JP3714546B2 - 建物の躯体構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の躯体構造に関し、更に詳しくは、極めて軽量でありながら耐久性に優れ、しかも間取りを比較的自由に設定することが可能な建物の躯体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の躯体構造は、安全で且つ信頼性の高い高性能な建物を建設する上で極めて重要なポイントとなるべき部分であり、今日では様々な構造のものが知られている。その代表的なものとしては、例えば、木造、鉄骨造、鉄筋コンクリート造(ＲＣ造)がある。
【０００３】
木造には、建物の荷重を柱や梁で支える日本の伝統的な工法である木造軸組工法（在来工法）や、建物の荷重を耐力壁や床で支える２×４(ツーバイフォー)工法がある。木造は、木材をその主たる材料としているので加工がしやすく、安価であり、我が国の気候風土の面からみても居住性のよい建物を提供する。
【０００４】
鉄骨造には、軽量鉄骨系と重量鉄骨系があり、軽量鉄骨系は、主要構造材に軽量形鋼を用いたものでプレハブ住宅をはじめ小規模な建築に用いられている。軽量鉄骨構造は、構造体が比較的軽量であることから基礎部への負担が少なく、部材の運搬・加工・組み立てが容易であるという長所を有している。一方、重量鉄骨系は、主としてＨ型鋼やＩ型鋼で柱と梁を形成したラーメン構造が採用され、比較的高層の建物にも採用されている。ラーメン構造は、「壁」を主体とする構造に比べて開口部を広く確保することができ、開放的な空間を形成できるという特徴がある。また、材料としての鋼材は引張り力・圧縮力に強く、また品質が均一であるという長所がある。
【０００５】
ＲＣ造は、引張力に強い鉄筋と、圧縮力に強いコンクリートを組合せた構造であり、上述のような柱と梁で支えるラーメン構造と、壁や床で支える壁構造とがある。ＲＣ造は、耐震性、耐火性に優れ、また腐食による強度の劣化が少ないので比較的信頼性が高い構造であるといえる。
【０００６】
かかる従来の躯体構造に加えて、近年では、木造ツーバイフォーの枠材をスチールに置き換えたいわゆる「スチールハウス」が登場し、注目されている。スチールハウスは、地震や白アリに強いことに加えて森林伐採による自然環境破壊への配慮から、特に米国で関心を集めている。スチールハウスの内外装は、これまでの木造ツーバイフォー住宅と同じ物を用いることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した、躯体構造のうち、木造にあっては、材料である木材は天然材料であるため形状・寸法に制約があり、腐朽や虫害を受けやすく、さらに耐火性に劣るという短所がある。また、鉄骨造のうち軽量鉄骨構造にあっては、建物全体の荷重に対して材厚が薄いので座屈やねじれに対する耐力が小さいことから局部的な変形を防止するために補強材を配設する必要があり、そのため間取りに制約を受けることがある。一方、重量鉄骨構造にあっては、柱や梁が居住空間に突出するいわゆる「柱形」が出るので間取りに制約を受ける場合がある。さらに、ＲＣ構造は、全体の重量も重く、坪単価も高くなるという短所がある。また、スチールハウスにあっては、基本的には木造ツーバイフォーと同様の構造であるため、構造を支える壁面が必要となることから、上述したように、希望する箇所に開口部を設けることが出来ない場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、最小限の躯体材料を用いることにより極めて軽量であり安価で且つ耐久性に優れた建物の躯体構造を提供することを目的とする。
また、本発明は、現場での組み立てが簡単であり、間取りを比較的自由に設定することが可能な建物の躯体構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、建物の躯体構造であって、天井部をトラス構造を備えた強固に固定されたフレーム構造の金属製枠体により構成し、重力方向に加わる鉛直荷重を枠体に配設された複数の柱部材で支持すると共に、水平方向に加わる水平荷重を互いに直交するようにして任意の位置に配置された少なくとも２つのパネル状の鋼板により支持して構成され、枠体は、所定の幅に配置された上弦材と下弦材との間に束材及び斜材が配設された１スパンを構成するトラスユニットと、トラスユニットに所定の間隔をおいて２本の柱部材が配設された柱付トラスユニットと、トラスユニットの３分の１のスパン長さに形成された短トラスユニットと、トラスユニット、柱付トラスユニット及び短トラスユニットの上弦材及び下弦材同士を連結するＸ字状に形成されたブレースユニットとを有して形成されていることを特徴とする建物の躯体構造を提供する。
【００１０】
上記課題を解決するために請求項２記載の発明は、請求項１に記載の建物の躯体構造において、枠体及びパネル状の鋼板は、ユニット化され、現場で簡易に組み立て可能とされていることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の建物の躯体構造において、枠体の上にさらに上層階が配置可能とされていることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の建物の躯体構造において、パネル状の鋼板は、トラスユニット、柱付トラスユニット及び短トラスユニットの下弦材から床面に至る高さを有していることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る建物の躯体構造の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る建物の躯体構造の一実施形態を示す斜視図、図２はその分解斜視図である。
初めに、本発明に係る建物の躯体構造１は、概略として図１に示すように、トラス構造を備えた天井部を形成する金属製の枠体５と、この枠体５を支持するようにして４本の柱部材７、７が立設されて形成され、枠体５の下部には２枚の鋼鉄製パネルからなる補強材９、９が互いに直交する位置で且つ任意の位置に配置されて構成されている。４本の柱部材７、７は躯体の重力方向に加わる鉛直荷重を支持し、補強材９、９は躯体の水平方向に加わる水平荷重を支持するようになっている。躯体構造１は、ユニット化された各種の部材によって構成可能とされている。すなわち、躯体構造１は、図１及び図２に示すように、トラスユニット１０と、柱付トラスユニット２０と、短トラスユニット３０と、ブレースユニット４０とを連結して形成され、さらに任意の箇所には互いに直交するような位置に補強材９、９が配置されて構成されている。
【００１５】
トラスユニット１０は、図３に示すように、所定の幅間隔をもって配置された上弦材１１ａと下弦材１１ｂとの間に束材１３及び斜材１５が配設されて構成されており、このトラスユニット１０の長手方向における長さが１スパンとされている。上弦材１１ａ及び下弦材１１ｂは、それぞれ略Ｌ字型をした鋼材を背中合わせに組合せることにより断面Ｔ字状に形成され、この上弦材１１ａと下弦材１１ｂとの間を連結するようにして直角方向に配置された束材１３と、隣り合う束材１３の頂点同士を交互に連結するようにして斜めに配置された斜材１５によりトラスが形成されている。上弦材１１ａと下弦材１１ｂの両端部と束材１３が配設された箇所には他のユニット材を連結するための図示しない連結構造を備えている。連結構造は、例えば、上弦材１１ａと下弦材１１ｂの表面に締着部材であるボルトを挿通するための孔部を穿設しておき、この孔部にボルトを挿通してナットで固定して連結する。もちろん、この連結構造は例示であり、溶接を含めた各種の連結構造が採用可能である。
【００１６】
トラスユニット１０は、具体的には、上弦材１１ａ及び下弦材１１ｂはそれぞれ６０ｍｍ×６０ｍｍ×３．２ｍｍのＬ形鋼を２本背中合わせに配置され、１スパンとして４８００ｍｍの長さを有して形成されている。また、上弦材１１ａと下弦材１１ｂとは４００ｍｍ間隔で配置されている。さらに、束材１３には直径１６ｍｍの丸形鋼が用いられ、斜材１５に直径２５ｍｍの丸形鋼が用いられている。束材１３は８００ｍｍ間隔で７本配設されており、斜材１５は６本配設されている。
【００１７】
次に、柱付トラスユニット２０は、図４に示すように、上述のトラスユニット１０と同様の構造を有すると共に、さらに所定の間隔をおいて２本の柱部材７、７が配設されて形成されている。すなわち、所定の幅間隔をもって配置された上弦材２１ａと下弦材２１ｂとの間に束材２３及び斜材２５が配設されて構成されており、上弦材２１ａと下弦材２１ｂの長さはトラスユニット１０と同様の長さ（１スパン）を有している。上弦材２１ａ及び下弦材２１ｂは、それぞれ略Ｌ字型をした鋼材を背中合わせに組合せることにより断面Ｔ字状に形成されており、この上弦材２１ａと下弦材２１ｂとの間を連結するようにして直角方向に配置された束材２３と、隣り合う束材２３の頂点同士を交互に連結するようにして斜めに配置された斜材２５によりトラスを形成している。また、上弦材２１ａと下弦材２１ｂの両端部と束材２３が配設された箇所には他のユニット材を連結するための上述したような図示しない連結構造を備えている。上弦材２１ａと下弦材２１ｂの両端から所定の距離のところに柱部材７、７が配置されている。柱部材７、７は、重力方向に加わる鉛直荷重を支持する。
【００１８】
柱付トラスユニット２０の上弦材２１ａ及び下弦材２１ｂは、具体的には、トラスユニット１０と同様に、６０ｍｍ×６０ｍｍ×３．２ｍｍのＬ形鋼が２本背中合わせに配置され、１スパンとして４８００ｍｍの長さを有している。上弦材２１ａと下弦材２１ｂとは４００ｍｍ間隔で配置されている。束材２３は直径１６ｍｍの丸形鋼が用いられ、斜材２５は直径２５ｍｍの丸形鋼が用いられている。そして、柱部材７、７は３０ｍｍ×３０ｍｍの角形鋼材が用いられ、その長さは２６００ｍｍに形成されている。柱部材７、７は、上弦材２１ａと下弦材２１ｂの両端から８００ｍｍの位置に配置されている。
【００１９】
短トラスユニット３０は、図５に示すように、所定の幅に配置された上弦材３１ａと下弦材３１ｂとの間に束材３３及び斜材３５が配設されて構成されている。上弦材３１ａ及び下弦材３１ｂは、それぞれ角形の鋼材により形成され、この上弦材３１ａと下弦材３１ｂとの間を連結するようにして直角方向に配置された束材３３と、束材３３の一方側の頂点から斜めに配置された斜材３５によりトラスが形成されている。また、上弦材３１ａと下弦材３１ｂの両端部には他のユニット材を連結するための上述したような図示しない連結構造を備えている。短トラスユニット３０の上弦材３１ａ及び下弦材３１ｂは、具体的には、それぞれ６０ｍｍ×６０ｍｍで厚さ３．２ｍｍの角鋼管が用いられ、上弦材３１ａと下弦材３１ｂとは４００ｍｍ間隔で配置されている。そして、短トラスユニット３０はトラスユニット１０及び柱付トラスユニット２０の有する１スパンである長さ４８００ｍｍの３分の１の長さである１６００ｍｍに形成されている。また、束材１３は直径１６ｍｍの丸形鋼が用いられ、斜材１５は直径２５ｍｍの丸形鋼が用いられている。束材１３は略中央部に１本配設されており、その両側に斜材１５が配設されている。
【００２０】
ブレースユニット４０は、トラスユニット１０、柱付トラスユニット２０及び短トラスユニット３０をそれぞれ連結して枠体５を形成したときにトラスユニット１０、柱付トラスユニット２０及び短トラスユニット３０の上弦材１１ａ、２１ａ、３１ａ同士を連結すると共に、下弦材１１ｂ、２１ｂ、３１ｂ同士を連結して枠体５をしっかり固定するものである。ブレースユニット４０は、図６に示すように、２本の鋼材４１、４２をＸ字状に連結して形成され、その連結部４５を中心にしてその端部が「はさみ」のように開閉自在に形成されている。端部側を閉じた状態とすれば移送時や保管時の専有面積を少なくすることが可能となる。ブレースユニット４０を形成する鋼材４１、４２は、直径１３ｍｍの丸形の鋼材が用いられている。
【００２１】
トラスユニット１０、柱付トラスユニット２０、短トラスユニット３０、ブレースユニット４０を形成する各鋼材には溶融亜鉛メッキが施され、十分な防錆処理がされている。これにより、鋼材の耐久性が高まりその性能を長く維持することが可能となっている。尚、上述した上述したトラスユニット１０、柱付トラスユニット２０、短トラスユニット３０、ブレースユニット４０の鋼材及びサイズは例示であり、これに限定されるものではない。また、形成されるトラスの形状も本実施形態に示したようなワーレンに限定するものではなく任意の形状が採用可能である。
【００２２】
補強材９、９は、板状に形成された鋼鉄製パネルからなり、枠体５の下部に互いに直交する位置で且つ任意の位置に２枚配置され、主として水平方向に加わる水平荷重を支持している。具体的には２６００ｍｍ×８００ｍｍ×３．２ｍｍのパネル状とされ、柱部材７、７と同じ高さを備えている。補強材９、９はユニットにより構成される４８００ｍｍ×４８００ｍｍの基本構成の中に互いに直交するようにして少なくとも２枚配設する。配設する位置は原則として限定はなく、互いに直交するように配置されていればいずれの下弦材１１ｂ、２１ｂ、３１ｂの下部であってもよい。また隣り合うように接触させて配置する必要もない。この２枚の補強材９、９によって水平荷重が支持される。このように、補強材９、９の配置箇所が躯体構造１の周囲、すなわち外壁側に限定されないので好きな位置に開口部を設けることができ間取りが制限されることがない。尚、補強材９、９には溶融亜鉛メッキが施され、各ユニットと同様に、十分な防錆処理がされている。
【００２３】
次に、上述した各ユニットを用いて躯体構造１を組み立てる手順について説明する。まず、躯体構造１を支える基礎を定法に基づいて形成する。基礎は特に特定のものに限られるものではなく布基礎、ベタ基礎等各種のものが採用可能である。また、本発明に係る躯体構造１は特に全体重量が従来の鉄骨造の躯体構造に比べて非常に軽量であることから地盤のあまり堅固でないところでも建築可能である。基礎が出来上がったらその上に柱付トラスユニット２０を立設する。柱付トラスユニット２０は１スパンの両端に位置するようにして２箇所に配設する。そして、柱付トラスユニット２０の間に所定の間隔でトラスユニット１０を配置すると共に、トラスユニット１０と柱付トラスユニット２０のトラス部の間に短トラスユニット３０を２列に配置してトラスユニット１０と柱付トラスユニット２０とを上記連結構造により連結する。図１、図２及び図７に示すように、短トラスユニット３０は柱付トラスユニット２０及びトラスユニット１０の両端側に所定の間隔をもってそれぞれ２列に配置する。これにより、トラスユニット１０及び柱付トラスユニット２０の両端部には角柱状のフレーム構造が形成され、強固に保持される。また、角柱状に形成されフレーム構造のうち対向して位置する短トラスユニット３０、３０の上弦材３１ａ、３１ａ同士をブレースユニット４０により連結すると共に、同様にして下弦材３１ｂ、３１ｂ同士をブレースユニット４０で連結する。すなわち、ブレースユニット４０を２段に配置することにより枠体５をしっかり固定する。
【００２４】
このように形成された枠体５の下部に互いに直交する位置で且つ任意の位置に補強材９、９を配設する。補強材９、９は４８００ｍｍ×４８００ｍｍの基本構成の中に互いに直交するようにして少なくとも２枚配設すればよい。配設する位置は原則として限定はなく、２枚の補強材９、９が互いに直交するようにして配置する。このように、各部材がユニット化されているので現場で容易に組み立てることが出来、軽量でありながら強固な耐久性を備えた躯体構造１を提供することが出来る。また、枠体５の内部に空調のためのダクト、配管、電気配線等の設備機器を配置することができる。
【００２５】
図８に示すのは、本発明に係る躯体構造１の基本構成をスパン方向に連設した場合における斜視図である。本実施形態においては、その両端部に柱付トラスユニット２０が配置されると共に、その両端の柱付トラスユニット２０の隣にも柱付トラスユニット２０が配設されている。それ以外は図１に示す基本構造が繰り返し連設されている。本発明に係る躯体構造１は非常に軽量であるため図８に示すように床部４が傾斜面に突出するような場所であっても僅かな基礎工事により柱部材７ａを設置することによって建設することが出来る。尚、図９は、図８の躯体構造１により立てられた建物における間取図である。
【００２６】
図１０は、枠体５の上にさらに上層階を設けた躯体構造の斜視図である。本実施形態における躯体構造１は、上述したトラスユニット１０、柱付トラスユニット２０、短トラスユニット３０及び補強材９、９から構成される４８００ｍｍ×４８００ｍｍの基本構成からなる躯体構造の上にさらに同じ基本構成からなる躯体構造が積層されて構成されている。本実施形態における躯体構造１を構成する各構成ユニットについては基本的に上述した通りでありその説明は省略するが、上部に上層階が配置されている下層階の柱部材７、７は上層階の重量を含む鉛直荷重を支持する必要がある。従って、柱付トラスユニット２０の柱部材７、７を上層階を支持可能な強度を有する柱部材７、７とした柱付トラスユニット（階層用）を用いる必要がある。具体的には、４８００ｍｍ×４８００ｍｍの基本構成からなる躯体構造の上に同じ基本構成からなる躯体構造を積層する場合には下層階の柱部材７をその鉛直荷重を支持可能な強度のものに変更するか或は３０ｍｍ×３０ｍｍの角形鋼材を１本のところを２本にして構成する。または、下層階のトラスユニット１０を柱付トラスユニット２０に置き替える。これにより２階建てであっても充分な強度を備えた躯体構造１を提供することが出来る。
【００２７】
尚、本実施形態においては、住宅の躯体構造を例に説明したが、本発明に係る建物の躯体構造はもちろんこれに限られるものではなく、店舗、工場、その他の建築物にも適用可能であることはいうまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る建物の躯体構造によれば、天井部をトラス構造を備えた金属製枠体により構成し、重力方向に加わる鉛直荷重を枠体に配設された複数の柱部材で支持すると共に、水平方向に加わる水平荷重を互いに直交するようにして任意の位置に配置された少なくとも２つのパネル状の補強材により支持して構成することとしたので、最小限の躯体材料を用で極めて軽量であり安価で且つ耐久性に優れた建物の躯体構造を提供することが可能となるという効果がある。また、本発明に係る建物の躯体構造によれば、枠体及び補強材は、工場製作によりユニット化されているので、建築現場での加工を必要とせず、組み立てが簡単であるという効果がある。
【００２９】
また、本発明に係る建物の躯体構造によれば、非常に軽量であることから柱部材が細いものを使用でき、居住空間に柱形が出ず空間を有効に利用可能であると共に、柱部材のほか少なくとも２つのパネル状の補強材により躯体構造が構成されるので開口部や間取りを比較的自由に設定することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建物の躯体構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した建物の躯体構造の分解斜視図である。
【図３】トラスユニットの正面図である。
【図４】柱付トラスユニットの正面図である。
【図５】短トラスユニットの正面図である。
【図６】ブレースユニットの平面図である。
【図７】図１の躯体構造の平面図である。
【図８】本発明に係る躯体構造をスパン方向に連設した斜視図である。
【図９】図８の躯体構造により立てられた建物における間取図である。
【図１０】上層階を設けた躯体構造の斜視図である。
【符号の説明】
１ 躯体構造
４ 床部
５ 枠体
７ 柱部材
９ 補強材
１０ トラスユニット
１１ａ 上弦材
１１ｂ 下弦材
１３ 束材
１５ 斜材
２０ 柱付トラスユニット
２１ａ 上弦材
２１ｂ 下弦材
２３ 束材
２５ 斜材
３０ 短トラスユニット
３１ａ 上弦材
３１ｂ 下弦材
３３ 束材
３５ 斜材
４０ ブレースユニット
４１、４２ 鋼材

Claims (4)

1. 建物の躯体構造であって、
   天井部をトラス構造を備えた強固に固定されたフレーム構造の金属製枠体により構成し、重力方向に加わる鉛直荷重を前記枠体に配設された複数の柱部材で支持すると共に、水平方向に加わる水平荷重を互いに直交するようにして任意の位置に配置された少なくとも２つのパネル状の鋼板により支持して構成され、
   前記枠体は、
   所定の幅に配置された上弦材と下弦材との間に束材及び斜材が配設された１スパンを構成するトラスユニットと、
   前記トラスユニットに所定の間隔をおいて２本の柱部材が配設された柱付トラスユニットと、
   前記トラスユニットの３分の１のスパン長さに形成された短トラスユニットと、
   前記トラスユニット、前記柱付トラスユニット及び前記短トラスユニットの上弦材及び下弦材同士を連結するＸ字状に形成されたブレースユニットと、
   を有して形成されていることを特徴とする建物の躯体構造。
2. 請求項１に記載の建物の躯体構造において、
   前記枠体及び前記パネル状の鋼板は、ユニット化され、現場で簡易に組み立て可能とされていることを特徴とする建物の躯体構造。
3. 請求項１又は２に記載の建物の躯体構造において、
   前記枠体の上にさらに上層階が配置可能とされていることを特徴とする建物の躯体構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の建物の躯体構造において、
   前記パネル状の鋼板は、トラスユニット、柱付トラスユニット及び短トラスユニットの下弦材から床面に至る高さを有していることを特徴とする建物の躯体構造。

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