(57)【要約】【課題】Ｈ形鋼を長手方向に斜めに切断して同形状の２部材としてこれらを継ぎ合わせてなり、十分な強度を発揮できる梁部材を提供する。【解決手段】垂直な中心線Ｏを対称軸として、横方向から見て中心線から離れるほどに先細となる左右対称の形状の２つの鋼製の主部材４からなり、各主部材４は、中心線と平行な長短一対の側辺とほぼ水平な上辺８Ｃと水平方向に対して傾斜する下辺８Ｄとを含む台形の垂直基板６を有し、さらに垂直基板の上辺及び下辺のうち下辺のみにその下辺の全長に亘ってフランジ１０を付設してなり、各垂直基板の長側辺同士及びフランジの対向端部同士をそれぞれ接合しており、上記両主部材は、Ｈ形鋼Ａのウェブを、Ｈ形鋼のフランジに対して斜めに切断することで形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直な中心線を対称軸として、横方向から見て中心線から離れるほどに先細となる左右対称の形状の２つの鋼製の主部材からなり、
各主部材は、中心線と平行な長短一対の側辺とほぼ水平な上辺と水平方向に対して傾斜する下辺とを含む台形の垂直基板を有し、さらに垂直基板の上辺及び下辺のうち下辺のみにその下辺の全長に亘ってフランジを付設してなり、
各垂直基板の長側辺同士及びフランジの対向端部同士をそれぞれ接合しており、
上記両主部材は、Ｈ形鋼のウェブを、Ｈ形鋼のフランジに対して斜めに切断することで形成したことを特徴とする梁部材。
【請求項２】
請求項１記載の梁部材であって、
２つの主部材は、中心線から離れるほどに先細となる左右対称の形状に代えて、中心線から離れるほどに先太となる左右対称の形状とし、
さらに垂直基板の長側辺同士を結合させる代りに、垂直基板の短側辺同士を結合させたことを特徴とする、梁部材。
【請求項３】
上記垂直基板の上辺側にコンクリートと結合させるためのコネクタを付設したことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の梁部材。
【請求項４】
梁成ＨのＨ形鋼から長さＬのＨ形鋼部分を切り出すために鋼材の２つの切断箇所を設定する工程であって、その長さＬを、構造物の２つの支持部の間の距離のほぼ半分とする第１の段階と、
Ｈ形鋼の２つの切断箇所を、梁成の方向に対して傾斜した２本の第１のカット線に沿って切断する第２の段階と、
上記Ｈ形鋼部分を、第１のカット線に直角な第２のカット線に沿って水平方向から見て同じ台形形状の２つの主部材に分割する工程であって、上記第１のカット線による切断部を第２のカット線により
それぞれ長側辺と短側辺とに分けるようにした第３の段階と、
上記２つの主部材の長側辺同士又は短側辺同士とフランジ同士とをそれぞれ接合して、１つの梁部材とする第４の段階と、
上記梁部材の両端部を、そのフランジを下方にして構造物の２つの支持部に接合する第５の段階と、
で構成される梁の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、梁部材及び梁の構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に建築物には、床などを支えるための大梁や小梁などの梁構造が採用されており、こうした梁をＨ形鋼で形成することが行われている。またコンクリート製の床との結合力を用いるためにスタッドを鋼材に付設することも行われている（特許文献１）。
【０００３】
また梁用のＨ形鋼のウェブに各種ダクト挿通用孔を開口するため、Ｈ形鋼のウェブを、その長手方向に凹凸が連なる矩形波状のラインに沿ってジグザグに２分割し、分割された２部材の凸部同士を溶接することも提案されている（特許文献２の第２２図参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８８２２０９
【特許文献２】特許第２６９９１０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜２の梁は、基本的に一定長さのＨ形鋼をその長さの梁として利用するが、一般に梁の長手方向の各部に作用する力は均一ではない。例えば梁の両端部をピン接合したときには、上記の力は中心部で大きくかつ両端部で小さい（本願図５（Ｂ）参照）。梁の両端部を剛接合したときには、両端部での力が比較的大きい（同図１１（Ｂ）参照）。
【０００６】
このように力の分布が異なる架設箇所に一定巾の梁をそのまま利用しても鋼材の性能を十分引き出すことができない。
【０００７】
本発明の第1の目的は、Ｈ形鋼を長手方向に斜めに切断して同形状の２部材としてこれらを継ぎ合わせてなり、十分な強度を発揮できる梁部材を提供することである。
【０００８】
本発明の第２の目的は、上記梁部材を用いて簡単に梁を構築する方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の手段は、
垂直な中心線を対称軸として、横方向から見て中心線から離れるほどに先細となる左右対称の形状の２つの鋼製の主部材からなり、
各主部材は、中心線と平行な長短一対の側辺とほぼ水平な上辺と水平方向に対して傾斜する下辺とを含む台形の垂直基板を有し、さらに垂直基板の上辺及び下辺のうち下辺のみにその下辺の全長に亘ってフランジを付設してなり、
各垂直基板の長側辺同士及びフランジの対向端部同士をそれぞれ接合しており、
上記両主部材は、Ｈ形鋼のウェブを、Ｈ形鋼のフランジに対して斜めに切断することで形成している。
【００１０】
本手段は、図１に示す垂直な中心線Ｏに対して左右対称な２つの主部材４からなる梁部材を提案する。各主部材は、中心線に対して斜めの下辺８Ｄを含む垂直基板６とその下辺全長に亘って付設したフランジ１０とを有し、その垂直基板の長側辺８Ａ同士及びフランジの対向端部同士をそれぞれ接合させている。この梁部材は、長手方向の中心に近付くほど作用する力が大きいピン接合に用いるとよい。この際の垂直基板の上辺８Ｃには圧縮力のみが作用する。この圧縮力は後述のコネクタを介してコンクリートで受けることが好適である。２つのフランジ１０は、梁に発生する曲げモーメントに沿う形であり、Ｈ形鋼よりも鋼材の性能を発揮し易い。故に相対的に重量が抑制されコストが削減される。
【００１１】
「梁部材」は、小梁に用いることが好適であるが、これには限られない。「主部材」は、図６に示すようにＨ形鋼を斜めに等分割することで形成できる。但し、同じＨ形鋼から切り取った主部材同士を接合することは必須ではない。「左右対称」とは、鋼材を分割したときの基本形状が対称であることをいう。故に例えば前出のダクト挿通孔などを後で非対称位置に設けても本明細書にいう対称性を阻害しない。
【００１２】
第２の手段は、第1の手段の梁部材であって、
２つの主部材は、中心線から離れるほどに先細となる左右対称の形状に代えて、中心線から離れるほどに先太となる左右対称の形状とし、
さらに垂直基板の長側辺同士を結合させる代りに、垂直基板の短側辺同士を結合させている。
【００１３】
本手段では、図９のように２つの主部材４を中央巾狭となるように接合している。この構成は長手方向の両側で比較的大きな力が作用する剛接合に用いるとよい。この構成では、垂直基板の上辺８Ｃに応力が０となる点（変曲点）Ｉが在り、それら２点の内側の上辺部分では圧縮力が、また両点の外側の上辺部分では引張力が働く。
【００１４】
第３の手段は、第1の手段又は第２の手段を有し、かつ
上記垂直基板の上辺側にコンクリートと結合させるためのコネクタを付設している。
【００１５】
本手段では、垂直基板の上辺側８Ｃにコンクリートとのコネクタ１２を設けることを提案する。垂直基板は板状なので、長手方向の圧縮により屈折するおそれがあるからであり、他方、コンクリートは耐圧縮性に優れているからである。コネクタは、垂直基板の上辺のうち少なくとも圧縮力が作用する部分（図１の梁部材では上辺の全体）に設けるとよい。
【００１６】
第４の手段は、梁の構築方法であって、
梁成ＤのＨ形鋼から長さＬのＨ形鋼部分を切り出すために鋼材の２つの切断箇所を設定する工程であって、その長さＬを、構造物の２つの支持部の間の距離のほぼ半分とする第１の段階と、
Ｈ形鋼の２つの切断箇所を、梁成の方向に対して傾斜した２本の第１のカット線に沿って切断する第２の段階と、
上記Ｈ形鋼部分を、第１のカット線に直角な第２のカット線に沿って水平方向から見て同じ台形形状の２つの主部材に分割する工程であって、上記第１のカット線による切断部を第２のカット線によりそれぞれ長側辺と短側辺とに分けるようにした第３の段階と、
上記２つの主部材の長側辺同士又は短側辺同士とフランジ同士とをそれぞれ接合して、１つの梁部材とする第４の段階と、
上記梁部材の両端部を、そのフランジを下方にして構造物の２つの支持部に接合する第５の段階と、
で構成される。
【００１７】
本手段は、梁部材の製法を含む梁の構築方法を提案する。その手順は、図８（Ａ）の如くＨ形鋼Ａの長手方向一部を選択し、（Ｂ）の如く斜め線に沿って切り取る段階、（Ｃ）の如く切り取った材料を斜め線に直角に更に等分割する段階、（Ｄ）の如く分割した各部を長手方向に継いで梁部材とする段階、図５の如く梁部材を支持部に取り付ける段階からなる。
【発明の効果】
【００１８】
第１の手段及び第２の手段に係る発明によれば、Ｈ形鋼をフランジに対して斜めに接続してなる２つの部材の端部を接合したから、元の鋼材の２倍の長さの梁部材が得られ、また架設箇所の荷重分布に対応して鋼材の性能を効率的に活用できる。
【００１９】
第１の手段に係る発明によれば、梁の形状を、先細の両端部側に比べて中央部を巾広としたから、中央部に大きな力がかかる場所で大きな耐久性を発揮できる。
【００２０】
第２の手段に係る発明によれば、梁の形状を、中央部に比べて両端部側を先太としたから、両端部にも大きな力がかかる場所で大きな耐久性を発揮できる。
【００２１】
第３の手段に係る発明によれば、垂直基板の上辺側にコンクリートと結合させるためのコネクタを付設したから、上辺に作用する圧縮力をコンクリートで受けることができる。
【００２２】
第４の手段に係る発明によれば、一つの鋼材を梁成の方向に傾斜した第1のカット線と、第1のカット線に直交する第２のカット線とに沿って切断するから、素材の無駄が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る梁部材の正面図である。
【図２】図１の梁部材の平面図である。
【図３】図１の梁部材の斜視図である。
【図４】図１の梁部材の適用例の縦断面図である。
【図５】同図（Ａ）は図４の適用例の正面図であり、同図（Ｂ）は図４の適用例の曲げモーメント図である。
【図６】図１の梁部材の作用説明図である。
【図７】図６の梁部材と比較するための本発明の参考例を示す図である。
【図８】図４の梁部材の製造手順の説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る梁部材の正面図である。
【図１０】図９の梁部材の適用例の縦断面図である。
【図１１】同図（Ａ）は図９の適用例の正面図であり、同図（Ｂ）は図９の適用例の曲げモーメント図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１から図８は、本発明の第１の実施形態に係る梁部材２を示している。
【００２５】
梁部材２は、図１に示すように２つの主部材４とコネクタ１２とで形成されている。図示例の梁部材２は、コネクタの配置を除いて垂直な対称面Ｐに対して前後対称である。
【００２６】
上記主部材４は、鋼製の部材であって、垂直な中心線Ｏを対称軸として左右対称の鋼製の部材である。なお、図面では作図上の都合から各主部材を区画して描いているが、実際には一体的に接合されている。各主部材４は、垂直基板６とフランジ１０とで形成する。
【００２７】
上記垂直基板６は、図示例では、上記中心線Ｏに沿って垂直な長側辺８Ａと、垂直な短側辺８Ｂと、水平な上辺８Ｃと、中心線から斜め上方へ延びる下辺８Ｄとで囲まれた横長の台形状に形成されている。上記長側辺８Ａと上辺８Ｃとを直角とすることで、２つの主部材４の長側辺同士を当接させたときに各主部材４の上辺が面一になるように形成している。
【００２８】
上記垂直基板６の上部９は、後述のように床コンクリートに埋め込まれる部分である。上記上辺８Ｃから一定の巾（定着代）を設定して垂直基板の上部とすればよい。この垂直基板の上部は、後述の床コンクリートへのコネクタを取り付けるための場所でもある。
【００２９】
上記垂直板部６は、外力に対抗して変形しない程度の厚さに形成する。もっとも図４に示すように、図示例の垂直板部６はフランジ１０よりも肉薄に形成されている。垂直板部の下辺側の引張力は上記フランジ１０により、垂直板部の上辺側の圧縮力はコネクタで結合されたコンクリートにより抵抗するため、垂直板部の厚さは比較的おさえることができるからである。
【００３０】
上記フランジ１０は、上記垂直基板の下辺８Ｄ全長に亘って付設されており、かつ垂直基板６から前後双方へ同じ突出巾ｗで突出している。またフランジ１０の長手方向の端面は、垂直基板の各側辺の端面と面一の垂直面としている。
【００３１】
２つの主部材４は、図３に示すように垂直基板６同士を対向端面Ｅ１で、フランジ１０同士を対向端面Ｅ２でそれぞれ溶接させて一体化することで、接合される。本実施形態の構成によれば、図５（Ｂ）に示すように梁中央部で応力が最大となる応力分布に対しては、主部材のうち最も上下に幅広の長側辺８Ａ同士を中心線で接合し、かつ梁中央部下側に作用する引っ張り力にフランジの接合力で対抗するから、強固な抵抗力が得られる。
【００３２】
上記コネクタ１２は、上記垂直基板６の上部９に付設され、上辺側の基板部分とコンクリートとを結合することが可能な強度を有する。図示例のコネクタは、上記上辺８Ｃに沿って配列された複数の棒状の突起物である。従来公知のスタッド溶接を利用して多数の突起物を迅速に植設することができる。図示例では、突起物を垂直基板の前後両側で互い違いに配置（千鳥配置）しているが、その前後両側に互いに対向させて並列に配置（並列配置）してもよい。もっとも図示の構造は適宜変更することができる。本実施形態では、垂直基板の上辺全体に圧縮力が作用するため、この上辺全体に亘ってコネクタ１２を設けることが好適である。また、コネクタ１２は垂直基板６の上部９を開削し、従来公知の鉄筋を貫通させて垂直基板６とその鉄筋とを溶接する方法も好適である。
【００３３】
上記梁部材２は、図５に示すようにその両端部を例えば柱１００の支持部１０１に対して接合手段１０２でピン接合され、梁として機能する。図示例では、垂直基板６の上辺８Ｃ側の部分はコンクリート１０４に埋め込まれている。
【００３４】
上記主部材４は、図６に示すように両端面を平行な傾斜面としたＨ形鋼Ａを、それら傾斜面に垂直なライン（第２カット線）Ｃ２に沿って２分割することで作製することができる。製作過程に関してはさらに後述する。Ｈ形鋼の両端面を傾斜させる理由は、上記ラインに沿って形成される上辺８Ｃを略面一な水平面にするためである。
【００３５】
対比例として、図７に両端面を垂直面としたＨ形鋼Ａから主部材を製作した例を示す。この例では、図示の通り、２つの主部材のフランジが水平となり、かつ上辺は傾斜面となる。フランジ１０を柱頭などに載置するとすれば、垂直基板の斜めの上辺８Ｃ側をコンクリートに定着させることになる。しかし、この構成ではコンクリート内への垂直基板の突入巾（定着代）が場所によって異なることになり、都合が悪い。図６の構成では、こうした不都合がなく、上下方向に一定の定着代を確保することができる。また垂直基板の上辺を略面一の水平面とすることで、上辺に圧縮力のみが作用するようにし、この力をコネクタを介してコンクリートで受けることができる。
【００３６】
上記構成によれば、梁部材２の２枚の垂直基板６の上下両辺のうちの下辺側は、フランジ１０を付設していること、及び、応力分布に対応した浅いＶ字形に形成されていることから、梁部材自体の構造として、外力（主に引張力）に対する抵抗力が大きい。また２枚の垂直基板６の上辺側は、各基板の上部９をコンクリート１０４内に埋め込むとともに、当該上部に付設したコネクタ１２を介して耐圧縮性に優れたコンクリートで外力（圧縮力）を受けるようにしている。従って座屈変形などを生じにくく、Ｈ形鋼より少ない鋼材で同等の支持力が得られる。
【００３７】
次に梁部材の製造方法を説明する。まず図８に示す梁部材２の中央部の上下巾ｄ１と両端部の上下巾ｄ２とを決める。ｄ１はこの梁にかかる力の設定値から計算すればよい。ｄ２は、コンクリートへの定着代と接合手段の取付けスペースとを確保できるように設定すればよい。
【００３８】
次に図８（Ａ）に示す如く、２つのフランジ１０の表面間の距離（以下「成」という）をＤとするＨ形鋼の上辺の任意の基点Ｔを中心として半径ｄ１＋ｄ２の円弧を描き、この円弧とＨ形鋼Ａの下面との交点Ｕを求める。この線分ＴＵと垂直線とがなす角度θをＨ形鋼の端面の傾斜角度とする。そして梁を架設しようとする支持部間の距離の約半分の間隔を存して傾斜角度θの２本のカット線Ｃ１を描き、これらのカット線に沿って平行四辺形の鋼材を切り取る。梁部材を一度に複数形成するときには、まず一本のＨ形鋼Ａを、垂直方向に傾斜した相互に平行なカット線Ｃ１に沿ってＨ形鋼を等間隔に切断していくとよい。
【００３９】
次に図８（Ｂ）に示す如く、上記平行四辺形の鋼材のウェブ部分に第1のカット線に直交し、かつ第1のカット線をｄ１及びｄ２の長さに二分する第２のカット線Ｃ２を描く。このカット線に沿って上記鋼材を分割すると、２つの主部材４が構成される。
【００４０】
そして図８（Ｃ）〜（Ｄ）のように、２つの主部材４の一方を前後反転させて各主部材の垂直基板同士、及びフランジ同士の対向面を溶接する。しかる後に垂直基板の上辺側にコネクタを溶接すると、梁部材２となる。梁部材の両端部を建築物の支持部にピン接合する。さらに梁の上側に型枠を形成してコンクリートを打ち込むと、梁構造として完成する。
【００４１】
上記の手順で重要なことは、鋼材の長手方向（水平方向）に対して傾斜しかつ相互に直交する２本のカット線Ｃ１及びＣ２でＨ形鋼を等分割することである。これにより、各長側辺８Ａを溶接するだけで、上辺８Ａが面一で長手方向の中心部から端部へ上下巾が徐々に変わる梁部材を容易に形成することができる。
【００４２】
上記垂直基板６の下辺８Ｄが水平方向に対してなす傾斜角度θは、図５（Ｂ）に示す梁部材２にかかる応力分布に応じて定めるとよい。すなわち、架設箇所の端から中央部へ向かって応力が増大する傾向が大きいほど傾斜角度を大きくするとよい。
【００４３】
図９から図１１は、本発明の第２の実施形態に係る梁部材を示している。
【００４４】
本実施形態では、各主部材の短側辺８Ｂ同士を接合させている。上記短側辺８Ｂと上辺８Ｃとを直角とすることで、２つの主部材４の短側辺同士を当接させたときに各主部材４の上辺が面一になるように形成している。それ以外の構成は基本的に第１実施形態のそれと同じである。
【００４５】
本実施形態の梁部材２は、図１１（Ａ）のように梁部材２の両端部を支持部に対して接合手段１０２で剛接合する場合に好適である。同図（Ｂ）のように梁部材の両側で応力が大となるからである。
【００４６】
本実施形態では、各垂直基板６のうち図１１（Ｂ）の変曲点Ｉの間の上辺部分に圧縮力が作用する。従ってコネクタ１２は少なくともこの上辺部分に沿って付設すればよい。
【００４７】
以上の実施形態は本発明の好適な一例であり、本発明の性質に反しない限り、その具体的構成を変更することを妨げるものではない。
【符号の説明】
【００４８】
２…梁部材  ４…主部材  ６…垂直基板  ８Ａ…長側辺  ８Ｂ…短側辺
８Ｃ…上辺  ８Ｄ…下辺  ９…垂直基板の上部  
１０…フランジ  １２…コネクタ
１００…柱  １０１…支持部  １０２…接合手段  １０４…コンクリート
Ａ…Ｈ形鋼  Ｃ１…第１のカット線  Ｃ２…第２のカット線
Ｅ１…垂直基板の対向端面  Ｅ２…フランジの対向端面
Ｉ…変曲点  Ｍ…  Ｏ…中心線  Ｐ…対称面  Ｔ…基点  Ｕ…交点
ｗ…フランジの突出巾
【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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