JP4830354B2 - 金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として鋼材を使用して構成される金属製ボックス形地下室に適用される技術で、詳しくは、所定のピッチ間隔に配置された芯材鉄骨を軸組とし、この軸組用芯材鉄骨の外面側に金属板が固定されてなる左右一対の壁構造体、天井構造体及び床構造体により短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造に組立可能なボックス形の金属製地下ユニットを工場製作し、この地下ユニットの任意複数個を建設現場に搬入して地下に列状に埋設するとともに、隣接する地下ユニット同士を相互に接合連結することにより、所定容積のボックス形地下室に施工される金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造に関するものである。

上記のような構成からなる金属製ボックス形地下室は、工場製作により高精度、高品質に量産可能な金属製地下ユニットの複数個を建設現場に搬入して地下に埋設施工するだけでよく、建設現場で煩雑かつ多工程の建て方工事を伴う全現場施工方式のコンクリート造りあるいは鉄骨造りの地下室に比べて、工期の大幅な短縮及び工費の節減が図れるだけでなく、都市部で多くみられる狭小地にも地下室を能率よく施工することが可能であり、また、地下ユニット自体が短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造という複合構造を有し、土圧や地下水圧に対して非常に頑丈であることから、居室空間の拡大手段として頗る有効である。

ところで、この種の金属製ボックス形地下室において、地下に列状に埋設される複数個の地下ユニットのうち隣接する地下ユニット同士の接合部構造として、従来では、図７に示すように、隣接する地下ユニット２０，２０における壁、天井、床各構造体２１，２１の長辺方向端部の軸組用芯材鉄骨（図面上では、みぞ形鋼で示す）２２，２２のウェブ部分２２ａ，２２ａ間に水膨張性等のゴム弾性材料製シール材２３を介在させるとともに、このゴム弾性材料製シール材２３を挟んでその内外方向両側のウェブ部分２２ａ，２２ａ間に前記シール材２３の自由状態での肉厚よりも薄くて該シール材２３の締付代を制限するフラットバー等の剛性板２６を介在させ、この状態で、前記シール材２３及びその両側に位置する軸組用芯材鉄骨２２，２２のウェブ部分２２ａ，２２ａに挿通されたボルト２４とこのボルト２４に螺合されたナット２５とを前記シール材２３が剛性板２６による締付け制限厚みまで弾性圧縮変形されるように締め付けることによって、前記シール材２３の表裏両面を前記ウェブ部分２２ａ，２２ａの対向面に弾性的に密着させて隣接する地下ユニット２０，２０同士を水密シール状態に接合連結する構造が採用されていた（例えば、特許文献１参照）。

特公平７−１０７２７２号公報（３頁、図４、図７）

上記のような従来の地下ユニット接合部構造の場合は、ゴム弾性材料製シール材２３の過剰締付けによるシール材自身の性能劣化を抑えて適正な締付け状態を現出し、施工直後における水密シール性能は良好に保持することが可能である。しかしながら、地下ユニット同士の接合が非剛接合であるために、複合構造を有する地下ユニット自体は上述のとおり土圧や地下水圧に対して非常に頑丈であるものの、接合部の接合強度は小さく、その接合強度の小さい接合部に土圧や地下水圧あるいは地震発生時の外力が集中作用して局所的な変形を招きやすく、地下室全体として十分な耐圧強度を確保することができない。また、接合部の局部的な変形に伴いシール材２３自体が変形されたり、損傷されたりして所定のシール性能も短期間のうちに著しく低下するという問題があった。

さらに、初期の接合連結時にボルト２４とナット２５を剛性板２６による制限締付け代以上に強く締付けたり、あるいは、シール性の補強のために定期的にボルト２４とナット２５をいままで以上に締付ける、いわゆる、増締めしたりした場合、軸組用芯材鉄骨２２，２２のウェブ部分２２ａ，２２ａが図７の仮想線に示すように、その内外力向の両端部分が互いに離反する方向に曲がり変形する可能性があり、これによって、接合強度が一層低下して耐圧強度及びシール性能が一段と低下するという問題もあった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、地下ユニット同士の接合を剛接合として地下室全体の耐圧強度を十分に大きく確保することができるとともに、その接合部のシール性能を接合直後から長期間に亘り確実良好に維持することができる金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造は、所定のピッチ間隔に配置された芯材鉄骨を軸組とし、この軸組用芯材鉄骨の外面側に金属板が固定されてなる左右一対の壁構造体、天井構造体及び床構造体により短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造に組立可能なボックス形の金属製地下ユニットを工場製作し、この地下ユニットの任意複数個を建設現場に搬入して地下に列状に埋設するとともに、隣接する地下ユニット同士を相互に接合連結することにより、所定容積のボックス形地下室に施工される金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造であって、前記隣接する地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分間には剛性金属板が介在され、この剛性金属板及びその両側に位置する軸組用芯材鉄骨の対向面部分に挿通される高張力ボルト及びナットの締め付けにより隣接する地下ユニット同士が接合されているとともに、前記剛性金属板より少なくとも外方寄り位置の前記軸組用芯材鉄骨の対向面部分間には前記剛性金属板と同一厚さの剛性板が介在され、この剛性板の内端面と前記剛性金属板の外端面及び前記軸組用芯材鉄骨の対向面部分で囲まれた空間部には、自由状態では前記剛性金属板の厚みよりも大きい厚みを有し、前記剛性金属板の外端面と前記剛性板の内端面との間の対向距離よりも幅の小さいゴム弾性材料製の水膨張性シール材が挟み込み保持され、かつ、このゴム弾性材料製の水膨張性シール材の外面と前記剛性板の内端面との間にコーキング剤が詰め込まれており、前記高張力ボルト及びナットの締め付けに伴い前記ゴム弾性材料製の水膨張性シール材を弾性圧縮変形させて該シール材の内外方向への広がりにより、前記コーキング剤の一部を前記空間部から排除させて前記シール材を隣接する地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分に弾性密着させて隣接する地下ユニットの接合部を水密シール化するとともに、前記シール材が水膨張により所定の水密シール機能を発揮するまでの間において前記空間部に残存しているコーキング剤が水密シール性能を発揮するように構成していることを特徴としている。

上記のごとき特徴構成を有する本発明によれば、隣接するボックス形の金属製地下ユニット同士が、それら地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分間に介在された剛性金属板及びその両側に位置する軸組用芯材鉄骨の対向面部分に挿通される高張力ボルト及びナットの締め付けにより接合されているので、その接合部は剛接合となり、ラーメン構造及び耐震壁構造の複合構造からなる各地下ユニット自体の強度と同等またはほぼ同等な接合強度を持つ接合部が得られる。したがって、地下室全体として、土圧、地下水圧及び地震発生時の外力に対して十分に大きい耐応強度を確保することができる。また、接合部の接合強度が大きくて接合部の変形に伴うシール材の変形や損傷を防止できるとともに、剛接合箇所より少なくとも外方寄り位置の軸組用芯材鉄骨の対向面部分間に剛性金属板と同一厚さの剛性板を介在させてゴム弾性材料製シール材の食み出しを防止できるので、接合部における水密シール性能を確実に発揮させ、かつ、その優れたシール性能を長期に亘って良好に維持することができる。しかも、前記空間部に保持されるシール材の外面と剛性板との間にコーキング剤が詰め込まれているので、前記シール材が水膨張により所定の水密シール性能を発揮するまでの間においてはコーキング剤が水密シール性能を発揮することになり、したがって、隣接する地下ユニット同士の剛体接合直後から接合部の水密シール効果を確実に補償することができるといった効果を奏する。

上記のような本発明に係る金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造において、前記剛性金属板及び剛性板を、請求項２に記載のように、隣接する地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分の一方に、例えば溶接等によって予め固定保持させておくことにより、建設現場での接合作業時の手数を少なくして、耐圧強度、水密シール性能に優れた金属製ボックス形地下室の施工工期を一層短縮化することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る金属製ボックス形地下室の構築施工状態の概要を示す概略斜視図、図２は同地下室の完工状態を示す概略側面図、図３は同地下室の完工状態を示す概略正面図、図４は２のＸ−Ｘ線に沿った概略縦断正面図である。

この金属製ボックス形地下室は、工場において寸法や形状などを標準化して同一仕様、同一構造に組立製作されて短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造に構成されたボックス形の金属製地下ユニット１の任意複数個をトラック等によって建設現場に搬入した上、土留め壁１０で囲まれた掘削穴１１内で各地下ユニット１がそれらの長辺方向に連続する状態で前記掘削穴１１底部に形成されたコンクリート基礎２上に直列状に据付け並置して各地下ユニット１をコンクリート基礎２に固定するとともに、隣接する地下ユニット１，１同士は後述するような接合構造をもって相互に接合連結し、かつ、複数個の地下ユニット１の長辺方向両端にはそれぞれ妻壁３，３を固定し、さらに、土留め壁１０と各地下ユニット１及び妻壁３，３との間に掘削土砂等を埋め戻すことによって所望容積を持つ地下室ＢＲに構築（完工）されている。

上記各ボックス形地下ユニット１は、図２乃至図４に示すように、所定のピッチ間隔Ｐに配置された芯材鉄骨（みぞ形鋼で図示するが、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、山形鋼等であってもよい）４…を軸組として、その外側に鋼板等の金属製外板５が固定されてなる左右一対の壁構造体６と一つの天井構造体７と一つの床構造体８とからなり、これら構造体６，７，８を工場生産の段階で組立てることにより、既述のとおり、短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造に構成されている。

なお、直列状に並置される複数個の地下ユニット１のうち、長辺方向一端部の地下ユニット１における天井構造体７には、上部建物（図示省略）との間で昇降するための階段設置用の開口７Ａ（図１参照）が形成されている。また、前記妻壁３も前記地下ユニット１における壁構造体６と同様に、所定ピッチ間隔Ｐに配置された芯材鉄骨４’…を軸組とし、その外側に鋼板等の金属製外板５’が固定されてなる。

上記のようにして地下室ＢＲを構築する複数個のボックス形地下ユニット１の長辺方向で隣接における地下ユニット１，１同士の接合構造は次のように構成されている。
すなわち、図５に明示するように、隣接地下ユニット１，１おける壁構造体６、天井構造体７及び床構造体８端部に配置された軸組用芯材鉄骨（みぞ形鋼）４，４の互いに対向ウェブ部分４ａ，４ａのうち一方のウェブ部分４ａの幅方向中央位置にはボルト挿通孔１２ｂを有する鋼製フラットバー等の剛性金属板１２が工場製作の段階で予め溶接固定されているとともに、この剛性金属板１２よりも外方寄り位置には該剛性金属板１２と同一厚みでかつそれよりも狭幅の剛性板１３が予め溶接固定されている。

そして、建設現場でコンクリート基礎２上の所定位置に据付け並置され、かつ、コンクリート基礎２に固定された状態で隣接する地下ユニット１，１における各構造体６，７，８端部の軸組用芯材鉄骨４，４の互いに対向ウェブ部分４ａ，４ａ間に介在される剛性金属板１２のボルト挿通孔１２ｂ及び両ウェブ部分４ａ，４ａに高張力ボルト１５を挿通させるとともに、前記剛性金属板１２の外端面１２ａと幅狭の剛性板１３の内端面１３ａ及び両軸組用芯材鉄骨４，４のウェブ部分４ａ，４ａで囲まれた空間部に、自由状態では前記剛性金属板１２の厚みよりも大きい厚みを有し、前記剛性金属板１２の外端面１２ａと幅狭の剛性板１３の内端面１３ａ間の対向距離よりも少し幅の小さいゴム弾性材料製の水膨張性シール材１４を挟み込み保持させ、かつ、このゴム弾性材料製のシール材１４の外面と前記幅狭の剛性板１３の内端面１３ａとの間にコーキング剤１７を詰め込む。

この状態で、前記高張力ボルト１５及び該ボルト１５の螺軸部に螺合されたナット１６を締め付けることによって、図６に示すように、隣接する地下ユニット１，１同士を剛体接合するとともに、前記ボルト１５及びナット１６の締め付けに伴い前記シール材１４を弾性圧縮変形させ、この弾性圧縮変形によるシール材１４の内外方向への広がりによりコーキング剤１７の一部を前記空間部から排除させて前記シール材１４の内外両面を両芯材鉄骨４，４のウェブ部分４ａ，４ａに弾性密着させることにより、接合部が水密シール化される。ここで、前記シール材１４が水膨張により所定の水密シール性能を発揮するまでには凡そ４８時間程度の時間が必要であり、その間はシール材１４の外面と前記幅狭の剛性板１３の内端面１３ａとの間に詰め込まれて残存しているコーキング剤１７が水密シール性能を発揮する。したがって、隣接する地下ユニット１，１同士の剛体接合直後から接合部の水密シール効果が補償されることになる。

上記したように、隣接するボックス形金属製地下ユニット１，１同士を、それら地下ユニット１，１における各構造体６，７，８端部の軸組用芯材鉄骨４，４の対向ウェブ部分４ａ，４ａ間に介在された剛性金属板１２及びその両側に位置するウェブ部分４ａ，４ａに挿通される高張力ボルト１５及びナット１６の締め付けにより接合することにより、その接合部が剛接合となり、その接合部の強度を各地下ユニット１，１自体の強度と同等またはほぼ同等にして接合部を含めた全長に亘り短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造という複合構造体に構築することが可能であり、これによって、地下室全体として、土圧、地下水圧及び地震発生時の外力に対して十分に大きい対応強度を持つ頑強なものとすることができる。

また、接合部の接合強度が大きくなるために接合部の変形に伴うシール材１４の変形や損傷が防止されるとともに、剛接合箇所より外方寄り位置の軸組用芯材鉄骨４，４の対向ウェブ部分４ａ，４ａ間に剛性金属板１２と同一厚さの剛性板１３を介在させてゴム弾性材料製シール材１４の食み出しも防止されるので、接合部における水密シール性能を確実に発揮させ、かつ、その優れたシール性能を長期に亘って良好に維持することができる。

なお、上記実施の形態では、剛性金属板１２よりも外方寄り位置に該剛性金属板１２と同一厚みでかつそれよりも狭幅の剛性板１３を予め溶接固定して、剛接合部の外方位置にのみコーキング剤１７及びシール材１４を配置したもので示したが、剛接合部の内外両方位置にコーキング剤及びシール材を配置してもよく、この場合は、水密シール効果を一層高めることができる。

また、図示は省略するが、上記接合部を含めボックス形地下ユニット１の外側に、その外周全域を取り囲む状態でコンクリート壁を形成し、このコンクリート壁を地下ユニット１と一体複合構造としてもよい。この場合は、工場製作段階で地下ユニット１の金属製外板５の外面に高価な塗料を用いて防錆・防食塗装を施す工程を省略することができるとともに、金属製ボックス形地下ユニット１とコンクリート壁とによるＳＣ造りの一体複合構造として地下室全体の構造強度を更に増大することができる。

本発明に係る金属製ボックス型地下室の構築施工状態の概要を示す概略斜視図である。 同上地下室の完工状態を示す概略側面図である。 同上地下室の完工状態を示す概略正面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿った概略縦断正面図である。 同上地下室を構成する地下ユニット同士の接合部構造で、接合直前の状態を示す要部の拡大断面図である。 同上接合部構造で、接合完了状態を示す要部の拡大断面図である。 従来の金属製ボックス形地下室の地下ユニット同士の接合部構造を示す要部の断面図である。

１ 地下ユニット
２ コンクリート製基礎
４ 芯材鉄骨
４ａ ウェブ部分
５ 金属製外板
６ 壁構造体
７ 天井構造体
８ 床構造体
１２ 剛性金属板
１２ａ 剛性金属板の外端面
１３ 幅狭剛性板
１３ａ 幅狭剛性板の内端面
１４ ゴム弾性材料製シール材
１５ 高張力ボルト
１６ ナット
１７ コーキング剤
ＢＲ 地下室

Claims (2)

1. 所定のピッチ間隔に配置された芯材鉄骨を軸組とし、この軸組用芯材鉄骨の外面側に金属板が固定されてなる左右一対の壁構造体、天井構造体及び床構造体により短辺方向に□型ラーメン構造で、かつ、長辺方向に耐震壁構造に組立可能なボックス形の金属製地下ユニットを工場製作し、この地下ユニットの任意複数個を建設現場に搬入して地下に列状に埋設するとともに、隣接する地下ユニット同士を相互に接合連結することにより、所定容積のボックス形地下室に施工される金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造であって、
   前記隣接する地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分間には剛性金属板が介在され、この剛性金属板及びその両側に位置する軸組用芯材鉄骨の対向面部分に挿通される高張力ボルト及びナットの締め付けにより隣接する地下ユニット同士が接合されているとともに、前記剛性金属板より少なくとも外方寄り位置の前記軸組用芯材鉄骨の対向面部分間には前記剛性金属板と同一厚さの剛性板が介在され、この剛性板の内端面と前記剛性金属板の外端面及び前記軸組用芯材鉄骨の対向面部分で囲まれた空間部には、自由状態では前記剛性金属板の厚みよりも大きい厚みを有し、前記剛性金属板の外端面と前記剛性板の内端面との間の対向距離よりも幅の小さいゴム弾性材料製の水膨張性シール材が挟み込み保持され、かつ、このゴム弾性材料製の水膨張性シール材の外面と前記剛性板の内端面との間にコーキング剤が詰め込まれており、前記高張力ボルト及びナットの締め付けに伴い前記ゴム弾性材料製の水膨張性シール材を弾性圧縮変形させて該シール材の内外方向への広がりにより、前記コーキング剤の一部を前記空間部から排除させて前記シール材を隣接する地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分に弾性密着させて隣接する地下ユニットの接合部を水密シール化するとともに、前記シール材が水膨張により所定の水密シール機能を発揮するまでの間において前記空間部に残存しているコーキング剤が水密シール性能を発揮するように構成していることを特徴とする金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造。
2. 前記剛性金属板及び剛性板が、隣接する地下ユニットにおける各構造体端部の軸組用芯材鉄骨の対向面部分の一方に予め固定保持されている請求項１に記載の金属製ボックス形地下室の地下ユニット接合部構造。

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