(57)【要約】【課題】本発明は、低コストで高機能性や多様性を備えた大型の構造物の架構を構成する構造部材として適用できる、使用済みの鉄道レールを利用した水平構造部材、引張材、及び圧縮材を提供する【解決手段】梁３の下端筋５のうち側面近傍に位置するものが、梁３の長手方向中央部近傍に位置する一部分を所定の長さだけ切り取られ、使用済みの鉄道レール９ａが、下端筋５の対をなす切り残し部５ａの間で、これらと平行に配置されている。また、鉄道レール９ａの両端部各々には、前記下端筋５の対をなす切り残し部５ａとの間に重ね継ぎ手が形成されている。これにより、鉄道レール９ａは、梁３に鉛直荷重が発生した際に、引張応力が発生しやすい下端面の長手方向中央部を補強する補剛材として機能するため、引張応力の発生に伴うコンクリートのひび割れ等を抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材であって、
水平方向に所定の離間間隔をもって並列配置される、鉄筋よりなる複数の上端筋と、
該上端筋と平行で、かつ該上端筋各々に対して鉛直下方向で一様の離間間隔を有する高さ位置に配置される、鉄筋よりなる複数の下端筋と、
該下端筋及び上端筋を埋設するコンクリートを備える鉄筋コンクリート造により構成され、
少なくとも該水平構造部材の側面近傍に位置する下端筋が、水平構造部材の中央部近傍に位置する一部分を切り取られて、該中央部近傍に位置する一部分に使用済みの鉄道レールが、下端筋の対をなす切り残し部と平行に配置されており、
該鉄道レールの両端部各々と、前記下端筋の対をなす切り残し部各々との間に重ね継ぎ手が形成されてなることを特徴とする水平構造部材。
【請求項２】
請求項１に記載の水平構造部材において、
少なくとも該水平構造部材の側面近傍に位置する上端筋が、水平構造部材の中央部近傍に位置する一部分を切り取られて、該中央部近傍に位置する一部分に使用済みの鉄道レールが、上端筋の対をなす切り残し部と平行に配置されており、
該鉄道レールの両端部各々と、前記上端筋の対をなす切り残し部各々との間に重ね継ぎ手が形成されてなることを特徴とする水平構造部材。
【請求項３】
隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材であって、
隣り合う鉛直構造部材を連結するように、水平に延在する鉄骨材と、
該鉄骨材の両端部各々に備えられ、鉄骨材を前記鉛直構造部材に固定する固定部材を備えてなり、
前記鉄骨材の下端部近傍で長手方向の中央部近傍に、鉄骨材と平行に配される使用済みの鉄道レールが、固着手段を介して固着されることを特徴とする水平構造部材。
【請求項４】
隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材の内方に、長手方向の中間部が位置するように配置されている引張材であって、
隣り合う前記鉛直構造部材を架け渡すように、水平に延在する使用済みの鉄道レールよりなり、
水平構造部材の内方に位置する長手方向中間部が、弧状に成形されることを特徴とする引張材。
【請求項５】
請求項４に記載の引張材において、
前記鉄道レールの、弧状に成形される長手方向中間部を挟んだ両端部が、鉛直下方向に延在するように成形され、
該両端部各々を、水平構造部材が架け渡されている隣り合う前記鉛直構造部材の内方に収めることを特徴とする引張材。
【請求項６】
請求項４に記載の引張材において、
前記鉛直構造部材を挟んで、水平方向に連続して配置されている複数の水平構造部材各々の内方に配置された鉄道レールが、隣り合う端部どうしを固着手段を介して固着されて連続することを特徴とする引張材。
【請求項７】
構造物の架構を構成し、材軸方向に圧縮力を受ける圧縮材であって、
複数の使用済みの鉄道レールを束ねるとともに、固着手段を介して固着してなることを特徴とする圧縮材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平構造部材、引張材、及び圧縮材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、産業廃棄物は、その処分方法が煩雑である場合が多く、また再利用する場合にも何れかの再生処理を行う必要があるため、未処理のまま埋立処分される場合が多い。このような中、産業廃棄物の量は年々増加する傾向にあることから、これらに対応すべく、産業廃棄物の再利用に関する様々な方法が考案されている。例えば、特許文献１では、コンクリートがら等の産業廃棄物をコンクリート中に埋設して製作した擁壁等の構築部材が示されており、また、該構築部材の利用方法として、その上面に、同じく産業廃棄物である使用済みの鉄道レールを配置した上で縞鋼板を固着し、産業廃棄物を用いて製作した構築部材を仮設の基礎床として利用する方法が示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１８３６４７号公報（第１３図参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、産業廃棄物の中でも使用済みの鉄道レールは、一般の構造物に適用されている鉄筋と比較して断面が大きいため剛性が高く、またその形状が鉄骨材のように複数のパターンでモジュール化されているため利用しやすいとともに、鉄骨や鉄筋を再利用する場合と異なり、リサイクルではなくリユースできるため、再生に係るエネルギーを不要とする材料として注目されている。これらの特徴を生かした使用済み鉄道レールの、さらなる利用方法が求められている。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、低コスト、高機能性、及び多様性を備えた大型の構造物の架構を構成する構造部材として適用できる、使用済みの鉄道レールを利用した水平構造部材、引張材、及び圧縮材を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の水平構造部材は、隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材であって、水平方向に所定の離間間隔をもって並列配置される、鉄筋よりなる複数の上端筋と、該上端筋と平行で、かつ該上端筋各々に対して鉛直下方向で一様の離間間隔を有する高さ位置に配置される、鉄筋よりなる複数の下端筋と、該下端筋及び上端筋を埋設するコンクリートを備える鉄筋コンクリート造により構成され、少なくとも該水平構造部材の側面近傍に位置する下端筋が、水平構造部材の中央部近傍に位置する一部分を切り取られて、該中央部近傍に位置する一部分に使用済みの鉄道レールが、下端筋の対をなす切り残し部と平行に配置されており、該鉄道レールの両端部各々と、前記下端筋の対をなす切り残し部各々との間に重ね継ぎ手が形成されてなることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の水平構造部材は、少なくとも該水平構造部材の側面近傍に位置する上端筋が、水平構造部材の中央部近傍に位置する一部分を切り取られて、該中央部近傍に位置する一部分に使用済みの鉄道レールが、上端筋の対をなす切り残し部と平行に配置されており、該鉄道レールの両端部各々と、前記上端筋の対をなす切り残し部各々との間に重ね継ぎ手が形成されてなることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の水平構造部材は、隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材であって、隣り合う鉛直構造部材を連結するように、水平に延在する鉄骨材と、該鉄骨材の両端部各々に備えられ、鉄骨材を前記鉛直構造部材に固定する固定部材を備えてなり、前記鉄骨材の下端部近傍で長手方向の中央部近傍に、鉄骨材と平行に配される使用済みの鉄道レールが、固着手段を介して固着されることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の引張材は、隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材の内方に、長手方向中間部が位置するように配置される引張材であって、隣り合う前記鉛直構造部材を架け渡すように、水平に延在する使用済みの鉄道レールよりなり、水平構造部材の内方に位置する長手方向中間部が、弧状に成形されることを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の引張材は、前記鉄道レールの、弧状に成形される長手方向中間部を挟んだ両端部が、鉛直下方向に延在するように成形され、該両端部各々を、水平構造部材が架け渡されている隣り合う前記鉛直構造部材の内方に収めることを特徴としている。
【００１１】
請求項６記載の引張材は、前記鉛直構造部材を挟んで、水平方向に連続して配置されている複数の水平構造部材各々の内方に配置された鉄道レールが、隣り合う端部どうしを固着手段を介して固着されて連続することを特徴としている。
【００１２】
請求項７記載の圧縮材は、構造物の架構を構成し、材軸方向に圧縮力を受ける圧縮材であって、複数の使用済みの鉄道レールを束ねるとともに、固着手段を介して固着してなることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水平構造部材、引張材、及び圧縮材を図１から図１０に示す。本発明の水平構造部材及び引張材は、構造物に期待される高機能性や多様性に対応するために、架構構造を大スパン化する場合に適した構造部材であり、本発明の水平構造部材及び引張材を構造物の架構構造に適用することにより、構造物に要求される、極めてまれに起こる地震時の荷重に対しても安全性を確保できる耐力やねばり、及び居住性や機能性を損なわない範囲の変形に収める構成を実現するものである。
また、本発明の圧縮材は、鉄筋コンクリート造の構造物の大型化に伴い、多大な鉛直荷重を支持する必要の生じる基礎や地下躯体の鉛直部材等に用いるに適した構造部材である。
これら水平構造部材、引張材及び圧縮材は何れも、加工もしくはそのままの状態の使用済みの鉄道レールを用いる構成とすることにより、安価でかつ各々の構造部材に必要な構造性能を付与することを可能にするものである。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート造の架構構造１は、隣り合う柱２と、これらを架け渡すように水平に配される梁３により構成されている。前記柱２は、複数の主筋２ａ及び帯筋２ｂと、コンクリート７を備えた鉄筋コンクリート造の鉛直構造部材であり、梁３は、図１（ｂ）に示すように、鉄筋よりなる上端筋４、下端筋５及びあばら筋６と、これらを埋設するコンクリート７を備えた鉄筋コンクリート造の水平構造部材である。
【００１５】
上端筋４は、梁３の上端面近傍に位置する鉄筋であり、複数が梁幅方向で水平面を形成するように、所定の離間間隔をもって並列配置されている。また、複数の下端筋５は、梁３の下端面近傍に位置する鉄筋であり、該上端筋４と平行で、かつ複数の上端筋４各々に対して鉛直下方向で一様の離間間隔を有する高さ位置に配置されている。これら複数の上端筋４及び下端筋５は、直交して配置される複数のあばら筋６に内包されて、いわゆるかご鉄筋８が形成され、該かご鉄筋８が前記コンクリート７に埋設されることにより、梁３が構成されている。
【００１６】
ところで、本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、前記梁３の下端筋５で側面近傍に位置するものが、梁３の長手方向中央部近傍に位置する一部分を所定の長さだけ切り取られており、該長手方向中央部近傍に位置する一部分に、鉄道レール９ａが、下端筋５の対をなす切り残し部５ａと平行に配置されている。
該鉄道レール９ａは、使用済みとなったものが用いられており、その両端部各々には、前記下端筋５の対をなす切り残し部５ａとの間に重ね継ぎ手が形成されているとともに、この重ね継ぎ手が形成されている部位には、その外周面に複数のスタッドボルト１６が固着手段を介して固着されている。
したがって、該鉄道レール９ａと前記下端筋５の対をなす切り残し部５ａとの間の応力伝達は、図１（ｂ）に示すように、重ね継ぎ手がコンクリート７で埋設されることによりスタッドボルト１６を介して行われることとなる。
【００１７】
このような構成の前記梁３は、図１（ａ）を見てもわかるように、前記鉄道レール９ａが、前記梁３の長手方向中央部近傍に位置する一部分に配置されることとなるが、該鉄道レール９ａは、前記梁３の前記下端筋５として一般に用いられる鉄筋と比較すると断面形状が大きく、剛性も高い。つまり、該鉄道レール９ａは、前記梁３に鉛直荷重が作用した際に、引張応力が発生しやすい下端面の長手方向中央部を補強する補強材として機能することとなり、引張応力の発生に伴うコンクリート７のひび割れ等を抑制することができるものである。
【００１８】
本実施の形態では、鉄道レール９ａの配置位置について、図１（ｂ）に示すように、前記梁３の下端筋５で側面近傍に位置するもののみに配置する構成を示した。しかし、その配置位置は、必ずしもこれにこだわるものではなく、例えば梁３の梁幅方向中間部に位置する前記下端筋５にも、鉄道レール９ａを用いる構成としても良い。
【００１９】
また、該鉄道レール９ａの配置位置は、梁３の下面近傍のみでなく、例えば、図２（ａ）に示すように、前記梁３の上端筋４で側面近傍に位置するものにも、鉄道レール９ａを配置する構成としても良い。
その配置構成は、前記下端筋５に配置する場合と同様であり、図２（ａ）（ｂ）に示すように、前記梁３の上端筋４で側面近傍に位置するものについて、梁３の長手方向中央部近傍に位置する一部分を所定の長さだけ切り取り、該長手方向中央部近傍に位置する一部分に鉄道レール９ａを配置し、該鉄道レール９ａの両端部と、前記上端筋４の対をなす切り残し部４ａとの間で、重ね継ぎ手を形成するものである。
これにより、前記梁３の下面近傍のみならず梁３の上面近傍にも、長手方向中央部に剛性の高い前記鉄道レール９ａが位置するため、前記梁３が長大スパンに構成されている場合にも、鉛直荷重が作用した際に圧縮応力が発生しやすい上端面近傍を補剛することができることから、梁３のたわみを抑制することができるものである。
【００２０】
このように、鉄道レール９ａを補剛材として用いることにより、鉛直方向の剛性を高め、引張応力の発生に伴うコンクリート７のひび割れや、圧縮応力の発生に伴う梁３自身のたわみを抑制する前記梁３の構成は、従来のように鉛直方向の剛性を高めることを目的に、上端筋４や下端筋５の数量を増加したり、前記梁３の断面を大きく形成する等の構成と比較して、同等の構造性能を有するものの、低コストであるとともに施工性も良く、さらに、該梁３を長大スパンに形成し、架構構造１に適用した場合にも、構造物の内部空間を縮小することなく、耐力や粘り等、構造物自身の構造性能をも向上することができるものである。
【００２１】
上述するような鉄道レール９ａを用いて梁３の鉛直方向の剛性を高める構成は、鉄筋コンクリート造の梁３に限定されるものではなく、鉄骨造の梁３でも適用が可能である。以下に、鉄道レール９ａを用いて鉛直方向の剛性を高めた、鉄骨造の梁３の事例を示す。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、前記梁３は、隣り合う柱２を連結するように水平に延在するＨ形鋼よりなる鉄骨材１０と、該鉄骨材１０と前記柱２とを固定する固定部材１１により構成されている。該梁３は、下面近傍で、長手方向中央部近傍に引張応力が発生しやすいことから、この引張応力が発生しやすい部位に、鉄道レール９ａを溶接等の固着手段を介して固着している。
該鉄道レール９ａの固着位置は、引張応力が発生しやすい部位である鉄骨材１０の下面近傍で、長手方向中央部近傍であれば、何れの位置に固着しても良い。以下に、鉄道レール９ａの固着位置に係る事例を示す。
【００２３】
第１の事例として、図３（ａ）に示すように、前記鉄道レール９ａは、前記鉄骨材１０の下フランジ１０ａでウェブ１０ｂとの取り合い面上に、鉄骨材１０と平行に延在するよう配置されている。このとき、前記鉄道レール９ａは、図３（ｂ）に示すように、鉄骨材１０に対してウェブ１０ｂを挟んで、対をなして配置されている。
【００２４】
第２の事例として、図４（ａ）に示すように、前記鉄道レール９ａは、前記鉄骨材１０の下フランジ１０ａでウェブ１０ｂとの取り合い面に相対する面上に、鉄骨材１０と平行に延在するよう配置されている。このとき、前記鉄道レール９ａは、図４（ｂ）に示すように、鉄骨材１０に対してウェブ１０ｂと鉛直方向で同軸上に位置するように配置されている。
【００２５】
第３の事例として、図５（ａ）に示すように、前記鉄道レール９ａは、前記鉄骨材１０の下フランジ１０ａの側端面に、鉄骨材１０と平行に延在するよう配置されている。このとき、前記鉄道レール９ａは、図５（ｂ）に示すように、下フランジ１０ａの両側端面各々に対をなして配置されている。
【００２６】
このような構成の鉄骨造の前記梁３は、前記鉄道レール９ａが、鉛直荷重が作用した際に引張応力が発生しやすい、前記梁３の下部で長手方向中央部近傍に配置され、これが補剛材として機能することにより鉛直方向の剛性が高まることから、長大スパンに構成されている場合にも、鉛直荷重が作用した際の変形量を大幅に抑制することができ、耐力や変形能力等、梁３自身の構造性能を大幅に向上することができるものである。
【００２７】
なお、本実施の形態では、鉄筋コンクリート造及び鉄骨造の梁３を水平構造部材の一事例として用いたが、必ずしもこれにこだわるものではなく、例えば床スラブ等、構造物の架構構造１を構成する水平構造部材の何れにも、鉛直剛性を高める補剛材として鉄道レール９ａを適用することが可能である。
【００２８】
ところで、長大スパンの架構構造１を備える構造物に対して、耐力や粘り等の構造性能を向上させる手段は、上述するような、梁３自身の鉛直剛性を高める構成のみではなく、梁３の鉛直方向の変形を制御することの可能な機構、例えば引張材を梁３に付加する構成も考えられる。以下に、使用済みの鉄道レール９ｂを引張材として機能させ、前記梁３に付加する構成の詳細を示す。
【００２９】
図６（ｂ）に示すように、前記梁３は、上端筋４、下端筋５、及びあばら筋６より構成されるかご鉄筋８と、該かご鉄筋８を埋設するコンクリート７により構成されている。該梁３には、使用済みの前記鉄道レール９ｂよりなる引張材が、図６（ａ）に示すように、前記かご鉄筋８の内方で長手方向に水平に延在し、隣り合う柱２を架け渡すように配置されるている。これら引張材として機能する鉄道レール９ｂは、図６（ｂ）に示すように、梁幅方向に所定の離間間隔をもって複数本備えられている。
【００３０】
該引張材として機能する鉄道レール９ｂは、図６（ａ）に示すように、梁３が架け渡されている隣り合う柱２の１スパン分の距離と比較して十分長い部材長を有しており、梁３の内方に位置する長手方向の中間部９ｂａが、例えば、鉛直下方向に凸となる放物線形状、懸垂曲線形状、もしくはこれらと類似する曲線状というような、いわゆる弧状に曲げ加工されている。また、これら弧状に曲げ加工された長手方向の中間部９ｂａを挟んだ両端部９ｂｂは、鉛直下方向に延在するように一部を折り曲げ加工して、柱２の長手方向に対して平行となる形状となっている。
【００３１】
このような構成の、引張材として機能する鉄道レール９ｂは、前記梁３に鉛直荷重が作用すると、梁３の鉛直方向の変形に対して引張剛性で抵抗し、梁３の変形を抑制するものである。一般に、使用済みの鉄道レール９ｂのような鋼材は、常時使用時応力状態では変形が増大することはない。したがって、上述するような鉛直下方向に凸となる放物線形状、懸垂曲線形状、もしくはこれらと類似する曲線状というような弧状に曲げ加工した状態の該鉄道レール９ｂに対して、想定される引張応力に耐えうる十分な断面積を確保するとともに、該鉄道レール９ｂに曲げ変形が生じないように、鉄道レール９ｂを前記梁３の内方で適切な位置に配置すれば、鉄道レール９ｂは、前記梁３の引張材として機能し、梁３が長大スパンに形成された場合にも、鉛直方向の変形を制御することができるものである。
【００３２】
このとき、前記梁３に鉛直荷重が作用すると、該鉄道レール９ｂには、柱２近傍で大きな張力が発生することとなる。しかし、先にも述べたように、該鉄道レール９ｂの両端部９ｂｂは、柱２の長手方向と平行となる形状に成形されて前記柱２の内方に収められ、柱２を構成するコンクリート７に定着している。このため、鉄道レール９ｂに作用する張力は、前記柱２を構成するコンクリート７に支圧で応力伝達できるものである。
【００３３】
なお、引張材として機能する前記鉄道レール９ｂは、梁３を構成するコンクリート７との付着応力を期待するものではないため、該鉄道レール９ｂの表面を祖面化する等の加工は必要ない。
また、図７に示すように、前記柱２を挟んで水平方向に連続して前記梁３が配置されるような連続スパン梁を備える架構構造１では、梁３各々に備えられている前記鉄道レール９ｂの、弧状に曲げ加工された長手方向の中間部９ｂａを挟んだ両端部９ｂｂに対して、鉛直下方向に向けるような曲げ加工を行わず、隣り合う鉄道レール９ｂの向かい合う両端部９ｂｂどうしを、エンクローズ溶接等の固着手段を介して固着し連続させている。このような構成により、前記柱２近傍で発生する鉄道レール９ｂの張力を、前記柱２への軸力方向に変換できるものである。
【００３４】
また、使用済みの鉄道レールは、梁３に代表されるような水平構造部材、及び引張材等の構造部材のみではなく、柱等に代表されるような鉛直構造部材を構成する圧縮材１２への適用も考えられる。以下に、使用済み鉄道レール９ｃを利用した圧縮材１２の構成を詳述する。
【００３５】
該圧縮材１２は、材軸方向に圧縮力を受ける部材であり、本実施の形態では、図８に示すように、平面視断面がＨ型となるように、複数の鉄道レール９ｃを束ねるように組み合わせて、溶接等の固着手段を介して固着している。
このように、複数の鉄道レール９を束ねて固着することにより、その材軸方向の剛性が高く、また所望の大きさの大断面を形成した圧縮材１２を構成することができるものである。
なお、束ねる際の組み合わせは、必ずしも断面がＨ型となる配置である必要はなく、何れの断面形状に形成しても良い。また、束ねる数量についても自在に調整し、所望の剛性を確保すればよい。
【００３６】
このような、鉄道レール９ｃを用いた圧縮材１２は、単に複数の鉄道レール９を束ねて固着するのみでなく、例えば、図９に示すように、長さ方向に一定の間隔をもって曲げ加工を施し、ラチスを構成した鉄道レール９ｄと、加工を施さない鉄道レール９ｃとを束ねて組み合わせ、溶接等の固着手段を介して固着し、いわゆる組立て圧縮材１３を構成しても良い。
【００３７】
以下に、前記鉄道レール９ｃを用いた圧縮材１２を例に取り、地下躯体の鉛直構造部材に適用した事例を示す。
図１０は、建築工事の大型化に対応し、地下躯体及び地上に構築される上部躯体の両者を同時施工することで、工期短縮及び工費削減を実現する構真柱建込み工法を示すものである。この工法は、地中に構築される地下躯体を構成する鉄骨造の地下鉛直構造部材１４を構築するに際し、その内方に、地上に構築される上部構造の上部鉄骨柱１５の下端部を挿入し、該上部鉄骨柱１５と前記地下鉛直構造部材１４とを一体の構造物として施工するものである。
ここで、地下鉛直構造部材１４は、前記上部鉄骨柱１５を支持し、上部構造の鉛直荷重を地盤に伝達するための構真柱を配置し、鉄骨鉄筋コンクリート造とする必要があり、この構真柱に前記圧縮材１２を用いるものである。
【００３８】
このように、構真柱に該圧縮材１２を用いることにより、該圧縮材１２が複数の鉄道レール９を束ねる構成であるため、通常の鋼材を用いる場合と比較して、所望量の剛性を確保することが容易であり、圧縮材１２としての利用を目的とした鋼材を新規に製作する必要がないため、コストを大幅に低減することができるものである。
さらに、構真柱に前記鉄道レール９ｃを束ねた該圧縮材１２を用いることにより、その断面形状も現場等で容易に所望の形状に成形できることから、作業性が良く、また、所望の形状に成形できるため、地下躯体を設計する際の制約となることはない。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の水平構造部材によれば、隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材であって、水平方向に所定の離間間隔をもって並列配置される、鉄筋よりなる複数の上端筋と、該上端筋と平行で、かつ該上端筋各々に対して鉛直下方向で一様の離間間隔を有する高さ位置に配置される、鉄筋よりなる複数の下端筋と、該下端筋及び上端筋を埋設するコンクリートを備える鉄筋コンクリート造により構成され、少なくとも該水平構造部材の側面近傍に位置する下端筋が、水平構造部材の中央部近傍に位置する一部分を切り取られて、該中央部近傍に位置する一部分に使用済みの鉄道レールが、下端筋の対をなす切り残し部と平行に配置されており、該鉄道レールの両端部各々と、前記下端筋の対をなす切り残し部各々との間に重ね継ぎ手が形成されてなる。
【００４０】
これにより、使用済みの鉄道レールは、鉄筋コンクリート造の水平構造部材に鉛直荷重が作用した際に、引張応力が発生しやすい下端面の長手方向中央部を補強する補強材として機能するため、引張応力の発生に伴うコンクリートのひび割れ等を抑制することが可能となる。
【００４１】
請求項２記載の水平構造部材によれば、少なくとも該水平構造部材の側面近傍に位置する上端筋が、水平構造部材の中央部近傍に位置する一部分を切り取られて、該中央部近傍に位置する一部分に使用済みの鉄道レールが、上端筋の対をなす切り残し部と平行に配置されており、該鉄道レールの両端部各々と、前記上端筋の対をなす切り残し部各々との間に重ね継ぎ手が形成されてなる。
これにより、水平構造部材の下面近傍のみならず上面近傍にも、長手方向中央部に剛性の高い前記鉄道レールが位置するため、水平構造部材が長大スパンに構成されている場合にも、鉛直荷重が作用した際に圧縮応力が発生しやすい上端面近傍を補剛することができることから、水平構造部材のたわみを抑制することが可能となる。
【００４２】
このように、使用済みの鉄道レールを補剛材として用いることにより、鉛直方向の剛性を高め、引張応力の発生に伴うコンクリートのひび割れや、圧縮応力の発生に伴う水平構造部材自身のたわみを抑制する水平構造部材の構成は、従来のように鉛直方向の剛性を高めることを目的に、上端筋や下端筋の数量を増加したり、水平構造部材の断面を大きく形成する等の構成と比較して、同等の構造性能を有するものの、低コストであるとともに施工性も良く、さらに、該水平構造部材を長大スパンに形成し、架構構造に適用した場合にも、構造物の内部空間を縮小することなく、耐力や粘り等、構造物自身の構造性能をも向上することが可能となる。
【００４３】
請求項３記載の水平構造部材によれば、隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材であって、隣り合う鉛直構造部材を連結するように、水平に延在する鉄骨材と、該鉄骨材の両端部各々に備えられ、鉄骨材を前記鉛直構造部材に固定する固定部材を備えてなり、前記鉄骨材の下端部近傍で長手方向の中央部近傍に、鉄骨材と平行に配される使用済みの鉄道レールが、固着手段を介して固着される。
【００４４】
これにより、使用済みの鉄道レールが、鉄骨造の水平構造部材の長手方向中央部近傍に配置され、補剛材として機能することにより鉛直方向の剛性が高まることから、長大スパンに構成されている場合にも、鉛直荷重が作用した際の変形量を大幅に抑制することができ、耐力や変形能力等、水平構造部材自身の構造性能を大幅に向上することができるものである。
【００４５】
請求項４記載の引張材によれば、隣り合う鉛直構造部材に架け渡され、該鉛直構造部材とともに構造物の架構を形成する水平構造部材の内方に長手方向中間部が位置するように配置される引張材であって、隣り合う前記鉛直構造部材を架け渡すように、水平に延在する使用済みの鉄道レールよりなり、水平構造部材の内方に位置する長手方向中間部が、弧状に成形される。
【００４６】
これにより、水平構造部材に鉛直荷重が作用すると、水平構造部材の鉛直方向の変形に対して使用済みの鉄道レールが引張剛性で抵抗し、水平構造部材の変形を抑制することが可能であり、また、水平構造部材が長大スパンに形成された場合にも、鉛直方向の変形を制御することが可能となる。
【００４７】
請求項５記載の引張材によれば、前記鉄道レールの、弧状に成形される長手方向中間部を挟んだ両端部が、鉛直下方向に延在するように成形され、該両端部各々を、水平構造部材が架け渡されている隣り合う前記鉛直構造部材の内方に収める。これにより、使用済みの鉄道レールに作用する張力を、鉛直構造部材を構成するコンクリートに支圧でスムーズに応力伝達することが可能となる。
【００４８】
請求項６記載の引張材によれば、前記鉛直構造部材を挟んで、水平方向に連続して配置されている複数の水平構造部材各々の内方に配置された鉄道レールが、隣り合う端部どうしを固着手段を介して固着されて連続する。これにより、鉛直構造部材近傍で発生する引張材の張力を、前記鉛直構造部材への軸力方向に変換することができ、鉛直構造部材にスムーズに応力を伝達することが可能となる。
【００４９】
請求項７記載の圧縮材によれば、構造物の架構を構成し、材軸方向に圧縮力を受ける圧縮材であって、複数の使用済みの鉄道レールを束ねるとともに、固着手段を介して固着してなる。
【００５０】
これにより、材軸方向の剛性を自在に調整することができるとともに、また所望の大きさの大断面を容易に形成することが可能となる。
また、このような圧縮材を構真柱に適用することにより、圧縮材としての利用を目的とした鋼材を新規に製作する場合と比較して、コストを大幅に低減することができるものである。さらに、構真柱に該圧縮材を適用することにより、その断面形状も現場等で容易に所望の形状に成形できることから、作業性が良く、また、所望の形状に成形できるため、地下躯体を設計する際の制約となることはない。
【００５１】
このように、水平構造部材、引張材、圧縮材等の構造部材に使用済みの鉄道レールを用いることにより、何れの場合においても、新たに鉄筋及び鉄骨材料を調達する場合と比較して、工費を大幅に削減することが可能となる。また、その適用方法が、リサイクルではなくリユースであるため、一般に産業廃棄物を再利用する場合と比較して、地球環境に配慮しており、再利用のためのエネルギー量を大幅に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水平構造部材の詳細を示す図である。
【図２】本発明に係る水平構造部材の他の事例を示す図である。
【図３】本発明に係る鉄骨造の水平構造部材の詳細を示す図である。
【図４】本発明に係る鉄骨造の水平構造部材の他の事例を示す図である。
【図５】本発明に係る鉄骨造の水平構造部材の他の事例を示す図である。
【図６】本発明に係る水平構造部材に備えられる引張材の詳細を示す図である。
【図７】本発明に係る水平構造部材に備えられる引張材の他の事例を示す図である。
【図８】本発明に係る圧縮材の詳細を示す図である。
【図９】本発明に係る組み立て圧縮材の詳細を示す図である。
【図１０】本発明に係る圧縮材を構真柱に用いた構真柱建込み工法を示す図である。
【符号の説明】
１  架構構造
２  柱
３  梁
４  上端筋
５  下端筋
６  あばら筋
７  コンクリート
８  かご鉄筋
９ａ  鉄道レール
９ｂ  鉄道レール
９ｃ  鉄道レール
１０  鉄骨材
１１  固定部材
１２  圧縮材
１３  組み立て圧縮材
１４  地下鉛直構造部材
１５  上部鉄骨柱
１６  スタッドボルト
【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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