JP5421938B2 - 建物の開口部構造 - Google Patents

Description

本発明は、枠組壁工法で構築された建物の開口部構造に関する。

例えば、特許文献１には、枠組壁工法で構築された建物において、建物の壁に開口部を設けた発明が記載されている。この開口部の両側には、枠組と構造用面材が釘等の固定部材で接合された耐力壁が構築されている。

特許第２９３９７８１号公報

従来の壁において、開口部が形成された部分には構造用面材を接合することができないため、その壁の耐力が減少する。例えば、壁に比較的大きな開口部を設けた場合、この開口部が形成された部分とこの開口部に隣接する耐力壁とは連続した壁とはみなされない。したがって、建物に必要な耐力を確保するためには、開口部の大きさを制限せざるを得ず、設計の自由度を妨げるという問題があった。

本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、開口部を設けたことによる耐力不足を補うことができる建物の開口部構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、下枠とこの下枠に立設する複数の縦枠とこの縦枠の上端に横設された上枠とを有する枠組と、前記枠組の内部に設置された金属製の鉄骨フレームと、前記枠組と前記鉄骨フレームとを連結する複数の中間枠部材と、を有し、枠組壁工法で構築された建物の開口部構造であって、前記鉄骨フレームは、枠状を呈し内側に開口部を形成するフランジと、このフランジの外面の幅方向略中央に垂設されたウェブとを有し、前記中間枠部材は、前記フランジの外面に配設されており、前記鉄骨フレームと前記中間枠部材とが接合されているとともに、前記中間枠部材と前記枠組とが接合されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、枠状に形成されたフランジとこのフランジの外面に垂設されたウェブとを備えた鉄骨フレームを枠組の内部に設置し、中間枠部材を介して枠組と鉄骨フレームとを接合することにより、開口部構造の耐力を高めることができる。これにより、例えば、この開口部構造と耐力壁とが隣接する場合、開口部構造と耐力壁とを力学的に連続させることができるため、開口部を設けたことによる耐力不足を補うことができる。また、中間枠部材を備えることで、形状が複雑な鉄骨フレームを枠組に容易に設置することができる。

また、前記中間枠部材は、前記ウェブを挟むように一対設けられており、前記鉄骨フレームと一対の前記中間枠部材とがそれぞれ接合されていることが好ましい。

かかる構成によれば、ウェブを中間枠部材で挟むように配置することで、鉄骨フレームを枠組にバランスよく設置することができる。

本発明に係る建物の開口部構造によれば、開口部を設けたことによる耐力不足を補うことができる。

本実施形態に係る開口部構造を示す斜視図（一部破断）である。 本実施形態に係る開口部構造を示す正面図である。 鉄骨フレームを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はI-I断面図、（ｃ）はII-II断面図である。 中間枠部材の配置を示した分解斜視図である。 （ａ）は図１のIII-III断面図、（ｂ）は図１のIV-IV断面図である。 鉄骨フレームの変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る開口部構造１は、枠組壁工法で構築される木造住宅の壁組Ｇに形成されている。壁組Ｇは、本実施形態では、木造住宅の外壁として利用される場合を例示する。なお、説明における上下左右前後については、図１の矢印にしたがう。

開口部構造１は、図１及び図２に示すように、枠組２と、枠組２の内部に設置された鉄骨フレーム３と、枠組２と鉄骨フレーム３とを連結する複数の中間枠部材４とで主に構成されている。開口部構造１の左右方向両側には、開口部構造１と枠組２を兼用して構築された、耐力壁Ｔ１、耐力壁Ｔ２が形成されている。耐力壁Ｔ１，Ｔ２の前面及び後面には、構造用面材Ｊがそれぞれ接合されている。開口部構造１の開口部Ｈは、前後方向に連通しており、この開口部Ｈを例えば、窓として利用することができる。

枠組２は、下枠１１と、下枠１１に立設された複数の縦枠１２と、縦枠１２の上端に横設された上枠１３とで構成されている。下枠１１は、枠組２の下部を構成する木材であって、左右方向に亘って延設されている。下枠１１は、床Ｆに釘等の固定部材（図示省略）で接合されている。

縦枠１２は、下枠１１に立設される木材であって、上下方向に延設されている。縦枠１２は、本実施形態では、下枠１１の長手方向に間隔をあけて４本設けられている。縦枠１２には、左から順に１２ａ〜１２ｄと符号を付している。

上枠１３は、枠組２の上部を構成する木材であって、下枠１１と平行に延設されている。上枠１３は、各縦枠１２の上端に横設されている。下枠１１、縦枠１２及び上枠１３は、同等の幅で形成されている。

鉄骨フレーム３は、図１及び図３に示すように、ＣＴ形鋼で形成された枠状部材である。鉄骨フレーム３の内側が開口部Ｈとなる。鉄骨フレーム３は、下フレーム部２１と、上フレーム部２２と、左フレーム部２３と右フレーム部２４とで構成されている。

下フレーム部２１は、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、鉄骨フレーム３の下部を構成する部位である。下フレーム部２１は、下フランジ部２５ａと、下フランジ部２５ａの外面２５ａ_１の幅方向中央から下側（外側）に向けて垂設された下ウェブ部２６ａとを有する。下ウェブ部２６ａは、下フランジ部２５ａの全長に亘って形成されている。

上フレーム部２２は、図３の（ａ）に示すように、鉄骨フレーム３の上部を構成する部位である。上フレーム部２２は、上フランジ部２５ｂと、上フランジ部２５ｂの外面２５ｂ_１の幅方向中央から上側（外側）に向けて垂設された上ウェブ部２６ｂとを有する。上ウェブ部２６ｂは、上フランジ部２５ｂの全長に亘って形成されている。上フランジ部２５ｂは、下フランジ部２５ａと対向して、平行に配置されている。

左フレーム部２３は、図３の（ａ）に示すように、鉄骨フレーム３の左側を構成する部位である。左フレーム部２３は、左フランジ部２５ｃと、左フランジ部２５ｃの外面２５ｃ_１の幅方向中央から左側（外側）に向けて垂設された左ウェブ部２６ｃとを有する。左ウェブ部２６ｃの上下方向の両端は、左フランジ部２５ｃの上下方向の両端よりも上下方向に張り出している。より詳しくは、左ウェブ部２６ｃの下端は、下ウェブ部２６ａの高さ分下方に張り出しており、左ウェブ部２６ｃの上端は、上ウェブ部２６ｂの高さ分上方に張り出している。

右フレーム部２４は、図３の（ａ）及び（ｃ）に示すように、鉄骨フレーム３の右側を構成する部位である。右フレーム部２４は、右フランジ部２５ｄと、右フランジ部２５ｄの外面２５ｄ_１の幅方向中央から右側（外側）に向けて垂設された右ウェブ部２６ｄとを有する。右ウェブ部２６ｄの上下方向の両端は、右フランジ部２５ｄの上下方向の両端よりも上下方向に張り出している。より詳しくは、右ウェブ部２６ｄの下端は、下ウェブ部２６ａの高さ分下方に張り出しており、右ウェブ部２６ｄの上端は、上ウェブ部２６ｂの高さ分上方に張り出している。右フランジ部２５ｄは、左フランジ部２５ｃと対向して、平行に配置されている。

鉄骨フレーム３は、本実施形態では４本のＣＴ鋼を溶接により接合して構築されている。つまり、鉄骨フレーム３は、それぞれ単体のＣＴ形鋼からなる下フレーム部２１、上フレーム部２２、左フレーム部２３、右フレーム２４部を、各フランジ部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが背中合わせになるように突き合わせ、各フランジ部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの突き合わされた部分と、各ウェブ部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの突き合わされた部分を溶接して一体形成されている。

ここで、各フランジ部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄで構成された部位を以下単に「フランジ２５」とも言う。また、各ウェブ部２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄで構成された部位を以下単に「ウェブ２６」とも言う。

フランジ２５は、正面視して長方形を呈する枠状に形成されている。フランジ２５の幅は、本実施形態では枠組２を構成する各枠材の幅と同等になっているが、これに限定されるものではない。フランジ２５の幅は、枠組２を構成する各枠材の幅よりも大きくてもよいし、枠組２を構成する各枠材の幅以下であってもよい。フランジ２５の幅は、枠組２との収まりを考慮すると、枠組２を構成する各枠材の幅以下であることが好ましい。ウェブ２６は、フランジ２５の全周に亘って垂設されるとともに、正面視して長方形を呈する枠状に形成されている。ウェブ２６の高さは特に制限されないが、本実施形態では、フランジ２５の幅よりも若干長くなっている。

中間枠部材４は、図２及び図４に示すように、枠組２と鉄骨フレーム３とを連結する複数の木製の部材である。中間枠部材４は、鉄骨フレーム３のウェブ２６を挟むように一対ずつ配置されている。

中間枠部材４は、図４に示すように、下フレーム部２１に配置される下側中間枠部材４１ａ，４１ｂと、上フレーム部２２に配置される上側中間枠部材４２ａ，４２ｂと、左フレーム部２３に配置される左側中間枠部材４３ａ，４３ｂと、右フレーム部２４に配置される右側中間枠部材４４ａ，４４ｂと、を有する。

下側中間枠部材４１ａ及び下側中間枠部材４１ｂは、図４に示すように、同等の形状からなり、下フレーム部２１の下ウェブ部２６ａと同等の長さになっている。下側中間枠部材４１ａは、下ウェブ部２６ａの前側に配置され、下側中間枠部材４１ｂは、下ウェブ部２６ａの後側に配置される。

上側中間枠部材４２ａ及び上側中間枠部材４２ｂは、図４に示すように、同等の形状からなり、上フレーム部２２の上ウェブ部２６ｂと同等の長さになっている。上側中間枠部材４２ａは、上ウェブ部２６ｂの前側に配置され、上側中間枠部材４２ｂは、上ウェブ部２６ｂの後側に配置される。

左側中間枠部材４３ａ及び左側中間枠部材４３ｂは、図４に示すように、同等の形状からなり、左フレーム部２３の左ウェブ部２６ｃと同等の長さになっている。左側中間枠部材４３ａは、左ウェブ部２６ｃの前側に配置され、左側中間枠部材４３ｂは、左ウェブ部２６ｃの後側に配置されている。

右側中間枠部材４４ａ及び右側中間枠部材４４ｂは、図４に示すように、同等の形状からなり、右フレーム部２４の右ウェブ部２６ｄと同等の長さになっている。右側中間枠部材４４ａは、右ウェブ部２６ｄに対して前側に配置され、右側中間枠部材４４ｂは、右ウェブ部２６ｄに対して後側に配置されている。

図５の（ａ）に示すように、下側中間枠部材４１ａ及び下側中間枠部材４１ｂは、下フランジ部２５ａとスクリューボルト等の締結部材Ｓでそれぞれ接合されている。また、下側中間枠部材４１ａ及び下側中間枠部材４１ｂは、下枠１１と釘等の固定部材（図示省略）でそれぞれ接合されている。下側中間枠部材４１ａ、下側中間枠部材４１ｂ及び下ウェブ部２６ａの各厚みの和は、下フランジ部２５ａの幅よりも小さくなっている。

図５の（ａ）に示すように、上側中間枠部材４２ａ及び上側中間枠部材４２ｂは、上フランジ部２５ｂとスクリューボルト等の締結部材Ｓでそれぞれ接合されている。また、上側中間枠部材４２ａ及び上側中間枠部材４２ｂは、上枠１３と釘等の固定部材（図示省略）でそれぞれ接合されている。上側中間枠部材４２ａ、上側中間枠部材４２ｂ及び上ウェブ部２６ｂの各厚みの和は、上フランジ部２５ｂの幅よりも小さくなっている。

図５の（ｂ）に示すように、左側中間枠部材４３ａ及び左側中間枠部材４３ｂは、左フランジ部２５ｃとスクリューボルト等の締結部材Ｓでそれぞれ接合されている。左側中間枠部材４３ａ、左側中間枠部材４３ｂ及び左ウェブ部２６ｃの各厚みの和は、左フランジ部２５ｃの幅よりも小さくなっている。

図５の（ｂ）に示すように、右側中間枠部材４４ａ及び右側中間枠部材４４ｂは、右フランジ部２５ｄとスクリューボルト等の締結部材Ｓでそれぞれ接合されている。右側中間枠部材４４ａ、右側中間枠部材４４ｂ及び右ウェブ部２６ｄの各厚みの和は、右フランジ部２５ｄの幅よりも小さくなっている。

次に、開口部構造１の構築方法について説明する。
まず、枠組２及び鉄骨フレーム３をそれぞれ形成する。そして、図４に示すように、鉄骨フレーム３の周囲に中間枠部材４を配置し、それぞれ締結部材Ｓで接合する。最後に、一体形成された鉄骨フレーム３及び中間枠部材４を、枠組２の内部に配置し、枠組２と中間枠部材４とを釘等の固定部材で接合する。これにより、開口部構造１が構築される。なお、開口部構造１の構築方法は、この方法に限定されるものではない。

本実施形態では、図１に示すように、開口部構造１の両側に耐力壁Ｔ１，Ｔ２が形成されている。つまり、耐力壁Ｔ１は、下枠１１、縦枠１２ａ，１２ｂ、左側中間枠部材４３ａ及び上枠１３の前側に構造用面材Ｊが接合されるとともに、下枠１１、縦枠１２ａ，１２ｂ、左側中間枠部材４３ｂ及び上枠１３の後側に構造用面材Ｊが接合されて構築されている。

また、耐力壁Ｔ２は、下枠１１、縦枠１２ｃ，１２ｄ、右側中間枠部材４４ａ及び上枠１３の前側に構造用面材Ｊが接合されるとともに、下枠１１、縦枠１２ｃ，１２ｄ、右側中間枠部材４４ｂ及び上枠１３の後側に構造用面材Ｊが接合されて構築されている。

以上説明した開口部構造１によれば、枠状に形成されたフランジ２５とこのフランジ２５の外面に垂設されたウェブ２６とを備えた鉄骨フレーム３を枠組２の内部に配置し、中間枠部材４を介して枠組２と鉄骨フレーム３とを接合することにより、開口部構造１の耐力を高めることができる。これにより、本実施形態のように、開口部構造１と耐力壁Ｔ１，Ｔ２が隣接する場合、開口部構造１と耐力壁Ｔ１，Ｔ２とを力学的に連続させることができるため、開口部Ｈを設けたことによる耐力不足を補うことができる。また、比較的大きな開口部Ｈを設けたとしても壁倍率を高めることができるとともに、設計の自由度を高めることができる。

また、本実施形態に係る鉄骨フレーム３は、ウェブ２６が、フランジ２５に対して垂直に形成されているとともに、正面視して長方形を呈する枠状になっているため面内方向の変形に対する耐力（剛性）が高い。また、開口部構造１と耐力壁Ｔ１，Ｔ２とが力学的に連続することにより、床根太や土台（図示省略）等と開口部構造１とを接合する補強金物が不要になる。

また、鉄骨フレーム３は、耐力（剛性）を高めるために断面視Ｔ字状になっているが、中間枠部材４を設けたことにより、鉄骨フレーム３を枠組２に容易に設置することができる。また、中間枠部材４を、ウェブ２６に挟むように配置することで、鉄骨フレーム３を枠組２にバランスよく設置することができる。

また、本実施形態によれば、フランジ２５の幅は、枠組２を構成する枠材の幅以下で形成されるとともに、一対の中間枠部材４の厚みとウェブ２６の厚みの和がフランジ２５の幅よりも小さくなっている。これにより、枠組２の幅の範囲内で、鉄骨フレーム３及び中間枠部材４を収めることができる。また、開口部構造１は、前後左右上下が対称構造になっているため、設計の自由度を高めることができる。

また、鉄骨フレーム３をＣＴ形鋼で形成しいているため、部材を容易に調達することができ、施工も容易である。

＜変形例＞
次に、鉄骨フレームの変形例について説明する。図６は、鉄骨フレームの変形例を示した正面図である。図６に示す鉄骨フレーム１０３は、その形成方法が前記した実施形態と相違する。

鉄骨フレーム１０３は、下フレーム部１２１と、上フレーム部１２２と、左フレーム部１２３と、右フレーム部１２４と、４枚のコーナープレートＥと、で構成されている。

下フレーム部１２１は、下フランジ部１２５ａと、下フランジ部１２５ａの幅方向中央に垂設された下ウェブ部１２６ａとを有する。上フレーム部１２２は、上フランジ部１２５ｂと、上フランジ部１２５ｂの幅方向中央に垂設された上ウェブ部１２６ｂとを有する。

左フレーム部１２３は、左フランジ部１２５ｃと左フランジ部１２５ｃの幅方向中央に垂設された左ウェブ部１２６ｃとを有する。右フレーム部１２４は、右フランジ部１２５ｄと、右フランジ部１２５ｄの幅方向中央に垂設された右ウェブ部１２６ｄとを有する。

各フランジ部１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２５ｄの長さは、各ウェブ部１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄの長さと同等になっている。

コーナープレートＥは、正面視矩形を呈し、各フレーム部と同等の材料からなるとともに各ウェブ部と同等の厚みで形成されている。

鉄骨フレーム１０３を形成する際には、下フレーム部１２１と、上フレーム部１２２と、左フレーム部１２３と、右フレーム部１２４とを突き合わせ、突き合わされた各フランジ部を溶接して一体形成する。さらに、鉄骨フレーム１０３の四隅の角部Ｄに、コーナープレートＥをそれぞれ溶接する。このようにして、鉄骨フレーム１０３を形成してもよい。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、鉄骨フレーム３は、本実施形態では正面視長方形としたが、他の形状であってもよい。また、鉄骨フレーム３の開口部Ｈの大きさは適宜設定すればよい。また、本実施形態では、縦枠１２を４本用いたが、本数を制限するものではない。また、前記した本実施形態では、中間枠部材４を８本設けたが、枠組２と鉄骨フレーム３とを連結可能であれば何本用いてもよい。

また、本実施形態では、壁組Ｇに耐力壁Ｔ１，Ｔ２を設けたが、耐力壁は必ずしも必要なものではない。また、固定部材及び締結部材の種類や本数はあくまで例示であって、本発明を限定するものではない。また、本実施形態に係る壁組Ｇは、外壁として利用する場合を例示したが、内壁に用いてもよい。

また、本実施形態では、鉄骨フレーム３のフランジ２５と中間枠部材４とを接合したが、ウェブ２６と中間枠部材４とを接合してもよい。

１ 開口部構造
２ 枠組
３ 鉄骨フレーム
４ 中間枠部材
１１ 下枠
１２ 縦枠
１３ 上枠
２１ 下フレーム部
２２ 上フレーム部
２３ 左フレーム部
２４ 右フレーム部
２５ フランジ
２５ａ 下フランジ部
２５ｂ 上フランジ部
２５ｃ 左フランジ部
２５ｄ 右フランジ部
２６ ウェブ
２６ａ 下ウェブ部
２６ｂ 上ウェブ部
２６ｃ 左ウェブ部
２６ｄ 右ウェブ部
４１ａ 下側中間枠部材
４１ｂ 下側中間枠部材
４２ａ 上側中間枠部材
４２ｂ 上側中間枠部材
４３ａ 左側中間枠部材
４３ｂ 左側中間枠部材
４４ａ 右側中間枠部材
４４ｂ 右側中間枠部材
Ｄ 角部
Ｆ 床
Ｇ 壁組
Ｈ 開口部
Ｊ 構造用面材
Ｋ 固定部材
Ｓ 締結部材
Ｔ１ 耐力壁
Ｔ２ 耐力壁

Claims (2)

1. 下枠とこの下枠に立設する複数の縦枠とこの縦枠の上端に横設された上枠とを有する枠組と、
   前記枠組の内部に設置された金属製の鉄骨フレームと、
   前記枠組と前記鉄骨フレームとを連結する複数の中間枠部材と、を有し、枠組壁工法で構築された建物の開口部構造であって、
   前記鉄骨フレームは、枠状を呈し内側に開口部を形成するフランジと、このフランジの外面の幅方向略中央に垂設されたウェブとを有し、
   前記中間枠部材は、前記フランジの外面に配設されており、
   前記鉄骨フレームと前記中間枠部材とが接合されているとともに、
   前記中間枠部材と前記枠組とが接合されていることを特徴とする建物の開口部構造。
2. 前記中間枠部材は、前記ウェブを挟むように一対設けられており、
   前記鉄骨フレームと一対の前記中間枠部材とがそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項１に記載の建物の開口部構造。

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