JP2003206593A

JP2003206593A - 建築用の大型パネルユニット

Info

Publication number: JP2003206593A
Application number: JP2002006616A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Miyazaki; 賢一宮崎; Hideo Oka; 日出夫岡
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ドーム状屋根や建物壁体を、下地材無しで軽
便に、軽量構造に構築することに好適な建築用大型パネ
ルユニットを提供する。【解決手段】四角形その他の形状に組み立てられた周
辺枠フレームの枠面内に面内補剛部材が設置され、その
端部は周辺枠フレームの外に位置する羽根材と連結され
ている。周辺枠フレームの枠面内の上下面を形成し、周
辺枠フレームと共に密閉空間を形成する金属薄板が周辺
枠フレームに取り付けられている。密閉空間内に発泡樹
脂が充填され、その内圧によって金属薄板に膜張力が導
入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建物の屋根や外
壁の構築に使用される、軽量で高い剛性を有する大型の
パネルユニット、とりわけドーム状屋根その他の大径間
屋根、或いは広い面積を有する建物壁体を、下地材無し
で軽便に、軽量構造に構築することに好適な建築用大型
パネルユニットの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ドーム状屋根その他の大径間屋
根、或いは広い面積を有する建物壁体の構築に際して
は、先ず鉄骨や鋼管或いは鉄筋コンクリート造などで主
要構造体となる骨組みを造り、その骨組みへ屋根材ある
いは壁材（いわゆる外装材）となるパネルを取り付ける
のが一般的である。

【０００３】しかし、従来一般の外装材（パネル）には
必要十分な剛性がなく、鋼材等の下地材を骨組みへ取り
付けるか、又はパネルの裏当てとして取り付けるなどし
て、同パネルの面外および面内の剛性を確保しているの
が実状である。そのためパネルの大きさ、パネルを取り
付けるべき骨組みの間隔が大きくなるほどに補剛のため
の下地材の使用量が増える。場合によっては骨組みと同
程度の使用量になることさえある。

【０００４】建物の屋根や壁は、面積が大きくなるほど
に軽量化が要求され、主要構造体の骨組みは軽量化の要
請と剛性の確保の双方に最適な断面と配置で計画され
る。しかし、前述の事情で外装材としてのパネルの大重
量化が阻害要因となっているのである。

【０００５】従来公知のパネルについて具体的に縦覧し
てみるに、例えば、（１）実開平６−６７６６７号公報に開示されたバルコ
ニー用の複合パネルは木造建物用であり、周縁部にコ字
形状の周枠を有する金属製の内壁材と、木片セメント板
などの非金属製外壁材とを前記周枠を介して重ね合わせ
一体的に結合し、更に前記内壁材と外壁材及び周枠が形
成する空隙部に発泡合成樹脂材を充填した構成である。

【０００６】（２）実公平７−３８５５０号公報に開示
された建築用パネルは、通常サイディングと呼ばれるも
ので、一般に木造建物の外壁の外装材として使用される
類のものである。薄い金属製又は合成樹脂製の表面材の
裏面に、断熱性等を有する合成樹脂発泡体、又は無機繊
維等を合成樹脂にバインドし成形したような芯材を張り
合わせ、芯材の裏面をシート状（又は箔状）の裏面材で
被覆して成るもので、建物の外壁の美観の向上、及び断
熱性の向上等を目的とするものである。

【０００７】

【本発明が解決しようとする課題】上記（１）、（２）
に述べた従来のパネルはいずれも軽量であることに相違
ない。しかし、ドーム状屋根その他の大径間屋根、或い
は広い面積を有する建物壁体の構築に使用できるほどの
構造的耐力、剛性を有するものでは決してなく、下地材
や補剛部材の使用が別途必要なものである。また、その
規模もせいぜい１〜２メートル前後の小さなものでしか
なく、やはりドーム状屋根その他の建物の構築に使用で
きる資材ではない。

【０００８】本発明の目的は、ドーム状屋根その他の大
径間屋根、或いは広い面積を有する建物の壁体の構築な
どに使用できる構造的耐力と剛性を十分に有し、且つ建
築用資材として適する大きさの規模を有する（大型であ
る）とともに、補剛部材や下地材の使用が無用であり、
しかも大型屋根や壁の軽量化にも寄与する構成の大型パ
ネルユニットを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係
る建築用の大型パネルユニットは、三角形、四角形、多
角形、円形、楕円形その他の形状に組み立てられた周辺
枠フレームの枠面内に面内補剛部材が設置され、その端
部は周辺枠フレームの外に位置する羽根材と連結されて
いること、前記周辺枠フレームの枠面内の上下面を形成
し、周辺枠フレームと共に密閉空間を形成する金属薄板
が周辺枠フレームに取り付けられていること、前記密閉
空間内に発泡樹脂が充填され、その内圧によって前記金
属薄板に膜張力が導入されていることをそれぞれ特徴と
する。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１に記載し
た建築用の大型パネルユニットにおいて、周辺枠フレー
ムと共に密閉空間を形成する上下面の金属薄板は、周辺
枠フレームとの取り付け位置の間隔が最小で、中央部の
間隔が最も大きいむくり形状に構成されていることを特
徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載した建築用の大型パネルユニットにおいて、周辺枠
フレームの外に位置する羽根材を利用して建築物のフレ
ームへ取り付けられることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施形態】以下に、請求項１〜３記載の発明に
係る建築用大型パネルユニットの実施形態を、図面に基
いて説明する。

【００１３】図１と図２に示した大型パネルユニット１
０の実施形態は、溝形鋼をその溝を外向きの配置に使用
した４本の周辺枠フレーム１が正方形の枠構造に組み立
てられている。そして、前記枠構造に囲まれた面内に
は、断面ほぼ中央位置の対角線方向に面内補剛部材とし
ての鋼棒２がブレース状に２本設置され、各鋼棒２の両
端部は周辺枠フレーム１の４隅の外に位置する羽根材３
と一体的に（応力の伝達が可能に）連結されている。こ
のパネルユニット１０に作用する面内剪断剛性は前記鋼
棒２が負担する。なお、本発明の大型パネルユニット１
０の場合、前記周辺枠フレーム１の強度にはさほど期待
しておらず、パネルの形状保持能力を有すれば足りる。
よって軽量材を使用可能である。

【００１４】羽根材３は、後述するように建築の主構造
体（主架構フレーム）への取り付け用（接合用）として
使用されるものである。周辺枠フレーム１が形成する正
方形の大きさは、一例として一辺が６ｍないし１０ｍ程
度の規模とされる。

【００１５】正方形に組み立てられた周辺枠フレーム１
には、その枠面内の上下面を形成する２枚の金属薄板
４、４が、周辺枠フレーム１とともに（又は独立して）
密閉空間７（図３Ａを参照）を形成するように、周辺枠
フレーム１へ溶接等の手段で取り付けられている。金属
薄板４の厚さは一例として０．６mm〜２mm程度のもので
ある。このような金属薄板４の重さは、せいぜい９．８
×１０^−６Ｎ／mm^２〜７８．４×１０^−６Ｎ／mm^２であ
る。

【００１６】前記密閉空間７内に発泡樹脂５が充填さ
れ、その内圧Ｐ（図３Ｂ）によって前記金属薄板４、４
に適度な大きさの膜張力Ｔ（図３Ｂ）が導入されてい
る。この発泡樹脂５は硬化性であることが望ましく、通
常は熱硬化性樹脂が使用される。しかし、常温に近い温
度で発泡するウレタン系発泡樹脂などを使用すると、発
泡を促す予熱を必要としないから、この大型パネルユニ
ット１０を建築の現場サイトで製作して使用する場合な
どに好都合である。

【００１７】次に、上記内圧Ｐの大きさについて説明す
る。この大型パネルユニット１０の主な外力は風荷重で
ある。設計用風荷重の大きさは２．１×１０^−３Ｎ／
mm^２である。そこで常時内圧を２．９×１０^−３Ｎ／mm
^２程度に考え、発泡樹脂５が硬化（冷却）した後の圧
力の低下を１／５程度に見込むと、発泡樹脂５の注入圧
力は１．５×１０^−２Ｎ／mm^２であれば足りることが
明らかである。そこで、発泡樹脂５の充填方法として
は、小型又は中型のポンプを使用した圧送（圧入）方法
を好適に実施可能である。金属薄板４に複数の樹脂打設
孔と少なくとも１個のエア抜き孔を設け、各樹脂打設孔
へポンプのホースを接続し、プレミックス状態の樹脂を
圧入し発泡させる。エア抜き孔には圧力バルブを設置し
ておいて内圧の急上昇を防ぐ程度に空気を抜き、内圧を
設定値に保つ。

【００１８】発泡樹脂５の注入圧力はパネルの大きさ
（規模）の如何によらず一定であるから、パネルの大き
さ（面積）が大きいほど、必然的に金属薄板４の板厚を
大きくする必要がある。上記の注入圧力による場合、金
属薄板４に発生する膜張力Ｔの大きさはおよそ５８．８
Ｎ／mm^２程度と考えられる。そこで一例として、上記正
方形のパネルユニット１０の一辺が８ｍ程度の大きさで
あるとき、金属薄板４に必要な厚さはおよそ１mm程度と
考えられる。因みに、図７には、パネル内に圧入した発
泡樹脂５の圧力（内圧）と金属薄板４に発生する張力の
大きさとの関係を示している。わずかな内圧で効果的に
張力を導入できることが明らかである。導入する張力の
目標値はパネル１０に作用する外力に抵抗するのに必要
な大きさであり、発泡樹脂５の圧力はそれを少し超えれ
ば足りる。

【００１９】図３Ａ、Ｂには、本発明による大型パネル
ユニット１０の製作過程を示している。図３Ａは、周辺
枠フレーム１と、その枠面内の上下面を形成する２枚の
金属薄板４、４とで密閉空間７を形成した段階で、周辺
枠フレーム１のウエブを貫通させて樹脂注入用ノズル６
を取り付けている。図３Ｂは、前記の樹脂注入用ノズル
６を通じて、図示を省略したポンプ或いは押し出し成形
機により前記の密閉空間７内へ発泡樹脂５を注入し密実
に充填した段階を示す。発泡樹脂５の内圧Ｐの作用によ
って上下面の金属薄板４、４は外方へ膨らみ、むくりを
発生して相当な膜張力Ｔがプレストレスとして発生す
る。前記発泡樹脂５が硬化すると、プレストレスを保持
した金属薄板４（スキン）と一体化してパネルユニット
１０が完成する。

【００２０】上下面の金属薄板４、４は、パネル１０の
剛性を高め、或いは意匠的効果を高めるために、図３Ｂ
において、周辺枠フレーム１との取り付け位置における
間隔が最小で、中央部の間隔が最も大きい形態の立体的
なむくり形状に構成されている（請求項２記載の発
明）。前記むくりによってパネル中央部の厚さが大きく
なる結果、当該大型パネルユニット１０の面外剛性が格
別大きくなるのである。或いは金属薄板４に折りを形成
することなども行われる。

【００２１】ここで、本発明のパネルの如く圧入した発
泡樹脂５の内圧で金属薄板４を膨らませてむくりをつけ
た構造と、単に発泡樹脂の両面を金属板で略平行に挟ん
だサンドイッチ構造パネルの力学的な違いについて述べ
る。サンドイッチ構造パネルは、発泡樹脂の剛性が低い
ので、例えば両端支持の曲げを受けた場合、上側の金属
板が大きく曲がり、下側の金属板との間で発泡樹脂が圧
縮され、中央部の厚さが減少する、ブラジール現象を発
生し、曲げ剛性は劇的に低下する。一方、本発明のパネ
ルは凸レンズ状むくりによるシェル効果を発揮して単純
なサンドイッチ構造とは比較にならないほど高い剛性を
発揮する。そのため本発明のパネルは、金属薄板４のむ
くりは同金属薄板４が単なる曲げ変形ではなく、剛性の
高い圧縮変形をするようにパネル形状（凸レンズ状むく
り形状）に決定することが肝要である。

【００２２】本発明に係る大型パネルユニット１０は、
大きくて、厚みもあるが、実荷重は１００kg前後と建築
用構造材としては極めて軽量である。

【００２３】図４は、当該パネルユニット１０の面外剛
性について表している。上下面の金属薄板４にプレスト
レスが導入されているので、図３Ｂに示した荷重Ｗで押
された場合、前記シェル効果により上下面の金属薄板
４、４は共通に力を負担し、上面は圧縮、下面は引張り
となる。通常、薄板のような膜状構造は圧縮力を負担で
きないが、プレストレスＴが働いているので、前記スト
レスがゼロになるまでの間は圧縮力を負担することがで
きる。即ち、図４に示したように、荷重Ｗに対してはプ
レストレスＴがゼロになるまでの間（Ｋ点まで）は初期
剛性が高い。その後は下面の金属薄板４のみが引張り力
を負担し抵抗するので、剛性は低下する。

【００２４】図５は、上記構成の大型パネルユニット１
０と建築物の主架構との取り合い配置の一例を示してい
る。建築物の主架構フレーム１２は、１個のパネルユニ
ット１０を枠面内に納めるのに丁度良い形状と大きさの
桝目形状に構築されている。その桝目の中に納めたパネ
ルユニット１０は、四隅の羽根材３を主架構フレーム１
２の側のブラケット１３とボルト接合などして取り付け
られている（請求項３記載の発明）。フレーム１２とパ
ネル１０との間に発生する隙間はシール板１４で塞ぐ。

【００２５】図６は、三角形に作られた大型パネルユニ
ットの実施形態を示している。形状は変わっても、構造
の実体、荷重性能及び使用方法などは、上記正方形の実
施形態とほぼ同様である。本発明の大型パネルユニット
は、長方形、多角形、円形、楕円形その他の形状でも同
様に実施することができる。

【００２６】

【本発明が奏する効果】請求項１〜３に記載した発明に
係る建築用の大型パネルユニットは、ドーム状屋根その
他の大径間屋根、或いは広い面積を有する建物の壁体の
構築に好適に使用できる構造的耐力と剛性を十分に有
し、且つ建築用大型資材として適する。とりわけ、下記
する特長を有する。（１）従来では難しかった、下地材などの補助的な構造
部材を必要としない取り付けができる。（２）面内補剛部材（ブレース）を内蔵しているので、
パネルの面内剪断剛性を必要な大きさに設計することが
できる。（３）パネルの表面は金属薄板をスキンとして構成され
ているので、必要十分な耐候性を確保でき、意匠的な美
感の向上をはかることができる。（４）パネルの内部に発泡樹脂が充填されているので、
壁パネル、又は屋根材として使用した場合には、断熱性
と遮音性に優れる。（５）極めて軽量であるため、運搬或いは主架構への吊
り込み等の作業性に優れ、しかも主架構の負担を軽減で
き、その断面を小さくする経済設計に寄与する。（６）軽量なユニット構造であるため、現場作業の施工
性の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る建築用大型パネルユニットを一部
破断して示した斜視図である。

【図２】同上パネルの平面図である。

【図３】ＡとＢは大型パネルユニットの製作工程を示し
た断面図である。

【図４】大型パネルユニットの面外剛性の性能図であ
る。

【図５】Ａは大型パネルユニットを建物の主架構へ取り
付けた配置図、Ｂは図５ＡのＶ−Ｖ線矢視断面図であ
る。

【図６】本発明に係る建築用大型パネルユニットの異な
る実施形態を示した斜視図である。

【図７】本発明のパネルユニットにおける金属薄板に発
生する張力と発泡樹脂による内圧との関連性を示した特
性図である。

【符号の説明】

１周辺枠フレーム２面内補剛部材（鋼棒）３羽根材４金属薄板７密閉空間５発泡樹脂Ｐ内圧Ｔ膜張力（プレストレス）１２建築物の主架構フレーム

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【手続補正書】

【提出日】平成１４年１月２９日（２００２．１．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】本発明に係る大型パネルユニット１０は、
大きくて、厚みもあるが、実荷重は５８．８〜９８．０
×１０^−５Ｎ／mm^２前後と建築用構造材としては極めて
軽量である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三角形、四角形、多角形、円形、楕円形そ
の他の形状に組み立てられた周辺枠フレームの枠面内に
面内補剛部材が設置され、その端部は周辺枠フレームの
外に位置する羽根材と連結されていること、前記周辺枠フレームの枠面内の上下面を形成し、周辺枠
フレームと共に密閉空間を形成する金属薄板が周辺枠フ
レームに取り付けられていること、前記密閉空間内に発泡樹脂が充填され、その内圧によっ
て前記金属薄板に膜張力が導入されていることをそれぞ
れ特徴とする、建築用の大型パネルユニット。
【請求項２】周辺枠フレームと共に密閉空間を形成する
上下面の金属薄板は、周辺枠フレームとの取り付け位置
の間隔が最小で、中央部の間隔が最も大きいむくり形状
に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載し
た建築用の大型パネルユニット。
【請求項３】周辺枠フレームの外に位置する羽根材を利
用して建築物のフレームへ取り付けられることを特徴と
する、請求項１又は２に記載した建築用の大型パネルユ
ニット。