JP2005171628A - モジュール工法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大規模構造物の構築に適用して好適なモジュール工法を提供する。
【解決手段】 各モジュールＡ、Ｂ、Ｆにそれぞれ独立のフレーム構造体５を設け、フレーム構造体には中空の鋼管柱３ａを設け、鋼管柱どうしを近接配置してそれらの外周部どうしを連結片９により連結することでモジュールどうしを連結し、同時に、鋼管柱と連結片とによって構造物の柱となる鋼殻６を形成し、鋼殻内にコンクリート７を打設充填することで構造物の柱としての鋼殻コンクリート柱８を形成する。各モジュールにおける鋼管柱には、コンクリートを一体化するための多数のスタッド１１や開口部１２、補強用のダイヤフラム１３を設ける。各モジュールには各種機器を予め組み込んでおく。
【選択図】 図２

Description

本発明は、たとえば原子力発電施設等の大規模な構造物を構築する際に適用して好適なモジュール工法に関する。

この種の構造物の構築手法として、建屋の一部とその内部に設置される機器類とを予めモジュールとして製作し、それらモジュールを現場において相互に連結して組み立てることで建屋の構築と機器類の設置とを一括して行ってしまうというモジュール工法が知られており、たとえば特許文献１にはそのようなモジュール工法による発電プラント建設工法が提案されている。このようなモジュール工法では、在来工法に比較して現場作業を大幅に軽減でき、充分な工期短縮を図ることができるものである。
特開２００３−１３６２１号公報

ところで、この種のモジュール工法では各モジュールを最終的には構造物の一部として機能させてその構造強度の一部を担うものとすることが一般的であり、したがってモジュールの強度や形態はそのような機能を備えるものとして計画され製作されるものである。

たとえば、特許文献１に示される工法の場合には、モジュールの隅部にＨ形鋼からなる鉄骨柱を設けておいて、モジュールを設置した後にその鉄骨柱の周囲に鉄筋を配筋してコンクリートを打設することにより、建屋の柱としての鉄骨鉄筋コンクリート柱を完成させるようにしている。しかし、このような工法では実質的に鉄骨鉄筋コンクリート柱を現場施工することになり、鉄骨建方は省略できるものの配筋工事や型枠工事は従来どうり現場にて行う必要があるから、モジュール工法の利点である現場作業の省力化や工期短縮効果は必ずしも充分に得られないものである。

また、原子力発電施設等のような大規模な構造物ではその構造を極めて頑強なものとする必要があるし、またそのような構造物を構築するためのモジュールも充分に大型で大質量のものとする必要があるが、特許文献１に示される従来の工法ではモジュールの大型化と大質量化、それにより形成される構造物全体の強度には自ずと限界があり、大規模構造物には必ずしも有効に適用できないものである。

上記事情に鑑み、本発明は特に大規模構造物の構築に適用して好適なモジュール工法を提供することを目的としている。

本発明のモジュール工法は、各モジュールにそれぞれ独立のフレーム構造体を設けるとともに、各モジュールのフレーム構造体には中空の鋼管柱を設けておき、モジュールどうしを連結するに当たっては、各モジュールの鋼管柱どうしを近接配置してそれらの外周部どうしを連結片により連結するとともに、それら鋼管柱と連結片とによって構造物の柱となる鋼殻を形成し、その鋼殻内にコンクリートを打設充填することで構造物の柱としての鋼殻コンクリート柱を形成するようにしたものである。

本発明のモジュール工法においては、必要に応じて、各モジュールにおける鋼管柱には鋼殻の内側となる周面に多数のスタッドを設けておき、鋼殻内に打設充填されるコンクリートをそれらスタッドを介して鋼管柱に対して一体化させることが好ましい。また、各モジュールにおける鋼管柱には鋼殻の内側となる周面要所に開口部を設けておき、鋼殻内において各鋼管柱内に打設充填されるコンクリートをそれら開口部を通して一体化させることが好ましい。さらに、各モジュールにおける鋼管柱の内部要所には補強用のダイヤフラムを設けておくことが好ましい。また、各モジュールには各種機器を予め組み込んでおくことができる。

本発明のモジュール工法によれば、フレーム構造体を主体とするモジュールを採用するとともにそのフレーム構造体には中空の鋼管柱を設けるので、フレーム構造体を充分に頑強な高剛性のものとでき、したがってそのモジュールに各種の機器類を予め組み込むことができ、モジュールの大型化、大質量化を充分に図ることができ、その完成度も充分に高めることができる。そして、各モジュールの鋼管柱どうしを連結することで鋼殻を形成し、その鋼殻内にコンクリートを充填することでモジュールどうしを構造的に一体化させて連結するとともに、それと同時に構造物の柱として機能する頑強かつ大断面の鋼殻コンクリート柱が形成されるので、構造物全体の強度や信頼性を充分に確保できることはもとより、充分な省力化を実現できて効率的な施工が可能であり、モジュールの大型化とあいまって工期短縮を充分に図ることができ、原子力発電施設等の大規模構造物に適用するものとして最適である。

また、鋼殻を形成する鋼管柱にスタッドや開口部を設けておくことにより鋼殻とその内部に打設充填されるコンクリートとを確実に一体化することができる。さらに、鋼管柱内に補強用のダイヤフラムを設けておくことで、鋼管柱の強度およびそれにより形成される鋼殻コンクリート柱の強度をより高めることができる。また、各モジュールに各種機器を予め組み込んでおくことにより、構造物の構築と機器の設置を同時に行うことができ、工期短縮を充分に図ることができる。

本発明のモジュール工法の一実施形態を図１〜図３に示す。本実施形態は原子炉建屋を構築する場合の適用例であり、図１（ａ）は構築された建屋１の平面形状を示す図であり、符号２は建屋１の内部に収容された原子炉格納容器である。

本実施形態では、図１（ｂ）に示すように予め製作した８基のモジュールＡ〜Ｈを組み合わせて連結することで図１（ａ）に示すような平面形状の建屋１を構築することを基本とするものである。各モジュールＡ〜Ｈはその設置位置に応じてそれぞれ図示しているような形状、寸法のものとして予め製作され、それぞれのモジュールＡ〜Ｈには各種の機器類（図示略）が予め組み込まれたものである。

それらモジュールＡ〜Ｈはいずれも柱３と梁４とによるフレーム構造体５を主体とするものであるが、隣接するモジュールどうしの連結は柱３どうしを連結することで行うようになっている。すなわち、図２および図３に一例を示すように、モジュールどうしを連結するための柱３としては中空の角形断面の鋼管柱３ａを採用し、それら鋼管柱３ａどうしを連結することでモジュールどうしを連結すると同時に、それら連結された鋼管柱３ａによって鋼殻６を形成し、その鋼殻６の内部にコンクリート７を充填することでモジュールどうしを構造的に一体化した状態で連結するとともに、この建屋１の柱としての鋼殻コンクリート柱８を形成するものとしている。なお、モジュールどうしの連結に関与しない他の柱３としては、図１に示すように上記の鋼管柱３ａよりも大断面の鋼管柱３ｂが採用され、これにはそのままコンクリートが打設充填されることで同様の鋼殻コンクリート柱８が形成されるものである。

モジュールどうしの連結部の構造について、図１（ａ）におけるII部、すなわちモジュールＡとモジュールＢとモジュールＦとの連結部を例にとって、その詳細を図２を参照して説明する。

図２（ｃ）に示すように、モジュールＡにおける鋼管柱３ａは扁平な矩形断面形状とされており、その外周部にはモジュールＢ側およびモジュールＦ側にそれぞれ突出する連結片９が一体に形成されており、（ｄ）に示すように一方の連結片９には後段での溶接のための裏当て１０が予め取り付けられている。同様に、モジュールＢにおける鋼管柱３ａはほぼ正方形断面とされていて、それにはモジュールＡ側およびモジュールＦ側に突出する連結片９がそれぞれ形成されている。同様に、モジュールＦにおける鋼管柱３ａにはモジュールＡ側およびモジュールＢ側へそれぞれ突出する連結片９が形成され、それら連結片９にはそれぞれ裏当て１０が取り付けられている。なお、各連結片９の突出寸法は、各鋼管柱３ａとそれら連結片９とにより形成される鋼殻６が所要断面積となるように設定されている。

それらモジュールＡ，Ｂ，Ｆどうしを連結するには、各連結片９の先端縁どうしを突き合わせた状態で各鋼管柱３ａを近接配置すると、図２（ａ）,（ｂ）に示すように各連結片９の突き合わせ部の裏側に裏当て１０が自ずと配置されるので、外部からの作業により連結片９どうしを溶接することにより各鋼管柱３ａどうしを連結する。これにより、同時に外形輪郭がほぼ正方形の閉鎖断面の鋼殻６が形成されるから、その鋼殻６内にコンクリート７を打設充填する。以上により各モジュールＡ，Ｂ，Ｆどうしが構造的に一体化した状態で連結され、同時に建屋１の柱としての頑強な大断面の鋼殻コンクリート柱８が形成される。

このように本実施形態では、現場作業として連結片９の溶接とコンクリート打設を行うことのみで、モジュールどうしを連結でき、かつ同時に建屋１の柱を施工できるので、極めて作業性に優れるものであり、充分な省力化を実現できるものである。

また、本実施形態では、複数の鋼管柱３ａを連結して鋼殻６を形成するので、鋼殻６は自ずと大断面のものとなり、しかも各鋼管柱３ａが鋼殻６内において補強リブとして機能するので鋼殻６は自ずと充分に高剛性のものとなり、それにより形成される鋼殻コンクリート柱８は充分に頑強なものとなり、建屋１としての構造強度を充分に確保することができる。

加えて、本実施形態では、鋼殻コンクリート柱８をさらに頑強なものとするために、鋼殻６の内側となる各鋼管柱３ａの周面に多数のスタッド１１を設けておくことにより、それらスタッド１１によって各鋼管柱３ａとコンクリート７とを確実に一体化させるようにしている。また、鋼殻６の内側となる鋼管柱３ａの周面の要所にたとえば円形の開口部１２を形成しておくことにより、各鋼管柱３ａの中空部どうしがこれら開口部１２を通して連通状態となり、したがって各鋼管柱３ａ内に打設充填されるコンクリート７が開口部１２を通して自ずと一体化し、かつ鋼殻６の内部全体にわたってコンクリート７を隙間無く充填することができるようになっている。さらに、図示例の場合には、モジュールＡにおける鋼管柱３ａの内部要所にはダイヤフラム１３を設けておくことで、モジュールＡにおける鋼管柱３ａに対する補強効果、およびそれにより形成される鋼殻６に対する補強効果が得られるようになっている。なお、ダイヤフラム１３にコンクリート充填用の開口部１４を形成しておくことにより鋼殻６内へのコンクリート６の充填に支障を来すこともない。勿論、他のモジュールＢ、Ｆにおける鋼管柱３ａにおいても同様のダイヤフラム１３を設けても良い。

図３は他の連結部の構造を示す。これは図１（ａ）におけるIII部すなわちモジュールＢとモジュールＣとの連結部を示すもので、この場合も上記と同様に、双方の鋼管柱３ａにそれぞれに連結片９を設けておくとともに連結片９には裏当て１０を取り付けておき、連結片９どうしを突き合わせて溶接することで鋼殻６を形成し、その内部にコンクリート７を充填することで鋼殻コンクリート柱８を形成することができる。

以上で本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような様々な設計的変更や応用が可能である。

上記実施形態では、各モジュールにおけるフレーム構造体５を柱３と梁４とによる構造のものとしたが、モジュールどうしを連結するための鋼管柱３ａを有する限りにおいてフレーム構造体５の構造や形態は任意であり、たとえば梁４に加えて、あるいは梁４に代えて、耐力壁を設けるものとしても良い。勿論、個々のモジュールの形態やそれらの組み合わせパターン等は、構築するべき構造物の規模や形態、用途その他の諸条件を考慮して自由に設定すれば良いことは言うまでもない。また、モジュールへの機器類の組み込みは任意であり、機器類を組み込む必要がなければモジュールをフレーム構造体のみで構成することでも良い。

上記実施形態では鋼管柱３ａどうしの連結を連結片９どうしの溶接により行うものとしたが、それに代えて、図４〜図５に示すように連結片９どうしをスプライスプレート１５を介してのボルト締結により連結することでも良い。この場合、鋼殻６の内部での作業は困難であるから、外部からのみの作業によりボルト締結を行うことのできるワンサイド高力ボルトを採用すれば良い。

上記実施形態では連結片９を予め鋼管柱３ａから突出させた状態で一体に形成しておくこととしたが、現場での作業が若干増えるものの、場合によってはモジュールを設置してその位置決め行ってから連結するべき双方の鋼管柱３ａの間に跨るように連結片９を溶接あるいはボルト締結して鋼殻６を形成することでも良い。

構築するべき構造物の構造としては、上記のようにその柱を鋼殻コンクリート柱８とするのみならず、壁や床も含めてその全体を鋼殻コンクリート造とすることが好ましいが、それに限るものでもなく、柱以外の構造部材は他の構造を採用することでも良い。

本発明の実施形態であるモジュール工法の概要を示すもので、（ａ）はモジュールを連結した状態の平面図、（ｂ）は連結前の各モジュールを示す図である。 同、図１（ａ）におけるII部の拡大図であって、（ａ）はモジュールを連結した状態を示す図、（ｂ）はその要部拡大図、（ｃ）は連結前の状態を示す図、（ｄ）はその要部拡大図である。 同、図１（ａ）におけるIII部の拡大図であって、（ａ）はモジュールを連結した状態を示す図、（ｂ）はその要部拡大図、（ｃ）は連結前の状態を示す図、（ｄ）はその要部拡大図である。 同、図１（ａ）におけるII部の変形例である。 同、図１（ａ）におけるIII部の変形例である。

符号の説明

Ａ〜Ｈ モジュール
１ 建屋（構造物）
３ａ 鋼管柱
５ フレーム構造体
６ 鋼殻
７ コンクリート
８ 鋼殻コンクリート柱
９ 連結片
１０ 裏当て
１１ スタッド
１２ 開口部
１３ ダイヤフラム
１４ 開口部
１５ スプライスプレート

Claims (5)

1. 大規模な構造物を構築するに際して、予め製作したモジュールを相互に連結することで構造物を構築するモジュール工法であって、
   各モジュールにそれぞれ独立のフレーム構造体を設けるとともに、各モジュールのフレーム構造体には中空の鋼管柱を設けておき、モジュールどうしを連結するに当たっては、各モジュールの鋼管柱どうしを近接配置してそれらの外周部どうしを連結片により連結するとともに、それら鋼管柱と連結片とによって構造物の柱となる鋼殻を形成し、その鋼殻内にコンクリートを打設充填することで構造物の柱としての鋼殻コンクリート柱を形成することを特徴とするモジュール工法。
2. 請求項１記載のモジュール工法において、各モジュールにおける鋼管柱には鋼殻の内側となる周面に多数のスタッドを設けておき、鋼殻内に打設充填されるコンクリートをそれらスタッドを介して鋼管柱に対して一体化させることを特徴とするモジュール工法。
3. 請求項１または２記載のモジュール工法において、各モジュールにおける鋼管柱には鋼殻の内側となる周面の要所に開口部を設けておき、鋼殻内において各鋼管柱内に打設充填されるコンクリートをそれら開口部を通して一体化させることを特徴とするモジュール工法。
4. 請求項１，２または３記載のモジュール工法において、各モジュールにおける鋼管柱の内部要所には補強用のダイヤフラムを設けておくことを特徴とするモジュール工法。
5. 請求項１，２，３または４記載のモジュール工法において、各モジュールには各種機器を予め組み込んでおくことを特徴とするモジュール工法。
   
   

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