(57)【要約】構造的な骨組みシステムは、スチール梁を備え、スチール梁は注がれたコンクリートのような凝固材料を加えることにより相互に連結された床部材を支持する。構造的骨組みシステムは、スチール梁を鉛直柱に固定し、スチール梁間に床部をかけ、梁の内部にコンクリートを注いで床部材を密着し、そして、接着層を加えることによってスチール梁、床部及び柱の間の強固な結合を形成することにより生成される。
2004515670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造的部材であって、
底板と；
上記底板に取り付けられた複数の封じ込め側部と；
少なくとも一つの上記封じ込め側部に統合された少なくとも一つの支持面と；
少なくとも一つの封じ込め側部に取り付けられた少なくとも一つの補強手段とを備えた構造的部材。
【請求項２】
さらに、上記底板に取り付けられた少なくとも一つの結合手段を備えた請求項１に記載の構造的部材。
【請求項３】
上記封じ込め側部と上記底板が内部空洞を形成する請求項１に記載の構造的部材。
【請求項４】
上記内部空洞が凝固混合物を受容する請求項３に記載の構造的部材。
【請求項５】
上記補強手段が複数の補強デバイスである請求項１に記載の構造的部材。
【請求項６】
上記結合手段が複数の結合デバイスである請求項１に記載の構造的部材。
【請求項７】
複合構造部材であって、
底板と；
上記底板に取り付けられた複数の封じ込め側部であり、上記封じ込め側部及び上記底板が内部空洞を形成する複数の封じ込め側部と；
少なくとも一つの上記封じ込め側部に隣接した少なくとも一つの支持面と；
少なくとも一つの上記封じ込め側部に取り付けられた補強手段と；
上記底板に取り付けられた結合手段と；
上記内部空洞に装填された凝固混合物とを備えた複合構造部材。
【請求項８】
複合骨組みシステムであって、
鉛直方向に建てられた複数の円柱部材と；
隣接する円柱部材間で支持された複合構造部材とを備え、該複合構造部材が、さらに；
底板と、上記底板から上方に延在している複数の封じ込め側部であって、少なくとも一つの上記封じ込め側部が、封じ込め側部に統合した少なくとも一つ支持面を含む複数の封じ込め側部と、上記底板とは反対側の長手方向の開口部と、凝固混合物を収容するために構成された内部空洞とを備えた外側の覆いと；
上記統合した支持面により支持された底面を有する少なくとも一つの床部と；
上記円柱部材、床部及び複合梁を接続し且つ結合して強固な接合を形成する接着層とを備える複合骨組みシステム。
【請求項９】
上記円柱部材の各々が上記構造的部材を受容し且つ支持するためのサドルを含む請求項８に記載の骨組みシステム。
【請求項１０】
さらに、上記外側の覆いが、少なくとも一つの上記封じ込め側部に取り付けられた少なくとも一つの補強手段と、上記底板に取り付けられた少なくとも一つの結合手段とを含む請求項８に記載の骨組みシステム。
【請求項１１】
上記補強手段が複数の補強デバイスである請求項１０に記載の骨組みシステム。
【請求項１２】
上記結合手段が複数の結合デバイスである請求項１０に記載の骨組みシステム。
【請求項１３】
上記凝固材料が上記内部空洞を実質的に満たし、上記床部に接触している請求項８に記載の骨組みシステム。
【請求項１４】
上記接着層と上記凝固材料とが実質的に同一の材料であり、該材料が、上記内部空洞を満たし、上記床部上に配置され、そして上記円柱部材を捕らえる請求項８に記載の骨組みシステム。
【請求項１５】
実質的にモノリシックな骨組みシステムの建設方法であって、
複数の円柱部材を建て；
梁の一方の端部を上記円柱部材の一つに支持して接続し、上記梁が、底板と、上記底板に取り付けられた複数の封じ込め側部と、少なくとも一つの上記封じ込め側部に統合された少なくとも一つ支持面と、凝固混合物を受容するために構成された内部空洞とを備えており；
上記梁の反対側の端部を別の上記円柱部材に支持して接続し；
複数の梁の間に少なくとも一つの床部をかけ；
凝固材料を注いで上記内部空洞を実質的に満たし且つ上記床部と接触させ；
上記凝固材料上に、上記床部上にそして上記柱の周りに接着層を配置して、強固な結合を接合し且つ形成することを含む建設方法。
【請求項１６】
上記床部が中空コアを有する成形済みの床厚板であり、凝固材料を注ぐことが、上記凝固材料で上記コアを部分的に満たすことを含む請求項１５に記載の建設方法。
【請求項１７】
上記床部がデッキ用材であり、凝固材料を注ぐことが十分な凝固材料を供給して下張り床を作ることを含む請求項１６に記載の建設方法。
【請求項１８】
上記凝固材料が注がれたコンクリートである請求項１５に記載の建設方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２０００年１２月８日に出願した「複合構造の骨組みシステム」と題された米国仮出願第６０／２５４，２７８号に対して優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野
本発明は建築構造に関し、より具体的には、実質的にモノリシックな支持構造を形成するスチールとコンクリートの複合骨組みシステムに関する。
【０００３】
本発明の背景
建築構造の分野、特に高層建築の建て方において、骨組みシステムは建築物の安定性及び構造的統合性を与える重要な荷重支持構造を構成する。典型的な高層骨組みシステムは、水平支持梁と相互に連結された複数の積み重ねられた鉛直柱からなる。典型的には、鉛直柱と水平梁はスチール、成形済みのコンクリート、あるいは現場で形成されたコンクリートのいずれかで構成される。さらに、水平梁は、典型的には、成形済みのコンクリート、金属、あるいは現場で形成されたコンクリートの床部を支持する。骨組みシステムは、構造自身及びその上に置かれる全積載荷重により発生する予想荷重を十分に超えた荷重を支持するように設計される。これらの荷重により発生した力は、主に、水平梁、鉛直柱及び梁と柱を結合する接続部材により支えられる。
【０００４】
骨組みシステムの一つの知られた建設方法は、適当な型を利用して、現場でコンクリートを注いで、鉛直柱、水平梁及び床部を形成することである。現場でコンクリートを注ぐ方法は、強くて、高硬性で、耐久性があり、そして、高耐火性のある建築物を造るという利点を持っている。しかしながら、この方法は、集中的な労働力を用いることを要し、高価で、壊れ易く、そして、効率的なワークフローを妨げる複雑で暫定的な支持材を必要とする。
【０００５】
骨組みシステムの別の知られた建設方法は、成形済みコンクリートの柱、梁及び床部を組み立てることである。この方法は、暫定的な支持材を殆ど必要とせず、迅速に建設を行うという利点を持っている。しかしながら、成形済みのコンクリート建築物は、現場で注がれたコンクリート建築物より硬くならない傾向があり、他の固有の構造的限界を持っている。さらに、骨組みシステムのしばしば実行される別の建設方法は、スチールの柱及び梁をスチールまたはコンクリートの床部に組み付けることである。この方法は、また、スチールの成形済みの床部が使用された場合に、迅速に建設するという利点を持っている。成形済みのコンクリートで組み立てられた骨組みシステム同様、スチールの建築物は固有の構造的限界を持っている。最も目立ったところでは、これらの知られた骨組みシステムは、接続部材、典型的には、骨組みシステムの最も弱い構成要素により支えられる力によって制限される。
【０００６】
現在、スチールシステムで見られたように組み立てが簡単でありながら、現場で注がれるシステムで見られたように高硬性と耐火性の両方を有する支持構造を与える骨組みシステムは無い。そこで、接続部材に見られる限界を克服しながら、暫定的な形態で且つ複雑な支持材なしで建設され得る、高硬性で耐火性の骨組み構造に対する必要性が存在する。
【０００７】
本発明の概要
本発明は、注がれたコンクリートを受容する成形済みの厚板または金属デッキ部のような床部材を支持する、鉛直柱により支持された水平複合梁のシステムを提供することにより、上述された欠点に対処する。硬化する可塑性あるいはセメント質の材料のように注ぐことのできる接着層は、床部材を覆い、床部材、複合梁及び柱を接着する。各複合梁は、スチール梁と、注がれたコンクリートのような可塑性あるいは凝固する材料の内部とを備える。好ましい具体例として、スチール梁は底板と、ストラップバーで補強された隣接した封じ込め側部と、スタッドと、水平支持部材とを含む。水平支持部材は床部材の支持面を与える。あるいは、スチール梁の個々の構成要素は、単一の、実質的にモノリシックなユニットとして形成されても良い。鉄筋及び後から張力をかけたケーブルのような補強部材は、複合梁に付加的な耐支持荷重力を与える。
【０００８】
好ましい骨組みシステムを建設する場合、スチール梁の端部を支持するための少なくとも一つの受けサドルをそれぞれ有するコンクリート鉛直柱が与えられる。スチール梁が吊り上げられ、隣接するスチール梁間にかける床部材がセットされる。次に、コンクリートがスチール梁の内部を満たすために注がれる。ストラップバーは湿ったコンクリートによって生じる外側に向かう力に耐えるように作用し、スタッドは硬化したコンクリートをスチール梁に結合するように作用する。十分なコンクリートが、スチール梁を満たし、成形済みの床厚板の中空コアに流れ、そして厚板の上面に上昇させるために注がれる。あるいは、コンクリートが注がれて、スチール梁を満たし、さらに加えられてデッキ部材を満たし、下張り床を造り出す。コンクリートは、続けて加えられて接着層を形成し、そして、柱の内部または周囲の全ての空隙を満たし、これにより実質的にモノリシックな層を形成する。コンクリートが湿っている間、コンクリートあるいは接着層の漏出を止めるために、いくらかのブロッキングが柱に必要であるかもしれない。
【０００９】
好ましい具体例として、複合梁は、水平レベルの周囲に沿って使用するために適用される。明細書の一部に組み込まれ、形成する添付の図面は、本発明の好ましい具体例を例示し、そして記述とともに、本発明の原理を開示している。
【００１０】
詳細な説明
要求されているように、本発明の詳細な具体例がここで開示される。しかしながら、開示した具体例は、種々のそして選択的な形で具体化されてもよい発明の単なる例示にすぎないことを理解すべきである。図面は必ずしも実寸ではなく、特別な部品を詳細に示すために、いくつかの特徴を誇張して、あるいは、最小化して示してあるかもしれない。従って、ここで開示される特定の構造的及び機能的な詳細は、限定するものと解釈すべきではなく、単に特許請求の範囲の根拠として、そして、当業者に本発明を様々に用いることを教示するための代表的な根拠として解釈されるべきである。
【００１１】
図面を参照すると、同様な要素は同じ番号で示されており、図１は複合構造の骨組みシステム１０の平面図である。一般的に言えば、システム１０は、鉛直柱１４及び水平複合梁１６により支持されている床部材１２で構成されている。鉛直柱１４は、複合梁１６を支持するための必需品として配置されている。それぞれの鉛直柱１４は、典型的には、少なくとも一つの複合梁１６に接続され且つ少なくとも一つの複合梁１６を支持する。複合梁１６は、床部材１２を支持し、床部材１２は、例示として、これに制限されるものではないが、注がれたコンクリートを受容する成形済みの中空コアの厚板あるいは金属デッキ部にし得る。以下で詳細に説明するように、注ぐことができる接着層２０は、床部材、複合梁１６及び柱１４を結合して強固な結合を生成するために、床部材１２を覆う。一例として、これに制限されるものではないが、接着層２０は、硬化して、分離した骨組み部材間の改良された構造的統合性を与える、コンクリートのような可塑性の材料である。
【００１２】
図２は、成形済みの床部材１２を支持する複合梁１６の好ましい具体例の断面図である。この具体例では、複合梁１６は、外側のスチール梁２２の覆いと凝固材料２４とを含む。この具体例では、スチール梁２２は、底板２６、封じ込め側部２８、補強手段３０、結合手段３２及び水平支持面３４を含む。封じ込め側部２８は、溶接あるいは他の手段で、底板２６に取り付けられており、上方に延在している。図２は、底板の外側のエッジ３６に沿って取り付けられた封じ込め側部２８を例示しているが、一つ以上の下側支持面（図示しない）を形成するために外側のエッジから離れて内側に取り付けられても良い。水平支持部材は、溶接あるいは他の手段により、支持面３４を形成するために、最上部のエッジ３８に沿って封じ込め側部２８に取り付けられる。これらの部材は、梁２２の中心に向かって内側に、あるいは、梁から離れて外側に延在しても良い。水平支持部材は床部材１２のための支持面３４を与える。水平支持部材が、封じ込め側部２８のどちらか一方の面上で且つ様々な高さに配置されても良く、その位置は単なる選択的な決定にすぎないことが理解されよう。また、支持部材によりもたらされた支持面３４は、単に最上部のエッジ３８を適当な幅に厚くすることにより形成されても良いことが予期される。
【００１３】
例示された具体例では、補強手段３０の一方の端部が、封じ込め側部２８の内側の面に取り付けられ、反対側の端部が、２番目の封じ込め側部の内側の面に取り付けられている。軸上に約４フィート（約１．２２ｍ，ｆｏｕｒ  ｆｅｅｔ  ｏｎ−ｃｅｎｔｅｒ）配置された、補強手段３０の目的の一つは、封じ込め側部２８が横方向に移動しないようにすることである。一例として、これに制限されるものではないが、例示した補強部材３０はストラップバーである。同等に好適な補強手段は、よく知られた抑制／補強デバイス、例えばストラップバー、内側または外側に備え付けられたリブ、フィン、補強板、アングル及びバンドを含むが、それらに限定されないことを理解されよう。様々な補強手段が異なった場所に配置されても良い。例示した具体例では、結合手段３２は軸上に約１フィート（約０．３ｍ，ｏｎｅ  ｆｏｏｔ  ｏｎ−ｃｅｎｔｅｒ）で、底板に取り付けられており、結合手段３２の目的の一つは硬化したコンクリートをスチール梁２２にしっかり固定することである。一例として、これに制限されるものではないが、例示した結合手段３２はスタッドである。同等に好適な結合手段は、よく知られたせん断／結合デバイス、例えばスタッド、リブ、フィン、固定ボルト及び鉄筋を含むが、これらに限定されないことを理解されよう。様々な結合手段が異なった位置に配置されても良い。さらに、多数の補強手段が補強デバイスと結合デバイスを結合した機能として作用しても良い。
【００１４】
例示した具体例では、底板２６、封じ込め側部２８、補強手段３０、結合手段３２及び水平支持面３４は、形づくられたあるいは標準のロール形状のスチールにより形成される。それにも関わらず、設計上の選択として、スチールは最小限の性能特性に合致する他の材料で置き換えても良いことが予期される。また、上記に列挙したスチール梁２２の個々の要素が、単一の、実質的にモノリシックな装置として形成されても良いことが予期される。
【００１５】
スチール梁２２は、床部材１２の底面を水平支持面３４で支持する。補強手段４０は、複合梁１６に付加的な耐支持荷重力を与えるために追加されても良く、設計基準に従って配置される。補強手段４０は、鉄筋や後から張力をかけたケーブルのように、よく知られた補強部材である。
【００１６】
骨組みシステム１０を建設する際、土台（図示しない）と鉛直柱１４は、当業者によく知られた方法に従って構成される。例示した具体例では、柱１４は、成形済みあるいは現場で注がれたコンクリートであり、図４及び５に最も良く示されている、受けサドル４４が設けられている。近似的には複合梁１６の高さであり、約１インチ（約２．５４ｃｍ）広く、そして約３インチ（約７．６２ｃｍ）深いサドル４４は複合梁１６の端部を受容し且つ支持する。それぞれの複合梁１６の端部は、さらに、当業者によく知られた方法で、柱に固定されていても良い。スチール梁２２を受容し且つ支持する複数の柱１４が建てられることが予期される。必要とされるいかなる一時的な中間支持材をここで設置しても良い。そこで、スチール梁２２は、水平支持材３４に沿って、成形済みのコンクリート厚板や金属デッキ用材のような床部材１２を受容し且つ支持する。
【００１７】
図２はスチール梁２２に支持された床部材１２を最も良く例示しており、一方、スチール梁２２は柱１４により支持されている。次に、骨組みシステム１０を組み立てるプロセスにおいて、凝固材料２４、例えば、それに限定されないが、コンクリートは、スチール梁２２内に注がれ、底板２６及び側部２８により形成された空洞を充満する。補強手段３０は、湿ったコンクリートにより生成される外側に向かう力に耐えるように作用し、結合手段３２は硬化したコンクリートをスチール梁２２に固定するように作用する。十分なコンクリート２４が注入されてスチール梁２２を充満し、成形済みの床厚板１２の中空コアに流れ込み、そして、厚板の上面に上昇させる。あるいは、コンクリート２４を注入してスチール梁２２を充満し、そしてさらに加えて、金属デッキ床部材を充満して完成した下張り床を造り出す。接着層２０を形成するため、そして、柱１４の内部や周囲のいかなる空隙をも満たすために、コンクリート２４を追加し続けることができるということが予期される。言い換えると、凝固材料２４と接着層２０は同じ可塑性材料でも良い。接着層２０は、床部材１２、複合梁１６及び柱１４のそれぞれの水平レベルを接続し互いに結合させる本質的にモノリシックな層を生成して強固な結合を形成する。例示として、これに制限されるものではないが、例示した凝固混合物２４は注がれたコンクリートである。同等に好適な凝固手段が、セメント、グラウト、Ｇｙｐ−クリート（商標名）及び同様に性能が高められたコンクリートのような増大した性能特性を実現するために凝固するよく知られた可塑性の接着材料を含むが、それらに限定されないことを理解されよう。
【００１８】
骨組みシステム１０を建設する間、最初に、スチール梁２２は、床部材１２の一時的な支持を与える。その後、スチール梁２２はコンクリート２４を受容するための型として作用する。最後に、スチール梁２２は、複合梁１６の一体化された部分になる。スチール梁２２を与えることにより実現されるいくつかの利点は、一時的な支柱の事実上の排除、一時的な型の事実上に排除、及びコンクリートを注ぐ工程を水平レベル毎に単一の重要なステップに孤立させることを含む。複合梁１６を与えることにより実現されるいくつかの利点は、少なくとも６０フィート（１８．２９ｍ）長の範囲で著しく改良された性能特性を有する構造梁と、各水平レベルの床部材１２、複合梁１６及び柱１４を接着層２０と一緒に結合することにより骨組み１０がかなり一層硬くなることとを含む。これらの利点は独立にそして相まって、建築に要する費用と時間を減少させる。
【００１９】
図３は、水平レベルの周囲部に沿って使用するために適応された周囲部の複合梁５０の好ましい具体例を描写する。複合梁５０は、底板２６から上方に延在している外側の封じ込め側部５２を含む。例示した具体例では、上部のエッジ３８は接着層２０の高さで終端し、折り返っている。既存のものでさえ、折り返し位置５４の構造物は設計上の選択であり、壁、窓、手すりあるいは他の建築部品を取り付ける目的のために水平支持材３４で置き換えられても良いことが理解されるであろう。図３に例示した残りの部品は、それらの利点とともに、上で述べたスチール梁２２及び複合梁１６と実質的に等価である。
【００２０】
図４は２つのスチール梁２２の各端部を支持する典型的なコンクリート柱１４の断面図である。また、床部材１２はスチール梁２２により支持されて示されている。例示した鉛直柱１４は、現場で注がれるコンクリート柱であり、当業者によく知られた方法により建設される。また、柱１４は成形済みのコンクリートあるいはスチール梁で構成されても良いことが予期される。例示した支持柱１４は、スチール梁２２を支持するための２つの受けサドル４４を含む。受けサドル４４の位置と数は、梁２２と柱１４との間の任意の付加的取り付け手段であるとして、設計上の選択である。
【００２１】
図４に例示した水平レベルの構成から、骨組みシステムを構築する場合の次のステップは、凝固材料２４をスチール梁２２内に注ぎ、接着層２０を注ぐことである。凝固材料２４及び接着層２０の選択は、構造的な設計基準と建設の時間的要求に支配される設計上の選択である。いくつかのブロッキング（図示しない）が材料２４あるいは接着層２０の漏出を止めるために柱の周りに必要であるかもしれないことと、コンクリートが湿っている間、一時的な中間支持材がスチール梁２２を支持するために殆ど必要でないが、中間支持材の必要性は結局のところ設計上の選択であるということを理解されるであろう。
【００２２】
本発明の様々な具体例を上で述べてきたが、これらの記載は例示及び説明のために与えられている。上で開示したシステムと方法の変化、変更、修正及び逸脱は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく適用されても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、成形済みの床部を含む好ましい具体例の床システムの典型的な部分を説明する平面図である。
【図２】図２は、複合梁の好ましい具体例を説明する断面図である。
【図３】図３は、床システムの周囲を支持する好ましい複合梁の断面図である。
【図４】図４は、柱と梁の間の好ましい接続を説明する柱と２つの好ましい梁の断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004515670.tif 000003
2004515670.tif 000004
2004515670.tif 000005
2004515670.tif 000006
2004515670.tif 000007
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2004515670.tif 000009
2004515670.tif 000010
2004515670.tif 000011
2004515670.tif 000012
2004515670.tif 000013
2004515670.tif 000014
2004515670.tif 000015
2004515670.tif 000016
2004515670.tif 000017
【国際調査報告】
2004515670.tif 000018
2004515670.tif 000019
2004515670.tif 000020