JP3965377B2 - 鉄骨ユニット建物 - Google Patents

Description

本発明は、箱型のユニット構造体を複数結合して構成される鉄骨ユニット建物に関するものである。

ユニット建築工法は既に知られているように、複数の部屋からなる建物において、浴室・台所・便所などの各部屋なす部分を独立した箱型のユニット構造体として工場にて独立して量産体制で製作し、前記ユニット構造体を個別にトラックなどの陸上輸送手段にて施工の現場に搬送し、現場にて所定の結合手段にて前記複数のユニット構造体を結合して一軒の住宅（ユニット建物）を完成させる工法であり、従来例としては、特許文献１、２等がある。

ところで、工場で組み立てを行い、建設地まで運搬するユニット建物では、箱型のユニット構造体をトラックで搬送する都合上、建物の総高さが制限される。すなわち、各種物品のトラックでの運搬には、道路交通法規による高さ制限があり、通常は地上３８００ｍｍまでは許可が不要であるが、３８００ｍｍ以上は許可が必要である。他方、トラックの床の高さは通常１２００ｍｍ程度以下で、特別な低床車でも９００ｍｍ以上あり、トラックの床高さを、地上からの制限高さから差し引いた高さ寸法が、実際にトラックで搬送できるユニット構造体の最大高さでる。

このようなトラック運搬における高さ制限の問題は、当該トラックで運搬するユニット建物のユニット構造体では、比較的大きなマイナスの影響を受けることになる。

ユニット建物に限らず、どんな建物でも部屋の高さ（つまり、床から天井までの高さ）が高いほうが開放感があり居住性に優れていることは周知であり、建築基準法で許容された制限内で、できるだけ天井の高さを高くするのが望ましいのであるが、特に、トラックで搬送の面から総高さに制約をうけるユニット構造体にあっては、当該ユニット構造体の総高さを変えないで、天井材の高さを少しでも高くすることが切実な問題である。いま少し具体的には、近年、日本人の平均身長が伸びてきた現在、建物の室内有効高さは、２５００〜２６００ｍｍに増えているに対し、ユニット構造体では、建物を運搬する場合の内部の天井高さに制限があり、一般に２３００ｍｍ程度しか確保できない。

本発明者は前記の問題点に着目して従来のユニット構造体を検討したところ、次のことがわかった。

図１０は、従来のユニット建物におけるユニット構造体の天井部と屋根部を示す図であって、天井部１にはＨ形鋼からなる大梁２が配置され、大梁２の下側には、当て材３を介して天井下地材４と天井材５（両者を合わせて天井部材６という）が構成され、大梁２の上に母屋材７と屋根材８が配設されている。

ユニット建物における前記の従来工法によると、天井から屋根までの高さ（Ｈ）は、天井部材６の高さ（ｈ_１）＋大梁２の高さ（Ｄｈ）＋母屋材７高さ（ｈ_２）＋屋根材８の高さ（ｈ_３）の合計高さである。

ユニット構造体の総高さが一定のもとで、床から天井までの室内空間高さを最大に確保するためには、天井から屋根までの高さ（Ｈ）の寸法を短縮する以外ないが、上下に直列配置の前記４つの部材の高さ（Ｄｈ）と、（ｈ_１）〜（ｈ_３）の何れかの高さ寸法を減少させる以外にないが、そうするとユニット構造体の天井から屋根までの各部材の剛性、強度が低下するという別の問題が生じる。結果として、ユニット建物の室内有効高さが、十分確保するのが困難になる。

特開平６−２４８７０７号公報 特開２００２−１５５５７７号公報

トラック搬送上から制約されるユニット構造体の総高さを変えないで、室内空間の高さを高くするには、天井から屋根までの高さを最小に抑え、相対的に天井材の配置位置を上げる以外にない。本発明者は、天井から屋根に至る部位の構造上の強度を低下させないで、天井から屋根までの高さ寸法を最小に抑える新規な手段を見出したもので、本発明は、それに基づいて創案されたものである。

前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。

第１発明は、床、柱、小屋の各フレームによって鉄骨骨組を構築し、前記小屋フレームを構成する大梁によって天井材と母屋材と屋根材を支持させており、前記大梁は、所定の梁背高さ（Ｄｈ）を具備してなる鉄骨ユニット建物において、前記大梁をその梁背高さ（Ｄｈ）の寸法内で上弦材と下弦材とに２分割して構成し、間隔をおいて配置する複数の母屋材を、前記上弦材と下弦材の間に直交方向から挿入して支持させ、かつ、前記下弦材に設けた支持部に天井材を支持させることで、前記天井材と母屋材を、前記大梁の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に配置したことを特徴とする。

また第２発明は、第１発明において、２分割して構成される前記大梁の上弦材と下弦材は、形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼、鋼管等の鋼材にて構成したことを特徴とする。

第３発明では、第１または第２発明において、２分割して構成される大梁の上弦材と下弦材に前記母屋材とを溶接またはボルト接合で結合したことを特徴とする。

第４発明では、第１〜第３発明において、前記下弦材を、溝開口部を内側に向けて配置した溝形鋼で構成し、前記溝開口部に天井材を嵌め込み支持させたことを特徴とする。

第５発明は、第１発明〜第４発明に記載する、大梁の上弦材と下弦材の間で母屋材を支持させることにより、母屋材の上面よりも上方に上弦材が位置する構成において、屋根材の谷部を前記母屋材の上面レベル付近まで落し込んで配置すると共に、屋根材の山部を前記大梁の上部を覆うように配置したことを特徴とする。

本発明によると、大梁における所定の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に母屋材と天井材と屋根材を設けることができ、ユニット構造体の総高さを変えることなく天井の位置を高くでき、トラックによる搬送の都合上、総高さが制限されるユニット建物を、その制限高さ内において室内高さを最大限有効に活用できる。また、ユニット構造体は、大スパンになるほど大梁の強度と剛性の大きなものが構成されるが、下弦材と上弦材の中間に母屋材を配設するので、この母屋材がラチス梁の弦材の役割を果たし、大梁を下弦材と上弦材に２分割してなり、その間に母屋材の支持間隙を形成したにも拘わらず、大梁全体の強度と剛性が向上し、加えて、母屋材のせいを調整することにより、大梁の強度と剛性の調整ができる。

また、大梁の高さの内に天井材を納めることで、天井高さを最大限にすることができる効果がある。さらに、大梁の高さの内に屋根材を納めることで、室内有効高さを最大限確保した上で、建物高さを最小限にすることができる効果がある。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１において、ユニット建物１０は、工場で製作された多数のユニット構造体１１をトラックにて現場に搬送し、施工現場にてこのユニット構造体１１を並列連棟すると共に、上下に積み重ねることにより構成されている。各ユニット構造体１１は、浴室・台所・便所などの各室を構成する機能を具備しており、出入口や窓１２などを有している。

図２（ａ）に示すユニット構造体１１の鉄骨フレーム１３は、同図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す床フレーム１４と柱フレーム１５と小屋フレーム１６をボルト接合にて所定の部位に組立てて構成されている。なお、窓サッシと、出入口サッシと天井パネルと、床材と壁材と屋根材は、図では省略している。

図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）の鉄骨フレーム１３における妻側（矢印イ）の正面図、図（ｃ）、（ｄ）は、図２（ａ）の鉄骨フレーム１３における桁側（矢印ロ）の正面図である。

図２、図３において、床フレーム１４と柱フレーム１５と小屋フレーム１６は、何れも溝形鋼、軽量形鋼、Ｈ形鋼等の各種形鋼で構成される。床フレーム１４では、両側フレームの間に根太２２が所定の間隔で複数配設されている。また、小屋フレーム１６では、両側の鉄骨大梁（以下、大梁という）２０の間に母屋材２１が所定の間隔で複数配設されている。特に、本発明では、大梁２０が上下に２分割されて構成されており、かつ、この上下の大梁２０の間に前記母屋材２１の両端部が挿入支持されている点にある。２分割された大梁２０の上部材を大梁上弦材２０ａ、下部材を大梁下弦材２０ｂという（詳細は図４以下に示す）。

大梁２０を上弦材２０ａと下弦材２０ｂに分割して構成したことに伴い、これに関連する各部の構造が従来と相異するので、以下それを説明する。

図４は、柱脚部分と床フレーム１４とのボルト接合構造および、柱頭部分と小屋フレーム１６のボルト接合構造の縦断面図を示し、図５は、柱脚部分と床フレーム１４とのボルト接合構造の横断平面図を示、図６は、柱頭部分と小屋フレーム１６とのボルト接合構造の横断平面図を示す。

図４〜図６によって説明すると、柱フレーム１５は図にはＨ形鋼の柱部材１５ａが示されているが、角形鋼管など各種形鋼でもよい。この柱フレーム１５は、図では箱形のユニット構造体１１における隅部（コーナ部）に配置されており、柱フレーム１５の上下にそれぞれ床フレーム１４と小屋フレーム１６の隅部を固着するために、柱部材１５ａの下端部と上端部には、それぞれ柱脚部接合プレート２４と、柱頭部接合プレート１５を高張力ボルト２７により固着している。柱脚部接合プレート２４は第１プレート２４ａと第２プレート２４ｂの横断平面が直交する、平面Ｔ字形状である。柱頭部接合プレート２５も第１プレート２５ａと第２プレート２５ｂの横断平面が直交する、平面Ｔ字形状である。何れの柱脚部接合プレート２４と柱頭部接合プレート２５は、いずれもＨ形の柱部材１５ａの下端と上端から所定長突出して設けてある。

図５に示すように、床フレーム１４の直角２辺が交差する隅部において、各辺のフレームは、それぞれ溝形鋼で構成された内側床フレーム１４ａと外側床フレーム１４ｂのウエブを背中合わせに接合してなり、直角一辺に配置の内外側床フレーム１４ａ、１４ｂはＴ字状の柱脚部接合プレート２４の第１プレート２４ａに密着させ両側面を挟み、高張力ボルト２７で固着されている。直角他辺に配置の内外側床フレーム１４ａ、１４ｂはＴ字状の柱脚部接合プレート２４の第２プレート２４ｂに密着させて両側面を挟み、高張力ボルト２７で固着されている。内外側床フレーム１４ａ、１４ｂの組み合わせは、図示のようにリップ付き軽量溝形鋼と形鋼との組み合わせでもよいし、その他各種断面形状の形鋼の組み合わせでもよい。根太２２は内側床フレーム１４ａの上部に載置されて溶接接合などで一体に固着されている。

また図６で示すように、小屋フレーム１６は、矩形フレームの平方な２辺のフレームに、所定の間隔をおいて平行に配置の母屋材２１を直角方向から支持するが、この２辺のフレームを特に大梁２０という。また、この大梁２０と背中合わせに一体にボルト接合されるフレームを大梁外側フレーム２６という。また、平行な大梁２０および大梁外側フレーム２６の両端部の間に架け渡すフレームも内外部材からなりこれを内側小屋フレーム２８ａと外側小屋フレーム２８ｂという。小屋フレーム１６の構成を前記のように定義したうえ、以下説明する。

図６に示す、大梁２０と大梁外側フレーム２６および、内外小屋フレーム２８ａ、２８ｂが直角に交わる小屋フレーム１６の隅部と柱頭部の接合構造において、大梁２０と外側大梁フレーム２６はＴ字状の柱頭部接合プレート２５の第１プレート２５ａの両側面を挟み、高張力ボルト２７で固着されている。

図４に示すように、大梁２０と大梁外側フレーム２６とは、何れも軽量溝形鋼または溝形鋼などの溝部を有する形鋼を背中合わせに配置し、かつ、高張力ボルト２７で一体的に結合して構成されていると共に、上下に分割されていて、内側上弦材２０ａ、内側下弦材２０ｂと、外側上弦材２６ａ、外側下弦材２６ｂの４部材が組み合わされている。大梁外側フレーム２６（つまり、外側上弦材２６ａ、外側下弦材２６ｂ）は、上下に２分割された大梁２０の梁背を高くしないで、かつ、小屋フレームの強度を一層増強するために設けられる。

図６に示すように、大梁２０および大梁外側フレーム２６に対して、直角他辺に配置の内外側小屋フレーム２８ａ、２８ｂはＴ字状の柱頭部接合プレート２５の第２プレート２５ｂに密着されてその両側面を挟み、高張力ボルト２７で固着されている。内外側床フレーム２８ａ、２８ｂの組み合わせは、リップ付き軽量溝形鋼と形鋼との組み合わせでもよいし、その他各種断面形状の形鋼の組み合わせでもよい。

大梁２０は、本発明の主要素をなし、２分割された上弦材２０ａと下弦材２０ｂの間には母屋材挿入間隙３０（図４に示す）が構成されていて、この母屋材挿入間隙３０に溝形鋼からなる母屋材２１の端部が挿入されて支持されている。母屋材２１の端部と大梁２０との固定手段は任意であり、溶接接合でもボルト接合でも何れでもよい。

大梁２０の梁背高さ（Ｄｈ）は上弦材２０ａの高さ（ｈ_４）と母屋材挿入間隙３０の高さ（ｈ_５）と下弦材２０ｂ（ｈ_６）の高さの合計高さであり、梁背高さ（Ｄｈ）は、従来の図１０に示す大梁の高さ（Ｄｈ）と同じ梁背高さに設けられている。したがって、本発明では、母屋材２１は、母屋材挿入間隙３０で支持されることで、前記大梁２０の高さ（Ｄｈ）の範囲内に納められ、従来の大梁の上部に直列的配置で支持される場合の母屋材２１の高さ寸法分が低くでき、その分天井材を高い部位に配置できる。

また、ユニット構造体１１は、大スパンになるほど大梁の強度と剛性が大きなものが使用される。本発明では母屋材２１が、大梁２０の上弦材２０ａと下弦材２０ｂの中間にあるので、この母屋材２１がラチス梁の弦材として機能し、従来の大梁の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内で、大梁２０を２分割することによっても、当該大梁２０の強度が低下しない。さらに、母屋材２１のせいを調整することにより、大梁２０の強度と剛性の調整ができる。

さらに、大梁２０の上弦材２０ａおよび下弦材２０ｂと、大梁外側上弦材２６ａおよび下弦材２６ａとを背中合わせにし高力ボルト２７で接合しているので、大梁２０の梁背高さ（Ｄｈ）を高くすることなく、一層大きな強度を付与することができる。

次に、母屋材２１を大梁２０の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に納めると共に、天井材３１と屋根材３２も大梁２０の高さ（Ｄｈ）の範囲内に納めて支持させる。その手段は任意でよいが、例えば、図７に示す構造とするのがよい。すなわち、大梁２０において、母屋材２１の下側に位置する溝形鋼からなる内側下弦材２０ｂの溝開口部３３を利用し、当該溝開口部３３に天井材３１の端部を差込み支持させる。これにより、大梁２０の高さ（Ｄｈ）の範囲内に天井材３１を納めて支持させることができる。

図７に示すように屋根材３２も大梁２０の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に納めることができる。すなわち、本発明では、大梁２０の上下に分割された内側上弦材２０ａと内側下弦材２０ｂの間で母屋材２１を支持することにより、大梁２０の上端部は母屋材２１の上面よりも高い位置にあり、したがって、図のような折版構造の屋根材３２の谷部３２ａを母屋材２１の上面に配置するとき、その山部３２ｂは、大梁２０の上端部と略同じ高さになるので、図１０に示す従来の屋根材のように山部が、母屋材の上部から高い位置に配置されることがない。

屋根材３２の端部においては、山部３２ｂが大梁２０の上部を覆うように配置されるが、屋根材３２の谷部３２ａが母屋材２１の上面レベル付近まで落し込しまれているので、この端部では、屋根材３２の鋼板の厚みのみの考慮でよく、実質的に、屋根材３２も大梁２０の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に納めて配置されることになる。屋根材３２がフラット鋼板からなる場合も前記と同様に機能し、フラット屋根材を母屋材２１の上面レベルに配置し、その端縁部に形成した盛り上がり部が大梁２０の上部を覆うようにを配置することで前記と同様の機能が奏される。

前記のように、大梁２０の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に屋根材３２を納めることで、室内有効高さを最大限確保した上で、建物高さを最小限にすることができる効果がある。

図８（ａ）〜（ｄ）と図９（ａ）〜（ｆ）は、大梁２０を構成する上弦材２０ａと下弦材２０ｂおよび、母屋材２１との組み合わせ変形例を示す図である。図８（ａ）、（ｂ）は、角鋼管からなる上弦材２０ａと溝形鋼からなる下弦材２０ｂとを組み合わせ、母屋材２１は角鋼管で構成した例を示す。図８（ｃ）、（ｄ）は、角鋼管からなる上弦材２０ａとリップ溝形鋼からなる下弦材２０ｂと、同じくリップ溝形鋼からなる母屋材２１を組み合わせた例を示す。また、長手方向に所定間隔おいて上弦材２０ａと下弦材２０ｂの間に腹材プレート３４を溶接接合して上下両弦材を補強している。

図９（ａ）、（ｂ）は、角鋼管からなる上弦材２０ａとリップ溝形鋼を背中合わせに接合してなる下弦材２０ｂと、同じくリップ溝形鋼を背中合わせに接合してなる母屋材２１を組み合わせた例を示す。図９（ｃ）、（ｄ）は、リップ溝形鋼を背中合わせに接合してなる上弦材２０ａとリップ溝形鋼を背中合わせに接合してなる下弦材２０ｂと、角鋼管から母屋材２１を組み合わせた例を示す。図９（ｅ）、（ｆ）は、溝形鋼からなる上弦材２０ａと同じく溝形鋼からなるる下弦材２０ｂと、リップ溝形鋼からなる母屋材２１を組み合わせた例を示す。また、長手方向に所定間隔おいて上弦材２０ａと下弦材２０ｂの間に腹材プレート３４を溶接接合して上下両弦材を補強している。

本発明に係る実施形態の作用効果は、次のとおりである。

（１）ユニット建物の高さを有効に活用するためには、天井と屋根のデッドスペースを小さくすることである。この観点から、実施形態では、ユニット構造体における大梁を上下に分割し、鉄骨ユニット建物の高さを最低限に抑え、かつ、室内空間を最大限に確保するために、大梁２０の上弦材２０ａと下弦材２０ｂの間に大梁２０と直交する母屋（屋根の支持材）２１を挿入している。そして、上弦材２０ａと下弦材２０ｂと母屋材２１をボルトまたは溶接で強固に接合することで、上弦材２０ａと下弦材２０ｂからなる大梁２０と屋根材２１と一体化でき、大きな鉛直方向の断面２次剛性を確保している。

（２）屋根材（折版）３２の山部３２ｂを大梁２０の上部を覆うように配置し、谷部３２ａを母屋材２１の上面レベル付近まで落し込んだことで、大梁２０の梁背（Ｄｈ）の範囲に設置している。

（３）大梁２０の下弦材２０ｂとして溝形鋼を用い、天井材３１を溝形鋼の溝開口部３３に嵌め込むことで、天井材３１を大梁２０の梁背の範囲に設置している。

（４）前記（１）＋（２）＋（３）の相乗効果で、大梁２０の梁背の範囲内に、屋根材３２と母屋材２１と大梁２０と天井材３１の４部材を全て設置することができる。具体的には、従来技術に比べて、［１］屋根材３２のせいと、［２］母屋材２１のせいと、［３］天井材３１の厚さを削減できる。（概算として、［１］１００ｍｍ＋［２］１００ｍｍ＋［３］２５ｍｍ＝２２５ｍｍの削減となる）このため、本発明では、同じ外部高さのユニット建物の場合、従来構造に比べ、室内空間の有効高さを最大限に確保することができる。

なお、本発明は、実施形態を適宜設計変更して実施しても構わない。

本発明に係るユニット建物の概略全体図である。 （ａ）はユニット構造体の鉄骨フレームの斜視図、（ｂ）はユニット構造体の単位ユニット要素である床フレームの斜視図、（ｃ）、（ｃ−１）は同じく、ユニット構造体の単位ユニット要素である柱フレームの斜視図、（ｄ）は同じく、ユニット構造体の単位ユニット要素である小屋フレームの斜視図である。 （ａ）は、図２（ａ）の鉄骨フレームの妻側（矢印イ側）の正面図、（ｂ）は、図１（ａ）の鉄骨フレームの桁側（矢印ロ側）の正面図である。 柱脚部分と床フレームとのボルト接合構造および、柱頭部分と小屋フレームのボルト接合構造の縦断面図である。 柱脚部分と床フレームとのボルト接合構造の横断平面図である。 柱頭部分と小屋フレームとのボルト接合構造の横断平面図である。 （ａ）、（ｂ）は、小屋フレームと屋根材との納まり、および天井材の支持構造を示す断面図と、大梁の梁背を示す正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、大梁の上弦材と下弦材および、母屋材の組み合わせ変形例の第１例と第２例を示す正面図と側面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、大梁の上弦材と下弦材および、母屋材の組み合わせ変形例の第３例〜第５例を示す正面図と側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来のユニット建物におけるユニット構造体の天井部から屋根部に至る部位の正面図と側面図である。

符号の説明

１ 天井部
２ 大梁
３ 当て材
４ 天井材下地材
５ 天井材
６ 天井材部材
７ 母屋材
８ 屋根材
１０ ユニット建物
１１ ユニット構造体
１２ 窓
１３ 鉄骨フレーム
１４ 床フレーム
１４ａ 内側床フレーム
１４ｂ 外側床フレーム
１５ 柱フレーム
１５ａ 柱部材
１６ 小屋フレーム
２０ 大梁
２０ａ 上弦材
２０ｂ 下弦材
２１ 母屋材
２２ 根太
２３ 外側小屋フレーム
２４ 柱脚部接合プレート
２４ａ 第１プレート
２４ｂ 第２プレート
２５ 柱頭部接合プレート
２６ 大梁外側フレーム
２６ａ 外側上弦材
２６ｂ 外側下弦材
２７ 高張力ボルト
２８ａ 内側小屋フレーム
２９ 外側小屋フレーム
３０ 母屋材挿入間隙
３１ 天井材
３２ 屋根材
３２ａ 谷部
３２ｂ 山部
３３ 溝開口部
３４ 腹材プレート

Claims (5)

1. 床、柱、小屋の各フレームによって鉄骨骨組を構築し、前記小屋フレームを構成する大梁によって天井材と母屋材と屋根材を支持させてなり、前記大梁は、所定の梁背高さ（Ｄｈ）を具備してなる鉄骨ユニット建物において、前記大梁をその梁背高さ（Ｄｈ）の寸法内で上弦材と下弦材とに２分割して構成し、間隔をおいて配置する複数の母屋材を、前記上弦材と下弦材の間に直交方向から挿入して支持させ、かつ、前記下弦材に設けた支持部に天井材を支持させることで、前記天井材と母屋材を、前記大梁の梁背高さ（Ｄｈ）の範囲内に配置したことを特徴とする鉄骨ユニット建物。
2. ２分割して構成される前記大梁の上弦材と下弦材は、形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼、鋼管等の鋼材にて構成したことを特徴とする請求項１記載の鉄骨ユニット建物。
3. ２分割して構成される大梁の上弦材と下弦材に前記母屋材とを溶接またはボルト接合で結合したことを特徴とする請求項１または２記載の鉄骨ユニット建物。
4. 前記下弦材を、溝開口部を内側に向けて配置した溝形鋼で構成し、前記溝開口部に天井材を嵌め込み支持させたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の鉄骨ユニット建物。
5. 大梁の上弦材と下弦材の間で母屋材を支持させることにより、母屋材の上面よりも上方に上弦材が位置する構成において、屋根材の谷部を前記母屋材の上面レベル付近まで落し込んで配置すると共に、屋根材の山部を前記大梁の上部を覆うように配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の鉄骨ユニット建物。

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