JP2011006896A - 建築物およびその耐震補強方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐震性のみならず、断熱性・遮音性・気密性等をも向上させた構造を備える建築物および耐震補強方法を提供する。
【解決手段】４つの壁面部・上面部・下面部の６つの面部を有して直方体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備える建築物において、前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度補強手段を適用し、前記強度補強手段として、前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける手段、前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、のいずれかを適用して、建築物の耐震強度を向上させた建築物。
【選択図】 図１
【解決手段】４つの壁面部・上面部・下面部の６つの面部を有して直方体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備える建築物において、前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度補強手段を適用し、前記強度補強手段として、前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける手段、前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、のいずれかを適用して、建築物の耐震強度を向上させた建築物。
【選択図】 図１
Description
本発明は、建築物とその耐震補強方法に係り、耐震性を補強することはもとより、断熱性・遮音性・気密性等をも向上させることができる建築物の構造と、建築物の耐震補強方法とに関するものである。
建築物に耐震補強を施すために、例えば、木造建築物では、筋交により補強したり、建物におけるジョイント部に補強金具を取り付けたりする手法が、よく行われている。
しかしながら、地震の際の衝撃によって、筋交が所定の位置から外れたり、補強金具を取り付けたジョイント部が破壊されたりする虞があり、筋交や補強金具だけでは十分な耐震効果が発揮されないという問題点がある。
また、既存の建物に、筋交や補強金具を取り付ける場合には、壁面を壊してから施工しなければならないので、工事や破壊箇所の修復に多くの手間や費用がかかる、という問題点もある。
しかしながら、地震の際の衝撃によって、筋交が所定の位置から外れたり、補強金具を取り付けたジョイント部が破壊されたりする虞があり、筋交や補強金具だけでは十分な耐震効果が発揮されないという問題点がある。
また、既存の建物に、筋交や補強金具を取り付ける場合には、壁面を壊してから施工しなければならないので、工事や破壊箇所の修復に多くの手間や費用がかかる、という問題点もある。
本出願人は、次の特許文献１として公開されている「既設木造建築物の気密断熱改修工法」の特許出願をしている。
この出願の目的は、「住んだまま、産業廃棄物もほとんど出さずに、既設木造建築物の気密断熱化、高耐久化、省エネルギー化、快適化、等が実現できる気密断熱化工法を提供する」ことである。
この出願の目的は、「住んだまま、産業廃棄物もほとんど出さずに、既設木造建築物の気密断熱化、高耐久化、省エネルギー化、快適化、等が実現できる気密断熱化工法を提供する」ことである。
本発明は、建築物の従来の耐震補強に関する問題点を解決し、既存および新築の建築物において耐震性を向上させるのみならず、断熱性、遮音性、気密性、施工性等の性能をも併せて向上させることができる建造物の構造および耐震補強の施工方法を提供することを目的とする。
（１）（建築物）
４つの壁面部・上面部・下面部の６つの面部を有して立体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備える建築物において、
前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度補強手段を適用し、
前記強度補強手段として、
前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、
前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける手段、
前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、
のいずれかが用いられる。
４つの壁面部・上面部・下面部の６つの面部を有して立体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備える建築物において、
前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度補強手段を適用し、
前記強度補強手段として、
前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、
前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける手段、
前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、
のいずれかが用いられる。
（２）(１)の建築物において、
前記建築物は、所定の耐震強度に基づく壁面部の必要壁倍率を有し、
強度補強された前記壁面部の壁倍率が、必要壁倍率を満足するように設定される。
（３）(１)または(２)の建築物において、
前記発泡ポリウレタンは、所定の密度を有するように設定される。
前記建築物は、所定の耐震強度に基づく壁面部の必要壁倍率を有し、
強度補強された前記壁面部の壁倍率が、必要壁倍率を満足するように設定される。
（３）(１)または(２)の建築物において、
前記発泡ポリウレタンは、所定の密度を有するように設定される。
（４）（建築物の耐震補強方法）
建築物に耐震補強を施す方法であって、
前記建築物は、４つの壁面部・上面部・下面部の６面の面部を有して立体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備え、
前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度を補強するステップを行い、
前記強度を補強するステップとして、
前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入するステップ、
前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付けるステップ、
前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入するステップ、のいずれかが用いられる。
建築物に耐震補強を施す方法であって、
前記建築物は、４つの壁面部・上面部・下面部の６面の面部を有して立体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備え、
前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度を補強するステップを行い、
前記強度を補強するステップとして、
前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入するステップ、
前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付けるステップ、
前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入するステップ、のいずれかが用いられる。
本発明による建築物では、強度補強手段として、前記発泡ポリウレタンの注入または吹き付けの手段を用いているので、高い耐震強度を獲得することができるのみならず、断熱性、遮音性、気密性等をも併せて向上させることができる。
本発明による建築物は、所定の耐震強度に基づく壁面部の必要壁倍率を有し、強度補強された前記壁面部の壁倍率が、必要壁倍率を満足するように設定され、また、発泡ポリウレタンは所定の密度を有するように設定されるので、正確に計算された強度設計が実行されて、希望の耐震強度に基づく建築物を得ることができる。
そして、発泡ポリウレタンの注入については、面部または外枠部材の側端部にある隙間を用いて注入することにより、面部に穴をあけたり、その一部を破壊したりする必要が無くなり、施工工事の手間や費用を大幅に軽減することができる。
本発明による建築物は、所定の耐震強度に基づく壁面部の必要壁倍率を有し、強度補強された前記壁面部の壁倍率が、必要壁倍率を満足するように設定され、また、発泡ポリウレタンは所定の密度を有するように設定されるので、正確に計算された強度設計が実行されて、希望の耐震強度に基づく建築物を得ることができる。
そして、発泡ポリウレタンの注入については、面部または外枠部材の側端部にある隙間を用いて注入することにより、面部に穴をあけたり、その一部を破壊したりする必要が無くなり、施工工事の手間や費用を大幅に軽減することができる。
本発明によれば、既設の木造建築物の高い耐震強度化、気密断熱化、高耐久化、省エネルギー化、快適化等を、住んだまま、しかも産業廃棄物もほとんど出さずに、実現することができ、また、新築の建築物においても本技術を適用することができる。
さらに、本発明は、既設の木造建築物に適用すれば、中古住宅の評価価値を上げることにもなり、今後の国策である耐震強度が高くて良質な住宅のストック経済の構築と、中古住宅流通の推進にも大きく貢献できる。
さらに、本発明は、既設の木造建築物に適用すれば、中古住宅の評価価値を上げることにもなり、今後の国策である耐震強度が高くて良質な住宅のストック経済の構築と、中古住宅流通の推進にも大きく貢献できる。
本発明による建築物は、４つの壁面部・上面部・下面部の６面の面部を有して立体形状(直方体形状)に形成された立体ユニットを、少なくとも１つ以上備える建築物において、立体ユニットの６面の面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度補強を施したものであり、強度補強の手段やステップとしては、発泡ポリウレタンを注入する手段または吹き付けする手段を用いている。
本発明で用いる発泡ポリウレタン注入／吹付手段は、新規の建築物への適用は勿論、既設の木造建築物にも容易に適用でき、屋根、桁、天井、壁、床、布基礎、土間コンクリート、床下土壌の、それぞれ特定な個所に、必要においては下地を設けたうえで、その施工をするものであり、建築物の耐震強度を補強するだけではなく、断熱性、遮音性、気密性などの面でも優れている。
また、本発明の発泡ポリウレタン注入／吹付手段を用いれば、既設の木造建築物の改修工事において、壁に穴を開けることもなく、現状の建築物をほとんど傷つけることがなく、原則として、充填済みの断熱材等は撤去しない施工方法であるので、産業廃棄物が発生することもない。しかも、住んだまま施工が可能なので住人の移動も不要である。
また、本発明の発泡ポリウレタン注入／吹付手段を用いれば、既設の木造建築物の改修工事において、壁に穴を開けることもなく、現状の建築物をほとんど傷つけることがなく、原則として、充填済みの断熱材等は撤去しない施工方法であるので、産業廃棄物が発生することもない。しかも、住んだまま施工が可能なので住人の移動も不要である。
本発明における発泡ポリウレタン注入／吹付は、次のようにして行う。
図１は、本発明による既設木造の建築物１００における施工例を示す全体図である。
まず、屋根部分については、屋根垂木１の下面に下地材４として厚さ３mm程度の合板もしくはシートを打ち付け、その下面より現場発泡ウレタン５を吹き付けて屋根部分の施工を行う。
また、屋根部分については、建築物１００の上部を示す図２のように、母屋２の下面に下地材４として３mm程度の合板もしくはシートを打ち付け、その下面より現場発泡ウレタン５を吹き付けて屋根部分の施工を実施することができる。
図１は、本発明による既設木造の建築物１００における施工例を示す全体図である。
まず、屋根部分については、屋根垂木１の下面に下地材４として厚さ３mm程度の合板もしくはシートを打ち付け、その下面より現場発泡ウレタン５を吹き付けて屋根部分の施工を行う。
また、屋根部分については、建築物１００の上部を示す図２のように、母屋２の下面に下地材４として３mm程度の合板もしくはシートを打ち付け、その下面より現場発泡ウレタン５を吹き付けて屋根部分の施工を実施することができる。
建築物１００の天井の施工については、図１に示すように、天井板６の上面に現場発泡ウレタン５の吹き付けを行う。
なお、天井の発泡ウレタンの吹き付け施工については、屋根の施工を行わない場合にも有効であるが、屋根の施工と天井の施工の両方を行ってもよい。
なお、天井の発泡ウレタンの吹き付け施工については、屋根の施工を行わない場合にも有効であるが、屋根の施工と天井の施工の両方を行ってもよい。
図３は、屋根部分の別の施工例を示す図であり、桁３の上面に下地材４として３mm程度の合板もしくはシートを打ち付け、その上面より現場発泡ウレタン５を吹き付けて屋根部分の施工を実施したものである。
建築物１００の壁面部の施工は、次のように行う。
図１において、左側の壁体内の充填断熱材７と外壁材８との隙間、もしくは、右下側の充填断熱材７と内装材９の隙間には、図６に示すように、各注入個所１７より現場発泡ウレタン５を注入し、壁体内の施工を行う。
また、図１の右上のように、壁体内に充填断熱材が無い場合は、壁体内の空間全体に現場発泡ポリウレタン５を注入し、壁体内の施工を行う。
なお、図１に示すように、本施工工事と平行して、開口部に気密断熱サッシ１６と換気装置１５を設けることにより、より快適な省エネルギー建築が実現できる。
図１において、左側の壁体内の充填断熱材７と外壁材８との隙間、もしくは、右下側の充填断熱材７と内装材９の隙間には、図６に示すように、各注入個所１７より現場発泡ウレタン５を注入し、壁体内の施工を行う。
また、図１の右上のように、壁体内に充填断熱材が無い場合は、壁体内の空間全体に現場発泡ポリウレタン５を注入し、壁体内の施工を行う。
なお、図１に示すように、本施工工事と平行して、開口部に気密断熱サッシ１６と換気装置１５を設けることにより、より快適な省エネルギー建築が実現できる。
建築物１００の床下部分については、図１において、布基礎１０の内側と土間コンクリート１１の表面に現場発泡ウレタンを吹き付けて、床下部分の施工を行う。
また、図４の床下部分のように、土間コンクリートが無く、床下土壌１２が露出している場合は、湿気防止の為土壌表面に防湿層１３を施し、その上面および基礎１０の内側に現場発泡ウレタンを吹き付ける施工を行い、床下部分の気密断熱を確保するとよい。
さらに、床下部分に土間コンクリートが無く、床下土壌１２が露出している場合であっても、図５の例のように、布基礎１０の内側と土間コンクリート１１表面もしくは床下土壌１２表面には処理をせず、床板１４の下面に現場発泡ウレタンを吹き付けて、床部分の気密断熱を確保することもできる。
また、図４の床下部分のように、土間コンクリートが無く、床下土壌１２が露出している場合は、湿気防止の為土壌表面に防湿層１３を施し、その上面および基礎１０の内側に現場発泡ウレタンを吹き付ける施工を行い、床下部分の気密断熱を確保するとよい。
さらに、床下部分に土間コンクリートが無く、床下土壌１２が露出している場合であっても、図５の例のように、布基礎１０の内側と土間コンクリート１１表面もしくは床下土壌１２表面には処理をせず、床板１４の下面に現場発泡ウレタンを吹き付けて、床部分の気密断熱を確保することもできる。
建築物の壁面部の施工において、壁体部自体の内部に隙間が確保できない場合には、次のようにして行う。
図７の上図に示すように、建築物２００は、４つの壁面部・天井部・床面部の６面の平面を有して直方体形状に形成された立体ユニットを１つ以上備えており、その立体ユニットＵ１の６面の平面部のうちの一つを「壁面部Ｓ１」としている。
なお、破線で記載されているのは、壁面部Ｓ１に隣接する「別の壁面部」である。
図７の上図に示すように、建築物２００は、４つの壁面部・天井部・床面部の６面の平面を有して直方体形状に形成された立体ユニットを１つ以上備えており、その立体ユニットＵ１の６面の平面部のうちの一つを「壁面部Ｓ１」としている。
なお、破線で記載されているのは、壁面部Ｓ１に隣接する「別の壁面部」である。
図７の上図の壁面部Ｓ１には、その外面ｇ１から所定寸法ｈ１の間隔を設けるように、貫通する締め付けボルトや鋲などからなる取付け部材(ｔ１)によって、その壁面部Ｓ１の外面ｇ１を覆う平板な外枠部材Ｗ１を取り付けている。
また、図７の下図の壁面部Ｓ１には、その外面ｇ１から所定寸法ｈ１の間隔を設けるように、壁面部Ｓ１の左右端部に縦横方向の介在部材(ｎｂ１，ｎｂ２)を設けて、その壁面部Ｓ１の外面ｇ１を覆う平板な外枠部材Ｗ１を取り付けている。
こうして、壁面部ｓ１と外枠部材Ｗ１との間には、内部空間ｎｋ１が確保されているので、その内部空間ｎｋ１の中に発泡ポリウレタンを注入すればよい。
また、図７の下図の壁面部Ｓ１には、その外面ｇ１から所定寸法ｈ１の間隔を設けるように、壁面部Ｓ１の左右端部に縦横方向の介在部材(ｎｂ１，ｎｂ２)を設けて、その壁面部Ｓ１の外面ｇ１を覆う平板な外枠部材Ｗ１を取り付けている。
こうして、壁面部ｓ１と外枠部材Ｗ１との間には、内部空間ｎｋ１が確保されているので、その内部空間ｎｋ１の中に発泡ポリウレタンを注入すればよい。
なお、発泡ポリウレタンの注入については、図６の「１７」に示すように、壁面部(側面部)にある隙間を用いて注入するとよく、図７の場合にも、平面部Ｓ１と外枠部材Ｗ１との間にある側端部や上部の隙間を用いるとよい。
これにより、発泡ポリウレタンの注入に際して、平面部または外枠部材に穴をあけたり、その一部を破壊したりする必要が無くなる。
これにより、発泡ポリウレタンの注入に際して、平面部または外枠部材に穴をあけたり、その一部を破壊したりする必要が無くなる。
図８は、建築物の１例としての住宅２００を示すものであり、その外観斜視による構造の説明図である。
この住宅２００は、４つの壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)、天井部Ｔ１、床面部Ｙ１の６面の平面部を有して、「壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)−天井部Ｔ１−床面部Ｙ１」の６面の平面部によって、直方体の立体形状に形成された「立体ユニットＵ１」を備えている。
この住宅２００は、４つの壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)、天井部Ｔ１、床面部Ｙ１の６面の平面部を有して、「壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)−天井部Ｔ１−床面部Ｙ１」の６面の平面部によって、直方体の立体形状に形成された「立体ユニットＵ１」を備えている。
図８の住宅２００において、「壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)」については、全てを外壁面部として説明しているが、住宅２００の内部には間仕切り用の「他の壁面部」があるとしても、ここではそれは省略している。
また、この住宅２００では、天井部Ｔ１の上部に屋根部ＹＮ１があるタイプとしているが、別の例として、天井部Ｔ１と屋根部ＹＮ１とが一体のもの、天井部Ｔ１がなく屋根部ＹＮ１のみがあるもの、などもあり、本発明では、天井部Ｔ１と屋根部ＹＮ１とは、両方とも「上面部(平面部)」とみなすことができる。
また、この住宅２００では、天井部Ｔ１の上部に屋根部ＹＮ１があるタイプとしているが、別の例として、天井部Ｔ１と屋根部ＹＮ１とが一体のもの、天井部Ｔ１がなく屋根部ＹＮ１のみがあるもの、などもあり、本発明では、天井部Ｔ１と屋根部ＹＮ１とは、両方とも「上面部(平面部)」とみなすことができる。
なお、住宅２００における「４つの壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)」、「天井部Ｔ１」、「床面部Ｙ１」のそれぞれや、「天井部Ｔ１と屋根部ＹＮ１とが一体のもの」や「天井部Ｔ１がなく屋根部ＹＮ１のみがあるもの」についても、「平面部」ではなく、「屈折面、屈曲面、曲面などからなるもの」もありうるが、これらを、本発明では「面部」または「平面部」とみなすことができる。
本発明では、建築物の実施例として、図８において１階建ての住宅を示しているが、これに限らず、２階建て住宅、３階建ての住宅、４階以上の住宅などにおいても、「４つの壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)、天井部Ｔ１、床面部Ｙ１」の６面の面部を有する「立体ユニットＵ１」を備えているので、本発明を容易に適用することができる。
また、本発明は、住宅以外にも、会社事務所、倉庫、店舗、高層ビルディングなどの建築物について適用することができ、既築および新築のいずれの建築物についても適用することができることは勿論、建築物としては木造に限らず、鉄骨系、鉄筋コンクリート(ＲＣ構造)の建築物などについても適用することができる。
そして、鉄筋コンクリート(ＲＣ構造)の壁部では、壁部の外面から所定寸法を設けて外面を覆う外枠部材を取り付けておき、壁の外面と外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入することにより、坐屈に強い耐震構造を構築することができる。
また、本発明は、住宅以外にも、会社事務所、倉庫、店舗、高層ビルディングなどの建築物について適用することができ、既築および新築のいずれの建築物についても適用することができることは勿論、建築物としては木造に限らず、鉄骨系、鉄筋コンクリート(ＲＣ構造)の建築物などについても適用することができる。
そして、鉄筋コンクリート(ＲＣ構造)の壁部では、壁部の外面から所定寸法を設けて外面を覆う外枠部材を取り付けておき、壁の外面と外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入することにより、坐屈に強い耐震構造を構築することができる。
次の図９は、「４つの壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)、天井部Ｔ１、床面部Ｙ１」の６面の平面部により、直方体形状すなわち６面体に形成された「立体ユニットＵ１」を示す外観斜視図である。
本発明の建築物では、立体ユニットＵ１の６面の平面部である「壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)、天井部Ｔ１、床面部Ｙ１」のうちの、少なくともひとつの壁面部を含む平面部に対して、発泡ポリウレタンによる強度補強手段を施すことにより、建築物の耐震強度を向上させる構成としている。
本発明では、壁面部Ｓ１の１箇所のみ、壁面部Ｓ１とそこから離れた壁面部Ｓ３の２箇所、などのように強度補強しても耐震強度は向上するが、ひとつの壁面部に隣接する２つ以上の面部に対して、発泡ポリウレタンによる強度補強手段を施すことにより、建築物の耐震強度をさらに向上させることができる。
本発明の建築物では、立体ユニットＵ１の６面の平面部である「壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)、天井部Ｔ１、床面部Ｙ１」のうちの、少なくともひとつの壁面部を含む平面部に対して、発泡ポリウレタンによる強度補強手段を施すことにより、建築物の耐震強度を向上させる構成としている。
本発明では、壁面部Ｓ１の１箇所のみ、壁面部Ｓ１とそこから離れた壁面部Ｓ３の２箇所、などのように強度補強しても耐震強度は向上するが、ひとつの壁面部に隣接する２つ以上の面部に対して、発泡ポリウレタンによる強度補強手段を施すことにより、建築物の耐震強度をさらに向上させることができる。
ひとつの壁面部に隣接する２つ以上の面部としては、種々の組み合わせがあるが、例えば、壁面部どうしの組み合わせでは、「Ｓ１−Ｓ２」、「Ｓ２−Ｓ３」、「Ｓ１−Ｓ４」などとすればよいし、また、天井部Ｔ１と壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)のいずれかとの組み合わせや、床面部Ｙ１と壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)のいずれかとの組み合わせ、などもある。
ひとつの壁面部に隣接する３つ以上の面部としても、種々の組み合わせがあるが、例えば、壁面部どうしの組み合わせでは、「Ｓ１−Ｓ２−Ｓ３」、「Ｓ４−Ｓ１−Ｓ２」などとすればよいし、また、天井部Ｔ１と壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)のいずれか２つとの組み合わせ、床面部Ｙ１と壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)のいずれか２つとの組み合わせ、天井部Ｔ１と壁面部(Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４)のいずれかと床面部Ｙ１との組み合わせ、などもある。
ひとつの壁面部に隣接する４つ以上の面部、隣接する５つ以上の面部、隣接する６つの面部、についても、同様のように種々の組み合わせがあり、組み合わせる平面部の数が増加するにつれて、立体ユニットＵ１の耐震強度も増加することとなり、ひいては、住宅２００全体の耐震強度を向上させることができる。
とりわけ、立体ユニットＵ１のすべての平面部の「天井部Ｔ１、壁面部Ｓ１，壁面部Ｓ２，壁面部Ｓ３，壁面部Ｓ４、床面部Ｙ１」に、発泡ポリウレタンによる強度補強手段を施すこととすれば、６つの平面部で支える安定した６面体の立体構造となるので、建築物の耐震強度を理想的に高めることができる。
とりわけ、立体ユニットＵ１のすべての平面部の「天井部Ｔ１、壁面部Ｓ１，壁面部Ｓ２，壁面部Ｓ３，壁面部Ｓ４、床面部Ｙ１」に、発泡ポリウレタンによる強度補強手段を施すこととすれば、６つの平面部で支える安定した６面体の立体構造となるので、建築物の耐震強度を理想的に高めることができる。
さて、本発明による建築物に関する試験データを次に示して、発泡ポリウレタンによる強度補強手段について詳細に説明する。
この実験に用いた「壁材(壁面部)」は、「縦2.5ｍ×横0.9ｍ(約半間)×幅10.5ｃｍ(約3.5寸)」の寸法からなる板状体（ボード体）として形成したものであり、(１)２つの平行する壁面間に発泡ポリウレタンを注入する、(２)外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける、(３)外面から所定寸法を設けてその外面を覆う外枠部材を取り付けて、外面と外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する、のいずれかの手段を用い、また、このとき、注入または吹き付けられる発泡ポリウレタンの密度は「４２kg/cm3」として統一している。
そして、「壁材の壁仕上げ」については、「仕上げなし」は発泡ポリウレタンの板状体そのままのものを示し、「両面プラスターボード」は発泡ポリウレタンの板状体の２つの壁面にプラスターボードを貼り付けたものを示している。
この実験に用いた「壁材(壁面部)」は、「縦2.5ｍ×横0.9ｍ(約半間)×幅10.5ｃｍ(約3.5寸)」の寸法からなる板状体（ボード体）として形成したものであり、(１)２つの平行する壁面間に発泡ポリウレタンを注入する、(２)外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける、(３)外面から所定寸法を設けてその外面を覆う外枠部材を取り付けて、外面と外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する、のいずれかの手段を用い、また、このとき、注入または吹き付けられる発泡ポリウレタンの密度は「４２kg/cm3」として統一している。
そして、「壁材の壁仕上げ」については、「仕上げなし」は発泡ポリウレタンの板状体そのままのものを示し、「両面プラスターボード」は発泡ポリウレタンの板状体の２つの壁面にプラスターボードを貼り付けたものを示している。
実験結果から「壁倍率」を求めた。その結果は下記表の通りである。
ここで、「変形角」とは、水平力よる壁の変形から、脚部変形と頭部変形の差を階高で割った角度（ラジアン）である。
「壁倍率」とは、長さ１ｍあたりの壁の水平強度を1.96kN/m の基準強度で割った値である。
下記表の仕上げなしの壁材(壁面部)は、変形角1/100の壁倍率の「平均値1.8」を有しており、長さ１ｍ当り3.53kN(1.8×1.96=3.53)の地震力に耐えることを表している。
ここで、「変形角」とは、水平力よる壁の変形から、脚部変形と頭部変形の差を階高で割った角度（ラジアン）である。
「壁倍率」とは、長さ１ｍあたりの壁の水平強度を1.96kN/m の基準強度で割った値である。
下記表の仕上げなしの壁材(壁面部)は、変形角1/100の壁倍率の「平均値1.8」を有しており、長さ１ｍ当り3.53kN(1.8×1.96=3.53)の地震力に耐えることを表している。
そこで、実験結果から、仕上げなしの断熱材だけの壁の壁倍率は1.01、両面プラスターボードの間に断熱材を充填した壁の壁倍率は2.49となる。
つぎは、「住宅の壁量を床面積の関係」を、既存の住宅から調査した結果を示すものであり、X方向、Y方向の壁量を建物床面積で除した値は、次のようになった。
Ａ棟 X方向 外壁 0.15m/m2 内壁 0.14m/m2 計 0.29m/m2
Y方向 外壁 0.21m/m2 内壁 0.10m/m2 計 0.31m/m2
Ｂ棟 X方法 外壁 0.17m/m2 内壁 0.12m/m2 計 0.29m/m2
Y方向 外壁 0.23m/m2 内壁 0.08m/m2 計 0.31m/m2
Ｃ棟 X方法 外壁 0.19m/m2 内壁 0.16m/m2 計 0.35m/m2
Y方向 外壁 0.20m/m2 内壁 0.08m/m2 計 0.28m/m2
Ａ棟 X方向 外壁 0.15m/m2 内壁 0.14m/m2 計 0.29m/m2
Y方向 外壁 0.21m/m2 内壁 0.10m/m2 計 0.31m/m2
Ｂ棟 X方法 外壁 0.17m/m2 内壁 0.12m/m2 計 0.29m/m2
Y方向 外壁 0.23m/m2 内壁 0.08m/m2 計 0.31m/m2
Ｃ棟 X方法 外壁 0.19m/m2 内壁 0.16m/m2 計 0.35m/m2
Y方向 外壁 0.20m/m2 内壁 0.08m/m2 計 0.28m/m2
建築基準法での建物重量は、平屋建ての場合、軽い屋根で1.07kN/m2、重い屋根で1.47kN/m2、2階建ての場合、軽い屋根で2.78kN/m2、重い屋根で3.14kN/m2と仮定して、必要壁量を定めている。
阪神大震災の結果、建物の地震時強度が建物重量の0.46倍以上有った建物の被害は少ない、との報告があった。
そこで、阪神大地震で被害にあわない、「床面積当りの壁量と壁倍率の関係」は、次のようになる。
阪神大震災の結果、建物の地震時強度が建物重量の0.46倍以上有った建物の被害は少ない、との報告があった。
そこで、阪神大地震で被害にあわない、「床面積当りの壁量と壁倍率の関係」は、次のようになる。
調査した建物の最小の壁量 0.28m/m2
平家軽い屋根 必要耐力 1.07×0.46=0.492kN
必要壁耐力 0.492/0.28=1.76kN/m
必要壁倍率 1.76/1.96=0.9 全ての壁が0.9以上の壁倍率
平家重い屋根 必要耐力 1.47×0.46=0.676kN
必要壁耐力 0.676/0.28=1.42kN/m
必要壁倍率 2.42/1.96=1.23 全ての壁が1.23以上の壁倍率
２階建軽い屋根 必要耐力 2.78×0.46=1.279kN
必要壁耐力 1.279/0.28=4.57kN/m
必要壁倍率 4.57/1.96=2.33 全ての壁が2.33以上の壁倍率
２階建重い屋根 必要耐力 3.14×0.46=1.444kN
必要壁耐力 1.444/0.28=5.16kN/m
必要壁倍率 5.16/1.96=2.63 全ての壁が2.63以上の壁倍率
平家軽い屋根 必要耐力 1.07×0.46=0.492kN
必要壁耐力 0.492/0.28=1.76kN/m
必要壁倍率 1.76/1.96=0.9 全ての壁が0.9以上の壁倍率
平家重い屋根 必要耐力 1.47×0.46=0.676kN
必要壁耐力 0.676/0.28=1.42kN/m
必要壁倍率 2.42/1.96=1.23 全ての壁が1.23以上の壁倍率
２階建軽い屋根 必要耐力 2.78×0.46=1.279kN
必要壁耐力 1.279/0.28=4.57kN/m
必要壁倍率 4.57/1.96=2.33 全ての壁が2.33以上の壁倍率
２階建重い屋根 必要耐力 3.14×0.46=1.444kN
必要壁耐力 1.444/0.28=5.16kN/m
必要壁倍率 5.16/1.96=2.63 全ての壁が2.63以上の壁倍率
ここでの、必要壁倍率は変形角1/50程度に対応した壁倍率であり、実験結果は十分これらの値を満足している。
このように、本発明による発泡ポリウレタンを注入(充填)した壁材を用いることにより、阪神大地震程度の震度７クラスの地震を受けてもほとんど被害の生じない建物を作ることが出来る。
調査した建物は最近の建物で壁量が多いことが予想されるが、発泡ポリウレタンが注入された壁材では、壁倍率が大きいので、壁量が半分程度になっても安全である。
また、壁量の多い建物では外壁のみを発泡ポリウレタン入りの壁として、間仕切り壁には発泡ポリウレタンを入れなくても、建物は安全であるともいえる。
ただし、床の強度（床倍率）や、偏心率については検討が必要である。
このように、本発明による発泡ポリウレタンを注入(充填)した壁材を用いることにより、阪神大地震程度の震度７クラスの地震を受けてもほとんど被害の生じない建物を作ることが出来る。
調査した建物は最近の建物で壁量が多いことが予想されるが、発泡ポリウレタンが注入された壁材では、壁倍率が大きいので、壁量が半分程度になっても安全である。
また、壁量の多い建物では外壁のみを発泡ポリウレタン入りの壁として、間仕切り壁には発泡ポリウレタンを入れなくても、建物は安全であるともいえる。
ただし、床の強度（床倍率）や、偏心率については検討が必要である。
つぎに、「壁材」の模擬体(サンプル)として、本発明による発泡ポリウレタンの注入により、「高さ200mm×横100mm×奥行き100mm」の寸法からなる「角柱体」を形成しておいて、これを用いて、「壁材の圧縮試験」と「壁材の耐震効果試験」を行った。
ここでの「角柱体」は、発泡ポリウレタンの注入または吹き付けにより形成された「壁材の模擬体」であり、発泡ポリウレタンの密度が「２８kg/cm3」と「４２kg/cm3」の２種類のものを用い、ここではそれを「KGK28とKGK42」としている。
ここでの「角柱体」は、発泡ポリウレタンの注入または吹き付けにより形成された「壁材の模擬体」であり、発泡ポリウレタンの密度が「２８kg/cm3」と「４２kg/cm3」の２種類のものを用い、ここではそれを「KGK28とKGK42」としている。
＜壁材の圧縮試験＞
実験結果の「応力度−ひずみ度」の関係から、次のようなことが得られた。
・弾性範囲 KGK28：0.12N/mm2程度まで弾性
KGK42：0.16N/mm2程度まで弾性
・圧縮強度 KGK28：0.23N/mm2では破壊しない
KGK42：0.36N/mm2では破壊しない
実験結果からヤング係数E,せん断弾性係数G,を求める。（実験の弾性範囲と思われる値から求めた）。
実験結果の「応力度−ひずみ度」の関係から、次のようなことが得られた。
・弾性範囲 KGK28：0.12N/mm2程度まで弾性
KGK42：0.16N/mm2程度まで弾性
・圧縮強度 KGK28：0.23N/mm2では破壊しない
KGK42：0.36N/mm2では破壊しない
実験結果からヤング係数E,せん断弾性係数G,を求める。（実験の弾性範囲と思われる値から求めた）。
＜壁材の耐震効果＞
「壁材」が「壁倍率１（巾１ｍの壁が1.96kNの地震力に耐える）」であるとして、変形を求める。
「壁材」が「壁倍率１（巾１ｍの壁が1.96kNの地震力に耐える）」であるとして、変形を求める。
地震時の層間変形（１階と２階の変形の差）を階高の100分の１とすれば、KGK28を用いた壁の壁倍率は約1.3になり、KGK42を用いた壁は約1.7の壁倍率となる。
新築建築での壁倍率の考え方は、層間変形200分の１の変形のときの水平力である。
この場合は、壁倍率は上記の半分になり、KGK28で0.65程度、KGK42で0.85程度になる。
ここでの「壁材」は、圧縮にも引張にも耐えるように設計するので、実際の耐力は今回の実験結果より大きくなると考えられる。
また、「壁材」の壁両面の材料と接着することにより、壁倍率はさらに増加することが予想される。
壁倍率は小さくても、「発泡ポリウレタン」を入れた壁材が全て有効であるので、新築建物全体の耐震性能は大きく向上することが予想される。
この場合は、壁倍率は上記の半分になり、KGK28で0.65程度、KGK42で0.85程度になる。
ここでの「壁材」は、圧縮にも引張にも耐えるように設計するので、実際の耐力は今回の実験結果より大きくなると考えられる。
また、「壁材」の壁両面の材料と接着することにより、壁倍率はさらに増加することが予想される。
壁倍率は小さくても、「発泡ポリウレタン」を入れた壁材が全て有効であるので、新築建物全体の耐震性能は大きく向上することが予想される。
本発明の「壁材の圧縮試験」と「壁材の耐震効果試験」では、発泡ポリウレタンの注入または吹き付けにより形成された「壁材の模擬体」としての「角柱体」は、発泡ポリウレタンの密度が「２８kg/cm3」と「４２kg/cm3」の２種類のものを用いているが、これに限られるものではない。
本発明を適用して、建築物の面部に発泡ポリウレタンを注入または吹き付けするにあたっては、発泡ポリウレタンの密度としては「１０kg/cm3 (低密度)〜２５０kg/cm3 (高密度)」の範囲において適宜に調整して用いることができ、発泡ポリウレタンの密度を適切に選定するにより、建築物に合わせた正確で強力な耐震設計が可能となる。
本発明を適用して、建築物の面部に発泡ポリウレタンを注入または吹き付けするにあたっては、発泡ポリウレタンの密度としては「１０kg/cm3 (低密度)〜２５０kg/cm3 (高密度)」の範囲において適宜に調整して用いることができ、発泡ポリウレタンの密度を適切に選定するにより、建築物に合わせた正確で強力な耐震設計が可能となる。
１００、２００ 建築物（住宅）
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 壁面部（側面部、平面部、面部）
Ｔ１ 天井部（上面部、平面部、面部）
ＹＮ１ 屋根部（上面部、平面部、面部）
Ｙ１ 床面部（下面部、平面部、面部）
Ｗ１ 外枠部材（平面部、面部）
１ 屋根垂木
２ 母屋
３ 桁
４ 下地材
５ 発泡ポリウレタン（現場発泡ポリウレタン）
６ 天井板
７ 充填断熱材
８ 外壁材
９ 内装材
１０ 布基礎
１１ 土間コンクリート
１２ 土壌
１３ 防湿層
１４ 床板
１５ 換気装置
１６ 気密断熱サッシ
１７ 発泡ウレタン注入個所
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 壁面部（側面部、平面部、面部）
Ｔ１ 天井部（上面部、平面部、面部）
ＹＮ１ 屋根部（上面部、平面部、面部）
Ｙ１ 床面部（下面部、平面部、面部）
Ｗ１ 外枠部材（平面部、面部）
１ 屋根垂木
２ 母屋
３ 桁
４ 下地材
５ 発泡ポリウレタン（現場発泡ポリウレタン）
６ 天井板
７ 充填断熱材
８ 外壁材
９ 内装材
１０ 布基礎
１１ 土間コンクリート
１２ 土壌
１３ 防湿層
１４ 床板
１５ 換気装置
１６ 気密断熱サッシ
１７ 発泡ウレタン注入個所
Claims (4)
- ４つの壁面部・上面部・下面部の６つの面部を有して立体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備える建築物において、
前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度補強手段を適用し、
前記強度補強手段として、
前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、
前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付ける手段、
前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付け、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入する手段、
のいずれかが用いられる、ことを特徴とする建築物。 - 請求項１に記載の建築物において、
前記建築物は、所定の耐震強度に基づく壁面部の必要壁倍率を有し、
強度補強された前記壁面部の壁倍率が、前記必要壁倍率を満足するように設定される、ことを特徴とする建築物。 - 請求項１または２に記載の建築物において、
前記発泡ポリウレタンは、所定の密度を有するように設定される、ことを特徴とする建築物。 - 建築物に耐震補強を施す方法であって、
前記建築物は、４つの壁面部・上面部・下面部の６つの面部を有して立体形状に形成される立体ユニットを１つ以上備え、
前記立体ユニットの６つの面部のうちの、少なくとも１つの壁面部を含む面部に対して、強度を補強するステップを行い、
前記強度を補強するステップとして、
前記面部の内部空間に発泡ポリウレタンを注入するステップ、
前記面部の外面に発泡ポリウレタンを吹き付けるステップ、
前記面部の外面から所定寸法を設けて前記外面を覆う外枠部材を取り付けて、前記面部の外面と前記外枠部材との空間に発泡ポリウレタンを注入するステップ、
のいずれかが用いられる、ことを特徴とする建築物の耐震補強方法。
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|---|---|---|---|
| JP2009150761A JP2011006896A (ja) | 2009-06-25 | 2009-06-25 | 建築物およびその耐震補強方法 |
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|---|---|
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2009
- 2009-06-25 JP JP2009150761A patent/JP2011006896A/ja active Pending
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