JP2023075961A - 天井構造およびその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】天井裏空間を大きく確保しつつ、地震時の天井の脱落を防止できる、天井構造を提供すること。【解決手段】天井構造１は、鉄骨梁１０と、鉄骨梁１０のウエブ２３に高力ボルト４６、５６で摩擦接合された鋼製の支持構造１１と、支持構造１１の下面に設けられた野縁１２と、野縁１２の下面に取り付けられた石膏ボード１３と、を備える。本発明によれば、地震時の水平力に対して、構造躯体である鉄骨梁１０、支持構造１１、野縁１２、および石膏ボード１３が、一体として抵抗する。よって、天井裏空間を大きく確保しつつ、地震時に、天井を構成する部材の損傷を抑制して、天井の脱落を防止することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、建物の天井構造、および、その天井構造の構築方法に関する。

従来より、地震時における天井の脱落を防止することを目的とした天井構造が提案されている（特許文献１～３参照）。
特許文献１には、天井裏空間にて野縁受け、野縁、および天井仕上材を備える天井を耐震補強する耐震補強部材が示されている。この耐震補強部材は、天井裏の鉄骨梁の下面に取り付けられた板状の下側プレートと、この下側プレートに設けられて野縁を支持する板状の第１支持部と、下側プレートに設けられて野縁受けを支持する板状の第２支持部と、を備える。

特許文献２には、天井スラブの下方に設けられて溝部を備えた野縁と、野縁に複数のファスナーを介して取り付けられた天井仕上部材と、を備える天井仕上部材取付構造が示されている。複数のファスナーは、野縁に沿って相対的に移動可能である。
特許文献３には、天井材の下方で端部が建物躯体に接続された略棒状の引張材と、天井面を被覆するように配設された落下防止部材と、天井面に沿って配設されて引張材とともに落下防止部材を保持する平板帯状のつなぎ材と、を備える吊り天井構造が示されている。

特開２０１４－１７３３９５号公報 特開２０１７－２１４７９７号公報 特開２０１９－０１１６４０号公報

本発明は、天井裏空間を大きく確保しつつ、地震時の天井の脱落を防止できる、天井造およびその構築方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、建物の天井構造として、鉄骨梁のウエブに支持構造を高力ボルトおよびナットで摩擦接合し、その支持構造の下面に、天井下地材および天井面材を直接接合することで、建物の構造体を構成する鉄骨梁と支持構造を剛接合し、地震発生時には、鉄骨梁と支持構造が一体となって変形するため、支持構造の下面に接合された天井下地材および天井面材の変形量を低減でき、天井面材の落下を防止できる点に着眼し、本発明に至った。
第１の発明の天井構造（例えば、後述の天井構造１）は、鉄骨梁（例えば、後述の鉄骨梁１０）と、前記鉄骨梁のウエブ（例えば、後述のウエブ２３）に剛接合された鋼製の支持構造（例えば、後述の支持構造１１）と、前記支持構造の下面に設けられた天井下地材（例えば、後述の野縁１２）と、前記天井下地材の下面に取り付けられた天井面材（例えば、後述の石膏ボード１３）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、構造躯体である鉄骨梁と支持構造とを剛接合して一体化させるとともに、その支持構造の下面に天井下地材および天井面材を設けた。したがって、地震時の水平力に対して、構造躯体である鉄骨梁と支持構造とが一体となって変形するので、支持構造の下面に接合される天井下地材および天井面材の変形を低減可能であり、天井の脱落を防止することができる。
また、構造躯体を構成する鉄骨梁のウエブに支持構造が剛接合され、その支持構造の下面に天井下地材と天井面材が接合されるため、従来の天井構造のように、構造躯体に吊り材を取り付けて、吊り材を介して天井下地材および天井面材が支持される場合に比べて、構造躯体から延びる吊り材がないために、天井裏空間を大きく確保することがでる。

第２の発明の天井構造は、前記支持構造は、平面視で格子状に設けられて前記鉄骨梁に摩擦接合された鋼製の梁部材（例えば、後述の梁部材３０Ａ、３０Ｂ）と、前記梁部材から下方に延びる鉛直材（例えば、後述の鉛直材３１）と、前記鉛直材同士を連結する連結材（例えば、後述の中間連結材３２、下側連結材３３）と、水平に対して傾斜して延びて前記梁部材、前記鉛直材、および前記連結材同士を連結するブレース（例えば、後述のブレース３４）と、前記連結材の下面に所定間隔おきに設けられた天井支持材（例えば、後述の天井支持材３５）と、を備えることを特徴とする。

従来の吊り天井では、９００ｍｍ程度の細かいピッチで、鉛直材を設置する必要があり、この鉛直材の配置に伴って、ブレースも多数取り付ける必要があった。
しかしながら、この発明によれば、天井裏空間に設ける支持構造を、Ｈ形鋼や山形鋼などの鋼材からなる鋼製の梁部材、鉛直材、連結材、およびブレースを含んで構成した（準構造）。よって、従来のような細かいピッチで鉛直材やブレースを取り付ける必要がなくなり、天井裏空間の設計の自由度を向上できる。
また、構造躯体である鉄骨梁に接合する支持構造を様々な形状とすることで、天井面を勾配付きとした場合でも、天井裏空間を大きく確保しつつ、天井面材を強固に支持できる。
また、例えば鉄骨梁のウエブに貫通孔を設けて、この貫通孔に高力ボルトを挿通し、この高力ボルトにより支持構造を鉄骨梁のウエブに摩擦接合する。よって、支持構造を取り付ける際に火器を使用する必要がなく、工事中の火災発生を防止できる。また、鉄骨梁のフランジに断面欠損が生じないために、鉄骨梁の曲げ耐力が低減するのを防止できる。
また、鉄骨梁のウエブに支持構造を摩擦接合で一体化させた。よって、支持構造を鉄骨梁の下フランジに取り付けた場合に比べて、支持構造の取り付け位置が高くなるので、支持構造に支持される天井面材の高さ位置を高くでき、床面から天井面材までの室内空間を大きく確保することができる。

第３の発明の天井構造の構築方法は、既存の鉄骨梁（例えば、後述の鉄骨梁１０）に上述の天井構造を構築する方法であって、前記既存の鉄骨梁のウエブに貫通孔（例えば、後述の貫通孔２４、２５）を形成し、前記貫通孔に高力ボルト（例えば、後述の高力ボルト４６、５６）を挿通してナット（例えば、後述のナット４７、５７）を締め付けることで、前記既存の鉄骨梁のウエブと支持構造とを摩擦接合させる工程（例えば、後述のステップＳ２）と、前記支持構造の下面に前記天井下地材および前記天井面材を取り付ける工程（例えば、後述のステップＳ３）と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、既存の鉄骨梁のウエブに貫通孔を形成し、この貫通孔に高力ボルトを挿通して、この高力ボルトおよびナットにより支持構造を既存の鉄骨梁に摩擦接合したので、既存の天井構造を容易に改修できる。

本発明によれば、天井裏空間を大きく確保しつつ、地震時の天井の脱落を防止できる、天井構造およびその構築方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る天井構造の平面図である。 図１の天井構造のＩ－Ｉ断面図である。 図１の天井構造のＩＩ－ＩＩ断面図である。 図１～図３の破線Ａで囲んだ部分の拡大図およびＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図１および図２の破線Ｂで囲んだ部分の拡大図である。 図５のＩＶ－ＩＶ断面図である。 図２の破線Ｃで囲んだ部分の拡大図である。 図７のＶ－Ｖ断面図である。 既存の天井構造を改修して新たな天井構造を構築する手順のフローチャートである。 既存の天井構造を示す断面図である。

本発明は、高力ボルトおよびナットを用いて、鉄骨梁のウエブに支持構造を摩擦接合し、その支持構造の下面に、天井下地材および天井面材を取り付けた天井構造である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る天井構造１の平面図である。図２は、図１の天井構造１のＩ－Ｉ断面図である。図３は、図１の天井構造１のＩＩ－ＩＩ断面図である。
天井構造１は、床スラブ２を支持するＨ形鋼である既存の鉄骨梁１０と、既存の鉄骨梁１０に接合された鋼製の支持構造１１と、支持構造１１の下面に設けられた天井下地材としての野縁１２と、野縁１２の下面に取り付けられた天井面材としての石膏ボード１３と、を備える。床スラブ２と天井面材である石膏ボード１３との間の空間は、天井裏空間３となっている。

既存の鉄骨梁１０は、既存の鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂと、既存の鉄骨大梁２０Ａ間に設けられた既存の鉄骨造の小梁２１と、を備える。ここで、鉄骨大梁２０Ａは、Ｘ方向に延びる梁であり、鉄骨大梁２０Ｂは、Ｙ方向に延びる梁である。鉄骨大梁２０Ａ、鉄骨大梁２０Ｂ、および小梁２１は、それぞれ、Ｈ形鋼であり、上下のフランジ２２と、上下のフランジ２２同士を連結するウエブ２３と、を含んで構成される（図４～図６参照）。

支持構造１１は、平面視で格子状に設けられて鉄骨梁１０に接合された鋼材としてのＨ形鋼からなる梁部材３０Ａ、３０Ｂと、梁部材３０Ａ、３０Ｂから下方に延びる鋼材としてのＨ形鋼からなる鉛直材３１と、鉛直材３１の中間部同士を連結する鋼材としての溝形鋼からなる中間連結材３２と、鉛直材３１の下端部同士を連結する鋼材としてのＨ形鋼からなる下側連結材３３と、水平に対して傾斜して延びて、梁部材３０Ａ、３０Ｂ、鉛直材３１、および連結材３２、３３同士を連結する鋼材としての山形鋼からなるブレース３４と、下側連結材３３の下面に設けられた鋼材としての溝形鋼からなる天井支持材３５と、を備える。

梁部材３０Ａは、Ｘ方向に延びる部材であり、梁部材３０Ｂは、Ｙ方向に延びる部材である。梁部材３０Ａの一端は、鉄骨大梁２０Ｂのウエブ２３に接合されている。
梁部材３０Ｂの両端は、鉄骨大梁２０Ａのウエブ２３に接合されている。また、梁部材３０Ｂの中間部は、小梁２１のウエブ２３に接合されている。
梁部材３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ、上下のフランジ３６と、上下のフランジ３６同士を連結するウエブ３７と、で構成される（図４～図６参照）。

図４（ａ）は、図１～図３の破線Ａで囲んだ部分の拡大図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
梁部材３０Ａ、３０Ｂの端部には、接合部材４０が取り付けられており、この接合部材４０は、鉄骨大梁２０Ｂのウエブ２３に摩擦接合されている。
梁部材３０Ａ、３０Ｂの端部は、上下のフランジ３６が撤去されてウエブ３７のみとなっている。接合部材４０は、鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂのウエブ２３に接合される板状の基部４１と、この基部４１から略垂直に延びて梁部材３０Ａ、３０Ｂのウエブ３７に接合される板状の梁接合部４２と、を備える。
接合部材４０の梁接合部４２は、高力ボルト４３およびナット４４により、梁部材３０Ａ、３０Ｂのウエブ３７に接合されている。
鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂのウエブ２３には、貫通孔２４が形成されている。接合部材４０の基部４１には、貫通孔４５が形成されている。鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂの貫通孔２４および接合部材４０の貫通孔４５に高力ボルト４６を挿通してナット４７を締め付けることで、接合部材４０が鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂに摩擦接合される。

図５は、図１および図２の破線Ｂで囲んだ部分の拡大図である。図６は、図５のＩＶ－ＩＶ断面図である。
梁部材３０Ｂの中間部には、一対の接合部材５０が取り付けられており、この一対の接合部材５０は、小梁２１のウエブ２３に摩擦接合されている。
梁部材３０Ａの中間部の上側のフランジ３６の上面には、一対の接合プレート３８が設けられている。
一対の接合部材５０は、小梁２１のウエブ２３を挟んで両側に配置されている。各接合部材５０は、小梁２１のウエブ２３に接合される板状の基部５１と、この基部５１から略垂直に延びて梁部材３０Ａの接合プレート３８に接合される板状の梁接合部５２と、を備える。
接合部材５０の梁接合部５２は、高力ボルト５３およびナット５４により、梁部材３０Ａの接合プレート３８に接合されている。
小梁２１のウエブ２３には、貫通孔２５が形成されている。接合部材５０の基部５１には、貫通孔５５が形成されている。小梁２１の貫通孔２５および一対の接合部材５０の貫通孔５５に高力ボルト５６を挿通してナット５７を締め付けることで、接合部材５０が小梁２１に摩擦接合されている。

図７は、図２の破線Ｃで囲んだ部分の拡大図である。図８は、図７のＶ－Ｖ断面図である。
天井支持材３５は、Ｙ方向に所定間隔おきに設けられて、Ｘ方向に延びている。
野縁１２は、Ｘ方向に所定間隔おきに設けられて、Ｙ方向に延びている。野縁１２は、図示しない金物で天井支持材３５に固定されている。石膏ボード１３は、図示しないビスで野縁１２に固定されている。

以下、既存の天井構造６０を改修して新たな天井構造１を構築する手順について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
初期状態では、図１０に示すように、既存の天井構造６０の天井裏空間６１では、既存の鉄骨梁１０に耐火被覆材６２が施されている。
ステップＳ１では、既存の天井構造６０を解体する。このとき、既存の鉄骨梁１０のうち支持構造１１の梁部材３０Ａ、３０Ｂを接合する部分の耐火被覆材６２を撤去し、既存の鉄骨梁１０のウエブ２３を露出させる。
ステップＳ２では、支持構造１１を構築する。具体的には、鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂおよび小梁２１のウエブ２３に貫通孔２４、２５を形成し、貫通孔２４、２５に高力ボルト４６、５６を挿通してナット４７、５７を締め付けることで、鉄骨大梁２０Ａ、２０Ｂおよび小梁２１のウエブ２３と支持構造１１の梁部材３０Ａ、３０Ｂとを摩擦接合させる。
ステップＳ３では、支持構造１１の下面に図示しない水平ブレース材を設けるとともに、支持構造１１の下面に直接、野縁１２および石膏ボード１３を接合する。

本発明の天井構造では、既存の鉄骨梁１０のウエブ２３に支持構造１１を摩擦接合し、支持構造１１に直接、野縁１２および石膏ボード１３を固定した。これにより、天井構造が高い剛性を有することとなり、地震発生時には、建物躯体を構成する鉄骨梁と支持構造を一体化した天井構造が一体として変形する。具体的には、天井構造の固有周期が一般に剛の天井（例えば、直天井）と判断される０.１秒以下になるように設計した。
また、鉄骨梁１０のウエブ２３に支持構造１１を摩擦接合することで、鉄骨梁１０の曲げ耐力を低下させることなく、鉄骨梁１０と支持構造１１との接合部分の剛性を高めた。また、図１０に示すように、既存の鉄骨梁１０には、耐火被覆材６２が設けられることが多いが、耐火被覆材６２が設けられていない鉄骨梁に本発明の天井構造を適用するとも可能である。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）構造躯体である鉄骨梁１０と支持構造１１とを摩擦接合で一体化させるとともに、その支持構造１１の下面に野縁１２および石膏ボード１３を設けた。したがって、地震時の水平力に対して、構造躯体である鉄骨梁１０、支持構造１１、野縁１２、および石膏ボード１３が、一体として変形して抵抗する。よって、天井裏空間３を大きく確保しつつ、地震時に、天井を構成する部材の損傷を抑制して、天井の脱落を防止することができる。
また、鉄骨梁１０のウエブ２３に貫通孔２４、２５を設けて、この貫通孔２４、２５に高力ボルト４６、５６を挿通し、この高力ボルト４６、５６およびナット４７、５７により支持構造１１の梁部材３０Ａ、３０Ｂを鉄骨梁１０のウエブ２３に摩擦接合する。よって、支持構造１１を取り付ける際に火器を使用する必要がなく、工事中の火災発生を防止できる。また、鉄骨梁１０のフランジ２２に断面欠損が生じないために、鉄骨梁１０の曲げ耐力が低減するのを防止できる。
また、鉄骨梁１０のウエブ２３に支持構造１１を摩擦接合で一体化させた。よって、支持構造を鉄骨梁の下フランジに取り付けた場合に比べて、支持構造１１の取り付け位置が高くなるので、支持構造１１に支持される天井面材としての石膏ボード１３の高さ位置を高くでき、床面から天井面材までの室内空間を大きく確保することができる。

（２）天井裏空間３に設ける支持構造１１を、Ｈ形鋼や山形鋼などの鋼材からなる、梁部材３０Ａ、３０Ｂ、鉛直材３１、連結材３２、３３、ブレース３４、および天井支持材３５を含んで構成した（準構造）。よって、従来のような細かいピッチで鉛直材やブレースを取り付ける必要がなくなり、天井裏空間３の設計の自由度を向上できる。
また、構造躯体である鉄骨梁１０に接合する支持構造１１を様々な形状とすることで、天井面を勾配付きとした場合でも、天井裏空間３を大きく確保しつつ、天井面材である石膏ボード１３を強固に支持できる。
（３）既存の鉄骨梁１０の耐火被覆材６２を部分的に撤去してウエブ２３を露出させ、この露出したウエブ２３に支持構造１１の梁部材３０Ａ、３０Ｂを高力ボルト４６、５６で摩擦接合したので、既存の天井構造６０を容易に改修できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の実施形態では、支持構造１１を、Ｈ形鋼からなる梁部材３０Ａ、３０Ｂと、Ｈ形鋼からなる鉛直材３１と、溝形鋼からなる中間連結材３２と、Ｈ形鋼からなる下側連結材３３と、山形鋼からなるブレース３４と、溝形鋼からなる天井支持材３５で構成したが、これに限らず、ブレース３４を設けなくてもよい。また、各構成材（梁部材、鉛直材、中間連結材、下側連結材、ブレース、天井支持材）については、鋼材の形状は特に限定されず、様々な形状の鋼材を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、梁部材３０Ａ、３０Ｂの端部について、上下のフランジ３６を撤去してウエブ３７のみとしたが、これに限らず、フランジを撤去しなくてもよい。

１…天井構造 ２…床スラブ ３…天井裏空間 １０…鉄骨梁
１１…支持構造 １２…野縁（天井下地材） １３…石膏ボード（天井面材）
２０Ａ…Ｘ方向に延びる鉄骨大梁 ２０Ｂ…Ｙ方向に延びる鉄骨大梁
２１…小梁 ２２…フランジ ２３…ウエブ ２４、２５…貫通孔
３０Ａ…Ｘ方向に延びる梁部材 ３０Ｂ…Ｙ方向に延びる梁部材
３１…鉛直材 ３２…中間連結材 ３３…下側連結材 ３４…ブレース
３５…天井支持材 ３６…フランジ ３７…ウエブ ３８…接合プレート
４０…接合部材 ４１…基部 ４２…梁接合部 ４３…高力ボルト
４４…ナット ４５…貫通孔 ４６…高力ボルト ４７…ナット
５０…接合部材 ５１…基部 ５２…梁接合部 ５３…高力ボルト
５４…ナット ５５…貫通孔 ５６…高力ボルト ５７…ナット
６０…既存の天井構造 ６１…天井裏空間 ６２…耐火被覆材

Claims (3)

1. 鉄骨梁と、
   前記鉄骨梁のウエブに剛接合された鋼製の支持構造と、
   前記支持構造の下面に設けられた天井下地材と、
   前記天井下地材の下面に取り付けられた天井面材と、を備えることを特徴とする天井構造。
2. 前記支持構造は、平面視で格子状に設けられて前記鉄骨梁に摩擦接合された鋼製の梁部材と、前記梁部材から下方に延びる鉛直材と、前記鉛直材同士を連結する連結材と、水平に対して傾斜して延びて前記梁部材、前記鉛直材、および前記連結材同士を連結するブレースと、前記連結材の下面に所定間隔おきに設けられた天井支持材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の天井構造。
3. 既存の鉄骨梁に請求項１または２に記載の天井構造を構築する方法であって、
   前記既存の鉄骨梁のウエブに貫通孔を形成し、前記貫通孔に高力ボルトを挿通してナットを締め付けることで、前記既存の鉄骨梁のウエブと前記支持構造とを摩擦接合させる工程と、
   前記支持構造の下面に前記天井下地材および前記天井面材を取り付ける工程と、を含むことを特徴とする天井構造の構築方法。

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