JP2008517187A - 建築パネルおよび建物構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い剛性および耐座屈性を有する改良建築パネルを開示する。
【解決手段】パネルの横断面は、パネルの接合を許容するように構成された側部分へ変化している半径方向に配置された長さ方向の剛化リブで構成されている中央部分により特徴付けられている。パネルの中心部分の構成により、慣性モーメントが増大し、ならびに既存の設計と比較して、正および負の曲げモーメントおよび局部的座屈に対する耐性が高くなる。更に、パネルの構成により、波形部なしで長さ方向に湾曲し得る。パネルの強度の向上および波形部の除去により、かかるパネルで構成された建物に対する設計制約を減少させ、且つより大きい建物を構築することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、新規な建築パネルと、複数の相互連結されたパネルで構成された建物構造体とに関する。また、本発明は圧着することなしに建築パネルを湾曲する新規な方法に関する。

従来の構築では、建物は、合板または或る種類の金属またはプラスチックシートにより覆われる支柱または柱とビームとの組合せで構築されている。構築時間および費用を低減するために、施工者は、しばしば、建物、特に建物の外壁部をプレハブ建築パネルで構築している。このようなパネルで建物を構築すると、全壁部が素早く組み合わされ、建物が建てられることができるように全壁部が構築現場で製造されることにより、構築生産性を増し、且つ費用を低減する。
これらのプレハブパネルは、代表的には、鋼シート金属から製造され、そして建物の所望の形状に一致するように構成されている。しかしながら、シート金属の可撓性および強度特性が組み合わさって素早く構築されることができる建物の形状を制限してしまう。一般形状は、複数の相互連結されたアーチ形パネルで構成されている図に示されるもののようなアーチ型建物１０である。これらのパネルは、これらを互いに隣接して設置し、パネルの縁部が重なるところに密封接合部を形成することにより相互連結される。

アーチ形の建物を構築することに加えて、それぞれ図２および図３に示されるもののような切妻型建物２０および２重アール型建物３０を構築するためにパネルを使用し得る。図示していないが、側部がまっすぐな建物またはその一部を構築するために、相互連結されたパネルを使用することもできる。建物が湾曲された或はまっすぐな輪郭を有するかどうかにかかわらず、このような建物を構築するのに使用されるパネルの横断面はしばしば同様である。
鋼または他の材料で構築されたこのような自己支持性建物の大きさは、建築材料が建築パネルに形成され、そして建物を構築するために他の建築パネルと組み合わされるときに作用する力に耐える建築材料の能力により制限される。風、雪、動荷重および死荷重が、パネルの能力を超えなければならない内部応力を各建築パネル内に生じる。これらの内部応力の各々は軸方向の正の曲げ、負の曲げおよび煎断を含む成分を有している。建物が大きく作製される場合、外部応力は、軸方向の曲げおよび煎断成分を有するより大きい応力となる。例えば、より多い雪が建物の屋根の上に溜まると、風にさらされる雪の面積が風にさらされる建物の面積に加えられるので、風が必然的により大きい横断表面積に作用する。更に、パネル自身の重量に起因して、パネルの長さが増大するにつれて、死荷重が増大する。従って、より大きい自己支持性構造体の構築を許容するために、軸方向の応力、正の曲げ応力、負の曲げ応力および煎断応力に耐える各パネルの能力を高めることが望ましい。

図４に示される従来の建築パネルの代表である一般のパネルの横断面１００は、正の曲げモーメント（すなわち、パネルを凸方向に曲げるように作用するモーメント）に耐えるためのものより負の曲げモーメント（すなわち、パネルを凹方向に曲げるように作用するモーメント）に耐えるための著しく低い能力を有している。曲げモーメントの大きさは建築パネルに作用する力の量と、かかる力が加わる個所相互間の距離との関数である。かくして、力の量または力相互間の距離が増大すると、曲げモーメントが同様に増大する。
図４はこのような建物を構築するのに代表的に使用される公知の建築パネルの横断面を示している。体表的な従来の建築パネル１００は、中央部分１０２と、この中央部分１０２の両端部から延びている２つの傾斜された側壁部分１０４、１０６とを有している。中央部分１２０はまっすぐであり、また中央部分１０２は、その部分の剛性を高めるために切欠き付き部分または剛化リブ１１６と一般に称せられる部分を有することができる。中央部分１０２は切欠き付き剛化部または剛化リブ１１６を有することができ、従って、２つのほぼ中央の部分を備えていると考えられることができるが、代表的な従来の建築パネルは、切欠き付き部分または剛化リブ１１６を有するのにかかわらず、概ね連続的な、或は連続的にまっすぐな中央部分１０２を有している。このような特徴は示されていないが、傾斜された側壁部分１０４、１０６もまた、建築パネルのこれらの部分を剛化するために切欠きを有してもよい。

図４を続けて参照すると、建築パネル１００は更に、傾斜された側壁部分１０４、１０６からそれぞれ延びている２つの翼部分１０８、１１０を有している。翼部分１０８、１１０は中央部分１０２と実施的に平行であり、選択自由な切欠き剛化部を備えて示されている。フック部分１１４が一方の翼部分１１０から延びており、相補へり部分１１２が他方の翼部分１０８から延びている。
中央部分１０２における適切な長さ方向の剛化が欠けると、局部的な座屈に対する耐性が乏しくなり、従って、負の曲げに対する耐性が減少される。
これらの欠陥に加えて、建築パネルを形成し、そして従来技術の建築パネルを使用して建物を構築する代表的な構築方法は長さ方向における湾曲を許容する波形部を使用していた。これらの波形部は軸方向の圧縮および負の曲げモーメントに対するパネルの耐性を更に弱める。

本発明の目的は正および負の曲げモーメントの両方に耐える高い能力を有する改良建築パネルを提供することである。
本発明の他の目的は幅に著しく影響することなしにパネルの横断面の高い慣性モーメントを有する改良建築パネルを提供することである。
本発明の更なる目的は内部の局部的座屈に対する高い耐性を有する改良建築パネルを提供することである。
本発明の更に他の目的は圧着することなしに長さ方向に湾曲されることができる改良建築パネルを提供することである。
本発明の更に他の目的は相互連結された建築パネルで構成され得る建物の増大サイズを許容する改良建築パネルを提供することである。

本発明は正および負の曲げモーメントおよび局部的座屈に対する高い耐性を有する改良建築パネルである。従って、仕上げパネルの幅対原料の幅の比を著しく減少させることなしに、横断面の慣性モーメントが改良される。また、この横断面は波形部なしでパネルを長さ方向に湾曲する独特の方法に適用可能である。
改良建築パネルは、建築材料の最小のアールから内方および外方に突出している交互のセグメントのほぼ半径方向のパターンを有する新規な中心部分により特徴付けられている。内方および外方に位置決めされたセグメントの組合せの結果、局部的な座屈に耐え、且つパネルに中心部分の強度を向上させる長さ方向の剛化部が生じる。中心部分はアールを通って両側における一対の相補翼部分へ変化している。翼部分は、代表的には連続的継ぎ合わせによりパネルを並んで接合するのに適した要素を有している。
これらの改良建築パネルは、多数のパネルを並んで接合するか或は継ぎ合わすと、建物または建物の一部を構築するのに使用されることができる。パネルを継ぎ合わせ前に長さ方向に湾曲すると、異なる形状の建物を構築することができる。横断面の改良剛性特性と、圧着することなしに湾曲されるパネルの能力との組合せにより、建築材料の厚さまたは降伏強度を増大することなしに、より大きい建物の構築を許容する。

添付図面を参照して本発明の実施形態を以下に詳細に説明する。
図面を参照すると、図５は約２４ゲージから１６ゲージまでの範囲の厚さを有するＡＳＴＭＡ-６５３鋼シートの単一のロールから形成された改良建築パネル２００を示している。当業者が認めるように、金属の呼称は工業規格である。本発明のパネルは、鋼、ガルバルム、ジンクアルム、アルミニウムの任意の種類、または建築に適当である他の建築材料から形成されることができる。建築パネル２００は、他の厚さで形成されてもよく、また所望の工学特性を有するかぎり、他のシート建築材料で形成されてもよい。

改良パネル２００はほぼ半径方向のパターンで交互に内方および外方に位置決めされたセグメントを有する中心部分により特徴付けられている。参考のために、内方は横断面の幾何学的中心により近いことを意味しており、外方は横断面の幾何学的中心からより遠いことを意味している。内方セグメント２０２、２０４、２０６、２０８、２１０と外方セグメント２１２、２１４、２１６、２１８との組合せが局部的な座屈を防ぐようにパネルを剛化する長さ方向のリブを形成している。これらの長さ方向のリブは図５Ａに示される直交図にはっきり示されている。図５に示されている好適な実施形態は５つの内方セグメントおよび４つの外方セグメントを有しているが、改良建築パネルの他の実施形態は異なる組合せを有してもよい。例えば、４つの内方セグメントおよび５つの外方セグメントを使用してもよく、このような構成は図５に示される実施形態に対して正の曲げモーメントに対する高い耐性を有している。逆に、４つの内方セグメントおよび５つの外方セグメントを有する同じ建築パネルは図５に示される実施形態に対して負の曲げモーメントに対する低い耐性を有している。このパネルでは、リブの他の大きさおよび数の組合せが使用されてもよく、その結果、構造特性の同様な改良が生じる。

図５に示される実施形態では、交互のセグメントはまっすぐな中心小部分を備えている。変更例として、これらのセグメントは、図７に示されるように、半径方向に湾曲された中心小部分で構成されてもよい。詳細には、図７に示される実施形態では、内方セグメント４０２、４０４、４０６、４０８、４１０および外方セグメント４１２、４１４、４１６、４１８は円弧のセグメントよりなる。更に、図７に示されるように、個々の交互のセグメントは長さが変化してもよい。詳細には、図７に示される実施形態では、内方セグメント４０２、４０４、４０６、４０８、４１０は、各々、外方セグメント４１２、４１４、４１６、４１８の各々より大きい長さのものである。
再び図５を参照して説明すると、アール２２０、２２２は建築パネル２００の中心部分の両側における夫々の相補翼部分２２４、２２６への変化セグメントとして作用する。翼部分２２６はフックを有しており、翼部分２２４はパネルを容易に且つしっかり並んで接合するように設計されているへりを有している。

図６は連続継ぎ合わせによりフック２３０およびへり２２８のところで接合された２つの建築パネル２００の接合部の具体例を示している。図６に示される具体例では、継ぎ合わせ方法はしっかりした継ぎ目を与えるようにフック２３０の端部をへり２２８に圧着することを有する。パネルを接合するのに、異なる種類の継ぎ目、継ぎ手、留め具またはスナップ継ぎ手のような他の構成を使用してもよく、これらのいずれかが本発明の改良建築パネルに使用されてもよい。
図５および図６の実施形態に示される改良建築パネルは、切妻建物（図８）、円形建物（図９）および２アール建物（図１０）を含めて、異なる形状の建物を構築するのに使用されてもよい。図８ないし図１０に示される建物の具体例では、屋根部分を形成するのに湾曲パネルが使用され、平らな端壁を構築するのにまっすぐなパネルが使用される。建物構造体を形成するように、「差し掛け」建物や、種々の半径の湾曲部分とまっすぐな部分との他の組合せのような他の形状を作製することができる。

湾曲屋根パネルは、改良建築パネル２００の横断面に特に適用可能な新規の湾曲方法を使用することにより波形部なしに形成されることができる。湾曲は新規な手段により達成される。新規な湾曲方法では、曲率半径はパネルの下半分、すなわち、継ぎ合わせ縁部を有していない部分を中心としている。本発明の新規な湾曲方法により形成された建築パネルの１つの実施形態では、曲率半径は無限（まっすぐ）から最小１.８３０ｍ（６フィート）までに及ぶことができる。本発明の改良建築パネルに適用可能な新規な湾曲方法では、形状の全深さが実際の曲率半径の限度を定める。湾曲手段の幾つかの具体例としては、「強制／制御座屈」と伸張との組合せ、および「強制／制御座屈」単独がある。

複数の建築パネルで構築された従来技術におけるアーチ型建物の横断面端面図である。 複数の建築パネルで構築された従来技術における切妻型建物の横断面端面図である。 複数の建築パネルで構築された従来技術における２重アール型建物の横断面端面図である。 従来技術の建築パネルの例の図である。 本発明を構成する改良建築パネルの実施形態の横断面図である。 本発明を構成する改良建築パネルの実施形態の直交図である。 パネル相互間の連結の具体例の横断面図である。 本発明を構成する改良建築パネルの第２実施形態の横断面図である。 パネルで構築された切妻型建物の図である。 パネルで構築された円形型建物の図である。 パネルで構築された２重アール型建物の図である。

Claims (20)

1. 可撓性の建築材料のシートで形成された建築パネルであって、
   複数のセグメントよりなる中心部分を備えており、各セグメントは横断面が可撓性の材料の前記シートの平面から或る距離延びており、更に、隣接したセグメントは前記平面から両方向に延びており、
   前記湾曲中心部分の両端部から延びている一対の側壁部分と、
   前記側壁部分から延びている一対の相補翼部分と、
   を備えている建築パネル。
2. 前記可撓性の材料はシート材料よりなる、請求項１に記載の建築パネル。
3. 前記複数のセグメントは更に
   複数の外方に延びているセグメントと、
   複数の内方に延びているセグメントと、
   を備えている、請求項１に記載の建築パネル。
4. 前記複数の外方に延びているセグメントは数が複数の内方に延びているセグメントより多い、請求項３に記載の建築パネル。
5. 前記複数の内方に延びているセグメントは数が複数の外方に延びているセグメントより多い、請求項３に記載の建築パネル。
6. シート金属は２４ゲージと１６ゲージとの間の厚さを有している、請求項２に記載の建築パネル。
7. シート金属の厚さは呼称厚さゲージの１０％以内である、請求項６に記載の建築パネル。
8. 前記複数のセグメントの各々は横断面が形成前の前記建築材料のシートの幅の５％の最小距離だけ前記建築材料のシートの平面から延びている、請求項１に記載の建築パネル。
9. 可撓性の建築材料のシートで形成された建築パネルであって、
   複数のセグメントよりなる中心部分を備えており、各セグメントは横断面が可撓性の材料の前記シートの平面から或る距離延びており、更に、隣接したセグメントは前記平面から両方向に延びており、
   前記湾曲中心部分の両端部から延びている一対の側壁部分と、
   前記側壁部分から延びている一対の相補翼部分と、
   前記相補翼部分のうちの第１翼部分から延びているフック部分と、
   前記相補翼部分のうちの第２翼部分から延びているへり部分と、
   を備えている建築パネル。
10. 前記フック部分は建築パネルを第２の建築パネルに接合するための前記ヘム部分に対する相補の形状を有している、請求項９に記載の建築パネル。
11. 前記複数のセグメントの各々は、横断面が、形成前の前記建築材料のシートの幅の５％の最小距離だけ前記建築材料のシートの平面から延びている、請求項９に記載の建築パネル。
12. 前記複数のセグメントの各々は円弧の連続部分よりなる、請求項９に記載の建築パネル。
13. 前記円弧は３.０５ｍ（１０フィート）と前記セグメントの各々がまっすぐであるような半径との間の半径を有している、請求項１２に記載の建築パネル。
14. 前記複数のセグメントの各々は更に、
    中心セグメント部分と、
    一対の側壁セグメント部分と、
    を備えている、請求項９に記載の建築パネル。
15. 前記中心セグメント部分はまっすぐである、請求項１４に記載の建築パネル。
16. 前記円弧は３.０５ｍ（１０フィート）と前記セグメントの各々がまっすぐであるような半径との間の半径を有している、請求項１４に記載の建築パネル。
17. 可撓性の建築材料のシートから形成された複数の建築パネルで構成された建物構造体であって、前記建築パネルの各々は、
    複数のセグメントよりなる中心部分を備えており、各セグメントの横断面が前記の可撓性建築材料のシートの平面から或る距離延びており、隣接したセグメントが前記平面から両方向に延びており、
    前記湾曲中心部分の両端部から延びている一対の側壁部分と、
    前記側壁部分から延びている一対の相補翼部分と、
    前記相補翼部分のうちの第１翼部分から延びているフック部分と、
    前記相補翼部分のうちの第２翼部分から延びているへり部分と、
    を備えている、建物構造体。
18. 各対の隣接した建築パネルは、それらのうちの第１パネルのへり部分がそれらのうちの第２パネルのフック部分に係合することにより接合されている、請求項１７に記載の建物構造体。
19. 前記対のパネルのうちの第２パネルの前記フック部分は前記対のパネルのうちの第１パネルのへり部分上に圧着されている、請求項１８に記載の建物構造体。
20. 前記複数のセグメントの各々は、横断面が、形成前の前記建築材料のシートの幅の５％の最小距離だけ前記建築材料のシートの平面から延びている、請求項１７に記載の建物構造体。

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