JP5352195B2 - 建物ユニット - Google Patents

Description

本発明は、ユニット床面の骨格を構成するユニット床フレームを備えた建物ユニットに関する。

従来の建物ユニットの一例として、特許文献１には、長辺側床梁に接合部を設け、この接合部も基礎に接合することで、サブフレームを用いることなく、接合部まわりの剛性を向上させた構造が示されている。

しかし、特許文献１に記載の構造では、水平荷重が作用した場合に、床梁の変形を抑制することが難しい。
特開２０００−３２８６６４号

本発明は上記事実を考慮し、水平荷重に対する剛性を向上させることが可能な建物ユニットを得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、ユニット床面の骨格を構成するユニット床フレームと、前記ユニット床フレームの長手方向の床大梁の端部側に設定された端部側支点部と、少なくとも１本の前記床大梁において前記端部側支点部よりも長手方向中央寄りで、且つユニット躯体に作用した水平荷重による前記床大梁の変形を想定した場合に床大梁が変位する少なくとも２箇所に設定された中央支点部と、少なくとも１本の前記床大梁における前記中央支点部間で、床大梁に代えて床大梁とは別体で配設され、床大梁より幅狭の床中央梁と、を有する。

この建物ユニットでは、ユニット床面の骨格を構成するユニット床フレームの少なくとも１本の床大梁に対応して、床大梁の端部側の端部側支点部と、これよりも長手方向中央寄りの中央支点部が設定されている。端部側支点部のみを有する構成では、水平荷重により、これら端部側支点部の間で床大梁が変形しやすい。本発明では、ユニット躯体に作用した水平荷重による前記床大梁の変形を想定した場合に床大梁が変位する少なくとも２箇所に中央支点部が設定されている。すなわち、床大梁は変形が想定される位置で建物基礎に接合されることになるので、床大梁の変形を抑制でき、水平荷重に対する剛性が高くなる。

また、少なくとも１本の床大梁における２つの中央支点部間では、床大梁とは別体の床中央梁が床大梁に代えて配設されている。床大梁は中央支点部において剛性が高められるので、中央支点部よりもさらに中央寄りの部分では、床大梁とは別体の床中央梁としても、剛性に与える影響は少ない。そして、床中央梁は床大梁よりも幅狭であるので、建物ユニットとして軽量化を図ることが可能になる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、２箇所の前記中央支点部が、前記端部側支点部から同一の距離に設置されている。

２箇所の中央支点部を、このように、端部側支点部から同一の距離に設置することで、床大梁の変形抑制効果の偏りがなくなる。
なお、１本の床大梁において３箇所以上の中央支点部が設定されている構成では、中央支点部のいずれか２箇所が、端部側支点部から同一の距離に設置されていればよい。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ユニット床フレームが、前記中央支点部が設定された２本の前記床大梁を備えたフレーム本体と、前記中央支点部で囲まれた部分よりも平面視にて内側に配置され、前記フレーム本体とは別体とされると共に前記床中央梁を備えた中央フレームと、を有する。

すなわち、フレーム本体の２本の床大梁には、それぞれ、中央支点部が設定されており、ユニット床フレームの剛性はフレーム本体で確保できる。そして、ユニット床フレームを、フレーム本体と中央フレームとで構成することで、中央フレームにおいて特定の構造（たとえば一般用、床下収納用、玄関用など）を採用し、建物ユニットのバリエーションを増やすことが可能となる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記中央フレームが、前記フレーム本体に対し取り外し可能とされている。

これにより、フレーム本体に対し、たとえばモジュール化された中央フレームを取り付けることで、工場等での生産性を高めることができる。まｔ、たとえば増改築時等に中央フレームのみを交換して、間取り変更等に容易に対応できるようになる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記中央フレームが前記フレーム本体に対し引っ掛けられて取り付けられる。

このように中央フレームをフレーム本体に対し引っ掛ける構成とすることで、中央フレームをフレーム本体に接続する構造を簡素化できる。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記床大梁と前記床中央梁との接続部分における床大梁に設けられ、開断面形状の床大梁を閉断面化して補強する補強部材、を有する。

この補強部材により、床大梁と前記床中央梁との接続部分において、床大梁を補強することができ、より剛性が高くなる。

本発明は上記構成としたので、水平荷重に対する剛性を向上させることができる。

図１には、本発明の第１実施形態の建物ユニット１２が、ユニット床面の骨格を構成するユニット床フレーム１４の部分を拡大して示されている。この建物ユニット１２はラーメン構造とされているが、特に本実施形態では、ユニット床フレーム１４は略長方形の枠状に構成されると共に、この四隅から立設された柱１６と柱１６上部の天井大梁（図示省略）を備えており、全体として各要素が剛結合された箱型ラーメンのユニット躯体とされている。そして、柱１６の下部の床仕口１５と長手方向の床大梁２０及び短手方向の床大梁２１とが、建物の基礎２８（図２参照）に設置され、本発明に係るユニット床フレーム１４を構成している。

床仕口１５のそれぞれからは、下方に向けて突出するアンカーボルト１８が固定されている。このアンカーボルト１８は、ユニット床フレーム１４において長手方向に延在する床大梁２０の長手方向の端部側に位置しており、本発明に係る端部側支点部となっている。そして、アンカーボルト１８を、基礎２８上に形成された図示しない固定孔に挿入して固定することで、建物ユニット１２が設置されたときに支点となる。なお、本実施形態において、ユニット床フレーム１４の長手方向に延在する床大梁２０は、中央部分で（図１の左右に）分割され、この中央部分に後述するように床中央梁３０が配設されているが、分割前の状態（左右の対で）１本の床大梁２０を構成するものである。換言すれば、１本の床大梁２０（ユニット床フレーム１４の全体では２本）が、中央部分で分割されていることになる。

さらに、床大梁２０には、アンカーボルト１８よりも長手方向中央寄りの位置（ただし、長手方向の中心２０Ｃを避けた位置）に、床大梁１本あたりで２つの挿通孔２２が、柱１６（アンカーボルト１８）から等距離で設けられている。これらの挿通孔２２には、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基礎２８に埋め込まれたアンカーボルト２４が挿通され、さらにアンカーボルト２４にナット２６が螺合される。これにより、挿通孔２２が実質的に本発明に係る中央支点部となり、基礎２８に床大梁２０が固定される。

ここで、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、比較例として、本実施形態のような挿通孔２２（中央支点部）が設けられていない（但し、アンカーボルト１８は設けられている）ラーメン構造の建物ユニット１１２において、地震時や強風時などにユニット躯体に水平荷重Ｆ１（特にせん断力）が作用した場合の変形挙動が模式的に示されている。この建物ユニット１１２では、床大梁１１４や柱１１６などの各部材が剛結合されているので、上記の力Ｆ１により、床大梁１１４が図３（Ｂ）に示すように波状に変形する。特に、長手方向の端部１１４Ｔ及び中心１１４Ｃでは変形前と同位置であるが、これら以外の箇所では、変形前の位置からずれている。なお、図３では、図示の明確化のために、床大梁の変形の程度を実際より大きく示している。

図３（Ｃ）には、本実施形態の建物ユニット１２において、上記と同様の力Ｆ１がユニット躯体に作用した場合の変形挙動が模式的に示されている。本実施形態では、挿通孔２２（中央支点部）が設けられており、この挿通孔２２の位置は、図３（Ｂ）に示した比較例において、床大梁２０が変形前の位置から大きくずれる（変位する）位置と同位置となっている。具体的には、床大梁２０の長手方向端部（変形の固定端）から測って、全長の１／４程度の位置が最も変位が大きいので、この位置に中央支点部が設定されている。すなわち、床大梁２０がこのように大きく変位する位置に支点が設定されていることになり、床大梁２０の変形が抑制されている。

本実施形態では、図１に示すように、挿通孔２２よりもさらに中央寄りの部分には、床大梁２０に代えて、床中央梁３０が配置されている。図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、床大梁２０及び床中央梁３０の双方とも、ユニット床フレーム１４の内側に向かって開放された断面略「Ｃ」字状の鋼材（いわゆる溝型鋼）が用いられているが、床中央梁３０の幅Ｗ２は、床大梁２０の幅Ｗ１よりも狭くされており、単位長さあたりの質量が小さくなっている。なお、床大梁２０及び床中央梁３０は、溝型鋼に代えて、いわゆるＨ型鋼などであってもよい。

床中央梁３０は、床大梁２０と直線状になるように配置されており、これらは、接合部材３２によって接合されている。接合部材３２は断面略「Ｃ」字状に形成されており、床大梁２０及び床中央梁３０の開放部分を覆う向きで、溶接等により床大梁２０及び床中央梁３０に接合されている。また、接合部材３２により、開断面形状の床大梁２０及び床中央梁３０は接合部分で閉断面化され、補強されている。なお、接合部材３２による床大梁２０と床中央梁３０の接合は、たとえば、接合部材３２をこれらに溶接することによって可能である。溶接に代えて、ボルト止めやリベット止めを採用してもよい。

図１に示すように、平行に対向する床大梁２０の間、及び床中央梁３０の間には、床小梁３４が掛け渡されており、床小梁３４の端部が床大梁２０又は床中央梁３０に接合されている。したがって、ユニット床フレーム１４は、２本の床大梁２０と２本の床大梁２１及び、床大梁２０の間に掛け渡された床小梁３４とで構成される床フレーム本体３６を備え、さらに、ユニット床フレーム１４の長手方向中央部分に、床フレーム本体３６とは別体で、且つ床中央梁３０と床小梁３４とを有する中央部床フレーム３８が備えられていることになる。換言すれば、床大梁２０に設定された合計で４つの挿通孔２２（中央支点部）で囲まれた部分よりも平面視して内側に、中央フレーム３８が配置されていることになる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

図１から分かるように、本実施形態では、床大梁２０の長手方向端部側において、アンカーボルト１８を支点として基礎２８に固定されるが、これに加えて、図２（Ａ）及び（Ｂ）にも示すように、床大梁２０の長手方向中央寄りの位置でも、挿通孔２２（アンカーボルト２４）を支点として基礎２８に固定される。ここで、図３（Ｂ）に示したように、床大梁１１４の中央寄りの位置に支点（中央支点部）が設けられていない比較例の構成では、水平荷重Ｆ１に対する剛性が相対的に低いので、床大梁２０の変形が大きくなり、さらに、柱１６の回転量（鉛直方向からの傾き角度）も多くなる。これに対し、本実施形態では、挿通孔２２にアンカーボルト２４が挿通されることで、床大梁２０に中央寄りの支点が設けられることになる。これにより、図３（Ｃ）に示したように、水平荷重Ｆ１に対する剛性が比較例よりも相対的に高くなるので、床大梁２０の変形が抑制され、柱１６の上記回転も抑制される。

特に本実施形態では、挿通孔２２（中央支点部）を１本の床大梁２０で２つ設定している。中央支点部は１つであっても、後述するように中心２０Ｃを避けた位置であれば床大梁２０の変形を抑制する効果は得られる。たとえば、図３（Ｄ）に模式的に示すように、床大梁２０の変形（変位）が大きい１箇所にのみ挿通孔２２（中央支点部）を設けてもよいが、床大梁２０の変形を抑制する効果は小さくなる。

しかも、本実施形態では、床大梁２０が最も大きく変形する位置（長手方向端部から１／４程度の位置）に挿通孔２２を形成して中央支点部を設定している。したがって、これ以外の位置に中央支点部を設定した構成と比較して、床大梁２０の変形を抑制する効果が高くなる。また、床大梁２０の変形は、中心２０Ｃに対し略点対称（１８０°の回転による重なる）で発生すると考えられるので、２つの中央支点部を、端部側支点部（アンカーボルト１８）から等距離の位置、換言すれば、長手方向の中心２０Ｃから見て対称の位置に設けることで、変形を抑制する効果の偏りがなくなり好ましい。

もちろん、建物ユニット１２の全体的構造や、設置する基礎２８との兼合いから、このような位置に挿通孔２２（中央支点部）を設けることが困難な場合もあり、中央支点部の位置は上記した位置に限定されない。ただし、図３（Ｅ）から分かるように、床大梁２０の長手方向の中心２０Ｃでは、床大梁２０の変形を想定した場合でも、実質的に変位していない。したがって、床大梁２０の中心２０Ｃに挿通孔２２（中央支点部）を設けた図３（Ｅ）の構成では、床大梁２０の変形を抑制する効果は小さい。

なお、本実施形態では、挿通孔２２（中央支点部）よりも長手方向内側の部分を中央部床フレーム３８とし、床フレーム本体３６とは別体としている。図３（Ｃ）から分かるように、中央支点部の間では、床大梁２０の剛性向上への寄与が小さい。かかる観点から、中央支点部の間の部分では、床大梁２０に代えて、単位長さあたりの質量がより小さい床中央梁３０を用いている。たとえば、床中央梁３０としては、鉛直荷重に対して必要とされる剛性を有する断面形状となる程度にまで幅Ｗ２を小さくする等により、鋼材量を低減することが可能である。これにより、ユニット床フレーム１４の全体的な剛性は確保しつつ、低コスト化、軽量化を図っている。

また、本実施形態では、図２にも示したように、床大梁２０と床中央梁３０の接合に接合部材３２を用い、床大梁２０及び床中央梁３０を接合部分で閉断面化することで補強している。接合部分での捩れ抵抗が増大するので、床大梁２０の変形時の不用意な捩れを抑制できる。

さらに、上記実施形態では、床フレーム本体３６とは別体の中央部床フレーム３８を設けており、この中央部床フレーム３８として、構造の異なるものに交換することで、建物ユニット１２としても、異なる用途に対応できるようになる。

たとえば、図４に示した中央部床フレーム４０は床下収納用とされており、追加小梁４１が追加されるとともに、床下収納部にアクセスするための、開口部４２が中央部床フレーム３８のさらに中央に形成されている。また、図５に示した中央部床フレーム４４は玄関用とされており、追加小梁４１が追加されるとともに、図５における下半分の床小梁３４及び床中央梁３０が省略されている（省略されている部分に玄関が設けられる）。

このように、中央部床フレーム３８を、異なる構造のものに交換するだけで各種の構造のユニット床フレーム１４が得られるので、たとえば、工場では、先ず床フレーム本体３６を製造し、用途に応じて所望の中央部床フレームを組み合わせることで、効率的な工場生産が可能になる。また、建物の増改築時等の間取り（レイアウト）変更時にも、作業工数の増加を抑制でき、効率的な作業が可能になる。たとえば、建物の玄関の位置を変更する場合には、通常の中央部床フレーム３８と玄関用の中央部床フレーム４４とを増改築の現場で交換すればよい。また、新たな中央部床フレーム４０（又は中央部床フレーム４４）のみを工場で製造しておき、増改築の現場で、既存の中央部床フレーム３８を中央部床フレーム４０（又は中央部床フレーム４４）に交換することも可能となる。

中央部床フレーム３８、４０、４４の交換は、接合部材３２が床大梁２０や床中央梁３０に溶接されている場合には、まず、接合部材３２を切断して床大梁２０から取り外し、新たな、中央部床フレーム３８、４０、４４を配置した後、切断された接合部材３２のさらに外側から、あらたな接合部材３２を追加して接合すればよい。

また、本実施形態では、２つの中央支点部（挿通孔２２）をそれぞれ端部側支点部（アンカーボルト１８）から一定の距離に設けているが、中央部床フレーム３８としては、建物ユニット１２のサイズごとにモジュールに比例した（モジュールの倍数）のサイズバリエーションを備えるようにすることで、建物ユニット１２のサイズバリエーションへの対応も容易となる。

図６（Ａ）〜（Ｃ）には、本発明の第２実施形態の建物ユニット６２が、床大梁２０と床中央梁３０の接合部分で拡大して示されている。なお、第２実施形態では、この接合部分以外は、第１実施形態と同一構成とされているので、詳細な説明を省略する。

第２実施形態では、中央部床フレーム３８（全体像は第１実施形態と同様であるので図示省略、第１実施形態の図１、図４及び図５等参照）を構成する床中央梁３０の長手方向両端部に、床大梁２０への引っ掛け用とされる引掛部材６４があらかじめ取り付けられている。引掛部材６４は断面略「Ｌ」字状に形成されており、上面６４Ｕが床大梁２０に上方から接触することで、床中央梁３０が床大梁２０に引っ掛けられる。また、側面６４Ｓは、床大梁２０の外面２０Ｓに接触するが、ユニット床フレーム１４全体で見たとき、２つの床大梁２０に対しそれぞれの外面２０Ｓに、引掛部材６４の側面６４Ｓが接触するため、ユニット床フレーム１４の短手方向（図１の矢印Ｓ１方向）に床中央梁３０が位置決めされる。

また、第２実施形態では、引掛部材６４を用いたことに伴い、第１実施形態の接合部材３２に代えて、補強部材６６が用いられている。補強部材６６は、第１実施形態の接合部材３２と比較して、より挿通孔２２に近い位置で床大梁２０を閉断面化して補強している。実質的に、床大梁２０に耐捩れ性が要求されるのは、アンカーボルト２４が挿通される挿通孔２２の近傍であるので、第２実施形態においても、床大梁２０の耐捩れ性を向上させ、床大梁２０の変形時の不用意な捩れを抑制できるようになっている。

このような構成とされた第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用効果を奏するが、さらに、中央部床フレーム３８の床フレーム本体３６への装着（取り付け）が、引掛部材６４を床大梁２０の端部に引っ掛けるだけで済むので、作業性が向上している。たとえば、建物の増改築時の中央部床フレームの交換作業が、第１実施形態と比較して、より容易になる。

また、補強部材６６によって床大梁２０が挿通孔２２に近い位置で部分的に閉断面化されているので、床大梁２０の変形時の不用意な捩れを抑制できる。

第２実施形態において、床中央梁３０を床大梁２０に引っ掛ける構造は、上記した引掛部材６４を有するものに限定されない。たとえば、床中央梁３０の端部の形状を、あらかじめ床大梁２０に引っ掛けることが可能な形状とすれば、実質的に引掛部材６４が床中央梁３０と一体化されていることになり、部品点数が少なくなる。

なお、上記各実施形態では、ユニット床フレーム１４がフレーム本体３６と中央フレーム３８と、で構成されたものを挙げているが、要するに、床大梁２０に、本発明に係る中央支点部が設けられていれば、床大梁２０の変形を抑制する効果は得られる。したがって、中央フレーム３８を有することなく、床大梁２０に少なくとも２箇所の中央支点部が設けられると共に、隣り合う中央支点部間が床中央梁とされていればよい。２本の床大梁２０のいずれかの中央支点部間には床中央梁が実質的に配置されていない構造であってもよい。たとえば、図５に示したものは、１本の床大梁２０の中央支点部間に床中央梁が配置されていないため、この例に該当する。さらに、１本の床大梁２０が分断されることなく、一端から他端まで連続している構成も、床大梁２０の中央部分に床中央梁が配置されていないためこの例に該当する。

また、上記では、本発明の中央支点部として、挿通孔２２に建物の基礎２８のアンカーボルト２４が挿通される構成のものを挙げたが、これに代えて、たとえば、床大梁２０から下方に向けてアンカーボルトを突出させ、基礎２８に固定するようにしてもよい。これとは逆に、本発明の端部側支点部として、床仕口１５に挿通孔を形成し、基礎２８から突設させたアンカーボルトを挿通するようにしてもよい。

中央支点部を設ける床大梁としても、ユニット床フレームの２本両方である必要はなく、いずれか一方の床大梁に中央支点部を設ければ、剛性が高められる。

本発明の建物ユニットが用いられる建物としては、この建物を構成するすべての建物ユニットが本発明の建物ユニットとされていてもよいが、少なくとも１箇所において、本発明の建物ユニットが用いられていてもよい。たとえば、建物の捩れ等で水平方向の剛性を必要とされる箇所に本発明の建物ユニットを用い、それ以外の箇所は通常の建物ユニットを用いてもよい。

本発明の第１実施形態の建物ユニットをユニット床フレームの部分で拡大して示す平面図である。 本発明の第１実施形態の建物ユニットを部分的に拡大して示し、（Ａ）は一部切欠平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）はいずれも、建物ユニットに水平荷重が作用した場合の正面から見た変形挙動を支点部の違いに応じて概念的に示す説明図である。 本発明の第１実施形態の建物ユニットの変形例をユニット床フレームの部分で拡大して示す平面図である。 本発明の第１実施形態の建物ユニットの変形例をユニット床フレームの部分で拡大して示す平面図である。 本発明の第１実施形態の建物ユニットを部分的に拡大して示し、（Ａ）は一部切欠平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、（Ｄ）は引掛部材のみを示す斜視図である。

符号の説明

１２ 建物ユニット
１４ ユニット床フレーム
１５ 床仕口（ユニット床フレーム）
１６ 柱
１８ アンカーボルト（端部側支点部）
２０ 床大梁（ユニット床フレーム）
２２ 挿通孔（中央支点部）
２４ アンカーボルト
２８ 基礎
３０ 床中央梁
３２ 接合部材
３４ 床小梁
３６ 床フレーム本体
３８ 中央部床フレーム
４０ 中央部床フレーム
４２ 開口部
４４ 中央部床フレーム
６２ 建物ユニット
６４ 引掛部材
６６ 補強部材

Claims (6)

1. ユニット床面の骨格を構成するユニット床フレームと、
   前記ユニット床フレームの長手方向の床大梁の端部側に設定された端部側支点部と、
   少なくとも１本の前記床大梁において前記端部側支点部よりも長手方向中央寄りで、且つユニット躯体に作用した水平荷重による前記床大梁の変形を想定した場合に床大梁が変位する少なくとも２箇所に設定された中央支点部と、
   少なくとも１本の前記床大梁における前記中央支点部間で、床大梁に代えて床大梁とは別体で配設され、床大梁より幅狭の床中央梁と、
   を有する建物ユニット。
2. ２箇所の前記中央支点部が、前記端部側支点部から同一の距離に設置されている請求項１に記載の建物ユニット。
3. 前記ユニット床フレームが、
   前記中央支点部が設定された２本の前記床大梁を備えたフレーム本体と、
   前記中央支点部で囲まれた部分よりも平面視にて内側に配置され、前記フレーム本体とは別体とされると共に前記床中央梁を備えた中央フレームと、
   を有する請求項１または請求項２に記載の建物ユニット。
4. 前記中央フレームが、前記フレーム本体に対し取り外し可能とされている請求項３に記載に建物ユニット。
5. 前記中央フレームが前記フレーム本体に対し引っ掛けられて取り付けられる請求項４に記載の建物ユニット。
6. 前記床大梁と前記床中央梁との接続部分における床大梁に設けられ、開断面形状の床大梁を閉断面化して補強する補強部材、
   を有する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の建物ユニット。

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