに取り付けられ得ることである。従来技術のビームシステムに関しては、対称的に、構造は、新たに取り付けられる組立体によって課される集中応力を減少するために、筋違(bracing)及び溶接を含む修繕を経る必要がある。
【００７１】
図６は、本発明に従った概ね数字８０によって指し示される接続部材の側面図を例証している。接続部材８０は、選択的な横断方向長さを有するスリーブとして構成され、前記選択的な横断方向長さを有する複合ビーム周の一部を完全に覆い、且つ、複合ビーム周の一部と相互に安定させる接触状態にあるよう構成される。スリーブは、２つの対称的な素子のような２つ又はそれよりも多くの冷間圧延素子を一体に溶接することによって、或いは、単一素子の２つの隣接する縁部を一体に溶接することによって形成され得る。代替的に、図１５の接続部材８０Ａによって例証されるように、スリーブは、ビームの２つの横方向側部にそれぞれ接続される２つの隣接する半体から構成され得る。
【００７２】
図示されるように、接続部材８０は、上方三角形ヘッド部分８２と、下方三角形ヘッド部分８４と、上方ヘッド部分８２と下方ヘッド部分８４との間で長手に延びる離間した平行なウェブ部分８６及び８７とを有する。ヘッド部分８２は、フランジ９１と、フランジ９１からウェブ部分８６及び８７にそれぞれ延びる２つの傾斜素子９３及び９４とを有する。同様に、ヘッド部分８４は、フランジ９５と、フランジ９５からウェブ部分８６及び８７にそれぞれ延びる２つの傾斜素子９７及び９８とを有する。ウェブ及びフランジは、接続素子８０が冷間ファスナによって複合ビームに取り付けられることを可能にするよう、所定場所で孔で穿孔されている。接続部材８０は、接続部材８０が取り囲む複合ビームの対応する外向きに面する素子との相互に安定化させる接触を促進する適切な寸法及び適切な構造で形成されている。
【００７３】
図７では、接続部材８０は、複合ビーム１０の部材５及び１５を取り囲み、複合ビーム１０の部材５及び１５と相互に安定化させる接触状態にあるよう示されている。図１、２、及び、６をさらに参照すると、接続部材８０は、それが集中荷重に晒されることが予期されるその選択的な領域に配置されるまで、ビーム１０に沿って横断方向に変位されている。冷間ファスナ７１が、対応する整列されたフランジ孔を介して、ビーム１０及び接続部材８０の対応するフランジに取り付けられ、冷間ファスナ７２が、対応する整列されたウェブ孔を介して、ビーム１０及び接続部材８０の対応するウェブに取り付けられた後、ビーム及び接続部材の素子は、力伝達及び相互安定化接触状態にある。例えば、接続部材８０のフランジ９１は、部材５のフランジ１６と接触し、接続部材８０の傾斜素子９８は、部材１５の舌部２７と接触する。
【００７４】
フランジファスナ７１は、一般的には、盲リベットであり、ウェブファスナ７２は、一般的には、整列されたウェブ孔を通過し且つ対応するナットと螺合される対のボルトである。フランジファスナ７１は、より強力な取付力をもたらすよう反応プレートインサート１７６（図１４Ｂ）と螺合可能なボルトでもあってもよい。反応プレートインサート１７６は、例えば、それらの縁部１７６及び１７７が１つの横断方向端部でそれぞれ同一平面上にあるよう一体に溶接される短いプレート１７２及び長いプレート１７４から成る。インサート１７６は、プレート１７２及び１７４内に形成される内ネジ付きボア１７１を通過するファスナを用いて、対応する対のビームフランジに取り付けられる。従って、選択的な接続部材のフランジが、長いプレート１７４内に形成される内ネジ付きボア１７９と係合するよう構成されるフランジファスナ７１を用いて、ビームフランジから離間される長いプレート１７４に取り付け可能である。
【００７５】
図８では、接続部材１００が、１つのウェブ１０４だけで構成され、従って、複合ビームの横方向側とだけ力伝達接触状態にあるよう構成されている。接続部材１００は、ウェブ１０４の上方端部及び下方端部から同一の横方向にそれぞれ延びる傾斜素子１０１及び１０３、及び、それぞれ頂端１１１及び１１２を介して傾斜素子１０１及び１０３からそれぞれ延びる上方フランジ１０７及び下方フランジ１０９も有する。フランジ１０７及び１０９は、接続部材１００が取り付けられるビームのフランジと実質的に同一の横方向寸法を有する。しかしながら、フランジ１０７及び１０９は、工学的な考慮に依存して、複合ビームの対応するフランジの横方向寸法よりも著しく少ない横方向寸法で構成され得る。よって、接続部材１００は、ビームの２つのヘッド部分と力伝達接触状態にあるよう構成される。
【００７６】
図９では、接続部材１００は、ビームの１つの横方向端部で、ビームの上方部分と力伝達接触状態にあるよう構成されている。接続部材１００は、接続部材が取り付けられるビームのウェブよりの実質的に短いウェブ部分１１４を有する。傾斜素子１０１が、ウェブ部分１１４の上方端部から延び、フランジ１０７は、傾斜素子１０１と隣接する頂端１１１から延びている。
【００７７】
図２７に示されるように、接続部材４５は、例えば、ビームのウェブ又はフランジと力伝達接触状態にあり得るプレートであり得る。図２９は、部材５及び１５のウェブにそれぞれ接続されるプレート４５Ａ及び４５Ｂを含むビーム５０を例証している。そのようなビームは、３つ又は４つの部材、例えば、部材５及び１５、プレート４５Ａ、並びに／又は、４５Ｂで製造され得る。代替的に、ビームは、プレートなしで製造され得るし、プレート状接続部材は、現場でウェブに接続され得る。
【００７８】
図２８を参照すると、上面図で示される接続部材５５が、２つの構造素子と部分的な力伝達接触状態にあり得る。接続部材５５は、角度的に離間された、例えば、図示のように相互に垂直な配置にある２つのプレート５７及び５９と、プレート５７及び５９の間に延在し且つプレート５７及び５９８に対して斜めに延在する素子６１とを含む。従って、プレート５７及び５９は、２つの異なる角度的に離間した構造素子に取り付けられるよう構成されている。
【００７９】
図３６Ａ−Ｂは、複合ビームと相互に安定化された接触状態にあるために、２つの三角形ヘッド部分４３１及び４３２を有するスリーブを定めるよう一体に溶接された、２つの同一の異なって向けられた部分４２５及び４２８を含む接続部材４２０を例証している。部分４２５に対して、部分４２８は反転され且つひっくり返されている。
【００８０】
図３６Ｂの向きに示されるように、部分４２８は、ウェブ部分４２１と、上方フランジ部分４２６及び下方フランジ部分４２７のそれぞれと、フランジ部分４２７の横方向端部４２９からウェブ部分４２１の下方長手方向端部４２２に延びる傾斜素子４２３と、ウェブ部分４２１の上方長手方向端部４３２からフランジ４２６の横方向端部４３９に延び且つ傾斜素子４２３と実質的に対称的な傾斜素子４３４と、フランジ４２７の横方向端部４４２から延び且つフランジ４２６に対する傾斜素子４３４の角度と同一のフランジ４２７に対する角度で配置される傾斜舌部４３８とで形成されている。その一方が部分４２５からであり且つ他方が部分４２８からである、傾斜素子４３４及び４３８の長さは、図３６Ａに示されるように、一対の傾斜素子４３４及び４３８の間の溶接スポット４３５Ａ−Ｂの塗布を可能にするために、部分４２８が部分４２５に対して反転され且つひっくり返された状態にあるときに、それらが重なり合うよう選択される。フランジ４２６及び４２７の各対は、フランジファスナによって相互に力を伝達する接触状態にあり、それらは接続部材４２０に接続される複合ビームの対応するフランジ内に穿孔される孔とも係合する。
【００８１】
図１０乃至２６及び３５は、冷間ファスナによって本発明のビームに取り付けられ得る例示的な接続部材を例証している。一般的には市販(off  the  shelf)組立体である、これらの接続部材は、図６に示されるように、ビームの２つの横方向端部と、或いは、図８に示されるように、ビームの１つだけの横方向端部と力伝達接触状態にあり得る。接続部材が前記ビームの部分と類似して成形され、前記ビームと力伝達接触状態に導かれ、冷間ファスナ及び／又は溶接を用いて前記ビームに取り付けられるとき、接続部材は、複合ビームに「接続される」と称される。何れの接続部材も、例えば、異なる形状、向き、寸法、厚さ、ファスナの数、及び、ファスナの場所によってのように、例証されている部材と異なって構成され得ることが理解されよう。
【００８２】
図１０は、同一のプロファイル、即ち、同一の長手方向寸法及び横方向寸法を有する２つのビーム１２２Ａ及び１２２Ｂを接続するために使用される接続部材１２０を例証している。輸送機器のサイズ及び重量の制約の故に、かなり長い横断方向長さ、例えば、２０ｍを有するビームは、普通、経済的に輸送され得ない。従って、２つのより短いビームが、建築現場に輸送され、次に、従来技術で今まで実施されているように、結合ビームの横断方向長さが、溶接の必要なしに増大され得るよう、接続部材１２０及び冷間ファスナ７１及び７２を用いて現場で素速く一体に結合される。フランジファスナ７１は、接続部材の上方フランジ１２２及び下方フランジ１２４をビームの対応する上方フランジ及び下方フランジにそれぞれ接続する。ウェブファスナ７２は、ずれ止め(shear  connection)をもたらすよう、接続部材の１つ又はそれよりも多くのウェブ１２６をビームの対応するウェブに接続する。冷間ファスナ７１及び７２の４つのコラム、即ち、ビーム１２２Ａ及び接続部材１２０の整列された孔への取り付けのための２つのコラムと、ビーム１２２Ｂ及び接続部材１２０の整列された孔への取り付けのための２つのコラムとが利用される。
【００８３】
もし何らかの理由でビーム及び接続部材１２０の孔が整列されないならば、本発明のビームシステムのモジュラリティは、接続部材とビームとが接続されることを保証するような方法で、建設作業員にビーム又は接続部材を再位置決めする十分な柔軟性を与える。例えば、ビームは、その頂端が接続部材１２０の他の頂端と整列されるまで、伸縮状に横断方向に変位され得る。代替的に、接続部材１２０の孔は、例えば、楕円形を有することによって、ビームが横断方向に僅かに変位されるときに、接続部材孔の他の部分がビーム周によって覆われるとしても、対応するビーム孔を通過する冷間ファスナとの係合を許容するように、接続部材孔の一部が十分に露出されるよう適切に形成され得る。もしビーム孔が接続部材孔と整列され得ないならば、追加的な孔がビーム周内に穿孔され得る。ビームと選択的な接続部材を素速く容易く接続するために、以下に記載される他の接続部材も、現場で再位置決めされ得ることが理解されよう。
【００８４】
代替的に、図３０Ａ−Ｃに示されるように、接続部材１２０は、上方反応プレートインサート１２７及び下方反応プレートインサート１２８をそれぞれ用いて、ビーム１２２Ａ及び１２２Ｂを接続するために使用され得る。図３０Ａは、インサート１２７及び１２８を用いてビーム１２２Ａに接続される接続部材１２０の側面図を例証している。組立ての前に、インサート１２７及び１２８が、図３０Ｂに示されるように、フランジファスナ７１によってビーム１２２Ａのフランジに接続される。次に、接続部材１２０が、図３０Ｃに示されるように、インサート１２７及び１２８並びに細長いフランジファスナ１８１を用いて、並びに、接続部材１２０のウェブ内に穿孔される孔１２９及びビーム１２２Ａのウェブ内に穿孔される孔３２を通過するウェブファスナ（図示せず）によって、ビーム１２２Ａに取り付けられる。次に、ビーム１２２Ｂが、接続部材１２０内に挿入された後、ビーム１２２Ａに近接近して配置され、然る後、接続部材１２０は、細長いファスナ１８１によって並びにウェブファスナによって、インサート１２７及び１２８並びにビーム１２２Ｂのフランジに取り付けられる。ビーム１２２Ａ及び１２２Ｂは、接続部材１２０が２つのビームの上に摺動されて接続される前に、近接近して配置され得る。
【００８５】
図１１は、４つのビームを接続するために使用される接続部材１３０を例証しており、接続部材１３０を用いて、２対の隣接するビームは横断方向に接続され、２対の隣接するビームは長手方向に接続される。接続部材１３０は、図１０の接続部材１２０と、接続部材１２０の上方フランジ１２２及び下方フランジ１２４にそれぞれ接続された２つのプレート１３２及び１３４とを含む。フランジファスナ７１は、上方プレート１３２及び下方プレート１３４、接続部材１２０の上方フランジ１２２及び下方フランジ１２４、２つの横断方向に接続されるビームの上方フランジ及び下方フランジとをそれぞれ接続するために使用される。２対の隣接するビームは、接続部材１２０に対して上述のように横断方向に接続される。２対の隣接するビームは、フランジファスナ７１から横方向に離間するプレートの整列された孔１３７を通過する冷間ファスナを用いて上方接続部材の下方プレート１３４を下方接続部材１３０の上方プレート１３２と接続することによって、長手方向に接続される。
【００８６】
図１２は、接続部材１４０を例証しており、接続部材によって、ビーム、例えば、ポストが、基礎又は柱のような構造素子１４８に取り付けられる。接続部材１４０は、ビーム１４５の横断方向端部に接続されるスリーブ状の接続部材８０を含む。接続部材８０の長手方向自由縁部１４２、即ち、ビーム１４５から離れて延びる縁部は、ビーム１４５のウェブ７に対して実質的に垂直な構造端部プレート１４６に溶接されている。次に、プレート１４６は、構造素子１４８と当接関係に配置され、ビームが晒されるであろう全ての予期される力及びモーメントに耐える十分な構造強度を備える接続手段１４９によって、そこに取り付けられる。本発明の如何なるビームシステムも、構造素子への取付けのための接続部材１４０を常に利用することが理解されよう。
【００８７】
図１３は、瞬間接続(moment  connection)によって垂直ビーム１５４と水平ビーム１５８とを接続するための接続部材１５０を例証している。接続部材１５０は、フランジファスナ７１、例えば、盲リベット、及び、ウェブファスナ７２、例えば、ボルト及び対応するナットによって、ビーム１５４及び１５８にそれぞれ接続される２つの隅部スリーブ１５２及び１５３を含む。隅部スリーブ１５２及び１５３は、２つの離間した台形ウェブ１５９を有し、それらは、その遠位縁部１６１、即ち、隅部から離れた縁部が、実質的に長手方向に配置され、近位縁部１６３、即ち、隅部に最も近い縁部が、遠位縁部１６１に対して、例えば、約４５度の角度で傾斜されるよう構成される。隅部スリーブ１５２及び１５３は、遠位縁部１６１から近位縁部１６３に延びる長フランジ１６４及び短フランジ１６６も有する。傾斜端部プレート１６７及び１６８が、隅部スリーブ１５２及び１５３の近位縁部１６３並びにフランジ１６４及び１６６にそれぞれ当接され且つ溶接される。次に、２つの傾斜端部プレート１６７及び１６８は、一体にボルト締めされる。その近位縁部から隅部スリーブと力伝達接触する対応するビームの近位横断方向縁部までの隅部スリーブ内の容積は、中空である。
【００８８】
図１４Ａ−Ｃは、瞬間接続によって垂直ビーム１５４と水平ビーム１５８とを接続するための反応プレートインサート１７６を備える接続部材１７０を例証している。接続部材１５０（図１３）のそれと同様に構成される接続部材１７０は、反応プレートインサート１７６の対応する内ネジ付きボア１７１及び１７９と係合可能な細長いフランジファスナ１８１によって、並びに、ファスナ７２によってビーム１５４及び１５８にそれぞれ接続される、２つの隅部スリーブ１８２及び１８３を含む。インサート１７６の短プレート１７２は、接続部材１７０の長フランジ１８４に隣接する、対応するビームのフランジ６及び１６に取り付けられる。インサート１７６の長プレート１７４は、短プレート１７２の近位縁部から近位に延び、ビームのフランジと当接しない接続部材１７０のフランジ１８４の一部がそれによって固定されることを可能にする。よって、接続部材１７０は、それに晒される比較的高い力に耐え得る。隅部スリーブ１８２及び１８３は、図１３のウェブ１５９と類似して構成されるが、より長い横断方向寸法を有する、２つの離間した台形ウェブを有する。
【００８９】
図１５は、ビーム１９４をガーダ１９５、例えば、周ビーム(perimeter  beam)又は棟ビーム(ridge  beam)に接続するよう構成される接続部材１９０を例証している。接続部材１９０は、ビーム１９４の横断宝庫右端部に接続されるスリーブ８０Ａと、ガーダ１９５の中間部分にスリーブ８０Ａに対して実質的に垂直に接続されるスリーブ８０Ｂと、スリーブ８０Ａの２つのウェブに溶接され且つそれらの間に横方向に延びる端部プレート１９７と、端部プレート１９７並びにスリーブ８０Ｂの隣接するウェブの中心に溶接され且つ端部プレート１９７並びにスリーブ８０Ｂの隣接するウェブの中心から横断方向に延びる端部プレート１９８とを含む。
【００９０】
図１６は、例えば、屋根の頂部のような構造の頂端で棟接続であるよう構成される接続部材２００を例証している。接続部材２００は、一体にボルト締めされる２つの端部プレート２０１及び２０２と、プレート２０１及び２０２にそれぞれ溶接される２つの対称的なスリーブ２０４及び２０５と、２対の対称的な三角形リブ２０７及び２０８とを含む。リブ２０７及び２０８は、概ね、それらの底部縁部２１７及び２１８が、下に位置する地面とそれぞれ平行であるように向けられるが、必ずしもそうである必要はない。スリーブ２０４及び２０５の近位横断方向端部は、所定角度で切断され、次に、近位縁部は、対応する端部プレートと当接関係に配置されて溶接される。接続部材２００を強化するよう構成される各リブ２０７及び２０８は、リブの短い脚部が端部プレートと接触し且つ長い脚部が接続部材フランジと接触するよう、対応する接続部材フランジ並びに対応する端部プレートに溶接される。次に、ビーム２１２及び２１４は、スリーブ２０４及び２０５内それぞれに挿入されて接続される。接続部材２００を使用することで、ビーム２１２及び２１４の間の角度が所定の値であることが保証され得るし、棟接続の構造一貫性が維持され得る。
【００９１】
図１７を参照すると、接続部材２００は、ポスト２２５をビーム２２８に接続するよう構成されている。接続部材２００は、端部プレート１４６を備える図１２の接続部材１４０と、図２８の２つの接続部材５５と、複数の事前溶接済みリブ２２９とを含む。接続部材１４０は、ビーム２２８の横断方向端部に接続され、各接続部材５５は、ポスト２２５の対応する横方向端部に接続されている。ポスト２２５の各横方向端部で、プレート５９は、冷間ファスナによって、ポスト２２５のウェブに接続され、素子６１は、ポスト２２５のヘッド部分内で対応する傾斜素子に当接し、プレート５７は、冷間ファスナによって端部プレートに接続される（図２８を参照）。複数の、例えば、図示されるように３つの水平方向に配置されるリブ２２９が、プレート５７及び５９の双方に溶接されている。
【００９２】
図１８は、同様にポスト２２５をビーム２２８に接続するよう構成される接続部材２３０を例証している。図１７の接続部材２２０によって接続されるポスト及びビームは隣り合う関係にあるが、コネクタ２３０は、比較的離間したポスト及びビームを接続するよう構成されている。即ち、コネクタ２３０は、異なる向きを備えるがコネクタ２２０と同一であり、図１２の部材１４０と、図２８の２つの接続部材５５と、複数の事前溶接されたリブ２２９とを備える。
【００９３】
図１９は、異なる長手方向寸法の相互に垂直なビーム２４２及び２４４を接続するように構成される接続部材２４０を例証している。接続部材２４０は、図８の単一ウェブ接続部材１００と、可変に成形された平面素子２４５とを含む。可変に成形された素子２４５は、ビーム２４２のウェブに接続される矩形部分２４６と、接続部材１００の実質的に横断方向中心線で接続部材１００に溶接される細長い部分２４８とを有する。即ち、可変に成形される素子２４５の横断方向縁部は、傾斜素子１０１及び１０３並びに接続素子１００のウェブ１０４に溶接されている。
【００９４】
図２０及び２１は、ケーブルコネクタとして使用される接続部材２５０及び２６０をそれぞれ例証している。図２０において、接続部材２５０は、図８の単一ウェブ接続部材１００と、接続部材１００のウェブの中心線に沿って長手に延び且つ接続部材１００のウェブの中心線に溶接される強化素子２５１と、強化素子２５１に対して対称的であり且つウェブ１０４から横方向に延びる同一平面プレート２５３及び２５４とを含む。プレート２５３及び２５４は、ウェブ１０４及び強化素子２５１の双方に溶接され、単一の対応する孔で穿孔され、巻強化ケーブル２５６及び２５７の鉤掛け端部２５９が、孔とそれぞれ係合可能である。図２１において、接続部材２６０は、ビーム２５２のウェブに接続されるＬ形状素子２６５を含む。素子２６５の脚部は、ビーム２５２のウェブから横方向に延び、２つの孔で穿孔され、ケーブル２５６及び２５７の鉤掛け端部が、孔とそれぞれ係合可能である。
【００９５】
図２２−２６は、対応する母屋桁に接続される接続部材を例証している。如何なる所望の数の母屋桁も、対応する数の接続部材を用いてビームに接続され得る。
【００９６】
図２２において、接続部材２７０は、ビーム２７２に接続される図６の接続部材と、接続部材８０のウェブ８６の中心線に沿って長手方向に延び且つ接続部材８０のウェブ８６の中心線に溶接される強化素子２７８とを含む。Ｃ形状母屋桁２７５のウェブ２７４は、その１つの横断方向縁部２７９が接続部材８０のウェブ８６と当接関係にあるよう、強化素子２７８に接続されている。
【００９７】
図２３において、接続部材２８０は、Ｌ形状素子２８４であり、脚部２８６は、ビーム２８２のウェブに接続されている。脚部２８６に対して垂直であり且つ同一サイズである脚部２８７が、Ｃ形状母屋桁のウェブ２７４に接続されている。
【００９８】
図２４は、ビーム２９２の２つの横方向端部にそれぞれ接続される図９の２つの接続部材１１０を含む接続部材２９０を例証している。プレート２９５が、対応する接続部材のウェブ１１４に対して垂直に溶接され、対応する接続部材のウェブ１１４と同一の長手方向寸法を有する。三角形リブ２９８が、ウェブ１１４の底縁部及びプレート２９５に溶接されている。よって、２つの同一平面上のＣ形状母屋桁２７５は、接続部材２９０に接続可能であり、それによって、母屋桁２７５のウェブ２７５は、対応するプレート２９５に接続され、ウェブ１１４に当接する。
【００９９】
図２５において、接続部材３００は、ビーム３０２に接続される図９の接続部材１００と、三角形リブ３０３と、三角形プレート４５とを含む。リブ３０３の脚部３０４は、接続部材１１０のフランジ１０７に溶接され、リブ３０３の脚部３０７は、プレート４５に溶接され、それもフランジ１０７に溶接され得る。プレート４５は、次いで、Ｚ形状母屋桁３０５のウェブ３０９に接続されている。
【０１００】
図２６において、接続部材３１０は、２つの相互に垂直な図２７のプレート４５Ｃ及び４５Ｄと、プレート４５Ｃ及び４５Ｄに溶接される三角形リブ３０３とを含む。プレート４５Ｃは、ビームのフランジに接続され、プレート４５Ｂは、Ｚ形状母屋桁３０５のウェブ３０９に接続されている。
【０１０１】
図３５に示されるように、接続部材４５０は、複合ビーム１０及び壁４５５の双方に接続され得る。接続部材４５０は、２つの対称的な部分４６０及び４６５を含む。各部分は、ウェブファスナ７２によってビーム１０の隣接するウェブ７に接続されるウェブ部分４６２と、冷間ファスナ４５７によって壁４５５に接続される壁当接プレート４６６と、ビーム１０の傾斜素子又は舌部と相互安定化接触状態でウェブ部分４６２から壁当接プレート４６６に延びる傾斜素子４６４とを含む。
【０１０２】
本発明のビームシステムによって支持される構造を設計する建築家及び民間技術者は、大きな選択の可能性から利益を得る。前述のビーム及び接続部材の様々な組み合わせが、設計上の荷重及び応力集中に基づいて選択され得る。ビームシステムの耐荷力も、ビーム又は接続部材が製造されるシート金属の厚さを変えることによって、或いは、ビーム及び接続部材を接続するために使用される冷間ファスナの数及び場所を変えることによって変更され得る。
【０１０３】
例えば、図３１に例証されるビームシステム３５０では、最大応力集中は、瞬間接続をもたらす接続部材１５０の隅部３５５の近傍に見られる。接続部材１５０が、ポスト１５４及び棟ビーム２１４に接続され、ポスト１５４は、接続部材１４０に取り付けられる基礎に接続されている。２つの棟ビーム２１２及び２１４は、接続部材２００を用いて接続されている（図１６）。接続部材１５０における応力集中は、接続部材１５０を構成するシート金属の厚さを増大することによって減少され得る。対称的に、従来技術の瞬間接続では、全体的に著しくより長い棟ビームの厚さは、瞬間接続での応力集中を減少するために、必要に迫られて増大され、時間集約的で高価な組立て作業が必要とする。接続部材１５０における応力集中は、その隅部スリーブの横断方向寸法を増大することによっても減少され得る。隣接する棟ビームを接続するファスナが瞬間接続の隅部３５５により近接するので、応力集中は増大し、より大きな数のファスナを必要とする。よって、冷間ファスナが晒される応力集中は、隅部スリーブの横断方向寸法を増大することによって減少される。
【０１０４】
２つのビーム１０に接続される接続部材１２０（図１０）を例証し、２つのビームは、次いで、接続部材（図１２）によって、２つの柱（図示せず）にそれぞれ接続される、図３２に示されるビームシステム３６０では、最大の応力集中は、接続部材は２つのビーム１０の間に介装されるので、接続部材１２０内に見られる。応力集中は、従来技術のビームシステムにおいて以前に実施されたように、ビーム１０の厚さを増大させるよりも、むしろ接続部材１２０の厚さを増大することによって減少され得る。
【０１０５】
図３３は、多くの前述のビーム及び接続部材から組み立てられる例示的なビームシステム３８０を例証している。他の適切なビーム及び接続ビームも利用され得ることが理解されよう。システム３８０の配置は、従来技術ビームシステムのそれと類似するが、本発明の複合ビーム及び接続部材の使用の故に、使用される鋼の量及びシステム３８０に関連する組立て費用は、従来技術システムのそれよりも著しく少ない。
【０１０６】
ビームシステム３８０は、複数のポスト２２５を含み、それらの一部は、Ｌのスパンによって離間され、それらの一部は、２Ｌのスパンによって離間されている。前列３８２は、６個のポストから成り、中心列３８４は、５個のポストから成り、末端側列３８６は、５個のポストから成る。各ポスト２２５は、対応する接続部材１４０を用いて基礎に接続されている（図１２）。棟ビーム２１２又は２１４が、接続部材１５０によって具現化される瞬間接続によってポスト２２５に接続される（図１３）。接続部材２００（図１６）は、１対の棟ビーム２１２及び２１４を接続し、１対の棟ビームは、複数の棟ビーム対が相互に平行であるよう各側列に沿って配置される。接続部材２００を対応する中心ポスト２２５Ｃに接続するために、水平に向けられたプレートが、接続部材２００を強化する底縁部のリブ２０７及び２０８（図１６）に溶接される。次に、接続部材１４０が、接続部材１４０のプレート１４６が上向きに面し且つ冷間ファスナによってリブ２０７及び２０８に溶接されたプレートに取り付けられるよう、中心ポスト２２５Ｃの最上方部分に接続される。複数の母屋桁(purlin)３０５が、金属デッキを支持するために、複数の棟ビームに対して垂直に配置される。母屋桁３０５を各棟ビームに接続するために、接続部材３００（図２５）が使用され、各棟ビームを横断して母屋桁は延在し、各棟ビームによって母屋桁は支持される。母屋桁が、例えば、前列３８２に沿って、瞬間接続に取り付けられるとき、接続部材１５０を含む接続部材３８１が使用され、隅部スリーブ１５３（図１３）のそのフランジ１６４にリブ３０３（図２５）が溶接され、リブも母屋桁３０５のウェブ３０９に接続されるプレート４５に溶接される。末端側列３８６に沿って配置されるもののような横ビーム(cross  beam)１０が、ポストに接続される第一接続部材８０（図６）と、横ビームに接続される第二接続部材８０と、水平に配置されるプレート１９８（図１５）とを含む接続部材３８９を用いて、各ポスト２２５に接続され、プレートは、第一接続部材のほぼ横断方向中心線に並びに第二接続部材のほぼ長手方向中心線に溶接される。巻強化ケーブルが、接続部材２６０（図２１）と係合される。
【０１０７】
図３４は、図３３のシステム３８０において使用されるのと同一のビーム及び接続部材の多くから組み立てられるビームシステム３９０を例証している。従来技術のＩ形鋼に対する本発明の複合ビームの横方向安定性及び強度対重量比の故に、並びに、ビームと力伝達接触する接続部材の使用の故に、適度の厚さ、例えば、４ｍｍのシート金属から成るビームが、筋違(bracing)又は架橋(bridging)なしに、従来技術ビームの最大自由スパン、例えば、２５ｍよりもずっと長い距離で渡り得る。図示されるように、ビームシステム３９０は、その前列３８２に沿って、図３３のビームシステムと同一の数、即ち、６個のポスト２２５を有するが、その中心列３８４は、２個のみのポストから成り、末端側列３８６は３個のみのポストから成る。従って、末端側列３８６に沿うスパンは、４Ｌ程度であり得る。また、横ビームも不要である。
【０１０８】
本発明の幾つかの実施態様が例証によって記載されたが、本発明は、本発明の精神から逸脱したり、請求項の範囲を越えたりせずに、多くの修正、変形、及び、適合を伴って、並びに、当業者の範囲内にある数多くの均等物又は代替的な解決策の使用を伴って遂行され得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】入れ子状に納められた複合ビームの２つの部材を示す斜視図である。
【図２】２つの部材が交互に収められる構成にあるときの複合ビームの２つの部材を示す側面図である。
【図３】複合ビームのウェブ及びフランジに穿孔される孔を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施態様に従った複合ビームを示す側面図である。
【図５】本発明の他の実施態様に従った複合ビームを示す側面図である。
【図６】スリーブとして構成される接続部材を示す側面図である。
【図７】図２のビームを取り囲む相互安定化接触状態にある図６の接続部材を示す側面図である。
【図８】１つのウェブを有する接続部材を示す側面図である。
【図９】接続部材が取り付けられるビームのウェブよりもかなり短い１つのウェブを有する接続部材を示す側面図である。
【図１０】２つの横断方向に離間したビームを接続するよう構成された接続部材を示す斜視図である。
【図１１】２つの長さ方向に離間したビームを接続するよう構成された接続部材を示す斜視図である。
【図１２】ビームを平面的な構造素子に接続するよう構成された接続部材を示す斜視図である。
【図１３】瞬間接続として構成された接続部材を示す斜視図である。
【図１４Ａ】瞬間接続として構成された接続部材の他の実施態様を示す斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４の平面Ａ−Ａについて切断された反応プレートインサートを示す縦断面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ａの平面Ｂ−Ｂについて切断された隅部スリーブを示す水平断面図であり、図１４Ｂの反応プレートインサートの上面を示している。
【図１５】ビームをガーダに接続するよう構成される接続部材を示す斜視図である。
【図１６】棟接続であるよう構成される接続部材を示す斜視図である。
【図１７】隣り合う関係でポストをビームに接続するよう構成される接続部材を示す斜視図である。
【図１８】ポストを垂直に離間したビームに接続するよう構成される接続部材を示す斜視図である。
【図１９】異なる長手方向寸法の２つの相互に垂直なビームを接続するよう構成される接続部材を示す斜視図である。
【図２０】ケーブル接続として使用される接続部材を示す斜視図である。
【図２１】ケーブル接続として使用される接続部材を示す斜視図である。
【図２２】対応する母屋桁への接続のために適合される接続部材を示す斜視図である。
【図２３】対応する母屋桁への接続のために適合される接続部材を示す斜視図である。
【図２４】対応する母屋桁への接続のために適合される接続部材を示す斜視図である。
【図２５】対応する母屋桁への接続のために適合される接続部材を示す斜視図である。
【図２６】対応する母屋桁への接続のために適合される接続部材を示す斜視図である。
【図２７】プレートとして構成された接続部材を示す側面図である。
【図２８】接続部材の他の実施態様を示す上面図である。
【図２９】図２７の２つの接続部材が接続されるビームを示す側面図である。
【図３０Ａ】反応プレートインサートが接続される複合ビームを示す側面図である。
【図３０Ｂ】図３０Ａのビームを示す正面図である。
【図３０Ｃ】図１０の接続部材によって接続される２つのビームを示す正面図である。
【図３１】瞬間及び棟接続を備えるビームシステムを示す正面図である。
【図３２】ビームに取り付けられる２つの柱を接続するために適合されるビームシステムを示す正面図である。
【図３３】従来技術のビームシステムの配列に類似する、複数のビーム及び接続部材を利用するビームシステムを示す斜視図である。
【図３４】複数のビーム及び接続部材を利用する他のビームシステムを示す斜視図であり、図３３の配列に対して、本発明のビーム及び接続部材の使用で実現され得るポスト間の増大されたスパンを示している。
【図３５】ビームを壁に接続するよう構成される接続部材を示す水平断面図である。
【図３６Ａ】２つの三角形ヘッド部分を有するスリーブを定めるよう一体に溶接された２つの同一の異なって向けられた部分を含む接続部材を示す側面図である。
【図３６Ｂ】図３６Ａの部分の１つを示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【国際調査報告】
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