JP2016223111A - ユニット建物 - Google Patents

Abstract

【課題】横荷重に対する上下固定ボルトの耐震性・耐久性に優れたユニット建物を提供する。【解決手段】本発明のユニット建物１０は、箱形のフレームユニット２０を段積みしてなり、フレームユニット２０の縦梁４３がその下側のフレームユニット２０又は基礎９０に上下固定ボルト（梁固定ボルト８０又は第１のアンカーボルト７０Ｋ１）にて固定されている。また、上下固定ボルトは、縦梁４３の両端から中央側にそれぞれ離れた柱離間位置に配置され、縦梁４３のうち柱離間位置から柱４１までの間は、柱４１における縦梁４３より上側部分への横荷重により生じる負荷モーメントに対して、上下固定ボルトの破断前に塑性変形する負荷吸収部５４になっている。【選択図】図１２

Description

本発明は、箱形のフレームユニットを段積状態に固定してなるユニット建物に関する。

従来、この種のユニット建物として、上下のフレームユニットの柱同士が上下固定ボルトにて固定されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第ＷＯ２０１２／０８１６９７号（段落［００１９］、図２）

しかしながら、上記した従来のユニット建物では、上側のフレームユニットの柱上端部に横荷重を付与した強度テストで、上下固定ボルトが母材に先行して破断するという結果となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、横荷重に対する上下固定ボルトの耐震性・耐久性に優れたユニット建物の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、箱形のフレームユニットを段積みしてなり、前記フレームユニットの梁がその下側の下層部材である他の前記フレームユニット又は建物用基礎に上下固定ボルトにて固定されたユニット建物において、前記上下固定ボルトは、前記梁の両端から中央側にそれぞれ離れた柱離間位置に配置され、前記梁のうち前記柱離間位置から前記柱までの間には、前記柱における前記梁より上側部分への横荷重により生じる負荷モーメントに対し、前記上下固定ボルトの破断前に塑性変形する負荷吸収部が備えられているユニット建物である。

請求項２の発明は、前記フレームユニットは、平面形状が長方形をなし、その長方形の長辺側の梁のみに前記上下固定ボルトが配置され、前記長辺側の梁の長手方向における前記柱離間位置同士の最短間隔が、前記短辺側の梁の長さ以上をなしている請求項１に記載のユニット建物である。

請求項３の発明は、前記柱離間位置から前記柱の側面までの最短距離は、前記梁の梁成以上である請求項１又は２に記載のユニット建物である。

請求項４の発明は、前記フレームユニットは、ＩＳＯ規格の海上コンテナのサイズをなしている請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のユニット建物である。

請求項５の発明は、前記梁は、上下方向で対向する１対のフランジプレートの各幅方向中央をウェブプレートで連絡してなり、前記上下固定ボルトが、前記ウェブプレートの両側に配置されている請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載のユニット建物である。

請求項６の発明は、前記上下固定ボルトの近傍に、上下の前記フランジプレートを連絡するスチフナーを備えた請求項５に記載のユニット建物である。

請求項７の発明は、前記フレームユニット内の空間とそのフレームユニット内の下方の空間とを仕切る床板と、前記床板における前記上下固定ボルトの近傍位置に貫通形成され、前記上下固定ボルトを締め付ける作業を行うための作業孔とを備えた請求項５又は６に記載のユニット建物である。

請求項８の発明は、前記フレームユニットと前記下層部材との間には、前記柱が配置された四隅と前記上下固定ボルトが配置された複数箇所とに複数の座板が挟まれ、前記梁と前記下層部材との間に隙間が形成された請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載のユニット建物である。

請求項９の発明は、前記柱は角筒状をなしかつ上端及び下端をダイアフラムにより閉塞されると共に、それらダイヤフラムの中央に中央孔が貫通形成され、複数の前記座板には、前記中央孔に嵌合される中央突部を有する座板と、前記上下固定ボルトが挿通されるボルト挿通孔を有する座板とが備えられている請求項８に記載のユニット建物である。

請求項１０の発明は、段積みされた前記フレームユニットが横並びに複数備えられ、前記ボルト挿通孔を有する前記座板が、横並びとなった前記フレームユニットの間で共有されている請求項９に記載のユニット建物である。

請求項１のユニット建物では、従来のようにフレームユニットがその柱ではなく梁が下層部材に対して固定され、その梁のうち上下固定ボルトが配置された柱離間位置から柱までの間が負荷吸収部になっている。そして、柱への横荷重により生じる負荷モーメントに対し、上下固定ボルトの破断前に負荷吸収部が塑性変形するので上下固定ボルトの破断が防がれる。即ち、本発明によれば、横荷重に対する上下固定ボルトの耐震性・耐久性に優れたユニット建物を提供することができる。

ここで、上下固定ボルトは、フレームユニットの全ての梁に配置してもよいし、対向する２辺の梁のみに配置して、上下固定ボルトの締め付け作業を減らしてもよい。また、フレームユニットの平面形状が長方形のユニット建物において、上下固定ボルトを２辺の梁のみに配置する場合には、長辺側の梁の長手方向における柱離間位置同士の最短間隔を、短辺側の梁の長さ以上にすることが、強度上、好ましい（請求項２の発明）。

なお、上述した負荷吸収部を設けるための柱離間位置は、コンピュータを利用したシミュレーターで容易に求めることができるが、フレームユニットのバランス上、柱離間位置から柱の側面までの最短距離を梁成以上とすることで、梁に負荷吸収部を設けることができる（請求項３の発明）。

また、ユニット建物のフレームユニットを、ＩＳＯ規格の海上コンテナのサイズとすれば、既存の海上コンテナ用の搬送手段を利用して搬送することができる（請求項４の発明）。

上下固定ボルトにて梁同士を固定するために、例えば、互いに重なり合った梁から側方に固定用突片を突出させて、それら固定用突片に上下固定ボルトを貫通させてもよいし、梁を溝形部材（例えば、チャンネル材、Ｃ形鋼）で構成し、溝形部材同士の重ね合わせ部分に上下固定ボルトを貫通させてもよい。また、請求項５の発明のように、梁を、１対のフランジプレート間にウェブプレートを備えた構造にして、上下固定ボルトをウェブプレートの両側に配置してもよい。請求項５の構成によれば、梁から固定用突片を張り出させずに済むと共に、梁のうち上下固定ボルトが配置される部分が側方に開放しているので上下固定ボルトの締め付け作業を容易に行うことができる。なお、請求項５の構成とした場合、上下固定ボルトの近傍に、上下のフランジプレートを連絡するスチフナーを備えて補強することが好ましい（請求項６の発明）。

また、請求項７の発明のように、フレームユニットの床板に、上下固定ボルトの締付作業を行うための作業孔を備えた構造にすれば、フレームユニットを建設現場に搬入する前に（即ち、フレームユニットを製造する工場において）、予め床板をフレームユニットに取り付けておくことができ、生産性が向上する。

また、請求項８の構成のように、フレームユニットと下層部材のうち柱が配置された四隅と上下固定ボルトが配置された複数箇所とに座板が挟まれた構成にすれば、上下固定ボルトによる締め付け力が、フレームユニットと下層部材との重ね合わせ面の広範囲に分散することが防がれ、フレームユニットの固定が安定する。

また、請求項９の発明のように、座板として柱の中央孔に嵌合される中央突部を有する座板と、上下固定ボルトが挿通されるボルト挿通孔を有する座板とを備えたので、座板の横ずれが防がれる。また、フレームユニット同士を段積みする際に、中央突部と中央孔との嵌合によってフレームユニット同士を大まかに位置決めすることができる。

請求項１０のユニット建物では、梁に上下から挟まれた座板が、横並びとなったフレームユニット同士を連結する連結部材に兼用され、部品点数の削減が図られる。

本発明の一実施形態に係るユニット建物の斜視図 フレーム本体の斜視図 フレームユニットの段積み前の斜視図 フレームユニットの段積み後の斜視図 ユニット建物の躯体の斜視図 フレーム本体の一部を拡大した斜視図 フレーム本体と基礎との固定部分の側断面図 基礎における第１と第２のアンカーボルトの配置を示した概念図 基礎に敷設される座板の斜視図 フレーム本体と基礎との固定部分の側断面図 フレームユニットの上面に敷設される座板の斜視図 上下のフレーム本体の固定部分の側断面図 上下のフレーム本体の固定部分の側断面図 試験体の側面図 試験体の写真 塑性変形した負荷吸収部が写真 柱から梁固定ボルトまでの距離とボルト引張力との関係を示したグラフ

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態のユニット建物１０は、複数の箱形のフレームユニット２０から構成されている。それらフレームユニット２０は、例えば、ＩＳＯ規格の海上コンテナのサイズに統一されていて、長さ２０［ｆｔ］、幅８［ｆｔ］、高さ９．５［ｆｔ］になっている。そして、本実施形態のユニット建物１０では、これらフレームユニット２０が複数（例えば、３つ）短手方向で横並びに配置されると共に２段に積み上げられ、内側に居住空間を有する２階建て住居になっている。なお、フレームユニット２０に採用され得るＩＳＯ規格の海上コンテナのサイズとしては、長さ４０［ｆｔ］のものもあり、また、高さが８．５［ｆｔ］のものもある。

各フレームユニット２０は、図２に示すように柱４１と横梁４２と縦梁４３とからなるフレーム本体２０Ａを有し、そのフレーム本体２０Ａに床板１１、天井板１２、外壁１３等のユニット構成部品を固定した状態（図３参照）に工場で製造され、車両にて建設現場に搬送される。そして、その建設現場に予め施工されている基礎９０（図１参照）の上にフレームユニット２０群が段積みされた状態に固定されると共に（図４参照）、フレームユニット２０内の空間を仕切る仕切壁や階段、また、フレームユニット２０，２０の外壁１３の間の隙間を閉塞する隙間カバー部材、さらには、２階用のフレームユニット２０全体の上面を覆う屋根部材１５（図１参照）や樋等が組み付けられてユニット建物１０になる。

ユニット建物１０の躯体１０Ｋは、図５に示されており、上記したフレーム本体２０Ａ群同士を固定してなり、この躯体１０Ｋのみで建築基準法に定められた所定の負荷に耐え得るようになっている。以下、フレーム本体２０Ａの構造及びフレーム本体２０Ａ，２０Ａ同士の固定構造の詳細について説明する。

図２に示すように、フレーム本体２０Ａは、その平面形状である長方形の四隅に柱４１を備えると共に、前記長方形の短手方向に延びた横梁４２と長手方向に延びた縦梁４３とが、柱４１の上端部同士の間と下端部同士の間とで架け渡された構造になっている。また、対向する縦梁４３，４３の中間位置には、天井面材又は床面材を支える小梁４５が架け渡されている。なお、本実施形態では、縦梁４３，４３の中央位置に１本の小梁４５を備えたが、複数本の小梁４５を備えた構成としても良いし、小梁４５を備えない構成としてもよい。

図６には、フレーム本体２０Ａの一部が拡大して示されている。同図に示すように、柱４１は、角形鋼管４１Ｎで構成され、その角形鋼管４１Ｎの両端部と両端部寄り位置には、ダイヤフラム４８がそれぞれ嵌め込まれて全周に亘って溶接されている。また、図７に示すように、角形鋼管４１Ｎの端部のダイヤフラム４８は、角形鋼管４１Ｎの端面と面一になっていて、端部のダイヤフラム４８と端部寄り位置のダイヤフラム４８との互いに離れた側の面同士の間隔は、横梁４２及び縦梁４３の梁成と略同一になっている。

また、各ダイヤフラム４８は、角形鋼管４１Ｎの肉厚の略２倍の厚さをなし、各ダイヤフラム４８の中央には、中央孔４８Ａが貫通形成されている。その中央孔４８Ａは、溶接における熱の逃がし孔であると共に、フレームユニット２０を運搬用の車両に位置決めするための位置決め孔や、フレームユニット２０を吊り上げるための吊り孔としても利用される。

図６に示すように、横梁４２群及び縦梁４３群は、同一サイズのＨ型鋼５２Ｎで構成され、それらＨ型鋼５２Ｎのフランジプレート５２Ｃ，５２Ｃがウェブプレート５２Ｄを挟んで上下方向で対向した状態に配置されて、柱４１，４１の対向面に両端部を溶接されている。また、上側の横梁４２及び縦梁４３の上面は、柱４１の上面と面一に配置され、下側の横梁４２及び縦梁４３の下面は、柱４１の下面と面一に配置されている。さらに、各Ｈ型鋼５２Ｎのフランジプレート５２Ｃの幅は、柱４１の側面の幅より僅かに小さくなっていて、柱４１の側面の幅の中央に横梁４２及び縦梁４３の幅の中央が配置されている。また、フレーム本体２０Ａの長手方向の中央の横梁４２と、その両側の１対の縦梁４３，４３とは、互いの上面及び下面が面一となった状態でフランジプレート５２Ｃ，５２Ｃ同士が溶接されている。

各縦梁４３のうち柱４１の上端面又は下端面と面一になっているフランジプレート５２Ｃには、それぞれ複数のボルト挿通孔５３が形成されている。それらボルト挿通孔５３は、各縦梁４３の両端から梁成の１．５程度離れた柱離間位置に中心を有しかつ、ウェブプレート５２Ｄを挟んだ２箇所に配置されている。また、各縦梁４３における柱離間位置同士の間隔は、横梁４２の長さより大きくなっている。そして、縦梁４３のうち柱離間位置から柱４１の側面までの間が、本発明に係る負荷吸収部５４になっている。

ここで、本実施形態では、柱４１から梁成の１．５程度離れた柱離間位置までの間が負荷吸収部５４になっているが、その負荷吸収部５４を特定するための柱４１から柱離間位置までの距離は、以下の思想に基づき、シミュレータによる強度計算に基づいて定められている。即ち、ボルト挿通孔５３に挿通される後述の梁固定ボルト８０及び第１のアンカーボルト７０Ｋ１（以下、適宜、「梁固定ボルト８０等」という）の引っ張り強度と、縦梁４３の曲げ強度とをシミュレータに入力し、柱４１の上端部に付与される横荷重を大きくしていったときに、梁固定ボルト８０等が破断する前に負荷吸収部５４が先に塑性変形して、梁固定ボルト８０等への引っ張り負荷の増加が抑えられるように柱４１から柱離間位置までの距離が定められている。また、そのようにシミュレータにて求められる柱４１から柱離間位置までの距離の最小値は、縦梁４３と梁固定ボルト８０等との大きさのバランス上、通常は、縦梁４３の梁成と略同一になり、本実施形態では、上述の如く、柱４１から柱離間位置までの距離が梁成の１．５程度になっている。

また、縦梁４３の上下のフランジプレート５２Ｃ，５２Ｃの間には、各ボルト挿通孔５３の両側にそれぞれスチフナー５７，５７が備えられている。スチフナー５７は、ウェブプレート５２Ｄと略同一の厚さをなし、フランジプレート５２Ｃ，５２Ｃとウェブプレート５２Ｄとに溶接されている。

なお、図３に示すように、１階用のフレームユニット２０においては、床板１１は、例えば、フレーム本体２０Ａの下側の横梁４２及び縦梁４３の上面に重ねて配置されると共に、フレームユニット２０の天井板１２は、フレーム本体２０Ａの上側の横梁４２及び縦梁４３の下面に重ねて配置されて、フレーム本体２０Ａの上面及び下面がフレームユニット２０全体の最上面及び最下面になっている。また、２階用のフレームユニット２０においては、少なくともフレーム本体２０Ａの下面がフレームユニット２０全体の最下面になっている。さらに、フレームユニット２０の床板１１における四隅の近傍には、ウェブプレート５２Ｄより内側のボルト挿通孔５３に通すボルトとナットとの締め付け作業を行うために開孔または切り欠きである作業孔１１Ａが形成されている。

フレーム本体２０Ａの構成に関する説明は以上である。次に、フレームユニット２０の固定構造を固定作業と併せて説明する。１階用のフレームユニット２０を基礎９０に載置して固定するために、図７に示すように、基礎９０を構成するコンクリートから、第１と第２の複数のアンカーボルト７０Ｋ１，７０Ｋ２が突出している。

図８に示すように、第１のアンカーボルト７０Ｋ１群（本発明の「上下固定ボルト」に相当する）は、１階用の複数のフレームユニット２０のボルト挿通孔５３群に対応し、複数のフレームユニット２０の横並び方向に延びた２つの列状に配置されている。また、第２のアンカーボルト７０Ｋ２群は、第１のアンカーボルト７０Ｋ１群と同じ配列でかつ２列になっていて、基礎９０のうち１階用のフレームユニット２０の長手方向の両外側となる位置に配置されている。

基礎９０には、１階用の各フレームユニット２０の四隅に相当する部分に、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示した板金製の座板７０Ｈ，７０Ｊが敷設されている。具体的には、基礎９０のうちフレームユニット２０の横並び方向の両端部分で２つずつの第１と第２のアンカーボルト７０Ｋ１，７０Ｋ２が一纏まりとなった部分には、図９（Ａ）に示した幅狭の座板７０Ｈがそれぞれ敷設されて、各座板７０Ｈに形成されたボルト挿通孔７０Ａに第１と第２のアンカーボルト７０Ｋ１，Ｋ２が挿通されると共に、フレームユニット２０，２０同士が隣り合う部分で、４つずつの第１と第２のアンカーボルト７０Ｋ１，Ｋ２が一纏まりとなった部分には、図９（Ｂ）に示した幅広の座板７０Ｊがそれぞれ敷設されて、各座板７０Ｊに形成されたボルト挿通孔７０Ａに第１と第２のアンカーボルト７０Ｋ１，Ｋ２が挿通されている（図１０参照）。そして、第２のアンカーボルト７０Ｋ２には、例えば、フレームユニット２０が座板７０Ｈ，７０Ｊ上に載置される前にナット７０Ｎ（図７参照）が締め付けられる。

１階用の各フレームユニット２０は、クレーンで吊されて真っ直ぐ降下され、フレームユニット２０のボルト挿通孔５３群に第１のアンカーボルト７０Ｋ１群が挿入される（図７及び図１０参照）。そして、それら第１のアンカーボルト７０Ｋ１にナット７０Ｎが締め付けられる。その際、フレームユニット２０の横並び方向の両端に位置する第１のアンカーボルト７０Ｋ１に対しては、それぞれフレームユニット２０の外側から工具が宛われてナット７０Ｎの締め付け作業が行われる。また、ウェブプレート５２Ｄより内側の位置する第１のアンカーボルト７０Ｋ１に対しては、フレームユニット２０の内側から作業孔１１Ａに工具又は作業者の手が通されてナット７０Ｎの締め付け作業が行われる。さらに、フレームユニット２０，２０同士の間で隣り合う第１のアンカーボルト７０Ｋ１，７０Ｋ１に対しては、隣り合うフレームユニット２０，２０の縦梁４３，４３の隙間（図１０参照）に工具又は作業者の手が通されてナット７０Ｎの締め付け作業が行われる。

上述の如く第１のアンカーボルト７０Ｋ１とナット７０Ｎとによって基礎９０に固定された１階用の各フレームユニット２０は、図７に示すように、柱４１全体と、縦梁４３のうち柱４１から離れた側のスチフナー５７迄の間と、横梁４２の端部の一部とを座板７０Ｈ，７０Ｊにより下方から支持され、それ以外の部分が基礎９０との間に隙間を介して浮いた状態になる。

基礎９０に固定された１階用の各フレームユニット２０の上面には、各柱４１の４箇所と、縦梁４３，４３の両端寄り位置の４箇所とに、座板７３，７５Ｈ，７５Ｊ（図１１参照）が敷設される。

柱４１上に配置される座板７３は、図１１（Ａ）に示されており、柱４１の端面より一回り小さい四角形をなし、その表裏の中心から円柱状の中央突部７３Ｔ，７３Ｔが突出した構造になっている。そして、図１１に示すように、座板７３は、下側の中央突部７３Ｔが柱４１の中央孔４８Ａに嵌合した状態になって柱４１の上面に敷設されている。

フレームユニット２０の縦梁４３のうち他のフレームユニット２０の縦梁４３と隣り合わせになっていない縦梁４３の両端寄り位置には、図１１（Ｂ）に示した比較的短い座板７５Ｈがそれぞれ敷設されている。その座板７５Ｈは、縦梁４３の両端寄り位置の１対のボルト挿通孔５３，５３に対応した１対のボルト挿通孔７５Ａ，７５Ａを有し、ボルト挿通孔５３の両側のスチフナー５７，５７の間隔と略同一幅をなし、さらに、フランジプレート５２Ｃの幅と同じ長さをなしている。そして、座板７５Ｈは、１対のボルト挿通孔５３，５３に１対のボルト挿通孔７５Ａ，７５Ａを整合させた状態で縦梁４３の上面に敷設されている。

フレームユニット２０の縦梁４３うち他のフレームユニット２０の縦梁４３と隣り合わせになった縦梁４３の両端寄り位置には、図１１（Ｃ）に示した比較的長い座板７５Ｊが、隣り合わせの縦梁４３との間に架け渡された状態に敷設されている。その座板７５Ｊは、前述の座板７５Ｈを長手方向に２つ並べて一体化した構造をなしている。具体的には、座板７５Ｊの全長は、前述の座板７５Ｈの２つ分の長さに縦梁４３，４３同士の隙間分を足した長さをなし、座板７５Ｊの幅は座板７５Ｈと同じになっている。また、座板７５Ｊは、隣り合わせになった縦梁４３，４３の２対の計４つのボルト挿通孔５３，５３に対応した４つのボルト挿通孔７５Ａ，７５Ａを有し、それらボルト挿通孔５３にボルト挿通孔７５Ａを整合させた状態で両縦梁４３，４３の上面に敷設されている。

２階用の各フレームユニット２０は、クレーンで吊されて真っ直ぐ降下され、図１２に示すように、２階用の各フレームユニット２０の柱４１の中央孔４８Ａに、１階のフレームユニット２０上の座板７３から突出する中央突部７３Ｔが挿入される。そして、上下の縦梁４３，４３の間で同軸上に並んだボルト挿通孔５３，５３と座板７５Ｈ，７５Ｊのボルト挿通孔７５Ａとに梁固定ボルト８０（本発明の「上下固定ボルト」に相当する）が挿通されかつ、梁固定ボルト８０にナット８０Ｎ，８０Ｎが締め付けられる。その際、フレームユニット２０の横並び方向における両端に位置する梁固定ボルト８０に対しては、それぞれフレームユニット２０の外側から工具が宛われてナット８０Ｎの締め付け作業が行われる。また、ウェブプレート５２Ｄより内側の位置する梁固定ボルト８０に対しては、２階のフレームユニット２０の内側から作業孔１１Ａに工具又は作業者の手が通されてナット８０Ｍの締め付け作業が行われる。さらに、フレームユニット２０，２０同士の間で隣り合う梁固定ボルト８０，８０に対しては、隣り合う２階のフレームユニット２０，２０の縦梁４３，４３の隙間（図１３参照）に工具又は作業者の手が通されてナット８０Ｎの締め付け作業が行われる。

なお、全てのフレーム本体２０Ａの固定が完了したら、前述したようにフレームユニット２０内の空間に隙間カバー部材、屋根部材１５等が組み付けられてユニット建物１０が完成する。

本実施形態のユニット建物１０の構成に関する説明は以上である。このユニット建物１０の構成によれば、以下のような作用効果を奏する。横揺れの地震発生時に、ユニット建物１０の各部位には横荷重がかかる。

横揺れの地震により、１階のフレームユニット２０が２階のフレームユニット２０から柱４１の上端部に受ける横荷重は、負荷モーメントとなって１階のフレームユニット２０の柱４１から下側の横梁４２及び縦梁４３へと伝達される。これと同様に、２階のフレームユニット２０が屋根部材１５（図１参照）等から柱４１の上端部に受ける横荷重は、負荷モーメントとなって２階のフレームユニット２０の柱４１から下側の横梁４２及び縦梁４３へと伝達される。以下、２階のフレームユニット２０を例に挙げて、その柱４１の上端部への横荷重によって発生する負荷モーメントに対する耐性について詳説する。

横荷重のうちフレームユニット２０の長手方向を向いた成分による負荷モーメントは、縦梁４３を曲げる第１の負荷モーメントとして作用し、その第１の負荷モーメントにより２階のフレームユニット２０の長手方向の一端側の柱４１が、１階のフレームユニット２０の柱４１に押しつけられる一方、他端側の柱４１が、１階のフレームユニット２０の柱４１から引き離される方向の力、即ち、上向きの力を受ける。

ここで、上下の柱４１，４１同士は相互に固定されていないので、第１の負荷モーメントが大きな場合には、上の柱４１が下の柱４１から浮き上がり、縦梁４３のうち浮き上がった柱４１から梁固定ボルト８０までの間の負荷吸収部５４（図６参照）が弾性曲げ変形すると共に、浮き上がった柱４１の近傍の梁固定ボルト８０が引っ張り力を受ける。このため、第１の曲げモーメントが極めて大きくなると、梁固定ボルト８０の破断が心配される。しかしながら、本実施形態のユニット建物１０では、梁固定ボルト８０が破断する前に負荷吸収部５４が塑性変形して梁固定ボルト８０への負荷の増加が抑えられ、梁固定ボルト８０の破断が防がれる。

また、横荷重のうちフレームユニット２０の短手方向を向いた成分による負荷モーメントは、横梁４２を曲げる第２の負荷モーメントとして作用し、その第２の負荷モーメントによって２階のフレームユニット２０の柱４１が上向きの力を受ける。しかしながら、その力を横梁４２と縦梁４３との両方で受けることができる。また、仮に、第２の曲げモーメントが極めて大きくなっても、梁固定ボルト８０が破断する前に横梁４２が塑性変形し、梁固定ボルト８０の破断が防がれる。また、同様にして第１のアンカーボルト７０Ｋ１の破断も防がれる。

上記したように本実施形態のユニット建物１０によれば、柱４１への横荷重により生じる負荷モーメントに対し、梁固定ボルト８０及び第１のアンカーボルト７０Ｋ１（以下、これらを併せて「上下固定ボルト」という）が破断する前に負荷吸収部５４が塑性変形するので上下固定ボルトの破断が防がれる。即ち、本実施形態のユニット建物１０は、横荷重に対する上下固定ボルトの耐久性に優れる。ここで、上下固定ボルトは、上下のフレームユニット２０の縦横の全ての梁４２，４３に配置してもよいが、本実施形態のユニット建物１０では、縦梁４３のみに配置したので、上下固定ボルトの締め付け作業を減らすことができる。

また、ユニット建物１０のフレームユニット２０は、ＩＳＯ規格の海上コンテナのサイズになっているので、既存の海上コンテナ用の搬送手段を利用してフレームユニット２０を搬送することができる。さらに、フレームユニット２０の床板１１に、梁固定ボルト８０の締付作業を行うための作業孔１１Ａを設けたので、フレームユニット２０を建設現場に搬入する前に（即ち、フレームユニット２０を製造する工場において）、床板１１をフレームユニット２０に取り付けておくことができ、生産性が向上する。

また、フレームユニット２０とその下のフレームユニット２０又は基礎９０（以下、これらを適宜「下層部材」という）との間には、柱４１が配置された四隅と上下固定ボルトが配置された複数箇所とに座板７０Ｈ，７０Ｊ，７５Ｈ，７５Ｊが挟まれているので、上下固定ボルトによる締め付け力が、フレームユニット２０と下層部材との重ね合わせ面の広範囲に分散することが防がれ、フレームユニット２０の固定が安定する。

また、縦梁４３の下方の座板７０Ｈ，７０Ｊ，７５Ｈ，７５Ｊは、上下固定ボルトが挿通されるボルト挿通孔７０Ａ，７５Ａを備えているので、横ずれが防がれる。さらに、上下から柱４１，４１に挟まれる座板７３には、柱４１の中央孔４８Ａに嵌合される中央突部７３Ｔが設けられているので、この座板７３も横ずれが防がれる。また、フレームユニット２０，２０同士を段積みする際に、中央突部７３Ｔと中央孔４８Ａとの嵌合によってフレームユニット２０，２０同士を大まかに位置決めすることもできる。

［実施例］
本発明のユニット建物の構造による作用・効果を確認するために、以下の確認実験と有限要素解析とを行った。

＜確認実験＞
（Ａ）実験方法
図１４及び図１５に示すように、前記実施形態のユニット建物１０のうち１階と２階の縦梁４３，４３同士の固定部の近傍と同一構造の試験体１を製作した。試験体１の各部位の寸法は、図１４に記載されている通りである。なお、図１４〜図１６には、前記実施形態のユニット建物１０の各部位と同じに部位に実施形態と同一の符号が付されている。

試験体１の縦梁４３に歪みゲージを取り付け、図１５に示すように、試験体１の柱４１の上端部に図１５の右側を向いた横荷重（以下、「正の横荷重」という）と、図１５の左側を向いた横荷重（以下、「負の横荷重」という）とを付与して縦梁４３にかかる負荷を測定した。

柱４１の上端部に付与する負の横荷重を大きくして、梁固定ボルト８０の破断と負荷吸収部５４の塑性変形との何れかが先に起きるかを確認した。

（Ｂ）実験結果
柱４１の上端部に正の横荷重を付与した場合より、負の横荷重を付与した場合の方が縦梁４３に対する負荷モーメントが高くなることが分かった。柱４１の上端部に付与する負の横荷重を大きくしていくと、図１６に示すように、梁固定ボルト８０の破断より先に負荷吸収部５４が塑性変形することを確認することができた。

＜有限要素解析＞
線形弾性解析プログラムＭＩＤＡＳ Ｇｅｎを使用して前記確認実験で使用した試験体１に対応する線材モデル１を作成すると共に、試験体１における柱４１から梁固定ボルト８０までの寸法である１９０［ｍｍ]を、４０［ｍｍ］に変更した線材モデル２と、２６５［ｍｍ］に変更した線材モデル３を作成した。そして、各線材モデル１〜３における柱４１の上端部に対し横荷重を付与した場合において、縦梁４３が塑性変形を開始するときに梁固定ボルト８０に作用するボルト引張力［ｋＮ］を求めて図１７に示したグラフにした。

ここで、前記試験体１で使用した梁固定ボルト８０のボルト引張耐力は、３１４［ｋＮ］である。この場合、柱４１から梁固定ボルト８０までの距離が８０［ｍｍ］以下になると、縦梁４３の塑性変形よりも先に梁固定ボルト８０が理論上破断することが上記したグラフから読み取ることができる。これに対し、柱４１から梁固定ボルト８０までの距離が前記試験体１における縦梁４３の梁成である１４８［ｍｍ］（図１４内の寸法参照）であると梁固定ボルト８０が理論上破断しないことが上記したグラフから読み取ることができる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態のユニット建物１０では、１階のフレームユニット２０と２階のフレームユニット２０の両方で、柱４１をその下の下層部材（基礎９０又は１階のフレームユニット２０）に固定しないで縦梁４３の一部を負荷吸収部５４にしていたが、例えば、１階のフレームユニット２０の柱４１を基礎９０に固定し、２階のフレームユニット２０の柱４１を下の柱４１に固定しないで、２階のフレームユニット２０のみに負荷吸収部５４を備えた構成にしてもよいし、それとは逆に、２階のフレームユニット２０の柱４１を１階のフレームユニット２０の柱４１に固定し、１階のフレームユニット２０のみに負荷吸収部５４を備えた構成にしてもよい。

（２）前記実施形態のユニット建物１０は、横梁４２と縦梁４３とのうち縦梁４３のみが下層部材に固定され、横梁４２のみを下層部材に固定してもよいし、横梁４２と縦梁４３の両方を下層部材に固定してもよい。また、ユニット建物１０は、平面形状が長方形であったが正方形であってもよい。

（３）前記実施形態のフレームユニット２０の横梁４２及び縦梁４３には、Ｈ型鋼５２Ｎが使用されていたが、フレームユニットの梁は、例えばＩ形鋼や溝形鋼（Ｃ形鋼）や角形鋼管等であってもよい。

（４）上記実施形態のユニット建物１０は、フレームユニット２０が２段に積み上げられていたが、フレームユニットを３段以上積み上げてなるユニット建物に本発明を適用してもよい。

（５）上記実施形態のユニット建物１０は、フレームユニット２０として海上コンテナ規格サイズの長さ２０［ｆｔ］のものを使用したが、フレームユニットは長さ１２［ｆｔ］、１０［ｆｔ］、及び近似の特注サイズのものであってもよい。

１０ ユニット建物
１１ 床板
１１Ａ 作業孔
２０ フレームユニット
２０Ａ フレーム本体
４１ 柱
４２ 横梁
４３ 縦梁
４８ ダイヤフラム
４８Ａ 中央孔
５３ ボルト挿通孔
５４ 負荷吸収部
５７ スチフナー
７３，７０Ｈ，７０Ｊ，７５Ｈ，７５Ｊ 座板
７０Ｋ１ 第１のアンカーボルト（上下固定ボルト）
７３Ｔ 中央突部
８０ 梁固定ボルト（上下固定ボルト）
９０ 基礎（下層部材）

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、箱形のフレームユニットを段積みしてなり、前記フレームユニットの梁がその下側の下層部材である他の前記フレームユニット又は建物用基礎に上下固定ボルトにて固定されたユニット建物において、前記フレームユニットは筋交いを備えず、前記上下固定ボルトは、前記梁の両端から中央側にそれぞれ離れた柱離間位置に配置され、前記梁のうち前記柱離間位置から前記柱までの間には、前記柱における前記梁より上側部分への横荷重により生じる負荷モーメントに対し、前記上下固定ボルトの破断前に塑性変形する負荷吸収部が備えられているユニット建物である。

Claims (10)

1. 箱形のフレームユニットを段積みしてなり、前記フレームユニットの梁がその下側の下層部材である他の前記フレームユニット又は建物用基礎に上下固定ボルトにて固定されたユニット建物において、
   前記上下固定ボルトは、前記梁の両端から中央側にそれぞれ離れた柱離間位置に配置され、前記梁のうち前記柱離間位置から前記柱までの間には、前記柱における前記梁より上側部分への横荷重により生じる負荷モーメントに対し、前記上下固定ボルトの破断前に塑性変形する負荷吸収部が備えられているユニット建物。
2. 前記フレームユニットは、平面形状が長方形をなし、その長方形の長辺側の梁のみに前記上下固定ボルトが配置され、前記長辺側の梁の長手方向における前記柱離間位置同士の最短間隔が、前記短辺側の梁の長さ以上をなしている請求項１に記載のユニット建物。
3. 前記柱離間位置から前記柱の側面までの最短距離は、前記梁の梁成以上である請求項１又は２に記載のユニット建物。
4. 前記フレームユニットは、ＩＳＯ規格の海上コンテナのサイズをなしている請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載のユニット建物。
5. 前記梁は、上下方向で対向する１対のフランジプレートの各幅方向中央をウェブプレートで連絡してなり、前記上下固定ボルトが、前記ウェブプレートの両側に配置されている請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載のユニット建物。
6. 前記上下固定ボルトの近傍に、上下の前記フランジプレートを連絡するスチフナーを備えた請求項５に記載のユニット建物。
7. 前記フレームユニット内の空間とそのフレームユニット内の下方の空間とを仕切る床板と、
   前記床板における前記上下固定ボルトの近傍位置に貫通形成され、前記上下固定ボルトを締め付ける作業を行うための作業孔とを備えた請求項５又は６に記載のユニット建物。
8. 前記フレームユニットと前記下層部材との間には、前記柱が配置された四隅と前記上下固定ボルトが配置された複数箇所とに複数の座板が挟まれ、前記梁と前記下層部材との間に隙間が形成された請求項１乃至７の何れか１の請求項に記載のユニット建物。
9. 前記柱は角筒状をなしかつ上端及び下端をダイアフラムにより閉塞されると共に、それらダイヤフラムの中央に中央孔が貫通形成され、
   複数の前記座板には、前記中央孔に嵌合される中央突部を有する座板と、前記上下固定ボルトが挿通されるボルト挿通孔を有する座板とが備えられている請求項８に記載のユニット建物。
10. 段積みされた前記フレームユニットが横並びに複数備えられ、前記ボルト挿通孔を有する前記座板が、横並びとなった前記フレームユニットの間で共有されている請求項９に記載のユニット建物。