JP3612577B2

JP3612577B2 - パネルユニットを用いた構造物の構築方法

Info

Publication number: JP3612577B2
Application number: JP2002108482A
Authority: JP
Inventors: 日出夫岡; 元谷口; 賢一宮崎
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP2003301517A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構造フレームとパネルユニットを組み合わせて成る構造物、具体的にはドーム状屋根又はその他の大径間屋根、或いは広い面積を有する建物の壁体等を構築する方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ドーム状屋根又はその他の大径間屋根、或いは広い面積を有する建物の壁体等を構築する方法としては、（Ｉ）鉄骨などで主要構造体となる構造フレームを構築する躯体工事と、その構造フレームへ屋根材あるいは壁材（いわゆる外装材）となるパネルを取付ける仕上げ工事とを別々に行う方法と、（ＩＩ）パネルユニットを用いて、躯体工事と仕上げ工事とを同時に行う方法とが公知に属する。
【０００３】
（Ｉ）の方法としては、例えば、
（ａ）特開平７−３８９０号公報には、周辺部材を多角形に組合せて成る枠組みと、その枠組みの中心部に直立する束材と、枠組みの各角部と束材との上下両端部とを張設するテンション材とから成る構面体ユニットを、蜂の巣状にボルト接合して単層ドーム架構体（構造フレーム）を形成する技術が開示されている。構面体ユニットを配置して、向かい合う周辺部材同士をボルト接合した際に、所定のドーム形の曲率半径となるように、前記周辺部材には、予め一定の角度が設けられている。前記角度を利用して構面体ユニット相互間の折れ角を確保し、効率よく所定のドーム形の曲率形状に構面体ユニットを構築することができる技術である。したがって、その後、架構体にパネルを取付ける仕上げ工事を必要とする。
【０００４】
（ｂ）特許第３２４２７５７号公報には、パネル材と、前記パネル材の裏面側のほぼ中央部から周辺各角部に放射状に設けた補強材と、パネル材の中央部において、前記補強材の交点部と上端部が連結された束材と、前記束材の下端部と補強材の先端部とを連結するケーブルとを備えたパネルユニットの角部を、予め構築された鉄骨トラス（構造フレーム）の交点部に接続して、トラス構造物を構築する技術が開示されている。剛性のあるパネルユニットを用いることで、小梁等を省略することができる技術である。
【０００５】
また、（ＩＩ）の方法としては、
（ｃ）特開２０００−１１０２４３公報には、折り曲げ加工によりパネルユニットの上面及び下面、並びに側面が形成された金属薄板と、同金属薄板内に設けられた断熱材とから成るパネルユニットを用い、向かい合うパネル側面相互に、Ｌ型又はＩ型の形鋼を両面接着テープで固定して、パネル側面同士は形鋼と両面接着テープをサンドイッチ状に挟み共通のボルトとナットで締結して、フラードームを形成する技術が開示されている。向かい合うパネル側面同士を接合した際に、所定のドーム形の曲率半径となるように、前記パネル側面には、予め一定の角度が設けられており、前記角度に狂いが生じていても、両面接着テープの弾力性により角度の狂いを吸収してパネルユニットの相互間の折れ角を確保し、所定のドーム形の曲率形状にパネルユニットを構築することができる技術である。
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（ａ）及び（ｂ）の従来技術は、構造フレームの構築（躯体工事）とパネルの取付け（仕上げ工事）を別々に行うので、合理的でなく、工期の長期化を招く問題点がある。そのため、地上において構造フレームをある程度の大きさまで組み上げてブロック化し、パネルを取付けてから揚重し、屋根形状に組み上げる場合もある。しかしながら、現実にはブロック化できない箇所の方が多く、結局、それらの箇所には、通常工法のように構造フレームを構築し、その後パネルを取付ける等々の所謂ダメ工事を行わなければならないので、問題点が解決されているとは云えない。
【０００７】
上記（ａ）の従来技術は、周辺部材の角度を利用して、構面体ユニットを所定のドーム形の曲率形状に構築するので、一般に周辺部材の角度は同一ユニット内でも各辺によって異なり、製作及び管理が極めて難しい。しかも、各辺によって角度の異なる構面体ユニット同士を精度良くボルト接合していくことは、極めて難しく、手間が掛かり現実的でない。
【０００８】
更に、前記構面体ユニットは、設計された屋根架構のみを構築するための所謂専用品であるため、前記構面体ユニットから異なる屋根形状を形成することができない。そのため構面体ユニットの形状を統一化することができず、屋根架構の解体後に、異なる形状の屋根架構へ転用することが不可能であった。
【０００９】
また、隣接する構面体ユニットの周辺部材同士をボルト接合しただけの構成であるため、比較的構造フレームの強度が小さく、スパンの大型化が難しい。
【００１０】
上記（ｂ）の従来技術は、小梁等を省略できるように、パネルユニットの補強材やケーブル等を剛強にする必要がある。そのためパネルユニットの重量が増し、それに伴い構造フレームも剛強な構造とする必要があり、コストが嵩む。また、パネルユニットのスパンの大型化も難しい。しかも、パネルユニットや構造フレームが重量物となるため、施工時に使用する重機や支保工等も大掛かりになり、やはりコストが嵩む。
【００１１】
上記（ｃ）の従来技術は、構造フレームとパネルユニットを同時に構築できる合理的な構築方法となっているが、パネルユニット自身の剛性が低く、屋根架構として自立できる大きさに制限があり、ドーム状屋根等の大径屋根の構築には不適合である。
【００１２】
また、上記（ａ）の従来技術のような厳密な精度管理は必要ないが、パネル側面の角度を利用して、パネルユニットを所定のドーム形の曲率半径に構築することに変わりなく、前記パネルユニットから異なる屋根形状を形成することができない問題点が残されている。
【００１３】
本発明の目的は、軽量で、剛性の高いパネルユニットを用い、相互に隣接するパネルユニットを線材ノードを仲介として一体化し、パネルユニットと構造フレームの構築を同時にでき、施工が合理的で、剛性が高く、スパンの大型化とコストの削減が可能なパネルユニットを用いた構造物の構築方法を提供することである。
【００１４】
本発明の次の目的は、線材ノードの傾斜角によってパネルユニットの相互間の折れ角を設定することができ、パネルユニットの管理、並びに設計、製作の容易化に寄与するパネルユニットを用いた構造物の構築方法を提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、線材ノードの傾斜角を選択することにより、異なる形状の構造物を容易に構築することができ、パネルユニットの平準化を可能とするパネルユニットを用いた構造物の構築方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るパネルユニットを用いた構造物の構築方法は、
構造フレームとパネルユニットを組み合わせた構造物の構築方法であって、
パネルユニットには、周辺枠フレームの上端部位及び中間部位に金属薄板を取り付けるフランジを設け、下半部に複数のボルト孔を設けており、前記周辺枠フレームの枠面内に面内補剛部材を配置し、その端部を周辺枠フレームの外に位置する羽根材と連結しており、周辺枠フレームの前記フランジに取り付けた枠面内の上下面を形成する金属薄板内に発泡樹脂を高圧充填して同金属薄板に凸レンズ状のむくりを発生させ一定の膜張力を付与した構成とすること、
線材ノードの二つの側板は、パネルユニット相互間の折れ角を設定する傾斜角を形成し、その下半部に前記周辺枠フレームのボルト孔と同心位置にボルト孔を設けた構成とすること、
相互に隣接するパネルユニット相互間の折れ角を前記線材ノードの側板の傾斜角によって設定するべく、向かい合う周辺枠フレームの相互間に前記線材ノードを配置し、同心位置となったボルト孔へ共通のボルトを通し、ナットを締結して一体化し構造フレームを構築すると共に、パネルユニットの羽根材同士はノード鋼板と連結して構造物を構築することを特徴とする。
【００２１】
【本発明の実施形態、及び実施例】
以下に、請求項１に記載した発明に係るパネルユニットを用いた構造物の構築方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の構築方法により構築された、構造フレーム２とパネルユニット３を組み合わせて成る、所謂かまぼこ形状の屋根架構（構造物）１を概略的に示している。
【００２３】
図２は、本発明の構築方法の実施に使用するパネルユニット３の一実施形態を示す。図示のパネルユニット３は、下半部に複数のボルト孔４…を設けてあり、ユニットの形態保持に必要な強度及び剛性を有する鋼製の周辺枠フレーム５を、一例として一辺が６〜１０ｍの大きさの正方形に組立てている。この周辺枠フレーム５の枠面内に、面内補剛部材としての鋼棒６を対角線方向にブレース状に２本配置し、それぞれの端部を周辺枠フレーム５の四隅の外に位置する羽根材７と一体的（応力の伝達が可能）に連結している。前記周辺枠フレーム５の枠面内の上下面を形成する２枚の金属薄板８、８は、同周辺枠フレーム５の上端フランジ５ａ及び中間部位に内向きに設けたフランジ５ｂの先端部へ溶接等の手段で取付けている（図４を参照）。前記フランジ５ａ、５ｂには、上下方向に貫通する複数のボルト孔９…を設けている。前記フランジ５ａ、５ｂの内端部には、同フランジ５ａと５ｂの開口を塞ぐ遮蔽板１１を設け、前記遮蔽板１１と金属薄板８、８とで密閉空間を形成している。
【００２４】
前記の密閉空間へポンプ等によって発泡樹脂１０を密実に高圧充填して金属薄板８、８を両外方へ膨らませ、同金属薄板８、８に凸レンズ状のむくりを発生させ一定大きさの膜張力をプレストレスとして付与している。金属薄板８、８を凸レンズ状のむくり形状とすることで発揮される所謂シェル効果と、同金属薄板８、８に付与した膜張力とによって、パネルユニット３は面外剛性が極めて高い構成になっている。
【００２５】
前記発泡樹脂１０は硬化性であることが望ましく、通常は熱硬化性樹脂を使用する。しかし、常温に近い温度で発泡し硬化するウレタン系発泡樹脂などを使用すると、発泡を促す予熱を必要としないから、このパネルユニット３を建築現場サイトで製作して使用することに好適である。
【００２６】
上記のようにプレストレスを付与した金属薄板８と、硬化した発泡樹脂１０とが一体化される結果、軽量（実荷重は５８．８〜９８．０×１０^−５Ｎ／ｍｍ^２前後）で剛性の高いパネルユニット３が構成されている。そのため、上述したように一辺が６〜１０ｍの大版のパネルユニット３を構成することができ、スパンの大型化に寄与すると共に、施工性にも優れる。また、構造物を軽量化することができ、パネルユニット３の構築時に用いられる重機や支保工が軽微で済み、コストの削減に寄与する。
【００２７】
上記構成のパネルユニット３は、図１に示す構造フレーム２となる線材ノード２ａ、２ｂを用いて接合し屋根架構１を構築する。その方法としては、複数のパネルユニット３…と線材ノード２ａ…、２ｂ…を、例えば図１に示す屋根架構１の形状に倣って配置する。具体的には、円周方向に隣接するパネルユニット３…は曲率半径Ｒ（図６（Ｂ）を参照）の曲面を形成するべく、各パネルユニット３、３の相互間に傾斜角β（図４を参照）の線材ノード２ａを配置して接合し、パネルユニット３、３の相互間に折れ角αを設定する。また、軸線方向（棟方向）に隣接するパネルユニット３、３の相互間には、傾斜角を持たない平行形態の線材ノード２ｂ（図５）を配置してパネルユニット３、３を一平面状に接合する。屋根架構１の構築に際しては、地上に立てた支保工で下方から支保するが、その図示は省略した。
【００２８】
図３は、パネルユニット３と前記線材ノード２ａ、２ｂの配置関係を一層具体的に示している。図４は線材ノード２ａを使用したパネルユニット３、３相互の接合構造を具体的に示し、図５は線材ノード２ｂを使用したパネルユニット３、３相互の接合構造を具体的に示している。
【００２９】
図４に示した線材ノード２ａは、二つの側板１２、１２が上記パネルユニット３、３の間に折れ角αを設定する傾斜角βで形成され、その下端は下板１３で連結されている。前記側板１２は、パネルユニット３の周辺枠フレーム５、５の相互間に配置して接合を行うのに必要な高さ、図示例の場合は周辺枠フレーム５と略等しい高さとされている。線材ノード２ａは、周辺枠フレーム５の有効長さＬと略等しい長さとし、側板１２の下半部には周辺枠フレーム５のボルト孔４と同心位置にボルト孔１２ａが設けられている。
【００３０】
線材ノード２ａの上板１４は、側板１２、１２の上端部の位置から側板１２と直角に屈曲して、フランジ５ａと略等しい幅寸だけ突き出され、パネルユニット３のフランジ５ａ、５ｂのボルト孔９、９と同心位置にボルト孔１４ａが設けられている。
【００３１】
上記の線材ノード２ａは、その側板１２のボルト孔１２ａとパネルユニット３の周辺枠フレーム５のボルト孔４とが一致し、しかも線材ノード２ａの上板１４のボルト孔１４ａと周辺枠フレーム５のフランジ５ａ、５ｂのボルト孔９、９とが一致するように、向かい合う周辺枠フレーム５、５の間に配置する。
【００３２】
そして、周辺枠フレーム５、５同士は、線材ノード２ａを挟んだ状態で、同心となったボルト孔１２ａと４、及びボルト孔１４ａと９へ、それぞれボルト１５を通し、ナット１６をねじ込んで締結し一体的に接合することにより構造フレーム２を構築する。その結果、パネルユニット３、３は曲率半径Ｒの曲面に適合する折れ角αで接合することができる。なお、線材ノード２ａの側板１２が傾斜しているため、周辺枠フレーム５の外面とボルト１５の頭１５ａの座面及びナット１６の座面との間には傾斜した隙間が生じる。よって、ボルト１５とナット１６の締結には、前記隙間を埋めるテーパー付きワッシャー１７を使用することが好ましい。
【００３３】
図５に示した線材ノード２ｂは、側板１２、１２が平行な配置とされ、下板１３でつないで箱形に形成されている。
【００３４】
従って、隣接するパネルユニット３、３は一平面状に接合される。
【００３５】
図５に示した線材ノード２ｂの場合は、周辺枠フレーム５、５同士を普通のボルト１５とナット１６のみで締結し一体的に接合することができ、構造フレーム２が構築される。
【００３６】
上述したように、パネルユニット３は、その周辺枠フレーム５を線材ノード２ａ又は２ｂを仲介として接合することにより、同時に剛強な構造フレーム２の構築もできるので、施工の合理化、工期の短縮、施工の簡便化が実現する。
【００３７】
また、屋根の形状に応じてパネルユニット３の周辺枠フレーム５に角度を設ける加工を必要とせず、上記線材ノード２ａの側板１２、１２の傾斜角βによってパネルユニット３、３の相互間の折れ角αを設定できるから、屋根架構１の形状の変化に容易に対応することができ、施工性に優れ、一方、パネルユニット３の製作に、特別な精度管理を必要としないから製作が容易である。
【００３８】
その上、線材ノード２ａ又は２ｂを挟んだ状態で周辺枠フレーム５、５同士をボルト接合することにより、パネルユニット３、３相互の接合部に鉛直荷重が作用しても、周辺枠フレーム５、５と線材ノード２ａ、２ｂが一体化構造となって抵抗するので、屋根架構１のせん断剛性が飛躍的に高くなる。
【００３９】
隣接するパネルユニット３…の相互間でも応力の伝達を可能とするために、同パネルユニット３…の羽根材７…をノード鋼板１８と連結する（図３を参照）。ノード鋼板１８は、線材ノード２ａ、２ｂが配置されていない隙間部分２ｃを埋める効果もある。最終的に、雨仕舞いとして屋根架構１の外面に屋根材（図示は省略）を取り付け、不要になった支保工を撤去すると、屋根が完成する。
【００４０】
本発明の構築方法によれば、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、線材ノード２ａの側板１２、１２の傾斜角βを選択することにより、共通のパネルユニット３を用いて、異なる形状の屋根架構１を容易に構築できる。そのため、パネルユニット３を平準化することができ、屋根架構１を解体した後も、パネルユニット３は他の屋根架構の構築に転用することができる。よって、リサイクル性に優れている。
【００４１】
なお、図１、図３の実施形態では、パネルユニット３の周辺枠フレーム５、５の有効長さの範囲内に線材ノード２ａ又は２ｂを配置しているが、この限りでない。図７に示すように、隣接するパネルユニット３…の四隅が形成する交差点を横断する配置で線材ノード２ａを配置すると、より剛性の高い屋根架構１を構築することができる。
【００４３】
上記線材ノード２ａ、２ｂは、配置される位置に作用する応力の分布に応じて、側板１２及び下板１３、並びに上板１４の肉厚、長さが変更される。
【００４４】
上記実施形態では、パネルユニット３の周辺枠フレーム５を略正方形に組み上げているが、この限りでない。即ち、三角形、多角形その他の形状で実施することもできる。
【００４５】
【本発明の奏する効果】
請求項１に記載した発明に係るパネルユニットを用いた構造物の構築方法は、パネルユニットがその周辺枠フレームを線材ノードを仲介として接合することにより、同時に剛強な構造フレームの構築もでき、施工の合理化、工期の短縮、施工の簡便化が実現する。
【００４６】
パネルユニットは軽量で、剛性の高い構成であるため、一辺が６〜１０ｍの大版に構成することができ、スパンの大型化に寄与すると共に、施工性にも優れている。更に、構造物を軽量化することができ、パネルユニットの構築時に用いられる重機や支保工が軽微で済み、コストの削減にも寄与する。
【００４７】
また、構造物の形状に応じてパネルユニットの周辺枠フレームに角度を設ける加工を必要とせず、上記線材ノードの側板の傾斜角によってパネルユニットの相互間の折れ角を設定できるから、構造物の形状の変化に容易に対応でき、施工性に優れる。一方、パネルユニットの製作に、特別な精度管理を必要としないから、製作が容易である。
【００４８】
その上、線材ノードの側板の傾斜角を選択することにより、共通のパネルユニットを用いて異なる形状の構造物を容易に構築できる。そのため、パネルユニットを平準化することができ、構造物を解体した後も、パネルユニットは他の構造物の構築に転用することができる。よって、リサイクル性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパネルユニットを用いた構造物の構築方法により構築された屋根架構を示した概略図である。
【図２】本発明で用いるパネルユニットを示した構造図である。
【図３】パネルユニットと線材ノードの配置関係を示した平面図である。
【図４】傾斜角を設けた線材ノードを使用したパネルユニット相互の接合構造を示した断面図である。
【図５】平行形態の線材ノードを使用したパネルユニット相互の接合構造を示した断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、線材ノードの傾斜角を変えることによって異なった形状（曲率半径）に構築した屋根架構を示した立面図である。
【図７】構造フレームを跨ぐように線材ノードを配置した屋根架構を示した概略図である。
【符号の説明】
１屋根
２構造フレーム
２ａ、２ｂ線材ノード
３パネルユニット
５周辺枠フレーム
６鋼棒
７羽根材
８金属薄板
１０発泡樹脂
１５ボルト
１６ナット
１７テーパー付きワッシャー
１８ノード鋼板
Ｌ周辺枠フレームの有効長さ
α 折れ角
β 傾斜角

Claims

構造フレームとパネルユニットを組み合わせた構造物の構築方法であって、
パネルユニットには、周辺枠フレームの上端部位及び中間部位に金属薄板を取り付けるフランジを設け、下半部に複数のボルト孔を設けており、前記周辺枠フレームの枠面内に面内補剛部材を配置し、その端部を周辺枠フレームの外に位置する羽根材と連結しており、周辺枠フレームの前記フランジに取り付けた枠面内の上下面を形成する金属薄板内に発泡樹脂を高圧充填して同金属薄板に凸レンズ状のむくりを発生させ一定の膜張力を付与した構成とすること、
線材ノードの二つの側板は、パネルユニット相互間の折れ角を設定する傾斜角を形成し、その下半部に前記周辺枠フレームのボルト孔と同心位置にボルト孔を設けた構成とすること、
相互に隣接するパネルユニット相互間の折れ角を前記線材ノードの側板の傾斜角によって設定するべく、向かい合う周辺枠フレームの相互間に前記線材ノードを配置し、同心位置となったボルト孔へ共通のボルトを通し、ナットを締結して一体化し構造フレームを構築すると共に、パネルユニットの羽根材同士はノード鋼板と連結して構造物を構築することを特徴とする、パネルユニットを用いた構造物の構築方法。