JP3887347B2 - 屋根の骨格構造および壁面の骨格構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物における屋根の骨格構造および壁面の骨格構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物を施工する際は、土台や柱や梁などの主要な部材を組み上げてから、壁や屋根などを順次構築していく。この際、柱や壁などの構成は多様で、建築物の大きさや性能や施工主の要望などを基にして、都度決定される。木造住宅の屋根の構造を例に取ると、屋根の頂上に棟木を水平方向に配して、また軒下の近傍には梁を水平方向に配して、棟木と梁の間に複数のタルキを並べて、タルキの上に野地板を全面に敷設してから瓦を載せる方法が一般的である。
【０００３】
建築物の骨格を構成する梁や柱などの構造材は、強度を確保するため相互に格子状に結合され、自重や風圧に対抗する。一般住宅など比較的規模の小さい建築物の場合、構造材には木材が使用されるが、倉庫や集会場や体育施設など、より大きい建築物の場合、木材では強度が不足することがあり、集成材や鉄骨等を使用することも多い。鉄骨は、施工現場で加工をすることは困難なため、工場で所定の形状にしてから現地へ運び、組み上げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
構造材に使用される部材は、強度を維持するため断面積も大きくなる傾向があるものの、材料費や施工時の作業を考慮すると、強度を維持した上で極力断面積を小さくすることが望ましい。部材をアーチ形などの特殊な形状にすることで強度を高めることは可能だが、この場合、事前に部材を高精度に加工を行う必要があり、費用や時間の面で問題が大きい。またトラス構造も強度を確保する上で有効な手段だが、この場合も使用する部材が増加するほか結合部も多く、同様に問題が大きい。
【０００５】
鉄骨は、加工が困難な上に結露が発生しやすく、また経年によりサビが発生するなどの問題があり、また木材を接着材で固めた集成材は、実用化されてからの歴史が浅く、長期の間の耐久性が不明で、やはり構造材への適用は信頼性に問題がある。一方で、木材には独特の風合いがあり、保温や湿度の調整など多様な役割が期待できるほか、安らいだ印象を与えるなど多くの利点を持っている。また森林を維持管理するには、適度に樹木を伐採する必要があり、これらの消費先を確保する必要がある。さらに木材は、建築物の解体後も多様な処理手段があるため、環境対策の面でも優れている。このような要望に応えるため、従来は構造材に鉄骨などを使用していた倉庫や集会場や体育施設などの建築物を、木造化できる技術が待ち望まれていた。
【０００６】
本発明はこうした実状を基に開発されたもので、市場規格寸法の部材でも十分な強度が確保でき、しかも部材の加工を極力削減した上で、施工性や費用面にも優れた屋根の骨格構造および壁面の骨格構造の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を克服する請求項１記載の発明は、屋根を支持する骨格構造に関するものであり、まず枠体と、該枠体間を結ぶために配置された棒材からなる連結材と、を備えていることを前提にしている。さらに前記枠体は、平行に対向する一対の外側材と、該一対の外側材によって両側から挟み込まれるように交差して配設されている内側材と、から構成されている。
【０００８】
この枠体は、基準円を想定して、この基準円を複数の扇形で区画して、この扇形で区切られた円弧の端部を点Ａ，点Ｂ，点Ａ，点Ｂと、交互に規定して、隣接する点Ａ同士を結ぶ弦に倣って外側材を配置して、かつ点Ａを境に隣接する外側材を相互に結合させて、同様に隣接する点Ｂ同士を結ぶ弦に倣って内側材を配置して、かつ点Ｂを境に隣接する内側材を相互に結合させて、アーチ状に組み上げられた構造である。
【０００９】
このように組み上げられた枠体には、外側材と内側材とで区画される三角形状の空間である三角空間が形成されており、この三角空間を貫通するように連結材が配置され、枠体と連結材を相互に結合させ、前記枠体を連結材に沿って間隔をおいて配置することにより、枠体と連結材から規定される平面を屋根の傾斜面とするものである。
【００１０】
木造家屋の屋根は、従来中央部の最も高い位置に棟木が水平に置かれ、ここから両側の軒先に向けて下降する傾斜面が形成される。この傾斜面には野地板が敷かれ、さらに瓦などが載っており、この野地板を支持する骨格構造に本発明が適用される。枠体の形状を決める基準円は、屋根の傾斜面に沿う半径として、基準円を区画する点Ａおよび点Ｂの位置は、屋根の形状や使用する材料の特性を基に決定する。当然ながら基準円は、屋根の形状に倣うため、切れ目のない円ではなく円弧になる。
【００１１】
基準円上の点Ａおよび点Ｂに基づき、外側材と内側材を所定の長さに切断するが、これらを固定するためのホゾなどは必要としないため、端部に特別な加工をする必要はなく、単純な切断作業だけで対応できる。なお内側材および外側材の材料は木材以外に鋼材なども使用できるが、一般的に木製の角材が使用され、外側材は二本の棒材を平行に並べて使用されるため、内側材に比べて一本当たりの幅を小さくしている。
【００１２】
枠体を構築するため内側材と外側材を組み上げる際は、作業性を考慮して地上に各部材を並べて作業を進める場合が多い。この際は、まず外側材の片方の部材を設計図に基づく所定の位置（隣接する点Ａの間を結ぶ弦）に配置していき、隣接する外側材同士をプレートなどで結合して、次に内側材を外側材の上の所定の位置（隣接する点Ｂの間を結ぶ弦）に配置していく。個々の内側材は外側材と交差しており、この交差位置で内側材と外側材をＬ字形の金具などで結合して、また隣接する内側材同士もプレートなどで結合する。最後に内側材を挟み込むように外側材を配置していき、同様に結合して枠体が完成する。
【００１３】
完成した枠体は、内側材と外側材がジグザグに交差しているため、複数の三角形状に仕切られた三角空間が多数形成され、また全体的に見ると基準円に倣ったアーチ形状になっている。このように組み立てられた枠体は平面状で、これを複数結合することで骨格構造になるため、最低でも二組が使用される。複数の枠体は間隔をおいて平行に配置され、連結材は枠体に形成された三角空間を貫通しており、枠体同士を結合させている。なお枠体と連結材との間は、Ｌ字形の金具で結合されることが多い。
【００１４】
建築物の柱や梁が組み上がった後に、本発明による枠体と連結材が結合した屋根の骨格構造をクレーンで持ち上げて所定の位置に据え置くと、土台から屋根まで全体の骨格構造が完成する。この後、屋根や壁などの面構造を順次施工していくが、屋根においては、枠体や連結材の上に小柱やタルキなどを置き、さらに野地板を敷設して瓦などを載せると完成する。屋根の自重や積雪などの荷重は、枠体の両端部で集中的に支持されるため、この部分は強度を確保するため、補強を行う場合もある。なお枠体や連結材の材質は、木材に限定されることはない。
【００１５】
請求項１記載の発明による、複数の枠体を連結材で組み合わせた屋根の骨格構造は、各部材の配置を変えることで、壁面の骨格構造として使用することも可能である。請求項２記載の発明は、壁面を支持する骨格構造に関するもので、まず枠体と、該枠体間を結ぶために配置された棒材からなる連結材と、を備えていることを前提としており、さらに前記枠体は、平行に対向する一対の外側材と、該一対の外側材によって両側から挟み込まれるように交差して配設されている内側材と、から構成されている点は、請求項１記載の発明と変わらない。
【００１６】
以降も同様に枠体は、基準円上に点Ａ，点Ｂ，点Ａ，点Ｂを、交互に規定していき、隣接する点Ａ同士を結ぶ弦に倣って外側材を配置して、点Ａを境に隣接する外側材を相互に結合させて、同様に隣接する点Ｂ同士を結ぶ弦に倣って内側材を配置して、点Ｂを境に隣接する内側材を相互に結合させて、環状に組み上げられる。
【００１７】
このように環状に構成された枠体は、建築物の周囲を取り囲む構造材として機能させるが、枠体単体では平面状であり、建築物の骨格を構成しないため、複数の枠体を上下方向に距離を空けて配置して、枠体同士を結合するため、外側材と内側材との間に形成される三角空間を貫通するように連結材を配置する。連結材は直立しており、建築物の柱として機能している。
【００１８】
骨格構造が組み上がると、枠体と柱（連結材）の間を断熱ボードなどで面的に覆い、表面に吹き付けや化粧板の取り付けなどを行うと壁面が完成する。枠体は環状であるため、本発明が適用されるのは、円形のドーム状の建築物が主体となるが、環状が必須条件ではなく、半円形の枠体でも問題はない。またこの場合も枠体や連結材の材質は、木材に限定されることはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による屋根および壁面の骨格構造を構成する部材の配置形態を示す斜視図であり、二本の棒材からなる外側材４と、外側材４に挟み込まれるように配置された内側材５と、外側材４と内側材５が複数結合した枠体２を結ぶ連結材３から構成される。外側材４と内側材５のいずれも、複数の棒材から構成されており、隣接している部材は、端部が面接触するように結合され荷重を連続的に伝達できる。なお二本の棒材を平行に並べた外側材４は、向き合う二本の棒材が同一形状で、配置位置も一致している。
【００２０】
隣接している外側材４同士の結合点である点Ａ、および隣接している内側材５同士の結合点である点Ｂは、いずれも基準円１において扇形６で区画される円弧７の端部に位置しており、外側材４は、基準円１の点Ａを結ぶ弦に倣うように配置され、同様に内側材５は、基準円１の点Ｂを結ぶ弦に倣うように配置され、外側材４と内側材５の基準円１に対する位相が異なるため、双方の部材の間には三角形状の空間である三角空間８が多数形成される。なお外側材４と内側材５の交差位置では、強度を高めるため双方を結合させており、また図中では、外側材４と内側材５のいずれも途中で途切れているが、環状になる場合もある。
【００２１】
枠体２単体は平面状なので、複数を平行に配置して使用され、枠体２の間を結合するため連結材３が配置されている。連結材３は、枠体２に形成された三角空間８を貫通するように配置され、連結材３と枠体２の間も何らかの手段で結合させる必要がある。連結材３は、三角空間８を構成する全部材と結合させることが望ましいが、構造上困難な場合は省略可能である。ただし枠体２と連結材３は角度の関係から面接触できない箇所もあり、部材の一部に切欠を設けて組み合わせる場合もある。なお連結材３は、複数存在する三角空間８の全てに配置する必要はなく、強度上問題のない場合は省略可能である。
【００２２】
図２（イ）は、本発明による骨格構造を示す平面図で、また図２（ロ）は正面図であり、図１に示す構造に準拠している。図２（ロ）に示すように、本発明では基準円１を複数の扇形６で区切り、この扇形６で区切られた円弧７の端点を順に点Ａ，点Ｂ，点Ａ，点Ｂと規定していき、隣接している点Ａの間を結ぶ弦に倣って外側材４を配置して、同様に隣接している点Ｂの間を結ぶ弦に倣って内側材５を配置する。なお図２（イ）に示すように外側材４は、内側材５を挟み込むように配置されており、さらに平行に配置された二組の枠体２は、複数の連結材３で結合され、骨格構造を構成している。なお外側材４と内側材５の強度を等しくするため、二本の棒材からなる一組の外側材４の断面積は、内側材５一本の断面積に等しくする場合が多い。
【００２３】
図３は、本発明による骨格構造を屋根に適用した場合を示し、図３（イ）は平面図で、図３（ロ）は正面図である。正面図のように建築物の両端には、柱９が地面から直立しており、この柱９の上部には梁１０が水平に載せられている。枠体２が結合した骨格構造は、両側の梁１０の上面を支点として屋根全体の荷重を受け止めており、他の中間部は何らの支持もされていない。なお図に示すように枠体２の両端部は、梁１０との接続を考慮して補助柱１５を設けており、このように実際の施工に際しては、他の箇所との関係を考慮した設計が行われる。
【００２４】
外側材４は、中央から両端の梁１０に向けて斜方向に配置され、内側材５は一組の枠体２において三組が使用されている。このうち一組は、中央に水平に配置された内側材５ａで、さらに内側材５ａの両端部には、内側材５ｂが斜方向に配置されている。内側材５ａと内側材５ｂの結合は、荷重が作用する方向が重力により一定なので、内側材５ａの底面を内側材５ｂの上端面で支持する形態になっている。また図に示す枠体２の上には小柱１６が載せられ、小柱１６から斜方向にタルキ１７を並べて、この上に野地板１８を敷設すると屋根の傾斜面１１が完成する。なお図では、屋根の傾斜面１１は、途中に段差のある二段構造だが、この構造は都度自在に決められる。
【００２５】
図１に示す骨格構造は、屋根の構造以外にも適用可能で、枠体２の姿勢を変えて水平に配置して、壁面１２の骨格構造としても使用可能で、この場合の構造例を図４に示す。なお図４（イ）は平面図で、また図４（ロ）は正面図である。枠体２は外側材４と内側材５のいずれも六角形に組み上げられ、上下に距離を空けて配置された二個の枠体２の間を、柱９として機能する連結材３で結合されている。枠体２と連結材３により区画される面を、断熱ボードなどで覆い、壁面１２を形成すると、枠体２内部が室内空間として確保される。
【００２６】
外側材４と内側材５および連結材３は、部材同士が接続または交差している箇所を強固に結合して、剛性を高める必要がある。このため隣接する外側材４同士や、内側材５同士の境界は、双方が面接触できるよう端部の切断角度などを調整する必要がある。図５は各部材を結合する方法を示す斜視図で、隣接する外側材４同士や内側材５同士の結合は、ホゾを設けて組み合わせることも可能だが、省力化のため通常はプレート１３を使用する。プレート１３の表面には、複数の穴が設けられ、ここに釘などを打ち込み、各部材を結合させる。
【００２７】
枠体２と連結材３の結合については、双方が直交しているためプレート１３は使用できず、代わりにＬ字形の金具１４を使用する。ただし三角空間８を形成する各部材と連結材３との間は、一部の面が線接触になるため、この隙間を埋めるためクサビ形の介在物を挟み込むか、もしくは枠体２か連結材３の一部に切欠を設けて、はめ合わせる場合もある。なお図中では表現されていないが、プレート１３や金具１４は、両面に対称に取り付けられている。
【００２８】
本発明において、一つの枠体２において基準円１は原則的に一つだが、他の箇所との取り合いなど設計上の都合で、例外的に複数の基準円１を使用する場合がある。また基準円１上に隣接する点Ａ同士、または点Ｂ同士の弦の長さも全てを一定にする必要はなく、例外的に変更する場合もある。図６は、複数の基準円１を用いて枠体２を構成した場合の例を示しており、外側材４と内側材５のいずれも部材ごとに長さが異なっている。ただし、このような形態においても、外側材４と内側材５の交差は維持される。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明により、屋根の骨格構造を剛性の高い枠体で構成できるため、屋根の支点間距離を大きくすることが可能で、体育施設などの一般住宅よりも規模の大きい建築物においても、骨格構造に市場規格寸法の木材を採用することが可能で材料費が節約され、さらに部材を結合する際も、プレートなどの簡易な部品を使用できるためホゾなどを設ける必要がなく、加工や組立においても時間や費用が節約できる。
【００３０】
請求項２記載の発明により、壁面の骨格構造を剛性の高い枠体で構成できるため、建築物の強度を向上させることができ、特に枠体の円周方向に作用する荷重に対する強度が高く、屋根から伝達される荷重や偶力にも強力に対抗することができる。また請求項１記載の発明と同様に、材料費が節約され、加工や組立においても時間や費用が節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、屋根および壁面の骨格構造を構成する部材の配置形態を示す斜視図である。
【図２】（イ）（ロ）本発明による骨格構造の概要を示しており、（イ）は平面図で、（ロ）は正面図である。
【図３】（イ）（ロ）本発明による骨格構造を、屋根に適用した場合を示しており、（イ）は平面図で、（ロ）は正面図である。
【図４】（イ）（ロ）本発明による骨格構造を、壁面に適用した場合を示しており、（イ）は平面図で、（ロ）は正面図である。
【図５】外側材などの各部材を結合する方法を示す斜視図である。
【図６】一つの枠体に複数の基準円を用いた状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 基準円
２ 枠体
３ 連結材
４ 外側材
５，５ａ，５ｂ 内側材
６ 扇形
７ 円弧
８ 三角空間
９ 柱
１０ 梁
１１ 傾斜面
１２ 壁面
１３ プレート
１４ 金具
１５ 補助柱
１６ 小柱
１７ タルキ
１８ 野地板

Claims (2)

1. 枠体（２）と、該枠体（２）間を結ぶために配置された棒材からなる連結材（３）と、を備え、
   前記枠体（２）は、平行に対向する一対の外側材（４）と、該一対の外側材（４）によって両側から挟み込まれるように交差して配設されている内側材（５）と、から構成され、
   さらに枠体（２）は、基準円（１）を想定して、この基準円（１）を複数の扇形（６）で区画して、この扇形（６）で区切られた円弧（７）の端部を点Ａ，点Ｂ，点Ａ，点Ｂと交互に規定して、隣接する点Ａ同士を結ぶ弦に倣って外側材（４）を配置して、かつ点Ａを境に隣接する外側材（４）を相互に結合させて、同様に隣接する点Ｂ同士を結ぶ弦に倣って内側材（５）を配置して、かつ点Ｂを境に隣接する内側材（５）を相互に結合させて、アーチ状に組み上げられた構成であり、
   枠体（２）には、外側材（４）と内側材（５）とで区画される三角形状の空間である三角空間（８）が形成されており、この三角空間（８）を貫通するように連結材（３）が配置され、枠体（２）と連結材（３）を相互に結合させ、
   前記枠体（２）を連結材（３）に沿って間隔をおいて配置することにより、枠体（２）と連結材（３）から規定される平面を屋根の傾斜面（１１）としたことを特徴とする屋根の骨格構造。
2. 枠体（２）と、該枠体（２）間を結ぶために配置された棒材からなる連結材（３）と、を備え、
   前記枠体（２）は、平行に対向する一対の外側材（４）と、該一対の外側材（４）によって両側から挟み込まれるように交差して配設されている内側材（５）と、から構成され、
   さらに枠体（２）は、基準円（１）を想定して、この基準円（１）を複数の扇形（６）で区画して、この扇形（６）で区切られた円弧（７）の端部を点Ａ，点Ｂ，点Ａ，点Ｂと交互に規定して、隣接する点Ａ同士を結ぶ弦に倣って外側材（４）を配置して、かつ点Ａを境に隣接する外側材（４）を相互に結合させて、同様に隣接する点Ｂ同士を結ぶ弦に倣って内側材（５）を配置して、かつ点Ｂを境に隣接する内側材（５）を相互に結合させて、環状に組み上げられた構成であり、
   枠体（２）には、外側材（４）と内側材（５）とで区画される三角形状の空間である三角空間（８）が形成されており、この三角空間（８）を貫通するように連結材（３）が配置され、枠体（２）と連結材（３）を相互に結合させ、
   前記枠体（２）を連結材（３）に沿って間隔をおいて配置することにより、連結材（３）を直立する柱（９）として、かつ枠体（２）と連結材（３）から規定される平面を壁面（１２）としたことを特徴とする壁面の骨格構造。

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