JP2020521074A - 積み重ね式の構造用鋼壁フレームに気泡コンクリートを組み込んだ壁モジュール - Google Patents

Abstract

従来の多層階建物建設技術に見られるものに比べて改善された建設品質で、多層階建物の迅速な建設を可能にするために、本発明の気泡コンクリート充填構造用鋼壁フレームが、他のモジュール式建設要素と三次元で相互に接合される。上記気泡コンクリート構造用鋼壁フレームは、典型的には、構造用鋼の外面に取り付けられた薄手のコンクリートの壁パネルと、その壁フレームに設置された無骨な電気／配管設備の構成部品を有する。

Description

本発明は、積み重ね式の構造用鋼壁フレームに気泡コンクリートを組み込んだ壁モジュールの使用に関する。上記壁モジュールは、従来の多層階建物建設技術に見られるものに比べて改善された建設品質で、多層階建物の迅速な建設を可能にするために、上記壁フレームを他のモジュール式建設要素と三次元で相互に接合する。

従来の建設技術、つまり現場打ちコンクリートフレームの建物、プレキャストコンクリートフレームの建物、従来の構造用鋼フレームの建物、木造フレームの建物、及び組積造から成る従来の建設技術を使用した多層階建物の建設に関連しては、いくつかの課題が存在する。これらの従来の建設技術で建設される多層階建物は、現場職人の伝統的な方法で建設され、この方法では、建設材料（規格木材、薄鋼板材、個別の構造用鋼材）又はハードスケープ材料（シンダーブロック、レンガ、コンクリート）を用いて、一連の建設計画に従って、建設現場の基礎の上に多層の住居を製作してゆく。この従来の建設技術には、建築、構造、又は寸法上の制限が殆ど無い一方で、事項Ａが完了しなければ事項Ｂが開始できず、そして今度は、事項Ｂが完了しなければ事項Ｃが開始できない等々の、シーケンシャルな技能ベースの現場建造様式が求められる。例えば、１階の壁が完了しなければ１階の付帯設備の設置が開始できず、２階の壁が完了しなければ上階の壁に対する実質的な作業が開始できず、その建物の１階の壁が組み立てられなければ１階の壁に仕上げを施すことができない。この建設方法は長年にわたって機能していたが、この方法には固有の効率の悪さが存在し、その結果、多大な時間とコストがかかり、品質にとって不利になる。

従来の建設技術は長々とした工程を伴うため、建設活動期間が長くなる。さらに、仕上げ作業は、構造上の作業が完了して初めて完成する。このような現場施工では、品質が不十分になり、誤差が生じやすく、作業者が付帯設備の相互接続を刷新する必要があるため、それによって実装の整合性がなくなる。従来の建設技術の利点は、このような多層階建物を、骨組材の構造的な性能の限度内で所望の任意のサイズ又はレイアウトに建設できることである。

しかしこの建設工程は、特に初期の段階で、気象条件に大きく依存し、殆どの場合、日中しか行えない。下請業者の１人によって建設の流れが中断されると、各下請業者が別の下請業者の作業の完了を待たなければ、作業を開始できないという連鎖反応が生ずる。

世界の多くの地域で、人口の増加が、入手可能な住宅の増加を大きく上回っている。従って、建築構法の世界的な主要課題の１つは、この増大する不足に対処するために、大量の住宅を非常に速いペースで建設する能力である。この課題は、熟練工の数が妥当なコストのところで制限されることによって、より一層困難になる。従来の建設技術は、現在及び今後増大する住宅の不足に対応しておらず、非常に大量の住宅を効果的かつ迅速に生産する新しい手段が強く求められている。従って、従来の建設技術では、望ましい量、品質、建設速度を実現できない。多くの地域で、これらの障害により、多層階建物の深刻な不足が生じ、それに応じて利用可能な高品質の建物が欠乏する。

本発明の積み重ね式の構造用鋼壁フレームに気泡コンクリートを組み込んだ壁モジュール（ここでは「気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール」と呼ぶ）は、世界的に幅広い適用範囲を有する。その理由は、このモジュールが多種多様な建築製品で使用されて、品質を高め、熟練工の必要性を低減し、コストを下げ、タイムリーな建設を可能にし、住宅市場の現在及び今後増大する供給不足に対処するために生産速度を大幅に高める力を有しているからである。

好ましい実施形態では、多層階建物が、柱の積み上げを使用せずに構造用鋼フレームを積み上げることにより実現される。この構造用鋼フレームの実現に、角形鋼管の垂直材を備えた垂直フィーレンディール（Vierendeel）トラスが使用されることから、個々の柱ではなく、トラスが積み上げられる。

このようなプレハブ式の気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールは、典型的には、それに設置される窓及びドアのフレームだけでなく、未完成の電気／配管設備の構成部品を有している。この構造用鋼壁フレームを充填して、断熱と最終仕上げ、又は外壁と内壁の最終仕上げ面のベースを設けるために、気泡コンクリートミックスが使用される。気泡コンクリートは、本企画のために設定された断熱及び密度の基準を満たすための所定の配合を使用して、均質なものにすることも、或いは、外部表面は耐候性及び耐久性のために硬く高密度に、内部の充填材は断熱性を高めるためにより軽量のミックスにして、層状にすることもできる。最後に、もう１つの選択肢は、壁の屋内に面する表面を、気泡コンクリート又は、他の、屋内に面する表面を内壁として仕上げることを可能にする特性を持つ材料から成る、最終層にすることである。

完成した気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールは、クレーンがこれらのモジュール要素を建設中の建物の定位置に迅速に輸送できるように、その建設中の多層階建物の近くに保管される。各フレームの下部から（又は下のフレームの上部から）突き出る内部「嵌め合い部材」が、以下のように配置され得る。つまり、フレームが定位置にクレーンで吊り上げられると、その嵌め合い部材により、そのフレームを下の設置済みフレームの上部に完璧に配置することが可能になり、嵌め合い部材は上下の柱に差し込まれると直ちに、設置中のフレームを定位置に保持し、従って設置中の壁は横倒しになり得ない。壁フレームは定位置に降ろされると直ちに安定し、手間をかけずに完璧に配置される。従って個々の柱ではなく、壁フレームが積み上げられる。

本発明の気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールの方法は、設計工程、建設計画、及び多層階建物建設のディテールを根本的に変える。建設工程は、従来の建設技術で現場職人によって１つ１つ積み重ねる工程計画の代りに、プレハブ式のモジュール式建設要素を迅速に組み立てる工程計画になる。

建設要素としての壁フレームの使用を示す、気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールの分解斜視図である。 壁フレームの斜視図である。 建物のコーナに積み上げできる状態の２つの壁フレームの斜視図である。同じ高さにある互いに垂直な２つの壁フレームの関係を確認できる。 分離ストリップが垂直柱に貼り付けられた、壁フレームの斜視図である。 長い型枠が壁フレームへの取り付け位置に配置された、壁フレームの斜視図である。 短い型枠が壁フレームへの取り付け位置に配置された、壁フレームの斜視図である。 気泡コンクリートを適用する準備が整った状態の、壁フレームの斜視図である。 気泡コンクリートを打設する前に窓フレーム及び付帯設備を配置した状態の、壁フレームの斜視図である。 気泡コンクリートが適用された壁フレームの図である。これによって気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールが作成される。 短い型枠が気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールからの取り外し位置に配置された、壁フレームの斜視図である。 長い型枠が気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールからの取り外し位置に配置された、壁フレームの斜視図である。 設置のために吊り上げられている、気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールの斜視図である。

気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール
図１は、気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１の分解斜視図を示し、このモジュールは、基幹建設要素として使用される４セグメント壁フレーム２を含む。本発明の壁フレーム２は、典型的には複数のフィーレンディールトラス、又は代替としてブレースフレーム（図示せず）を使用する。壁フレーム２は、必要な強度を提供するために、多様なフレーム技術を使用して実現され得る。図２に示されているように、壁フレーム２の基本的な構造は、複数の垂直方向の壁フレーム柱１０１〜１０５で構成され、これらの垂直柱は、水平方向の壁フレーム梁１１１〜１１４及び１２１〜１２４（ここでは「弦」とも呼ばれる）によって相互に接合されて、４つのトラスセグメントを形成する。従来のフィーレンディールトラスと異なり、気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１の水平の弦すなわち壁フレーム梁１１１〜１１４及び１２１〜１２４は、長さが各トラスセグメント全体に及ばず、個々の壁フレーム柱１０１〜１０５に覆い被さらない。しかしその代りに、壁フレーム柱１０１〜１０５が、上部の弦（壁フレーム梁１１１〜１１４）までと、下部の弦（壁フレーム梁１２１〜１２４）よりも下へ延び、これらの弦によって相互に接合されて、セグメントを形成するようになっている。従って、これらの水平の弦は、垂直方向の耐荷力を提供しないものの、垂直の壁フレーム柱１０１〜１０５を固定かつ補強し、壁フレーム２に剪断耐力をもたらすように機能する。

気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１の他の唯一の要素は、窓４、５を有する気泡コンクリート挿入体３（図１に示されている）である。挿入体３は、気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１を実現するために、壁フレーム２の充填材として使用される。従って、気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１は２つの要素で構成され、これによって建設工程が簡略化され、従来の建設に比べて、特に多層階建物については、コストが大幅に削減される。

床シェルフ１４１〜１４４が、上部壁フレーム梁１１１〜１１４の上面に配置され、定位置に溶接される。床シェルフ１４１〜１４４はそれぞれ平面要素を備え、平面要素はその上面に、上記垂直材に対応して形成された開口を有する。上記床シェルフは、壁フレームの上記垂直材から突出する嵌め合い部材が上記開口に挿入された状態で、壁フレームの上部水平梁に配置され得る。上記床シェルフはまた、ほぼ平面の表面を含んでおり、この表面は、上部水平梁に対して垂直な水平方向に、多層階建物の内部へと延びる。床モジュールが、水平方向に、壁フレームの内側の面よりも外へ延びないようにして、床上に配置される。従って、この配置は、水平の床が、打設されて床の上の柱と下の柱を物理的に分離する現場打ちコンクリートとは異なる設計である。

図３は、上下に垂直に積み上げられた壁フレーム１〜４の連結の斜視図を示す。この図では、下側の積み重ね式壁フレーム１は、それに垂直な積み重ね式壁フレーム２に隣接し、上側の積み重ね式壁フレーム３は、それに垂直な積み重ね式壁フレーム４に隣接し、壁フレーム１〜４の鋼部材が確認できるように、気泡コンクリートは取り除かれている。気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールでは、建物は実際、個々の垂直に積み上げられた柱を使用せずに積み上げられた構造用鋼トラスの集合体である。気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールの多層階建物の設計では、個々の鋼又はコンクリートの柱のフレーム部材ではなく、垂直に積み上げられた壁フレーム１〜４の壁が作成される。その結果得られる多層階建物は、構造的には、建物の外部又は壁及び屋根の範囲まで、三次元空間のフレームを形成するように三次元マトリックスで相互に接合された、複数の壁トラスになる。

この構造では、壁フレーム１〜４はそれぞれ、図３に示されているように、水平方向の長手に沿って一列に配列された複数の垂直柱３０１〜３０９、３１１〜３１９で構成され、少なくとも末端の垂直柱は、典型的には中空の柱を備え、隣り合う垂直柱は、その上端及び下端が水平梁３２１〜３２７、３５１〜３５７、３６１〜３６７、及び３８１〜３８７によって相互に接合される。図３に示されているように、壁フレーム１〜４は嵌め合い部材３４１〜３５０を使用して相互に接合される。嵌め合い部材３４１〜３５０はそれぞれ、壁フレーム１、２の第１のセットの中空の柱の上端に挿入可能であり、その挿入された中空の柱の上端の上方に突出する。そしてこれらの嵌め合い部材３４１〜３５０はそれぞれ、壁フレーム１、２から成る第１のセットの上部に垂直に位置する、壁フレーム３、４から成る第２のセットの中空の柱の下端に挿入可能であり、この挿入は、嵌め合い部材３４１〜３５０があることで、壁フレーム３、４をクレーンで定位置に吊り上げると、その下に位置する設置済みの壁フレーム１、２の上部に完璧に配置することが可能になるようになっている。嵌め合い部材３４１〜３５０はまた、上の壁フレーム柱３１１〜３１９及び下の壁フレーム柱３０１〜３０９に差し込まれると直ちに、設置中の壁フレーム３、４を、それが横倒しにならない程度まで、定位置に保持する。壁フレーム３、４は定位置に降ろされると直ちに安定し、手間をかけずに完璧に位置決めされる。さらに、床シェルフ３３１〜３３７が、壁フレーム１及び２の上部に挿入される。全ての壁フレーム１〜４が正確な寸法の一貫性を保つように製造されているため、同一の部品が互いに整列している組み立ては、信頼性が高く簡単である。従って個々の柱ではなく、壁フレーム１〜４が積み重なっており、これは従来の構造用鋼の設計及び構造とは異なる。さらに、建物の上層階では、そこで担持される荷重を、それより下層の階の荷重より低減させるため、より軽量の規格の部材が必要になるということに伴って、多層階建物内の垂直柱の位置が変化すると、垂直柱の規格が変化し得る。以下で詳細に説明するように、示されている壁フレーム１、２及び３、４の末端の壁フレーム柱３０１、３０５、３０６、３０９及び３１１、３１５、３１６、３１９は、溶接、ピン止め、ボルト締め、結束、コンクリート充填及び／又はその他の手段によって互いに取り付けられ得る。

好ましい実施形態では、壁モジュールとして取り付けられる壁フレームは、その吊り上げ時、構造要素、設置済みの付帯設備、壁要素、壁の仕上げ材などで構成されている。従来の現場打ちコンクリートの建物で現在行われているように、手積みレンガを充填材として配置するために戻る必要はない。

基本的なトラス技術
壁フレーム２は、構造的な観点からブレースフレーム又はモーメントフレームを使用して製造され得る。ブレースフレームの剪断荷重はブレース部材によって担持され、モーメントフレームの剪断荷重は、フレーム部材間の接合部のモーメント耐力によって担持される。本発明の気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールでは、フィーレンディールトラス（モーメントフレーム）構造を使用する壁フレーム２が示されている。

工学では、典型的なトラスは、２力部材のみで構成される構造体であり、この２力部材が、全体としての集合体が単一の物体として挙動するように構成される。「２力部材」とは、２点のみに力が加えられる構造要素である。この厳密な定義によって、トラスを形成する部材は、任意の形状を有することができ、任意の安定した構成で相互に接合できるが、トラスは、典型的には、ノードと呼ばれる接合部で端部が接合された直線状部材で構成される三角形ユニットを５つ以上含んでいる。この典型的な文脈では、外力とそれに対する反作用はノードでのみ作用し、その結果上記部材に張力又は圧縮力が生ずるとみなされる。直線状部材の場合、モーメント（トルク）は明示的に除外される。唯一の理由は、連結体が２力部材であるために必要なことであるが、トラスの全ての接合部が回転するものとして扱われるからである。

従来の平面トラスとは、全ての部材とノードが二次元の平面内にあるトラスであるが、空間トラスは三次元に延びる部材とノードを有する。トラスの上部の梁は上弦と呼ばれ、典型的には圧縮状態にあり、下部の梁は下弦と呼ばれ、典型的には張力がかかった状態にあり、内部の梁は腹材と呼ばれ、腹材内部の領域は格間と呼ばれる。トラスは典型的には、節点と従来通り呼ばれる接合点で接合された直線状部材で構成される。トラスは典型的には、辺の長さが固定された場合、形状を変化させない幾何学的図形であり、その形状・意匠の構造的な安定性から、一般に三角形から成っている。三角形は最も単純な例えであるが、四角形は、その形状を保持するために、角度と長さを両方共固定しなければならない。

トラスは、１枚のプレートではなく、腹材が一連の個別の部材で構成された１本の梁であるとみなされ得る。このトラスでは、下側水平部材（下弦）及び上側水平部材（上弦）が張力と圧縮を担持し、Ｉ形梁のフランジと同じ機能を果たす。どちらの弦が張力を担持し、どちらの弦が圧縮を担持するかは、全体的な曲げ方向によって決まる。

フィーレンディールトラスは平面トラスの一種で、部材が三角形ではなく矩形の開口を形成する構造体であり、曲げモーメントを伝達しそれに抵抗できる固定された接合部を有するフレームである。フィーレンディールトラスは、剛接合されたトラスであり、上下の弦によって相互に接合された垂直材のみを有し、これらの弦は、垂直材の、隣り合う垂直材に面する側に、その垂直材の上端から所定の距離だけ下の位置で接合している。これらの弦は通常、平行又はほぼ平行になっている。フィーレンディールトラスの各要素には、主として軸方向の荷重に対して設計された斜めの腹材を有する従来のトラスとは異なり、曲げ、軸方向の力、及び剪断が生ずる。従って、これはトラスの厳密な定義には適合しない（トラスは非２力部材を含むため）。通常のトラスは、ピン接合部を有すると一般に想定される部材を備え、このことは、接合された端部にモーメントが存在しないという意味を伴う。建物におけるこのタイプの構造の有用性は、大量の外部エンベロープが遮ぎられずに残り、図１に示されているように窓とドアの開口に使用され得ることである。これは、一部の領域が斜めのブレースによって遮ぎられるブレースフレームシステムよりも好ましい。

気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールの工程
以下に指摘するように気泡コンクリートが垂直柱１０１〜１０５に付着しないように、その垂直柱１０１〜１０５に、図４に示されているように分離ストリップ１６１〜１６５（発泡テープなど）が貼り付けられる。また、「ネルソンスタッド」１５１〜１５４が、下側水平壁フレーム弦１２１〜１２４の上部外側のコーナにガン溶接され、アンカーピンとなり、気泡コンクリート挿入体３のための、壁フレーム２に対する高耐力（肉厚）の接合ディテール（柱間の剛性管、下弦の肉厚部分に対する垂直／水平の面接触）を提供する。構造用鋼の「特殊モーメントフレーム」は、風及び地震の荷重がかかった際は（トラスの平面内で）自在に回転する必要があるため、気泡コンクリート挿入体３はこの壁フレームの回転を制限できない。従って、気泡コンクリート挿入体３は壁フレーム２の「外側」を覆い、下弦の上記アンカーピンによって壁フレーム２に結び付けられる。この気泡コンクリート挿入体３の、水平線上に対する取り付けは、壁フレーム２の回転を制限しない。

上記の分離設計というテーマの実施には、壁フレーム２全体が気泡コンクリート挿入体３から分離されるように、壁フレーム２の柱１０１〜１０５も発泡テープ１６１〜１６５などの分離要素で覆われなければならず、分離を完成させるためには、その柱の外側の縁にも、発泡テープを巻き付けなければならない。

気泡コンクリート挿入体３を打設するには、型枠を作成しなければならず、その型枠の側面を、すばやく確実に定位置に配置できなければならない。この目的のために、図５に示されているように、長い型枠６、７を作成することによって、壁フレーム２の開口端が利用され得る。長い型枠６、７は鋼プレートを有し、この鋼プレートは、壁フレーム２の開口端における長い型枠６、７の遊びを考慮すると、気泡コンクリート挿入体３の正確な上縁と厚さを作成するように慎重に垂直に配置される。鋼プレートはまた、気泡コンクリート挿入体３を外縁から押さえ、それによって、きれいで整合性のある打継目の外部ディテールと、地震の移動余地を作成する。接触箇所をなくすために、壁フレームの鋼材を取り囲む鋼プレートには、切り欠きが入っている。長い型枠６及び７は、定位置にすばやくスライドし、位置合わせは不要で、完璧に配置される。鋼プレートの上縁は、気泡コンクリート挿入体３の正確な配置に便利で簡易なスクリード線になる。

短い端部のために提供される短い型枠８、９が、図６に示されており、長い型枠６、７と同様の機能及び設計を有する。短い型枠８、９の鋼プレートは、同一のスクリード線及び整合性のある鉛直打継目及び伸縮継目を作成する。図７に示されているように、短い型枠８、９が設置されると、完全な外周型枠、つまり、適切な高さかつ適切な位置に、直線状で、打継ぎのための適切な押さえを備えた型枠が、作成される。

完成した家では、気泡コンクリート挿入体３を貫いて窓の内部表面に至る、整合性のある内部窓枠表面が求められる。窓の型枠１１、１２が、図８において定位置に示されているが、その高さは、外郭が打設されて窓の型枠の上面の直上でスクリードされ得るように、気泡コンクリート挿入体３の外縁と同じにすべきである。窓の型枠１１、１２の配置は、信頼性が高く、高い処理速度で、迅速かつ簡単に行われなければならない。この際に、窓を嵌め込む凹んだ表面も作成すべきであり、これによって、日差しの一部が窓面に当たらないようにし、水切りと傾斜した敷居を備えた雨除けを設け、視覚的な興趣を形成する。

これを実現するために、窓の型枠１１、１２は、折り畳み可能な箱体になっており、その底面は気泡コンクリートの内部表面と同じ表面にあり、気泡コンクリート挿入体３の打設と位置合わせするように計画された深さを有し、窓を嵌め込むための一回り大きな開口と型取りされた表面を作成する（例えば気泡コンクリート挿入体３の外側表面より２５ｍｍ〜４０ｍｍ内側に）一時的な外側の型枠を有する。

図９は、気泡コンクリート３が適用された壁フレーム２を示している。

コンクリート技術
コンクリートは、典型的には、時間の経過と共に硬化する流体セメント及びそれと共に結合される粗骨材で構成される複合材料である。使用されるコンクリートの大部分は、石灰ベースのコンクリートであり、これにはポルトランドセメントのコンクリートや、フォンダン等の他の水硬セメントで作られたコンクリートなどがある。ポルトランドセメントのコンクリート（及び他の水硬セメントのコンクリート）では、乾燥したセメント及び水と骨材が混合されると、流動体の塊になり、それが容易に一定形状に成形される。セメントは水及びその他の成分と化学的に反応して、硬質基材を形成し、この基材によって、全ての材料が結合されて耐久性のある石状の物質になる。多くの場合、生コンクリート又は完成した材料の物理的特性を改善するために、混合物に添加剤（ポゾラン又は高性能減水剤など）が含まれている。大部分のコンクリートは、引張強度をもたらすために補強材（鉄筋など）が埋め込まれて打設され、それによって鉄筋コンクリートが得られる。このようにしてコンクリートは、型枠又は柱に打設でき、その型枠の形状に適合し、定位置で硬化して、各要素を耐久性のある石状の物質の中に固定する。

気泡コンクリート
コンクリートミックスは、セメント（ポルトランド又はその他のセメント系材料）、粗／細骨材、水及び化学混和剤を使用する。気泡コンクリートは、コンクリートに空気連行剤（又は膨張粘土骨材やコルク顆粒、バーミキュライトなどの軽量骨材）を添加することで製造され、場合により別称で、多孔質コンクリート、軽量気泡コンクリート、可変密度コンクリート、発泡コンクリート、軽量又は超軽量コンクリートと呼ばれることもある。これは、全く異なる方法を使用して現場外で製造されるオートクレーブ養生された気泡コンクリートと混同しないようにするためである。

通常のコンクリートは、ここで説明する用途には密度が高すぎる。通常のコンクリートは重く、扱いにくい。硬化後に、切れ目を入れたり、釘を刺したりすることができない。その表面はまた、構造的に不可欠ではない高価な仕上げで覆われていない限り、醜く、冷たく、感触が硬い。しかし、コンクリートは流動的で、丈夫であり、比較的安価である。コンクリートは、世界のほぼ全ての地域で入手可能である。超軽量コンクリートは、木材と非常に近い密度と圧縮強度を有しており、あらゆる種類の超軽量コンクリートを使用することが可能である。超軽量コンクリートは、作業しやすく、普通の釘で釘付けし、のこぎりで切断し、木工工具で穴開けし、容易に修理することができる。密度の高い重いコンクリートは、空気、又は粘土やコルク顆粒、バーミキュライトなどの軽い材料に置き換えることにより、密度を変えることが可能で、それによって強度が低下して断熱及び遮音性が高まる。コンクリートに気泡を、シェービングクリームに似た発泡剤を使用して混入する競合製品が数多くある。その全てにおいて同様の結果が得られ、コンクリートが空気に置き換えられる。

気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１の構成は、既存の建設技術から４つの要素（外側の薄い外郭コンクリート、断熱ボード、軽量鉄骨スタッド、及び内側の乾式壁）を削除し、これらの４つの要素を１つの新しい単一要素である気泡コンクリート挿入体３に置き換える。この気泡コンクリート挿入体３は、６インチ（前後）の断面の気泡軽量コンクリート（ＣＬＣ）である。気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール１は、ＣＬＣの打設と組み合わせた、積み重ね式の構造用鋼壁フレーム２、つまり２つの単純な要素のみで構成される。ＣＬＣ材料の利点の１つは、ＣＬＣコンクリートミックスに空気が混入された結果、ＣＬＣ材料が単独で妥当な断熱特性を有していることである。この混入空気によって、６インチのＣＬＣコンクリート壁は断熱層を含まず単独で、Ｒ値がほぼＲ１０になり、従って、ＣＬＣを使用することにより、独立した断熱要素を用いずに断熱機能が提供され得る。

さらに、上記４つの要素のインターフェース及びアタッチメントもなくなる。それらを相互に接合し、調整することは複雑なことであった。これからは、６インチのＣＬＣコンクリート要素を積み重ね式の構造用鋼壁フレーム２に打設するだけになる。このＣＬＣはその性質上、本質的に表面が平坦になる。従って、内側の平坦な垂直表面を作成する必要がなくなり、覆い隠すべき鋼スタッドがなくなる。

これらの要因を考慮すると、初期強度が高く、セルフレベリング性を有する気泡コンクリート挿入体３が、極めて流動的に打設される。上面は、窓及びドアの型枠の上縁と位置が揃った、４辺にある外周スクリード縁の型枠６〜９によって容易に作成される。ほうき仕上げ、骨材洗い出し、パターン、彫刻などを含む多数の表面処理が可能である。気泡コンクリートには色を入れ込むことができ、それによって、長持ちする、滲まない、塗装不要な外面が作成される。

気泡コンクリートは、図１１に示されているように、１２〜２４時間以内に、型枠の剥離に十分な強度に硬化することが想定される。この図１１は、長い型枠が取り外し位置に配置された、壁フレームの斜視図を示し、図１２は、設置のために吊り上げられている壁フレームの斜視図を示す。

気泡コンクリート挿入体３の打設後、壁フレーム柱１０１〜１０５の開口端が再び、今度は、クレーンの吊りビームの持上げ箇所としてと、そこから「降ろす」ための挿入箇所として使用され得る。この構成は、迅速に行われ信頼性が高く、壁フレーム２にはその耐荷点に荷重がかかり、バランスも取れ、これによって壁フレーム２の表面が、作業や仕上げのために開放かつ解放された状態で維持される。垂直位置で、窓の型枠を取り付けている一時的なネジを取り外すためのアクセスが可能になる。まず、外側の型枠、つまり、気泡コンクリートに型取りして横長の開口と凹んだ嵌め込み面を作成した型枠が取り外され、次に、縦長の窓の型枠が折り畳まれて取り外される。

図１２に示されているように、型取りされた気泡コンクリートの表面に、面取付窓１４、１５が設置される。これにより、窓の裏側の外周に「隙間のないコーナ」が作成されるが、細部の接合及び防水に注意しなければならない。陰影ライン、雨／日差し除け、及び整合性のあるディテールを施した高度な設計ディテールを作成するには、外部トリムが必須である。

さらに、電気ボックスと配線、及びその他任意の壁内システムが、事前に計画された接続箇所に設置される。

要約
従来の多層階建物の建設技術に見られるものに比べて改善された建設品質で、多層階建物の迅速な建設を可能にするために、本発明の気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールが、他のモジュール式建設要素と三次元で相互に接合される。この気泡コンクリート構造用鋼壁モジュールは、典型的には、構造用鋼の壁フレームに取り付けられた気泡コンクリートの壁パネルと、その壁フレームに設置された無骨な電気／配管設備の構成部品を有する。

１ 気泡コンクリート構造用鋼壁モジュール
２ 壁フレーム
３ 気泡コンクリート挿入体
４、５ 窓
６、７ 長い型枠
８、９ 短い型枠
１１、１２ 窓の型枠
１４、１５ 窓
１０１〜１０５ 壁フレーム柱
１１１〜１１４ 上部壁フレーム梁
１２１〜１２４ 下部壁フレーム梁
１４１〜１４４ 床シェルフ
１５１〜１５４ アンカーピン
１６１〜１６５ 分離ストリップ
３０１〜３０９ 垂直柱
３１１〜３１９ 垂直柱
３２１〜３２７ 水平梁
３３１〜３３７ 床シェルフ
３４１〜３５０ 嵌め合い部材
３５１〜３５７ 水平梁
３６１〜３６７ 水平梁
３８１〜３８７ 水平梁

Claims (18)

1. モーメントフレーム（１）であって、平行に隔置された少なくとも第１の中空の柱（１０１）及び第２の中空の柱（１０２）を備え、前記中空の柱はそれぞれ上端及び下端を有し、前記中空の柱のうち隣り合う柱が、第１の水平梁（１４１）及び第２の水平梁（１２１）によって、それぞれ前記上端及び前記下端で、相互に剛接合されて一定の内部スペースを取り囲み、矩形の壁セグメントを形成するために、前記第１の水平梁（１４１）の第１の端部及び前記第２の水平梁（１２１）の第１の端部が、それぞれ前記第１の中空の柱（１０１）の前記上端及び前記下端の側面に剛接合され、前記第１の水平梁（１４１）の第２の端部及び前記第２の水平梁（１２１）の第２の端部が、それぞれ前記第２の中空の柱（１０２）の前記上端及び前記下端の側面に剛接合される、モーメントフレーム（１）と、
   前記モーメントフレーム（１）に挿入される気泡コンクリート材料（３）であって、前記第１の中空の柱（１０１）と前記第２の中空の柱（１０２）と前記第１の水平梁（１４１）と前記第２の水平梁（１２１）の間にある前記内部スペースに充填され、固体の塊になる、気泡コンクリート材料（３）と、
   前記モーメントフレーム（１）を前記気泡コンクリート材料（３）から分離するために、前記モーメントフレーム（１）の前記柱の外側表面に貼り付けられる分離手段（１６１〜１６５）と、
   前記第２の水平梁（１２１）の内部に面する表面に取り付けられる、前記モーメントフレーム（１）への前記気泡コンクリート材料（３）の取り付けを可能にするための複数のアンカーピン（１５１〜１５４）と、から成ることを特徴とする壁モジュール。
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3. 請求項１に記載の壁モジュールであって、前記壁フレームが、
   一列に並んで配列された角形鋼管の複数の中空の柱を備え、前記中空の柱のうちの隣り合う柱が、隣り合う垂直材の間のスペースにまたがる上部水平梁と、隣り合う垂直材の間のスペースにまたがる下部水平梁とによって、相互に接合され、前記水平梁と前記中空の柱の前記相互接合が、曲げモーメントを伝達しそれに抵抗できる固定された接合部である、壁モジュール。
4. 請求項１に記載の壁モジュールであって、前記壁フレームが、
   角形鋼管の中空の柱を備えた垂直フィーレンディールトラスを、曲げモーメントを伝達しそれに抵抗できる固定された接合部を備えるフレームとして備え、前記中空の柱のうち隣り合う柱が、水平梁によって、前記上端及び下端で、相互に接合され、それによって矩形の開口が形成される、壁モジュール。
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7. 請求項１に記載の壁モジュールであって、
   型枠をさらに備え、前記気泡コンクリート材料が固体の塊になるまで、その前記気泡コンクリート材料を前記モーメントフレームに閉じ込めるために、前記型枠が一時的に、前記第１及び第２の平行に隔置された中空の柱の、前記第１及び第２の水平梁が取り付けられた側面と反対側の外部表面に取り付けられ、かつ、前記第１及び第２の水平梁の、前記モーメントフレームによって取り囲まれたものと反対側の外部表面に取り付けられる、壁モジュール。
8. 請求項７に記載の壁モジュールであって、前記気泡コンクリートが、前記第１及び第２の平行に隔置された中空の柱と前記第１及び第２の水平梁から成る１つの外部表面を覆うことを可能にするために、前記型枠が、前記第１及び第２の平行に隔置された中空の柱と前記第１及び第２の水平梁から成る１つの上部表面の上方に延びる、壁モジュール。
9. 請求項１に記載の壁モジュールであって、
   前記モーメントフレームによって取り囲まれた内部スペースに通して配線配管される付帯設備を、さらに備える壁モジュール。
10. 平行に隔置された少なくとも第１の中空の柱（１０１）及び第２の中空の柱（１０２）を相互に剛接合することであって、前記中空の柱はそれぞれ上端及び下端を有し、前記中空の柱のうち隣り合う柱が、第１の水平梁（１４１）及び第２の水平梁（１２１）によって、それぞれ前記上端及び前記下端で、相互に接合されて一定の内部スペースを取り囲むモーメントフレーム（１）を形成することと、
    矩形の壁セグメントを形成するために、前記第１の水平梁の第１の端部及び前記第２の水平梁の第１の端部を、それぞれ前記第１の中空の柱の前記上端及び前記下端の側面に接合し、前記第１の水平梁の第２の端部及び前記第２の水平梁の第２の端部を、それぞれ前記第２の中空の柱の前記上端及び前記下端の側面に接合することと、
    前記モーメントフレーム（１）に気泡コンクリート材料（３）を挿入することであって、前記気泡コンクリート材料（３）が、前記第１の中空の柱（１０１）と前記第２の中空の柱（１０２）と前記第１の水平梁（１４１）と前記第２の水平梁（１２１）の間にある前記スペースに充填され、固体の塊になることと、
    前記モーメントフレームを前記気泡コンクリート材料から分離するために、前記モーメントフレームの前記柱の外側表面に分離ストリップを貼り付けることと、
    前記第２の水平梁の内部に面する表面に、前記モーメントフレームへの前記気泡コンクリート材料の取り付けを可能にするための複数のアンカーピンを取り付けることと、から成ることを特徴とする壁モジュールを構築する方法。
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12. 請求項１０に記載の壁モジュールを構築する方法であって、
    一列に並んで配列された角形鋼管の複数の中空の柱を相互に接合することをさらに含み、前記中空の柱のうちの隣り合う柱が、隣り合う中空の柱の間のスペースにまたがる上部水平梁と、隣り合う中空の柱の間のスペースにまたがる下部水平梁とによって、相互に接合され、前記水平梁と前記中空の柱の前記相互接合が、曲げモーメントを伝達しそれに抵抗できる固定された接合部である、方法。
13. 請求項１０に記載の壁モジュールを構築する方法であって、
    角形鋼管の中空の柱を備えた垂直フィーレンディールトラスを、曲げモーメントを伝達しそれに抵抗できる固定された接合部を備えるフレームとして構築することをさらに含み、前記中空の柱のうち隣り合う柱が、水平梁によって、前記上端及び下端で、相互に接合され、それによって矩形の開口が形成される、方法。
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16. 請求項１５に記載の壁モジュールを構築する方法であって、
    前記気泡コンクリート材料が固体の塊になるまで、その前記気泡コンクリート材料を前記モーメントフレームに閉じ込めるために、型枠を一時的に、前記第１及び第２の平行に隔置された中空の柱の、前記第１及び第２の水平梁が取り付けられた側面と反対側の外部表面に取り付け、かつ、前記第１及び第２の水平梁の、前記モーメントフレームによって取り囲まれたものと反対側の外部表面に取り付けることを、さらに含む方法。
17. 請求項１６に記載の壁モジュールを構築する方法であって、
    前記気泡コンクリートが、前記第１及び第２の平行に隔置された中空の柱と前記第１及び第２の水平梁から成る１つの外部表面を覆うことを可能にするために、前記型枠が、前記第１及び第２の平行に隔置された中空の柱と前記第１及び第２の水平梁から成る１つの上部表面の上方に延びることを、さらに含む方法。
18. 請求項１０に記載の壁モジュールを構築する方法であって、
    前記モーメントフレームによって取り囲まれた内部スペースに通して付帯設備を配線配管することを、さらに含む方法。

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