JP2018076705A - 建築物状態管理システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、大雪などによって、建築物の上に大量の雪が積もると、屋根等の水平部材には大きな垂直力が加わり、崩落する可能性もある。
また、住宅内に重量の大きな家具を偏った状態で配置することも、建築物に偏った力がかかる原因となり、建築物にとっては好ましい状態ではなかった。
しかし、そのような建築物の状態を検出する手段はなかった。
本願の請求項2に係る発明は、前記測定手段が、前記建築物を構成する構造体にかかる圧力を計測する圧力センサであることを特徴とする。
本願の請求項3に係る発明は、前記状態検出手段により検出された前記建築物の状態が所定の閾値以上となった時に警告を発信する警告手段を備えていることを特徴とする。
本願の請求項4に係る発明は、建築物の所定位置に、前記建築物を構成する構造体の状態を測定する測定手段を配置し、前記測定手段により測定される測定値を記憶し、記憶した前記測定値の経時的変化を算出し、算出した前記経時的変化に基づいて前記建築物の状態を検出することを特徴とする。
(建築物の構造)
本発明は、基礎上に土台が配置され、柱や梁等からなる一般的な軸組工法や枠組み壁工法(2×4工法)等の建築物において利用できるものであるが、本実施形態においては、本発明の建築物状態管理システムを、例えば、図1、2に示すように、在来の軸組工法における木造仕口・継手を金物接合に置き換えた新しい木造構法により建築した建築物に用いた例を参考にして説明する。
なお、本発明は、木造以外の建築物にも用いることができる。
そして、一部のラーメンフレーム12,13の2階部分上方に勾配フレーム12d、13dを採用することにより、高い天井を実現している。
また、梁材11aの上面には、柱材21a,21dに対して所定の間隔をあけて中柱材21b,21cが立設されており、中柱材21b,21cの上端は2階の梁材31に連結されている。
柱材21a,21dと中柱材21b,21cとの間に耐力壁41,42(図1)が配置され、ラーメンフレーム11と共に構造体を形成している。
リジッドコネクタ(金具)91による連結は、柱材11cの側面にボルト912a〜912d等の固定手段により強固に固定された柱側金具911に対して、梁材11aの端面にボルト917a〜917d等の固定手段により強固に固定された梁側金具916を落とし込み(図6(a))、梁側金具916に固定されている連結管916aを柱側金具911の連結軸911bに嵌合すると共に、柱側金具911に固定されている連結管911aを梁側金具916の連結軸916bに嵌合し、両金具の側面に形成された係合穴にピン913,913・・を挿入して固定することで(図6(b))、柱材11cに対して梁材11aをリジッドに連結することができ、強固なラーメンフレーム11を形成することを可能にしている。
連結金具92による連結は、図7(a)に示すように、柱材12bの側面にボルト922a〜922c等により柱側金具921を強固に固定して、柱側金具921を勾配フレーム12dの端面に形成された縦溝に挿入し、勾配フレーム12dの端部側面に形成された係合穴923,923・・よりピン924,924・・を挿入して固定することで(図7(b))、柱材12bに対して、勾配フレーム12dを強固に連結することができ、強固なラーメンフレーム12を形成することを可能にしている。なお、勾配フレームを備えるラーメンフレームの説明については、ラーメンフレーム12を用いて説明し、ラーメンフレーム13の説明を省略する。
基礎50に対する主柱材51の連結部Cは、図8に示す、リジッドコネクタ(金具)93によって接続されている。
連結金具94による連結は、図9(a)に示すように、主柱材51の側面にボルト942a〜942c等により柱側金具941を強固に固定して、柱側金具941を梁材61dの端面に形成された縦溝に挿入し、梁材61dの端部側面に形成された係合穴943,943・・にピン944,944・・を挿入して固定することで(図9(b))、主柱材51に対して、梁材61dを強固に連結することができる。なお、他の梁材61a,61b,61c等については、その連結構造は同じであるので、その説明を省略する。
以上のように建築された建築物は、新築時は、各部材の接合部にずれ等もなく、また、梁や柱に撓みやゆがみ等の変形も生じていないので、構造計算通りの十分な強度を有しているが、建築物には、日々建物内外から外力がかかることによって、建築物全体にゆがみ等の変形が発生する。
建築物にかかる外力としては、主に、建物そのものの自重、つまり木材や仕上げ材等の重さである固定荷重、建物内部の床面に載置される家具や人等の重さである積載荷重、雪等の重さである積雪荷重等の鉛直力と、地震による揺れや強風による水平力が存在する。
例えば、図1に示す木造建築物1においては、図3に示すように、ラーメンフレーム11を構成する梁材11aには、固定荷重と積載荷重の合計荷重z1がかかる。また、2階梁材31には、固定荷重z2がかかり、その一部は中柱材21b,21cを介して梁材11aに伝えられる。そして、すべての荷重は柱材11b,11cによって鉛直方向下方に向かう荷重y1,y2として基礎10に伝えられる。
地震や強風などが発生すると、図5に示すように、木造建築物に対して水平力x1がかかり、水平力x1は柱材71a及び梁材61a,61c等を介して主柱材51に対して大きな水平力x2として伝達される。
また、主柱材51にかかる水平力x2により、主柱材51と基礎50との連結部P5を中心とした回転モーメント(R1)が発生し、風等によって水平力がかかる側の柱材71aには、基礎50に対して鉛直方向上方に向かう力y5が伝えられ、反対側の柱材71bには、基礎50に対して鉛直方向下方に向かう力y6が伝えられることとなる。
このような水平力x2がかかることによって、主柱材51には点線で示すように傾きが生じ、建築物全体が変形する可能性がある。
本発明の実施形態に係る建築物状態変化管理システムは、建築物の所定位置に配置され、前記建築物を構成する構造体の歪みや傾き、もしくは構造体にかかる圧力等を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定される構造体の歪みや傾き、もしくは構造体にかかる圧力等の情報を記憶手段に記憶させる制御手段と、前記記憶手段に記憶された情報から構造体の経時的変化を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した経時的変化に基づいて前記建築物の状態を検出する状態検出手段とを備えている。
また、情報処理手段20には、ランプ等の警報手段が接続されていてもよく、測定手段の測定結果によって、使用者や施工業者に対して、ランプや情報処理手段における表示により建物に関して異常等が生じていることを警報するようにしてもよい。また、ネット回線等を利用して警報するようにしてもよい。
測定手段としての歪みセンサ(測定手段)s1〜s4は、図3,4に示すように、梁材11a,12a(水平フレーム)の上面及び下面に取り付けられ、ケーブル等を使用した有線や無線を使用して情報処理手段20と接続されており、梁材11a,12a(水平フレーム)の上面及び下面の歪みを常に検出して情報処理手段20に出力している。
なお、歪みセンサ(測定手段)s1〜s4が取り付けられて歪みを測定する部位は、梁材11a,12aに限定されるものではなく、2階梁材31や勾配フレーム12d等の構造体を構成する位置であれば、どこでもよい
なお、傾斜センサs5は、主柱材51と1階梁材61aとの連結点P2と柱材71aと2階梁材61cとの連結点p3との間に配置するなど、主柱材51や建築物全体の傾斜が測定できる位置であれば、どこに配置してもよい
図1、2に示す木造建築物において、水平フレームの撓みや主柱材の傾斜等によって建築物全体のバランスの崩れた建築物では、各柱材における基礎に対して伝達される力が場所ごとに変化する。
そこで、本実施形態においては、基礎と柱材との間、もしくは基礎と土台の間に発生する圧力を測定することにより、建築物全体のバランスを求め、変形等を検出している。以下、図10を参考にして、具体的に説明する。
柱脚コネクタは95、図10(b)に示すように、土台16内に内装される本体部951と本体部の上面から突出するコネクタ部952とから構成されており、通常は、基礎10に固定されたボルトに対して、基礎パッキンを挟んだ状態で固定されている。なお、図10(b)においては、基礎10に固定されたボルトは記載されていない。
そして、上面に柱脚コネクタ95が固定された基礎10に対して土台16を載置する際に、柱脚コネクタ95の本体部951を土台16に形成した内装孔に挿通させることで、土台16の上面からコネクタ部952が突出するように土台16が基礎10の上に配置される。
基礎10上に配置された土台16の側面には連結金具96がボルト961a等によって固定され、前記連結金具96を、他の土台16もしくは大引き161の端面に形成された溝16a,161aに挿入し、その状態で土台16もしくは大引き161の側面からピン962を挿入することによって、土台16同士もしくは土台16と大引き161が強固に連結されている。
このように、本実施形態の建築物状態管理システムにおいては、測定手段を圧力センサにすることによって、通常の施工時に配置する基礎パッキンに代えて圧力センサを用いることで、施工工程を増やすことなく、建物の状態を検知するシステムを構築することができる。
情報処理手段(制御手段)20は、所定の時間に測定手段ら出力された測定値の情報を傾斜が測定された時間の情報及び傾斜が測定された位置の情報と共に記憶手段30に記憶する。
記憶手段30に記憶する前記所定の時間としては、例えば月に一度等の一定間隔を決めておいて定期的に記憶するように構成すればよいが、例えば震度1以上の地震が発生した後や台風が通過した後などにも、記憶手段30に対して測定手段から出力される測定値を記憶するように制御することもできる。
例えば、梁材11a,12a(水平フレーム)の撓みは、上面に取り付けられた歪みセンサs1,s3の測定値と下面に取り付けられた歪みセンサs2,s4の測定値との差を元に算出することができる。
また、各圧力センサにおける新築時からの圧力の変化を測定位置毎に算出する。
記憶手段30には、建築物全体、もしくは梁材11a,12a等の構造体の状態について所定の閾値が記憶されており、算出手段によって算出された撓み量等の構造体の状態や状態検出手段によって検出された建築物全体の状態が、記憶手段に記憶されている前記閾値以上となった場合には、警報手段によって建築物が異常状態であることを知らせる警報を出力することができる。
また、この状態検出システムは、経時的な変化のみならず、例えば大地震等の前後の検出値を比較することで、建築物の状態を把握して、住居可能であるのか否かの判断に使用することができる。
さらに、建築物の現在の状態を把握することができるので、中古物件として売る建築物の状態を評価することができ、建築物を適正な価値で市場で取引することができる。
なお、建物の状態を検出するための圧力計等のセンサを配置する位置は、柱と基礎との間に限定されるものではなく、建物にかかる力の変化を検出することができる場所であれば、どの位置でもよい。
また、建物の状態を把握するための情報は、圧力計からの出力のみでなくてもよく、例えば、歪みセンサや傾斜センサと圧力センサからの情報を元に算出してもよく、その組み合わせは何ら限定されない。
さらに、測定された情報から建築物の状態を検出する方法についても、何ら限定されるものではなく、情報を記憶するタイミングも何ら限定されるものではない。
5 :木造建築物
10 :基礎
11〜13:ラーメンフレーム
16 :土台
21 :柱材
31 :梁材
41 :耐力壁
42 :耐力壁
50 :基礎
51 :主柱材
61 :梁材
71 :柱材
95 :柱脚コネクタ
Claims (4)
- 建築物の所定位置に配置され、前記建築物を構成する構造体の状態を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定される測定値を所定時間毎に記憶手段に記憶させる制御手段と、
前記記憶手段に記憶された測定値の経時的変化を算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した経時的変化に基づいて前記建築物の状態を検出する状態検出手段とを備える
ことを特徴とする建築物状態管理システム。 - 前記測定手段が、前記建築物を構成する構造体にかかる圧力を計測する圧力センサである
ことを特徴とする請求項1に記載の建築物状態管理システム。 - 前記状態検出手段により検出された前記建築物の状態が所定の閾値以上となった時に警告を発信する警告手段を備えている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の建築物。 - 建築物の所定位置に、前記建築物を構成する構造体の状態を測定する測定手段を配置し、
前記測定手段により測定される測定値を記憶し、
記憶した前記測定値の経時的変化を算出し、
算出した前記経時的変化に基づいて前記建築物の状態を検出する
ことを特徴とする建築物状態管理方法。
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