(57)【要約】【課題】  スパンと積載荷重の大きな建物を経済的に構築できる床・梁システムを提供する。【解決手段】  梁の全体形状を束材２本以上を有する張弦梁形状とし、上弦材および束材にＨ型鋼を採用し、上弦材をスパン約１／３以下として上部のコンクリートスラブと一体化した合成梁とする。また下弦材を束材よりも幅の広い一本の平鋼として、製作加工手間を削減し、梁全体としての鉄鋼重量を半減させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンリート造の床スラブとそれを受ける２本以上の鉄骨造梁で構成される合成梁床構造の建築床構造システムにおいて、
前記鉄骨造梁が前記床スラブにほぼ平行に配置された上弦材および下弦材と、これらを連結する束材とから構成された張弦梁構造となっており、
前記上弦材および前記束材はＨ型鋼、前記下弦材は平鋼で構成されていることを特徴とする建築床構造システム。
【請求項２】
請求項１に記載の建築床構造システムにおいて、
前記床スラブを、トラス状鉄筋と一体化された鋼製型枠を前記上弦材の上に架設し、且つ前記上弦材と溶接により一体化して、
前記上弦材の横方法挫掘（軸直交水平方向の移動）を拘束した上で前記床スラブのコンクリートを打設することにより構成したことを特徴とする建築床構造システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の建築床構造システムにおいて、
前記下弦材に用いる平鋼を水平方向に扁平に配置し、その幅を前記束材の幅よりも広くして、
且つその平鋼の曲げ上げ位置を前記束材の外側直近位置としていることを特徴とする建築床構造システム。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の建築床構造システムにおいて、
前記下弦材に、前記上弦材および前記束材よりも高強度の材料を使用していることを特徴とする建築床構造システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の建築床構造システムにおいて、
前記上弦材の、上フランジ乃至下フランジより上の部分を、コンクリートで被覆していることを特徴とする建築床構造システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の建築床構造システムにおいて、
前記床スラブの前記トラス状鉄筋の下端主筋もしくは上端主筋を前記上弦材の上フランジ上に接触するように直交方向に架設し、且つ前記上弦材と溶接により一体化して、
前記上弦材の横方法挫掘（軸直交水平方向の移動）を拘束した上で、前記トラス状鉄筋から吊り下げられた鋼製型枠の上に前記床スラブのコンクリートを打設することにより構成したことを特徴とする建築床構造システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の建築床構造システムにおいて、
前記鉄骨造梁を、柱通りを避けて配置していることを特徴とする建築床構造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物において比較的大スパンで積載荷重の大きな床およびそれを支える梁を短工期で経済的に構築できる建築床構造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築構造物の中で、特にプラントや倉庫等では、各種の機械や設備、物品等を収容するために、先ず第一に積載荷重が大きいこと、そして使い勝手が良いようにできるだけ柱間隔（スパン）も大きいことが要求される。
【０００３】
工期短縮を図るためには、一般的には鉄骨梁を採用すること、もしくは鉄筋コンクリートやプレストレストコンクリート等のコンクリ−ト系梁ではプレキャスト化を行うことなどが採用されているが、コンクリート系梁を採用すると、重量が大きくなるため、耐震問題や基礎・杭等の設計において不経済になるという問題がある。
【０００４】
これに対して鉄骨造梁は、比較的軽量であり且つ短工期で施工可能であるという有利性を有している。
【０００５】
鉄骨造梁の設計においては、従来よりＨ型鋼の鉄骨梁とコンクリート床スラブを一体化した合成梁として設計することが最も合理的であると考えられており、
また大スパンを構築できる梁としては張弦梁構造が知られている。
【０００６】
従来から、合成梁に関する提案（例えば、特許文献１〜３参照）と、張弦梁構造に関する提案（例えば、特許文献４〜８参照）がある。
【特許文献１】特開２００２−２０６３１１号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８２０９号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１１４５号公報
【特許文献４】特開２００３−１８４３１７号公報
【特許文献５】特開２００１−２４１１０１号公報
【特許文献６】特開２０００−３４７７４号公報
【特許文献７】特開平９−２３５８１６号公報
【特許文献８】特開平７−２６９０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のとおり、鉄筋コンクリート造スラブと鉄骨梁の組み合わせによる建築用床システムの設計法としては、Ｈ型鋼による合成梁として設計することが経済性・施工性の両面から優れた解決策であり、一般的に採用されている方法である。
【０００８】
このＨ型鋼の合成梁システムは合理的ではあるものの、近年の鋼材価格の上昇により、従来よりもかなりコストアップにならざるを得ない状況に追い込まれている。
【０００９】
そこで本発明は、鉄骨造梁による合成梁構造でありながら、Ｈ型鋼を使用する従来の合成梁よりも遙かに経済的なもの、すなわち使用鋼材量が大幅に少なく且つ製作加工費も高くならない合理的な鉄骨造合成梁による床システムを実現しようとするものである。
【００１０】
一方、大スパン用梁システムとしては従来から張弦梁構造が知られているが、これは体育館や展示場などの大スパンの無柱空間を実現するために採用されてきた梁システムである。通常軽量な屋根を対象としているため合成梁効果は期待できないこと、下弦材にはプレストレスを導入するのが一般的であり、またその部材端部の定着ディテールが複雑で特殊な定着部材が必要であるなど課題を有している。
【００１１】
本発明は、上記張弦梁の課題を克服することにより、通常のＨ型鋼による合成梁同様の単純さを有し、且つ使用鋼材量を大幅に減少させる新たな合成梁構造を実現する。そのために以下の構成を採用している。
〈構成１〉
鉄筋コンリート造の床スラブとそれを受ける２本以上の鉄骨造梁で構成される合成梁床構造の建築床構造システムにおいて、前記鉄骨造梁が前記床スラブにほぼ平行に配置された上弦材および下弦材と、これらを連結する束材とから構成された張弦梁構造となっており、前記上弦材および前記束材はＨ型鋼、前記下弦材は平鋼で構成されていることを特徴とする建築床構造システム。
【００１２】
本発明では、張弦梁構造でありながら上弦材にＨ型鋼を採用することでコンクリート床スラブとＨ型鋼との合成梁効果が得られるようにしている。
これに２本以上の束材を配置することにより、上弦材に対しては梁の支持スパンを約１／３以下に短縮する効果が生まれるので、上弦梁のＨ型鋼断面を大幅に小断面化することができる。
【００１３】
次に下弦材に平板状の平鋼（フラットバー）を採用することにより、張弦梁として必要になる下弦材の折り曲げ形状に連続した一部材で加工することが容易となり、且つ従来の張弦梁のようにワイヤーやケーブルなどを採用した場合に必要となる特殊な接続部品や定着具を不要としている。
平鋼は、板厚が薄いために曲げ加工が容易であり、束材と溶接により剛接合した場合でも、その曲げ剛性（断面２次モーメント）が小さいために実質的にはピン接合したと同様の応力状態を実現できる。よって、本発明では下弦材の接合ディテールを大幅に簡略化できることになる。
【００１４】
〈構成２〉
構成１に記載の建築床構造システムにおいて、前記床スラブを、トラス状鉄筋と一体化された鋼製型枠を前記上弦材の上に架設し、且つ前記上弦材と溶接により一体化して、前記上弦材の横方法挫掘（軸直交水平方向の移動）を拘束した上で前記床スラブのコンクリートを打設することにより構成したことを特徴とする建築床構造システム。
【００１５】
本発明は比較的スパンが大きく、平面寸法の大きな建物を対象としているため、床スラブコンクリートを支保工なしで打設できることが大きなメリットとなる。
そのためには一般に鋼製型枠（デッキプレート）を採用すればよいが、もう一点、床スラブのコンクリート硬化前の段階において上弦材であるＨ型鋼の曲げ挫掘を拘束することが重要な条件となる。
上弦材の曲げ挫掘を拘束するには上弦材Ｈ型鋼の軸直角水平方向（弱軸方向）への移動を拘束する必要がある。床スラブのコンクリ−トが硬化すればその心配はなくなるが、硬化前のコンクリートには拘束効果が期待できない。また鋼製型枠は薄板であるためそれ自体では剛性と挫掘拘束力が不足する。そこで本発明は、トラス鉄筋と一体化した鋼製型枠を使用し、鋼製型枠を上弦材に点付け溶接するか、もしくは鋼製型枠上からのスタッド溶接等によりＨ型鋼と一体化して、トラス鉄筋の軸方向抵抗力を利用することにより、Ｈ型鋼の曲げ挫掘を拘束するシステムとしている。
【００１６】
〈構成３〉
構成１又は構成２に記載の建築床構造システムにおいて、前記下弦材に用いる平鋼を水平方向に扁平に配置し、その幅を前記束材の幅よりも広くして、かつその平鋼の曲げ上げ位置を前記束材の外側直近位置としていることを特徴とする建築床構造システム。
【００１７】
本発明では下弦材に平鋼（フラットバ−）を採用する。平鋼を水平方向に扁平に配置することにより、上下方向の曲げ加工を容易にすると同時に、その曲げ位置を２本の束材の外側直近位置にずらすことにより、束材下端を水平面で加工することができるので、束材の加工および下弦材との溶接が容易に行える。
これまでの技術的常識としては、下弦材を束材の中心線で折り曲げるが、その結果、束材と下弦材の接合部形状が複雑となり製作・加工手間がかかることになる。
【００１８】
また下弦材平鋼の幅を束材幅よりも広くすることにより、両者の溶接作業を容易にし安全性・信頼性の高い接合部を実現することができる。
更に平鋼を採用し、これを扁平に配置することは、本床システムに過大な積載荷重が負荷され、床および張弦梁に大きな撓みが発生するような場合においても、下弦材が水平方向に移動し全体の安定性が喪失する危険性を排除することになり、安全性の高い床構造システムを実現している。
【００１９】
〈構成４〉
構成１乃至構成３のいずれかに記載の建築床構造システムにおいて、前記下弦材に、前記上弦材および束材よりも高強度の材料を使用していることを特徴とする建築床構造システム。
【００２０】
下弦材に平鋼を採用することにより、下弦材には純粋な引張り応力が発生することになる。引張り材には挫掘の恐れがないので強度的に効率のよい材料を採用することが可能となり、上弦材および束材よりも強度の高い材料を採用することが合理的となる。
【００２１】
〈構成５〉
構成１乃至構成４のいずれかに記載の建築床構造システムにおいて、前記上弦材の、上フランジ乃至下フランジより上の部分を、コンクリートで被覆していることを特徴とする建築床構造システム。
【００２２】
本発明は、上弦材であるＨ型鋼の少なくとも上フランジをコンクリートで被覆するものとし、上フランジを含んで下フランジより上の部分をコンクリート被覆する。
本発明の梁の上弦材はＨ型鋼で構成されているが比較的小断面部材であるので、この部分のみを床スラブと同じコンクリートで被覆することは容易である。上弦材がコンクリートで被覆されることによって耐火性能が向上し、床スラブ全体としての耐火性能・耐火時間が上昇する。
【００２３】
〈構成６〉
構成１乃至構成５に記載の建築床構造システムにおいて、前記床スラブの前記トラス状鉄筋の下端主筋もしくは上端主筋を前記上弦材の上フランジ上に接触するように直交方向に架設し、且つ前記上弦材と溶接により一体化して、前記上弦材の横方法挫掘（軸直交水平方向の移動）を拘束した上で、前記トラス状鉄筋から吊り下げられた鋼製型枠の上に前記床スラブのコンクリートを打設することにより構成したことを特徴とする建築床構造システム。
【００２４】
上弦材の少なくとも上フランジを床スラブと一体のコンクリートで被覆する方法として、床スラブのトラス主筋を上弦材の上フランジに直接接触するように乗せて、そのトラス主筋（全てでなくてもよい）を上弦材の上フランジに溶接することにより、コンクリート硬化前における上弦材の曲げ挫掘を拘束して床スラブコンクリートを打設する方法である。
特にトラス状鉄筋の下端主筋を上フランジ上に乗せる方法では、コンクリートスラブと上弦材のＨ型鋼との合成梁効果が通常どおり確保でき、施工手間も通常と同じで施工可能である。
またトラス状鉄筋の上端主筋を上フランジ上に乗せる方法では、鋼製型枠位置が上弦材の下フランジ近傍に下がってくるので、上弦材全体をコンクリート被覆することが容易になる。
【００２５】
〈構成７〉
構成１乃至構成６のいずれかに記載の建築床構造システムにおいて、前記鉄骨造梁を、柱通りを避けて配置していることを特徴とする建築床構造システム。
【００２６】
本発明の梁を柱通りを避けて配置することにより、柱と大梁の接合部がシンプルになり、柱梁接合部の構成が単純明快になる。
尚、この場合、水平力に対する建物全体の剛性と耐力は耐震壁などにより別途確保することになる。
【００２７】
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を、実施例を示す図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明のコンクリート床と鉄骨梁で構成される建築床構造システムの断面構成を示している。コンクリートスラブ３１と鉄骨梁の上弦材３４はスタッドボルト３３で一体化されている。
上弦材３４と束材３５はＨ型鋼で構成されており、下弦材３６は平鋼（フラットバー）で構成されている。
図中、符号２は大梁、４は本発明梁端部の接合部分を示している。
【００３０】
本発明の梁では、上弦材３４と下弦材３６の間に大きな空間５があるので、この空間を利用すれば、配管等のために梁貫通孔を設ける必要がなく、設備設計が容易に行えるというメリットがある。
【００３１】
図２は、本発明の鉄骨梁の主要な部分詳細を示したものである。
【００３２】
即ち、図２（１）は梁端部の接合部付近（図１のＡ部）の詳細を示したものである。この梁端部は、引張部材である下弦材３６（平鋼）と圧縮部材である上弦材３４（Ｈ型鋼）が一体化される部分であり、下弦材３６の引張力を上弦材３４全断面の圧縮軸力として伝達するために、Ｈ型鋼の下フランジから上フランジまで斜め部材を配置している。この斜め部材の断面積は下弦材と同等以上の断面としている。
【００３３】
図２（２）は、束材３５と下弦材３６である平鋼との接合部の詳細を示している。下弦材３６の幅は束材３５の幅より広くしてあるので、溶接が容易であり、また下弦材３６の折り曲げ位置を束材の外側直近位置としているので、両者の加工も溶接も容易であり、溶接の信頼性が高い。また、張弦梁の下弦材３６には、従来はワイヤ−やケ−ブルなどの線材が採用されてきたので接合部や折り曲げ部には特殊な接合用部材が必要であったが、本発明では平鋼を採用しているので、連続した一部材とすることが可能で特殊な接合用部材や定着用部材を不要としている。
【００３４】
図３は、上弦材３４をコンクリートで被覆する方法を示している。図３（１）は、Ｈ型鋼の上弦材３４の上に床スラブ用のデッキプレートを乗せて上弦材の上側にコンクリートスラブを打設する一般的方法を示している。このとき上弦材のＨ型鋼はコンクリートで被覆されていない。
【実施例２】
【００３５】
図３（２）は、上弦材３４の上フランジ近傍のみをコンクリート被覆する実施例である。その構築方法には、上フランジの下側に型枠を設けてスラブと同時にコンクリートを打設する方法と、上弦材３４の上フランジを予めプレキャストコンクリートで被覆しておく方法の二通りがある。
【実施例３】
【００３６】
図３（３）は、上弦材３４のほぼ全体をコンクリート被覆する場合である。即ち、上フランジと下フランジの間にコンクリートを充填する方法であり、これは現場でスラブと同時にコンクリート打設する方法と、予め上弦材のコンクリートをプレキャスト化しておく方法がある。
【実施例４】
【００３７】
図３（４）は、上弦材の下フランジから上部のスラブまで台形状にコンクリート被覆する場合の断面図を示している。その構築方法は、上弦材のＨ型鋼の下フランジから上部スラブ下端まで斜めの型枠３２Ｃを取り付けておき、上部のスラブと同時にコンクリートを現場打ちする。この場合、斜め型枠３２Ｃを付加し、スラブ下の鋼製型枠（デッキプレート）３２Ｂには断続的にコンクリート充填用孔を設ける。すなわち、スラブ下端の鋼製型枠３２Ｂの端部にはコンクリートが通過するための孔を設けておくことになる。
【実施例５】
【００３８】
図３（５）は、図３（４）と同じ被覆形状であるが、鋼製型枠（デッキプレート）３２Ａの端部を下側に折り曲げる場合の断面図を示している。スラブ下端の鋼製型枠の端部を折り曲げて、上弦材３４の側面の型枠を兼ねるため、型枠の重複がなくなると同時に、スラブからのコンクリートの充填が容易になり、施工性が向上する。
【実施例６】
【００３９】
図３（６）は、床スラブのトラス状鉄筋の下端主筋を上弦材の上フランジ上に直接接触するように直交方向に架設し、且つその鉄筋を上弦材と溶接により一体化して、上弦材の横方法挫掘（軸直交水平方向の移動）を拘束した上で、トラス状鉄筋から吊り下げられた鋼製型枠の上に床スラブのコンクリートを打設する方法である。
この方法では、床スラブと上弦材との合成梁効果が通常どおり発揮されると共に、材料費・施工性ともに従来の一般的方法と殆ど変わらずに、上弦材の上フランジをコンクリート被覆できることになる。
【００４０】
以上の実施例２から実施例６の方法を採用すると、いずれにせよ、鉄骨梁の上弦材３４がスラブコンクリート内に埋め込まれ、耐火被覆を施したと同様の条件になり、火災安全性が飛躍的に向上する。
これらの本発明の方法は、梁全体を耐火被覆する従来の方法と比較すると、従来の湿式・乾式いずれの耐火被覆材料も不要であり、被覆材料としての使用コンクリートも僅かで、且つ施工手間も殆どかからないので、従来方法よりも遙かに経済的な耐火被覆方法となっている。
【実施例７】
【００４１】
図４は、本発明の鉄骨梁を建物内に配置する方法を例示した平面図である。図中、符号１は柱、２は大梁、３は本発明の梁、３１はコンクリート床スラブをそれぞれ示している。
Ｙ方向（図中、上下方向）は通常の大梁２とし、Ｘ方向（図中、左右方向）の梁３を全て本発明の梁とした場合を示している。
【実施例８】
【００４２】
図５も本発明の鉄骨梁を建物内に配置する方法を示した平面図である。図中、符号１は柱、２は大梁、３は本発明の梁、３１はコンクリート床スラブをそれぞれ示している。
本発明のＸ方向（図中、左右方向）の梁３を柱通りからずらして配置している。この方法により柱・梁接合部がシンプルになると同時に、本発明梁の端部接合部が全て同一の接合詳細で統一されて単純明快となる。しかも、柱梁接合部を貫通する大梁２が一方向に限定されるので、柱梁接合部が大幅に簡略化され、施工が容易になるという大きなメリットが生まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
スパン１１ｍ、梁間隔3.7ｍとして積載荷重1.5t/ｍ2という床の設計条件に対して、従来のＨ型鋼による合成梁と本発明梁とで比較設計を実施した結果、従来のＨ型鋼の部材断面はH-750x250x14x22となり梁１本の鉄骨重量はW=1826kg/本（単位床面積当たりの鉄骨重量＝44.5kg/ｍ2）となるのに対して、本発明梁の鉄骨重量はW=934kg/本（単位床面積当たりの鉄骨重量＝22.8kg/ｍ2）となり、使用鉄骨重量が従来型Ｈ型鋼の僅か51%と半減した。
【００４４】
以上のとおり、本発明は、使用鉄骨量を半減させることが可能であり、特に積載荷重の大きな物流倉庫をはじめとする各種の倉庫、プラント、大型店舗などを経済的に設計できる床梁システムとして大きな経済効果を発揮できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の建築床構造システムを示す断面図。
【図２】図１における重要部分の拡大詳細図。  （１）梁端部の接合部付近の詳細図。（図１のＡ部拡大図）  （２）束材と下弦材との接合部を示す詳細断面図（図１のＢ部拡大図）。  （３）束材と下弦材との接合部を示す詳細平面図（図１のＢ部平面図）。
【図３】上弦材のコンクリート被覆方法を示す断面図。  （１）上弦材をコンクリート被覆しない通常の場合を示す断面図。  （２）上弦材のＨ型鋼の上フランジ近傍のみをコンクリート被覆する場合の断面図。  （３）上弦材のＨ型鋼の下フランジから上フランジまでほぼ梁幅内にコンクリートを充填する場合の断面図。  （４）上弦材の下フランジから上部のスラブまで台形状にコンクリート被覆する場合の断面図。        床スラブの鋼製型枠は上弦材上にかけ、梁側面に型枠を追加する場合  （５）上弦材の下フランジから上部のスラブまで台形状にコンクリート被覆する場合の断面図。        床スラブ下の鋼製型枠（デッキプレート）の端部を下側に折り曲げて、梁側面の型枠を兼ねる場合  （６）トラス状鉄筋の下端主筋を上弦材の上フランジ上に乗せて溶接して床スラブコンクリートを打設する場合の断面図。
【図４】本発明の鉄骨梁を建物内に配置する方法を例示した平面図。
【図５】本発明の鉄骨梁を柱通りからずらして配置する方法を示した平面図。
【符号の説明】
【００４６】
１  ：柱
２  ：大梁
３  ：本発明の梁
３１：コンクリート床スラブ
３１Ａ：コンクリートスラブ内のトラス鉄筋
３２：床スラブ用鋼製型枠（デッキプレート）
３２Ａ：端部を折り曲げる場合のデッキプレート
３２Ｂ：コンクリート打設用に孔をあけたデッキプレート
３２Ｃ：上弦剤の側面に斜めに設ける型枠
３３：スタッドボルト
３４：上弦材（Ｈ型鋼）
３４Ａ：上弦材の被覆コンクリート
３５：束材（Ｈ型鋼）
３６：下弦材（平鋼：フラットバー）
３６Ａ：下弦材フラットバーの折り曲げ位置
３７：梁端部の補強用平鋼
３８：梁端部の接合用プレート
４  ：梁端部の接合部分
４１：接合用カバープレート
４２：高力ボルト
５  ：上弦材３４と下弦材３６の間の空間（隙間）
【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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