JP2010242412A - 架台固定方法および架台および架台固定システム - Google Patents

架台固定方法および架台および架台固定システム Download PDF

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Abstract

【課題】屋根に形成された防水層を貫通することなく、または損傷することなく設備等を設置するための架台を屋根に固定する架台固定方法およびその架台固定方法に適した架台を提供する。
【解決手段】本発明は、防水層が形成された屋根に、設備を設置するための架台10を固定する方法において、架台10と防水層24とを接着剤18、22を用いて接着することにより、架台10を屋根30に固定する架台固定方法を提供する。また、さらに、架台10と防水層24との間に、架台10から防水層24に加わる応力を緩和する緩衝板20を配置し、架台10および緩衝板20ならびに緩衝板20および防水層24を接着剤18、22を用いて接着する架台固定方法を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、設備を設置するための架台を、防水層が形成された屋根に固定する方法、およびその方法において使用するのに適した架台および架台固定システムに関する。
近年、地球環境問題に対する関心の高まりに伴い、既存のビルや工場の屋上に自然エネルギを利用した太陽光発電装置等の設備を設置するケースが増加している。そのため、屋根に太陽光発電装置を取付ける様々な方法が考案されてきた。例えば、特許文献1には、折板屋根にネジ止めされた固定台に取付けられる太陽光発電装置および取付け方法が示されている。また、特許文献2には、太陽光パネルの固定用架台とその架台を挟持する挟持部材とを備えた太陽光発電装置が開示されている。
特許文献1および2に示されるよう、太陽光発電装置を屋根に設置する際、通常、太陽光発電装置の太陽光パネルはその傾斜角度の調整や取外しができるよう、架台やレール等を介して固定される。図6に、従来の方法により、架台であるブロック110が屋根30上に固定されている状況を示す。屋根30は躯体コンクリート26上に断熱材25および防水層24が形成されており、躯体コンクリート26と断熱材25とは接着剤27により接着されている。従来は、図6に示すよう、アンカ112を躯体コンクリート26に達するまで打ち込むことにより、ブロック110を屋根30に固定していた。しかしながら、アンカ112が防水層24を貫通するので、その貫通穴から漏水する危険性があった。また、ブロック110を防水層24に直接的に配置しているので、経年により防水層24に損傷が発生し、漏水につながるケースがあった。
特開2001−295438号公報 特開2007−266446号公報
特許文献1に開示された太陽光発電装置の取付け方法は、ネジ止めにより設備を折板屋根に固定する方法であり、また、特許文献2に開示された太陽光発電装置もボルト等を用いて架台を屋根に固定している。特許文献1または2に示された固定方法および装置においても、ネジやボルトを差し込む貫通穴を防水層に形成するので、従来の方法と同様、漏水する危険性があった。
一方、屋根の防水層を撤去した後、現場打ちコンクリートを使用して架台を屋根に作製する方法もある。しかしながら、現場打ちコンクリートを使用した場合、養生期間を必要とし、強度発現まで時間がかかり(通常1週間以上)、その期間他の作業が進行せず工期が長期化するという課題があった。また、防水層を撤去するので、架台が完成するまでの間に漏水する危険性があった。
そこで、本発明は、屋根に形成された防水層を貫通することなく、または防水層を損傷することなく架台を屋根に固定する架台固定方法、およびその架台固定方法に適した架台を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、防水層が形成されている屋根に、設備を設置するための架台を固定する方法において、前記架台と前記防水層とを接着剤を用いて接着することにより、前記架台を前記屋根に固定することを特徴とする架台固定方法を提供する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の架台固定方法において、前記架台と前記防水層との間に、前記架台から前記防水層に加わる応力を緩和する緩衝板を配置し、前記架台および前記緩衝板ならびに前記緩衝板および前記防水層を接着剤を用いて接着する架台固定方法を提供する。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の架台固定方法において、前記緩衝板は、前記防水層と同じ材料により形成されている、架台固定方法を提供する。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の架台固定方法において、前記架台の接着面を粗くして接着剤の接着力を高めた、架台固定方法を提供する。
請求項5に記載の発明は、請求項2に記載の架台固定方法において、前記緩衝板が前記防水層に接着する面積は、前記架台が前記緩衝板に接着する面積以上である、架台固定方法を提供する。
請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の架台固定方法において、前記接着剤を塗布する厚さを調整することにより、前記架台の位置を調整する、架台固定方法を提供する。
請求項7に記載の発明は、防水層が形成された屋根に、設備を設置するための架台であって、前記架台は、前記接着層が取付けられる基板を有し、前記基板は、該基板と前記防水層との間に前記接着層が配置されていることを確認するための貫通穴が形成されていることを特徴とする架台を提供する。
請求項8に記載の発明は、防水層が形成された屋根に、設備を設置するための架台を固定する架台固定システムであって、前記架台から前記防水層に加わる応力を緩和する緩衝板と、前記架台と前記緩衝板とを接着する第一接着層と、前記緩衝板と前記防水層を接着する第二接着層と、を備えたことを特徴とする架台固定システムを提供する。
本発明の架台固定方法により、架台を防水層に接着剤を用いて固定すれば、従来の固定方法のように、アンカを用いて防水層に貫通穴を形成することがないので、漏水が発生する危険性がなくなる。
また、従来のように防水層上に直接ブロックなどを配置して、経年により防水層の損傷が発生し漏水につながるケースがあった。しかしながら、接着剤で接着層が形成されることにより架台が防水層に直接的に接触しないので、経年により架台が防水層に損傷を与えず、漏水する危険性が少なくなる。
また、予め作製された架台を、防水層に接着により固定するので、例えば、現場打ちコンクリートを用いて架台を屋根に作製した場合と比較して強度発現までの期間が短く、工期の短縮をすることが可能になる。
また、架台と防水層との間に緩衝板を設けることにより、架台から防水層や屋根に掛かる応力、例えば太陽光発電装置の重量や風圧力による架台が防水層を引上げる力が分散され軽減される。そのため、架台を固定するのに必要な、単位面積当たりの接着力を低減させることができる。また、架台が防水層に直接的に接触することがないので、防水層に損傷を与えることがなくなり、経年後に漏水する危険性が少なくなる。
また、本発明に係る架台において、架台の基板に貫通穴を形成すれば、目視により貫通穴から接着剤による接着層の強度発現状況を確認することができると共に、接着剤が接着面に配置されている否か確認することが可能になる。そのため、接着剤が部分的に配置されてないことによる接着強度の不足により架台が外れることを防ぐ。
本発明による架台固定方法により架台を屋根に固定した状況を示す断面図である。 本発明による架台固定方法により固定した架台を用いて、太陽光発電設備を設置した状況を示す斜視図である。 本発明による架台固定方法に適した架台を示す図であり、(a)は側面図、(b)は平面図である。 本発明による架台固定方法により架台を屋根に固定した状況を示す断面図であり、さらに新規の防水層を施工した状況を示す断面図である。 防水層のジョイント部において架台を設置した場合を示す断面図であり、(a)は従来の架台固定方法により架台を固定した状況を示す図、(b)は本発明による架台固定方法により架台を固定した状況を示す図である。 従来の架台固定方法により架台を屋根に固定した状況を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態に係る架台固定方法およびそれに適した架台について図1から図6に基づいて説明する。本実施形態において対象としている断熱露出防水仕様の屋根においては、図1または図6に示すように、通常下地である躯体コンクリート26上に断熱材25や防水層24が形成されており、最上層の防水層24によってその下にある断熱材25や躯体コンクリート26に雨水等が漏水しないように処理されている。従来、防水層24が露出している屋根に架台を固定するには、図6に示すように、防水層24を貫通したアンカ112により架台110を屋根30に固定していた。しかしながら、アンカ112により防水層24に貫通穴が形成されるので、そこから漏水する危険性があった。
本実施形態における架台固定方法は、図1に示すように、緩衝板20を防水層24上に接着剤22を用いて接着し、さらに架台10を緩衝板20上に接着剤18を用いて固定している。架台10を防水層24上に接着剤18、22を用いて固定することにより、防水層24に貫通穴が形成されることがないので、漏水する危険性が無くなる。また、架台10の下に接着剤による接着層を形成することにより、架台10がその下の層(緩衝板および防水層)に直接的に接触せず、経年により架台10がその下の層を損傷することがない。
架台10は、例えば図2に示すように屋根30に複数個配置される。各架台間に太陽光発電設備のレール32が横架され、さらにそのレール32上に太陽光パネル34が設置される。屋根30に固定された各架台10には太陽光発電設備の重量が掛かるので、架台10と防水層24との間に緩衝板20を設けることにより、架台10から受ける重量(応力)が防水層24に直接的に影響を及ぼさないようにした。
次に、本実施形態の架台10について説明する。架台10は太陽光発電設備などの設備を屋根に設置するための基礎であり、図1に示すように架台10は設備を受けるフランジ部12、フランジ部を支持する支持部14、支持部14を固定すると共に緩衝板20に接着するために所定の接着面積を有する基板16を有している。本実施形態において架台10は太陽光発電設備を支持する強度や耐久性が必要であるので金属製である。架台10はその上に設置する設備に応じて木製やプラスチック製でも構わない。また、支持部14は、設備を支持する高さを調整できるようネジ式により長さが調整可能になっている。
架台10の詳細を図3に示す。支持部14は、支持部上部14aと支持部下部14bとから構成され、支持部上部14aと支持部下部14bとの接合部分にはネジ山が形成されている。そのため、支持部上部14aを回転させることにより支持部14の長さを変更することができ、ボルト14cにより締結することでその長さを固定することができる。すなわち、架台10が固定された後においてもフランジ部12の高さH3を調整をすることが可能になっている。支持部14の底面は基板16に溶接されており充分な強度を有する。また、基板16には、複数の貫通する貫通穴17が形成されている。貫通穴17は、架台10の接着状況を確認するための穴であって、作業者は接着剤18が基板16の底面(接着面)の全体に塗られているか、または架台10が緩衝板20に接着できているかを、接着後に貫通穴17を通じて確認することができる。複数の貫通穴17を万遍無く基板16に形成することにより、接着剤が部分的に塗布されないことによる接着力の不足が発生するのを防ぐことができる。また、接着剤の強度発現状況を確認することができるので、工期を短縮することができる。
つぎに、接着剤による接着力について述べる。本実施形態の架台固定方法においては、架台10を接着剤18、22により固定しているため、太陽光発電設備等を固定するのに必要な接着力が架台10と防水層24との間に必要となる。本実施形態においては、緩衝板20を防水層24と同じ材料により形成することにより、緩衝板20と防水層24間の接着力を高めている。本実施形態では、屋根30の防水層24をアスファルトにより形成しているので、緩衝板20もアスファルトにより形成した。また、アスファルト同士を接着する接着剤22として、アスファルト系ウレタン材を用いて固定している。緩衝板20と防水層24とを同じ材料により形成することで、使用する接着剤によって、それぞれの接着面に対し接着力にばらつきが発生することなく、安定して緩衝板20を防水層24に固定することができる。
また、本実施形態において、架台10と緩衝板20との間を接着する接着剤18も、アスファルト系ウレタン材を用いている。異なる材料であるが、金属製の架台10をより強固に緩衝板20に接着できるよう、基板16の底面に対してやすりがけ(サンディング)をおこない緩衝板20との接着面を粗くし、接着力を高めている。接着力を高めるために基板16の底面にプライマを塗布してもよい。
また、防水層とその下地となる断熱材との接着力等を考慮して架台10の基板16と緩衝板20との面積および寸法を定めた。これは、風圧力により太陽光発電装置が持ち上げられる場合があり、例えば防水層24とその下地である断熱材25との接着力が弱いと架台10は防水層24と共に屋根から外れてしまうケースがあるからである。通常は架台10と緩衝板20の接着、緩衝板20と防水層24との接着は充分に強固であるので風圧力により架台10が防水層24より外れることは少ない。一方、防水層24とその下にある断熱材25との接着力が比較的弱く、ある程度の面積をもって接着力を維持しなくてはならない。そこで、架台10の基板16が緩衝板20に接着する面積よりも、緩衝板20が防水層24に接着する面積を広くすることにより、防水層24と断熱材25との間に掛かる、単位面積当たりに必要とされる接着力を低減させた。本実施形態において、基板16を230mm角、緩衝板20を320mm角の正方形にしている。これらの寸法は、以下に示す条件や計算式から求めた大きさである。
前述したように、太陽光発電設備30を架台10に設置した場合、例えば太陽光パネルが風により持ち上がる力(風圧力)が働く。したがって、防水層24等を風圧力に耐えうる接着力により固定する必要がある。そこで、先ず防水層24等を固定するのに必要な風圧力性能を以下のように求めた。
屋根上に設備を設置する際の風圧力性能は、建築基準法等にその算出方法が定められている。本実施形態では、建築基準法・建築基準法施行令(第82条の5)・告示(平成12建告第1454朱1458号)「屋根ふき材および野外に面する帳壁の風圧に対する構造体力上の安全性を確かめるための構造計算の基準を定める件」に基づき、以下の設定条件における風圧力性能を求めた。
設定条件として、まず、風圧力性能を計算する際の標準的なモデルを設定した。本実施形態で設定した標準的なモデルは、建物の高さを30m、建物の短辺方向の長さを50m、屋根の勾配を1/100、地表面粗度区分をIII (標準的な地域に該当)、その他の条件として都市計画区域内(一般的な市街地に該当)にしている。
上記告示には、風圧力の計算方法が定められており、屋根に掛かる風圧力Wは、以下の計算式によって求められる。
W = q×Cf
但し、Wは風圧力(N/m2)、qは平均速度圧(N/m2)、Cfはピーク風圧係数を示す。平均速度は、次式で求められる。
q=0.6×Er×Vo
但し、Erは平均風速の高さ方向の分布を表す係数、Voは基準風速である。
上記の式を、前述の標準的なモデルに適用した結果、屋根中央部における風圧力W1は次のようになった。
W1 = 0.6×(0.99) × (38) × −2.5
≒−2123(N/m2
但し、上記告示に基づいてCfを−2.5とし、Erを0.99とした。また、基準風速Voは市町村単位で細かく分類されており、その土地において吹く風の基準として30〜46mの8段階に区分されている。ここでは、基準風速として38mを用いて風圧力を計算した。この計算により、屋根中央部において1m2あたり−2123Nの風圧力W1が掛かることがわかる。
次に、架台1箇所当たりに掛かる風圧力W2を求める。前述の計算により、屋根中央部においては、1m2あたり−2123Nの風圧力が掛かるが、設置する太陽光パネルの大きさにより、架台10の設置間隔が異なってくる。ここでは、太陽光パネルの大きさを1m×1.3mとし、架台10を1.3m2に1箇所設置するものとして、架台1箇所に掛かる風圧力W2を算出した。1.3m2毎に架台10を設置するので、架台1箇所に掛かる風圧力W2は、
W2=−2123(N/m2)× 1.3(m2)= 2760(N)
となる。
次に、各層間に必要とされる接着力について述べる。断熱露出防水仕様をモデルとして、各層間での接着力を求め、最も接着力が弱い部分を特定する。接着力の最も弱い部分が、必要とされる接着力より大きければ、架台10は充分に固定されると言える。
通常、断熱露出防水仕様においては、表1に示すように屋外側の最上層が最も温度が高くなり、下地側に向かって温度が低下していく。最上層の周辺の温度(防水層のすぐ上にある空気の外気温)が70℃、最下層である下地側の温度を25℃とした場合の、各層間の温度および接着力を求めた。各層間の温度および接着力を表1に示す。
Figure 2010242412
表1に示すように、1m2あたりの接着強度が最も弱い部分は、防水層/断熱材間の576700N/m2になる。
次に、架台一箇所あたりに必要な接着面積を示す。架台1箇所に掛かる風圧力W2は、前述に示すとおり2760Nであり、また、表1に示すよう接着強度が最も弱い部分は、防水層/断熱材間であり、その接着強度は56700N/m2である。したがって、架台1箇所あたりに必要な接着面積A1は、以下のように算出できる。
A1=2760(N)÷56700(N/m2)≒ 0.0486(m2
さらに、安全率を200%とすると、
A1=0.0486(m2)× 200(%) =0.0972(m2
これにより、本実施形態では、0.0972m2の接着面積が必要であるとした。本実施形態の架台固定方法において、防水層と実際に接着する部分は緩衝板である。従って、緩衝板を正方形とすると一辺は以下の寸法になる。
√0.0972m2 ≒ 0.312m = 31.2cm
一方、架台10自体は強度や耐久性が必要とされるため金属製にした。そのため、その製造コストや重量の点からできるだけ小型であることが望ましい。そこで、架台10の基板16の面積を529cm2(230mm角)として、架台/緩衝板間の接着力を求める。架台と緩衝板とを接着する接着剤18にアスファルト系ウレタン材を用いると、単位面積当たりの接着力は80N/cm2(800000N/m2)であるので、架台/緩衝板間の接着力W3は、
W3=529(cm2)×80(N/cm2) = 42320N
となる。接着力W3は前述の架台1箇所に掛かる風圧力W2(2760N)よりも大きいので充分な接着力を有していることがわかる。従って、図3に示すように本実施形態の架台固定方法において使用する架台は、架台19の基板16の面積を0.0529m2(H1=230mm)とし、緩衝板の面積を0.0972m2(H2=312mm)とすることで、太陽光発電設備を固定するのに充分な接着力を確保した。
本実施形態においては、架台10を接着剤により固定するので、予め工場等で作製した架台10を使用して屋根30に固定し、太陽光発電設備を設置することができる。そのため、従来のように架台を現場打ちコンクリートを使用して作製した場合と比較すると、強度発現までの期間を短縮することができる。具体的には、現場打ちコンクリートの場合、強度発現まで養生期間として1週間以上要するが、本実施形態の架台固定方法により架台10を接着剤により固定する場合、1日から2日間程度の期間ですむ。従って、架台を固定する工程の待ち時間が少なく、工期の短縮を図ることができる。また、従来の現場打ちコンクリートの場合は、防水層24を一旦撤去する場合があり、撤去した場所から漏水する危険性があったが、本実施形態の架台固定方法では、防水層24を撤去する必要が無いので、漏水する危険性がない。
次に、本実施形態に係る架台固定方法により架台を設置した場合の、防水層の改修工事方法について述べる。通常、太陽光発電設備の寿命は20年以上であるが、防水層の標準的な耐用年数は10年程度ある。従って、太陽光発電設備を交換する前、すなわち、太陽光発電設備を設置した状態で防水層の改修工事を行う場合がある。太陽光パネル34自体は、レール32から取り外すことが可能であるが、例えば従来のようにアンカ等で架台を固定した場合、防水層上に設置した架台を撤去することができない。そのため、架台が防水層上に固定された状態で、防水層の改修工事を行う必要があった。架台としてブロックが固定されている場合、ブロックの大きさに合わせて新規の防水層に比較的大きな穴を開ける必要があり、新規の防水層の形状が複雑となるばかりでなく、ブロックの形状に合わせて四角い穴を開けた場合、角の部分が損傷して漏水する危険性があった。
本実施形態の架台10が固定された屋根30に対して防水層の改修工事を行う場合、架台10は防水層上に接着により固定されているため、従来と同様取り外すことはできない。しかしながら、図4に示すように、基板16の上面に新規防水層28を重ねることにより、防水層を形成することができる。新規防水層28には、架台10の支持部14により穴29が形成される。しかしながら、支持部14の直径が30mm以下である場合、基板16の一辺を230mmとすると、基板16と新規防水層28との重なり部分(図4の矢印Aの範囲)を100mm角以上確保することができる。すなわち、接合部分において、一般的な防水層のジョイント幅として定められた100mm以上が確保されるので、新規防水層28を確実に施工して漏水を防ぐことができる。また、架台10の支持部14は円形の断面を有しているので、防水層に形成される穴29も円形になり、角のある四角の穴よりも経年による損傷が発生しにくい。また、円形の穴は加工し易いので改修工事時の労力を軽減する。
また、一般に太陽光発電設備の設置には高い精度が要求される。しかしながら、防水層が形成された屋根の表面は、防水層のジョイント部分等により不陸であることがほとんどである。従来において、図5(a)に示すように架台であるブロック110が、ジョイント部40の不陸の部分に固定された場合、ブロック110が傾斜して固定されるので精度よく太陽光発電設備の位置を調整することが困難であった。本実施形態の架台固定方法を用いれば、接着剤の厚さを調整することで、架台の水平を保つことができる。例えば、図5(b)に示すように不陸となっても、段差部分42に接着剤22を厚く塗布することにより、架台10を水平に固定することができる。すなわち、接着剤22を用いて固定することにより、高さ方向の調整のみならず、例えば前後左右や斜め方向の調整も可能になる。
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明した。なお、本実施形態において、太陽光発電設備を設置する場合について述べたが、太陽光発電設備以外の設備、例えば屋外アンテナ等を取付ける架台を設置する場合においても、本発明の架台固定方法を利用することができる。また、本実施形態においては各層を接着するために接着剤としてアスファルト系ウレタン材を用いたが、接着力を確保できることを条件として、他の接着剤や粘着テープ等の粘着材を用いて固定しても構わない。また、本実施形態において緩衝板が防水層に接着する面積を、架台の基板が緩衝板に接着する面積よりも広くしたが、防水層と断熱材との接着力が充分に確保できる場合は、同じ面積で接着しても構わない。
また、本実施形態において緩衝板を架台と防水層との間に設けていたが、設備の重量が軽量である場合は、緩衝板を設けずに架台を防水層に接着剤を用いて固定しても構わない。接着剤による接着層により、架台は防水層に直接的に接触しないので、経年により架台が防水層に影響を与えることがない。
10 架台
12 フランジ部
14 支持部
16 基板
18、22 接着剤
20 緩衝板
24 防水層
25 断熱材
26 躯体コンクリート
27 接着剤(アスファルト系)
28 新規防水層

Claims (8)

  1. 防水層が形成された屋根に、設備を設置するための架台を固定する方法において、
    前記架台と前記防水層とを接着剤を用いて接着することにより、前記架台を前記屋根に固定する架台固定方法。
  2. 前記架台と前記防水層との間に、前記架台から前記防水層に加わる応力を緩和する緩衝板を設けて、前記架台および前記緩衝板ならびに前記緩衝板および前記防水層を接着剤を用いて接着する、請求項1に記載の架台固定方法。
  3. 前記緩衝板は、前記防水層と同じ材料により形成されている、請求項2に記載の架台固定方法。
  4. 前記架台の接着面を粗くして接着剤の接着力を高めた、請求項1に記載の架台固定方法。
  5. 前記緩衝板が前記防水層に接着する面積は、前記架台が前記緩衝板に接着する面積以上である、請求項2に記載の架台固定方法。
  6. 前記接着剤を塗布する厚さを調整することにより、前記架台の位置を調整する、請求項1に記載の架台固定方法。
  7. 防水層が形成された屋根に、設備を設置するための架台であって、
    前記架台は、接着剤による接着層が取付けられる基板を有し、
    前記基板は、該基板と前記防水層との間に前記接着層が配置されていることを確認するための貫通穴が形成されていることを特徴とする架台。
  8. 防水層が形成された屋根に、設備を設置するための架台を固定する架台固定システムであって、
    前記架台から前記防水層に加わる応力を緩和する緩衝板と、
    前記架台と前記緩衝板とを接着する第一接着層と、
    前記緩衝板と前記防水層を接着する第二接着層と、を備えたことを特徴とする架台固定システム。
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