JP7473695B1 - 鉄骨構造建物外殻の構造 - Google Patents
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Abstract
Description
その後、台湾の経済が発展し、人口が高密度になると、土地のコストが高くなり、鉄骨構造を主とした超高層建築の需要が高まり、商業ビルだけでなく、住宅でも鉄骨構造の超高層建築が増加した。統計によると、台湾では住宅建物が90%以上と建設業の大部分を占めている。
これは台湾で最も一般的な建築工法でもあり、台湾の全建築物(住宅建物、商業建物を含む)の90%以上(5~15階建ての低・中層建物ではほぼ100%)を占めている。台湾では40年前からRC構造(鉄筋コンクリート)が住宅建築に多用されている。
また気候の関係で、鉄骨鉄筋コンクリート構造物が高温多湿な環境にさらされることが多い。長時間高温多湿な環境にさらされたコンクリートは、内部に水分が多く発生し、内部の水和生成物が融解して、コンクリートの総空隙率または連通性が増加する。コンクリートが空気中の二酸化炭素に長時間さらされると、コンクリートが中性化(炭化)し、鉄筋が腐食する確率が高くなり、腐蝕により膨張が発生して、コンクリートにひび割れや剥落(膨張)が起こり、白華が始まって外壁が剥がれ落ち、コンクリート構造の耐荷重性の低下や耐震性の低下を招くため、居住使用と安全性が直接脅かされることになる。
地震が多い国である台湾では、30階建て以上の建物の場合、法規に規定される「靭性設計」を満たす必要があり、RC構造を採用したときに「靭性設計」を満たそうとすると、柱や梁の断面寸法が大きくなりすぎ、室内空間に影響が出る(特に地下駐車場や1~8階の断面要求がより高い部分)ため、商業ビルや公共建物(百貨店、ホテル、大スパンのスタジアム、工場など)にはSS構造が多く採用されている。
一方で、SS構造は風力を受けて建物の揺れを生じやすいが、この部分は体格ブレースと耐震壁により建物の変位量に抵抗することで、鉄筋コンクリートの変位量よりも低い2/1000の変位量に制御できるため、SS構造のこの面の問題を大きく補完することができる。
SRC構造の存在は、RC構造の耐圧縮性(剛性を高め、地震や風の力による建物の揺れを防ぐ)とSS構造の耐震性(靭性が地震の力に抵抗するために役立つ)を組み合わせて、住宅の快適性を実現することを期待したものである。
しかしながら、実際のところ、SRC構造は構造体の外側を被覆する鉄筋コンクリートがエネルギーを逃がすメカニズムを持たないため、RC構造と同じ設計強度となり、SRC構造では施工の重複(鉄骨の柱と梁+RC被覆)が生じるため、コストが増加し、作業工程が遅くなり、時間と手間がかかる。
国立成功大学建築学科の林憲徳教授は、2021年12月15日の『今周刊』で持続可能な環境について次のように発表している。
2020年の国連環境計画(UNEP)報告書によると、2019年に建設業が世界の総エネルギー消費の35%、温室効果ガス全体の38%を排出し、工業部門と交通部門の排出量合計よりも高くなっているため、建設業における省エネと排出量削減は、各国がネットゼロエミッションを達成し、温室効果ガスによる温暖化を抑制するための重要な指標となることが指摘されている。
台湾で現行の「緑建築(グリーンビルディング)九大評価指標システム(EEWH)」には、生物多様性、緑化量、土地保水、日常的省エネルギー、二酸化炭素排出量削減、廃棄物排出量削減、屋内環境、水資源、汚水・ごみの改善等9つの評価指標が含まれている。2022年3月、台湾の国家発展委員会は「台湾2050年ネットゼロエミッションへの道筋と戦略総説」を正式に発表し、2050年までに新築建物の100%と既存建物の85%以上を段階的にネットゼロエミッション建物に転換することを義務づけている。
しかしながら、SS構造の建設コストはRC構造より3割程度高いため、超高層ビルを除き、市場の建物の多くはまだRC構造が中心となっている。
しかし、黄炎重氏が発表した論文「鉄鋼業電子調達システムの評価と構築」では、「OECD(経済協力開発機構)の統計によると、建設業は世界のGDPの13.4%、約7兆5千億ドルを占める世界最大の産業の1つとなっている(WSA 2013)。同時に、建設業は世界の鉄鋼生産量の50%以上を消費しているとされる…台湾地区における建設で用いられる鉄骨構造は、2013年の台湾における総鉄鋼生産量3400万トンのうち5.0~7.5%を占めるにすぎず、欧米や日本などの先進国の30~40%(2010年)程度(北欧諸国では85%以上)と比べても、まだかなりの開きがある。
また、世界的に二酸化炭素削減と持続可能性への要求が高まっており、鋼鉄の使用は、コンクリートの使用よりも二酸化炭素排出量の削減に大きく貢献するだけでなく、鋼鉄のリサイクル率も90%以上となっており、環境面でも持続可能な建材として最適な選択と言える」と指摘されている。このため、台湾の鉄骨構造建物にはまだ大きな成長の余地がある。
鉄骨構造は、H形鋼30とデッキプレート40を含み、デッキプレート40上にRCスラブ50が敷設され、デッキプレート40とRCスラブ50が床スラブとなり、カーテンウォール10が結合部材20により床スラブの外に吊り下げられる。
本発明が解決しようとする課題は、SS構造を住宅のニーズにより適合させ、住宅の寿命を延ばし、炭素排出量のネットゼロを達成する一助となる鉄骨構造建物外殻の構造を提供することにある。
さらに、前記長尺ロックウールが、高さ方向においてS字に湾曲されて前記建物外壁内に設置される。
さらに、高さ方向に相隣する2つの外壁板の間に横方向アルミ形材が設置され、前記横方向アルミ形材と前記2つの外壁板の間にシリコンが充填される。
さらに、前記H形鋼の周囲に亜鉛メッキ角パイプが配置され、かつ、前記H形鋼、前記亜鉛メッキ角パイプ及び室外側にある前記床スラブの外側がコンクリート板で被覆される。
1.層間変位:建物外壁は床スラブ上に直接設置され、床スラブが上下階層の空間を完全に隔てることができ、層間変位量は当階層の高さで計算され、当階層の高さが3.2メートルである場合、建物全体の変位量は1/1000となり、当階層の層間変位量は3.2メートル×1/1000=3.2ミリメートルとなるため、生じる層間変位量が極めて小さい。
なお、鉄骨構造建物外殻は巨大であるため、図面はいずれも鉄骨構造建物外殻を部分的に示したものである。
実施例1において、鉄骨構造建物外殻の構造は、図1と図2に示すように、鉄骨構造建物本体Aと、床スラブBと、建物外壁Cを含む。
床スラブBは、デッキプレート2上に敷設されるRCスラブ3を含み、デッキプレート2とRCスラブ3が床スラブBとなる。
建物外壁Cが、RCスラブ3上に流し込んで成型されたRC止水縁4と、2つのC形鋼5と、外壁板61及び内壁板62を含む。
これにより建物外壁Cを二層構造として、建物外壁Cを床スラブB上に直接設置することができ、床スラブBが上下階層の空間を完全に隔て、上下階層間の良好な遮水/遮音/断熱層となり、また外壁板61の組立ての隙間にさらに弾性セメント63を充填し、室内側及び室外側の間の防水効果をより高めることができる。
長尺ロックウール7は建物外壁Cの高さ方向に沿って延伸され、かつ長尺ロックウール7は、高さ方向において、内外方向へ蛇行したS字に湾曲されて建物外壁C内に設置される。
二層構造の建物外壁C内の中空空間Sまたは充填された長尺ロックウール7により、室内側及び室外側の間の遮音・断熱効果をより高めることができる。
高さ方向に相隣する2つの外壁板61の間に横方向アルミ形材81が設置され、かつ横方向アルミ形材81と2つの外壁板61の間にシリコン82が充填される。
従来の一体型のカーテンウォールは力を受けて振動すると、共振により破損しやすいが、本実施例ではアルミ形材81により外壁板61が分割され、外壁板61が力を受けて破損するリスクを軽減でき、かつ接合と密封のために用いるシリコン82の使用量をより少なくすることができる。
また、本実施例では、外壁板61は平坦でレンガを貼付する必要がないため、最後に外壁板61全体に防水層を吹き付けた後、さらに自然塗料を塗布して建物外壁Cの施工を完了することができる。
なお、従来の鉄骨構造建物の施工時と同じ、または類似した方法は本分野の技術者の知るところであるため、図には示しておらず、また施工の詳細な説明は省略する。
(1)各階層のボックス柱及びH形鋼1を組み立てる;(2)各階層のデッキプレート2、デッキボードを敷設する;(3)配管の墨出しを行う;(4)各階層の鉄筋(または溶接金網)を敷設する;(5)各階層のコンクリートを流し込み、RCスラブ3を形成する;(6)足場を組み立てる;(7)RC止水縁4を施工する(鉄筋植え込み・グラウト充填);(8)Z形鋼の墨出し・取り付けを行う;(9)各階層のボックス柱、H形鋼1に耐火被覆材を吹付ける;(10)各階層の125型C形鋼(建物外壁C中のC形鋼5を含む)を間隔に基づき墨出し・垂直線校正後固定する;(11)開口部、ドア、窓のファサードに125型C形鋼を墨出しする(横桟及びファスナーを組み合わせる)。地面の境界からの距離が150cmに満たない場合、窓・ドアを開設できない;(12)コンクリートの外壁板61を固定する;(13)外壁板61の組立てによる隙間に弾性セメント63を充填して塞ぐ(外壁板61の組立てによる隙間にモルタルを充填して塞ぐ);(14)外壁板61の組立てによる隙間に弾性セメント63を充填して塞ぐ(耐裂網で外壁板61の組立てによる隙間を閉じ合わせる);(15)建物外壁Cの高さ方向に長尺ロックウール7を充填する;(16)コンクリートの内壁板62を固定する;(17)アルミ窓取り付け部材を固定する;(18)アルミ窓枠、ドア枠を取り付ける;(19)ドア・窓のコーキングを行う;(20)ドア・窓型雨仕舞材を取り付ける;(21)鉄骨構造建物本体A、床スラブB、建物外壁C間の組立てによる隙間全部に耐火閉塞を行う;(22)外壁板61の表面全体に防水層を吹き付ける;(23)外壁板61の間の横方向アルミ形材81を取り付ける;(24)横方向アルミ形材81と外壁板61の間及び各部アルミ窓枠、ドア枠上にシリコン82を充填する;(25)外壁板61の表面に自然塗料を塗布する;(27)足場を撤去する;(30)当階層の外壁の施工が完了する。
実施例2では、図4と図5に示すように、H形鋼1が相隣する内壁板62の室内側に配置され、かつ床スラブBが外壁板61の外に延伸され、外壁板61の外に突出されて、室外側にある床スラブBを造形、日よけ、雨よけまたは施工動線として利用することが可能である点が実施例1と異なる。
例えば、工事現場の周辺に隣家Hがあり、建物外壁Cと隣家Hの距離が50cm超100cm未満で、足場を架設することが容易でない場合、この施工方法を用いれば、外部の足場の架設を省略でき、また室外側に突出した床スラブBと隣家Hの間にさらに板材Pを設置し、当該板材Pを施工時の隣家Hとの間の緩衝とすることができる。
従来の鉄骨構造建物の施工時と同じ、または類似した方法は本分野の技術者の知るところであるため、図には示しておらず、また施工の詳細な説明は省略する。
(1)各階層のボックス柱及びH形鋼1を組み立てる;(2)各階層のデッキプレート2、デッキボードを敷設する;(3)配管の墨出しを行う;(4)各階層の鉄筋(または溶接金網)を敷設する;(5)各階層のコンクリートを流し込み、RCスラブ3を形成する;(6)RC止水縁4を施工する(鉄筋植え込み・グラウト充填);(7)Z形鋼の墨出し・取り付けを行う;(8)各階層のボックス柱、H形鋼1に耐火被覆材を吹付ける;(9)各階層の125型C形鋼(建物外壁C中のC形鋼5を含む)を間隔に基づき墨出し・垂直線校正後固定する;(10)開口部、ドア、窓のファサードに125型C形鋼を墨出しし(横桟及びファスナーを組み合わせる)、施工用開口を残す。地面の境界からの距離が150cmに満たない場合、窓・ドアを開設できない;(11)コンクリートの外壁板61を固定する;(12)外壁板61の組立てによる隙間に弾性セメントを充填して塞ぐ(外壁板61の組立てによる隙間にモルタルを充填して塞ぐ);(13)外壁板61の組立てによる隙間に弾性セメントを充填して塞ぐ(耐裂網で外壁板61の組立てによる隙間を閉じ合わせる);(14)建物外壁Cの高さ方向に長尺ロックウール7を充填する;(15)コンクリートの内壁板62を固定する;(16)鉄骨構造建物本体A、床スラブB、建物外壁C間の組立てによる隙間全部に耐火閉塞を行う;(17)外壁板61の表面全体に防水層を吹き付ける;(18)外壁板61の表面に自然塗料を塗布する;(19)施工用開口を塞ぐ;(20)当階層の外壁の施工が完了する。
実施例3では、図6と図7に示すように、H形鋼1が外壁板61の室外側に配置され、かつH形鋼1の周囲に亜鉛メッキ角パイプ91が配置され、H形鋼1、亜鉛メッキ角パイプ91及び室外側にある床スラブBの外側がコンクリート板92で被覆される点が実施例2と異なる。
本実施例では、H形鋼1の室外側、室内側及び下側の周囲に亜鉛メッキ角パイプ91が配置されている。
H形鋼1を室外側に配置することで、室内側の空間は天井に梁がない、または梁の数を少なくすることができるため、室内側の空間がよりすっきりとし、また中国人は通常風水を考慮して居住空間の天井に梁を好まないため、これにより上述の居住空間のニーズに対応することができる。
従来の鉄骨構造建物の施工時と同じ、または類似した方法は本分野の技術者の知るところであるため、図には示しておらず、また施工の詳細な説明は省略する。
(1)各階層のボックス柱及びH形鋼1を組み立てる;(2)鋪設各階層のデッキプレート2、デッキボードを敷設する;(3)配管の墨出しを行う;(4)各階層の鉄筋(または溶接金網)を敷設する;(5)各階層のコンクリートを流し込み、RCスラブ3を形成する;(6)足場を組み立てる;(7)RC止水縁4を施工する(鉄筋植え込み・グラウト充填);(8)Z形鋼の墨出し・取り付けを行う;(9)各階層のボックス柱、H形鋼1に耐火被覆材を吹付ける;(10)各階層の125型C形鋼(建物外壁C中のC形鋼5を含む)を間隔に基づき墨出し・垂直線校正後固定する;(11)開口部、ドア、窓のファサードに125型C形鋼を墨出しする(横桟及びファスナーを組み合わせる)。地面の境界からの距離が150cmに満たない場合、窓・ドアを開設できない;(12)コンクリートの外壁板61を固定する;(13)外壁板61の組立てによる隙間に弾性セメントを充填して塞ぐ(外壁板61の組立てによる隙間にモルタルを充填して塞ぐ);(14)外壁板61の組立てによる隙間に弾性セメントを充填して塞ぐ(耐裂網で外壁板61の組立てによる隙間を閉じ合わせる);(15)建物外壁Cの高さ方向に長尺ロックウール7を充填する;(16)コンクリートの内壁板62を固定する;(17)アルミ窓取り付け部材を固定する;(18)アルミ窓枠、ドア枠を取り付ける;(19)ドア・窓のコーキングを行う;(20)ドア・窓型雨仕舞材を取り付ける;(21)鉄骨構造建物本体A、床スラブB、建物外壁C間の組立てによる隙間全部に耐火閉塞を行う;(22)当該H形鋼1の周囲に亜鉛メッキ角パイプ91を配置し、かつ最も外側をコンクリート板92で被覆する;(23)雨仕舞材を配置する;(24)外壁板61の表面全体に防水層を吹き付ける;(25)各部アルミ窓枠、ドア枠上にシリコンを充填する;(26)外壁板61表面に自然塗料を塗布する;(27)足場を撤去する;(28)当階層の外壁の施工が完了する。
1、各階層の層間変位が比較的小さい。2、上下階層の間に防火層間塞ぎを設置する必要がない。3、建物内部/外部の防水性能がより優れている。4、建物の階層間及び建物内部/外部の遮音/断熱効果が高い。5、建物外壁のシリコン(Silicone)使用量がより少なく、メンテナンスが容易である。
このように、本発明の鉄骨構造建物外殻の構造は、住宅のニーズを確実に満たし、住宅の寿命を延長するとともに、炭素排出量のネットゼロ達成に役立つものである。
B 床スラブ
C 建物外壁
1 H形鋼
2 デッキプレート
3 RCスラブ
4 RC止水縁
5 C形鋼
61 外壁板
62 内壁板
63 弾性セメント
7 長尺ロックウール
81 横方向アルミ形材
82 シリコン
91 亜鉛メッキ角パイプ
92 コンクリート板
S 中空空間
H 隣家
P 板材
10 カーテンウォール
20 結合部材
30 H形鋼
40 デッキプレート
50 RCスラブ
60 防火層間塞ぎ
Claims (11)
- 鉄骨構造建物外殻の構造であって、鉄骨構造建物本体と、床スラブと、建物外壁を含み、
前記鉄骨構造建物本体が、H形鋼と、前記H形鋼上に組み込まれるデッキプレートを含み、
前記床スラブが、前記デッキプレート上に敷設されるRCスラブを含み、前記デッキプレートと前記RCスラブが前記床スラブとなり、
前記建物外壁が、前記RCスラブ上に成型されたRC止水縁と、2つのC形鋼と、外壁板及び内壁板を含み、
前記2つのC形鋼のうち1つが前記RC止水縁上に開口を上向きにして設置され、もう1つが前記デッキプレートの下面に開口を下向きにして設置され、前記外壁板及び前記内壁板が、前記RC止水縁及び前記2つのC形鋼の両側部にそれぞれ貼設され、前記外壁板と前記内壁板の間に中空空間が形成され、
これにより前記建物外壁を二層構造として、前記建物外壁を前記床スラブ上に直接設置する、ことを特徴とする、鉄骨構造建物外殻の構造。 - 長尺ロックウールが、前記2つのC形鋼の間に設置されて、前記2つのC形鋼の内部及び前記中空空間内を埋め、前記建物外壁の高さ方向に沿って延伸される、ことを特徴とする、請求項1に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記長尺ロックウールが、高さ方向においてS字に湾曲されて前記建物外壁内に設置される、ことを特徴とする、請求項2に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記H形鋼が、前記内壁板の室内側に配置され、かつ前記外壁板が前記床スラブの端部から前記RC止水縁、前記2つのC形鋼、長尺ロックウールを覆って貼設される、ことを特徴とする、請求項1に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 高さ方向に相隣する2つの外壁板の間に横方向アルミ形材が設置される、ことを特徴とする、請求項4に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記横方向アルミ形材と前記2つの外壁板の間にシリコンが充填される、ことを特徴とする、請求項5に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記H形鋼が前記内壁板の室内側に配置され、かつ前記床スラブが前記外壁板の外に突出される、ことを特徴とする、請求項1に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記H形鋼が前記外壁板の室外側に配置される、ことを特徴とする、請求項1に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記H形鋼の周囲に亜鉛メッキ角パイプが配置され、かつ、前記H形鋼、前記亜鉛メッキ角パイプ及び室外側にある前記床スラブの外側がコンクリート板で被覆される、ことを特徴とする、請求項8に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記外壁板の組立てによる隙間に弾性セメントが充填される、ことを特徴とする、請求項1に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
- 前記外壁板の表面全体に防水層が吹き付けられ、さらに自然塗料が塗布される、ことを特徴とする、請求項1に記載の鉄骨構造建物外殻の構造。
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