JP6164447B2 - 吊り天井構造及び吊り天井構造の耐震改修方法 - Google Patents

Description

本発明は、吊り天井の構造及び吊り天井構造の耐震改修方法に関する。

従来、例えば学校、病院、生産施設、体育館、プール、空港ターミナルビル、オフィスビル、劇場、シネコン等の建物の天井として、吊り天井が多用されている。そして、吊り天井（吊り天井構造）Ａは、例えば図２２に示すように、水平の一方向Ｔ１に所定の間隔をあけて並設される複数の野縁１と、野縁１に直交し、水平の他方向Ｔ２に所定の間隔をあけて並設され、複数の野縁１に一体に接続して設けられる複数の野縁受け２と、下端を野縁受け２に接続し、上端を上階の床材等の上部構造３（建物躯体）に固着して配設される複数の吊りボルト（吊り部材）４と、野縁１の下面にビス留めなどによって一体に取り付けられ、下階の天井面（天井部５）を形成する天井パネル（天井材）６とを備えて構成されている。

一方、このように野縁１及び野縁受け２の天井下地７と天井パネル６を吊りボルト４で吊り下げ支持してなる吊り天井Ａは、その構造上、地震時に作用する水平力によって横揺れしやすい。そして、地震時に横揺れして、天井部５の端部５ａが壁や柱、梁などの建物構成部材（建物躯体）８に衝突し、天井パネル６に破損が生じたり、脱落が生じるおそれがあった。

このため、近年、この種の吊り天井Ａを耐震改修することが求められ、天井部５の下方にネットを張って天井パネル６の落下を防止するようにしたり、天井下地７や天井下地７の接合部を補強したり、全面的に最新の耐震技術を備えた吊り天井に替えるなどの対策が提案、実施されている。

しかしながら、天井部５の下方にネットを張る耐震改修方法は、ネットによって吊り天井Ａの意匠性が低下し、また、ネットが照明やスプリンクラー、エアコンなどの付帯設備のメンテナンスに支障をきたし、さらにネットの設置時に大掛かりな作業足場等が必要になって耐震改修コストが嵩むなどの問題がある。

また、天井下地７や接合部を補強する耐震改修方法においては、天井裏空間Ｈに配設された付帯設備などによって、補強できる範囲に制限が生じ、十分に対応できなかったり、野縁１や野縁受け２の天井下地７などにＪＩＳ材ではない一般材が使用され、低強度の場合があり、補強後の性能が不安定で十分な改修精度を確保できなかったり、点付け溶接部などがあって対応できない場合がある。

全面やり替えによる耐震改修方法では、最新の知見で耐震化することが可能であるが、天井下の室の使用禁止期間が長くなり、また、大量の廃棄物が発生するなどの不都合がある。

これに対し、本願の出願人は、天井材の下方に、端部が建物構成部材に固定されたワイヤーを緊張した状態で水平に伸張し、このワイヤーと天井下地とを連結してなる天井振動低減構造（吊り天井構造）についての出願を行なっている（特許文献１参照）。また、この吊り天井では、ワイヤーにクランプを外装して取り付け、クランプにボルトからなる連結部材を取り付けるとともに天井材を貫通させ、この連結部材をナットで野縁受けに連結することによって、ワイヤーと天井下地を連結固定するようにしている。

そして、このように構成した吊り天井においては、緊張したワイヤーを介して天井下地と建物構成部材とが繋げられることで、地震によって振動が生じたとき、天井部と建物構成部材とが一体に挙動することになり、振動発生時における天井部の揺れを抑制することができる。

特開２００８−１２１３７１号公報

しかしながら、上記の引張材のワイヤーと天井下地とを連結してなる吊り天井においては、ワイヤーに外装したクランプをボルトの連結部材とナットを用いて野縁受けに連結するようにしているため、天井部の下方と天井裏空間内の両側からの作業が必要になり、やはり、施工性の点で改善の余地が残されていた。

特に、既設の吊り天井にワイヤーを取り付けて耐震改修を行う場合には、天井裏空間内での危険作業が伴う上、天井裏空間内のエアコンや配管などの付帯設備や建物の上部構造などとのクリアランスがなく、ボルト、ナットによる連結作業ができないおそれもあり、このような場合には、施工できない範囲が生じることになる。

本発明は、上記事情に鑑み、施工性、経済性を確保しつつ、地震時に天井材（天井パネル）の破損や脱落が生じることを防止でき、優れた耐震性能を有する吊り天井構造及び吊り天井構造の耐震改修方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の吊り天井構造は、吊り部材を介して建物躯体の上部構造に吊り下げ支持される野縁受けと、前記野縁受けに取り付けられる野縁と、前記野縁に取り付けられて天井部を形成する天井材とを備える吊り天井構造において、前記天井部の下方に且つ前記天井部に沿って横方向に配設された略棒状の引張材を備え、前記引張材が、両端部をそれぞれ、建物躯体に接続して配設されるとともに、前記両端部の間の中間部を、前記天井部の下方から前記天井材及び／又は前記野縁に接続固定手段で接続固定して配設されており、前記引張材が格子状に配設されるとともに、前記横方向の一方向に配設された一方の引張材が上端から下方に凹む上側切欠部を備え、前記一方向に直交する他方向に配設された他方の引張材が下端から上方に凹む下側切欠部を備えて形成され、前記一方の引張材と前記他方の引張材の交差部で、前記上側切欠部に前記他方の引張材を、前記下側切欠部に前記一方の引張材をそれぞれ嵌め合わせるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の吊り天井構造の耐震改修方法は、吊り部材を介して建物躯体の上部構造に吊り下げ支持される野縁受けと、前記野縁受けに取り付けられる野縁と、前記野縁に取り付けられて天井部を形成する天井材とを備える吊り天井構造を耐震改修する方法であって、両端部をそれぞれ、建物躯体に接続するとともに、前記両端部の間の中間部を、前記天井部の下方から前記天井材及び／又は前記野縁に接続固定して、略棒状の引張材を前記天井部の下方に且つ前記天井部に沿って横方向に配設する引張材設置工程を備え、建物の階層毎に吊り天井構造に作用する想定外力を設定する想定外力設定工程と、隣り合う引張材の間隔を設定する引張材間隔設定工程と、前記引張材の端部を接合する支持体を選定する支持体選定工程と、引張材の想定取付ピッチ×天井部の単位重量×天井長さによって設計外力を算出する第一の設計外力設定方法、及び前記天井部の単位重量、引張材の取付間隔、引張材の基準強度、引張材の有効断面積をパラメータとして引張材の発生軸力を求め、設計外力を算出する第二の設計外力設定方法によって設計外力を算出し、大きい方の値を設計外力として設定する設計外力設定工程と、前記設計外力設定工程で設定した設計外力に基づいて引張材の接合部の仕様を設定する引張材接合部設定工程と、前記設計外力設定工程で設定した設計外力に基づいて前記支持体の仕様を設定する支持体設定工程とを備えていることを特徴とする。

これらの発明においては、例えばアルミ押出形鋼、スチール部材などの略棒状の引張材を天井部の下方に且つ天井部に沿って横方向に配設し、両端部をそれぞれ建物躯体（建物躯体である支持体に直接的に、あるいは別途設けた支持体を介して建物躯体に間接的に）接続するとともに、中間部をビスなどの接続固定手段を用いて天井部の下方から天井材及び／又は野縁に固定することによって、地震時に、引張材によって天井部（吊り天井構造）を建物躯体と一体に挙動させることができ、天井部の揺れを抑制することが可能になる。

また、引張材の中間部をビスなどの接続固定手段を用い、天井部の下方から天井材及び／又は野縁に固定するようにしたことで、従来の引張材のワイヤーと天井下地をボルト・ナットによって接合する吊り天井構造と比較し、引張材の設置時に天井裏空間内での作業が不要になり、施工性を大幅に向上させることが可能になる。

このため、既設の吊り天井構造に引張材を取り付けて耐震性能の向上を図る耐震改修を行う場合であっても、天井裏空間内での危険作業が不要で、天井裏空間内に設けられている付帯設備、建物躯体とのクリアランスの関係で施工できない範囲が生じるという不都合を解消することができる。

この発明においては、略棒状の引張材が格子状に配設されていることによって、より確実且つ効果的に天井部の揺れを抑制することが可能になる。また、一方の引張材と他方の引張材の交差部で、上側切欠部に他方の引張材を、下側切欠部に一方の引張材をそれぞれ嵌め合わせ、一方の引張材と他方の引張材を交差部で組み付けるようにすることで、地震時に各引張材で確実に引張力を伝達できるようにしつつ、容易に格子状に配設することが可能になる。

本発明の吊り天井構造及び吊り天井構造の耐震改修方法においては、引張材の中間部をビスなどの接続固定手段を用い、天井部の下方から天井材及び／又は野縁に固定するようにしたことで、従来の引張材のワイヤーと天井下地をボルト・ナットによって接合する吊り天井構造と比較し、引張材の設置時に天井裏空間内での作業が不要になり、施工性を大幅に向上させることが可能になる。

これにより、既設の吊り天井構造に引張材を取り付けて耐震性能の向上を図る耐震改修を行う場合であっても、天井裏空間内での危険作業が不要で、天井裏空間内に設けられている付帯設備、建物躯体とのクリアランスの関係で施工できない範囲が生じるという不都合を解消することができ、必要工期の短縮、コストの低減を図ることが可能になる。

また、耐震改修後もエアコン、照明などの天井部付帯設備のメンテナンスを容易に行なうことができ、さらに棒状の引張材を天井部に配設するため、ネットなどと比較し、意匠性を損なうこともない。さらに、天井下地の野縁、野縁受けにＪＩＳ材と一般材のどちらが使用されていても、また、新設、既設の吊り天井構造であっても、さらに天井材がいかなる材質であっても対応可能で、耐震性能の向上を図ることが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造の側断面図であり、天井部の外周端部側を拡大した図である。 本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造の引張材を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造の変更例を示す側断面図であり、天井部の外周端部側を拡大した図である。 本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造に対する耐震性能確認試験で使用した加力フレームを示す側面図である。 図６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図６のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 耐震性能確認試験で使用した本発明に係る吊り天井構造を示す平面図（天井面側からの平面視図）である。 耐震性能確認試験で使用した本発明に係る吊り天井構造の引張材（交差部）を示す平面図（天井面側からの平面視図）である。 図１０のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図１０のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 耐震性能確認試験で使用した本発明に係る吊り天井構造の引張材の溝形鋼同士の接続部を示す平面図（天井面側からの平面視図）である。 耐震性能確認試験で使用した本発明に係る吊り天井構造の引張材の連結材との接合部を示す平面図（天井面側からの平面視図）である。 図１４のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 耐震性能確認試験における入力波形を示す図である。 耐震性能確認試験における加速度、変位の計測位置を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る吊り天井構造の耐震改修方法の引張材間隔設定工程における隣り合う引張材の間隔の設定状態を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る吊り天井構造の耐震改修方法の引張材接合部設定工程において、引張材の有効断面積が必要断面積を満たしているかの説明に用いた図である。 本発明の第２実施形態に係る吊り天井構造の耐震改修方法の引張材接合部設定工程において、引張材の接合部のボルト又はビスとの縁端距離を求める説明に用いた図である。 本発明の第２実施形態に係る吊り天井構造の耐震改修方法の支持体設定工程において、束材（連結材）の支持体の仕様を設定する説明に用いた図である。 従来の吊り天井構造を示す斜視図である。

以下、図１から図１７を参照し、本発明の第１実施形態に係る吊り天井構造及び吊り天井構造の耐震改修方法について説明する。ここで、本実施形態は、例えば学校、病院、生産施設、体育館、プール、空港ターミナルビル、オフィスビル、劇場、シネコン等の建物の天井として用いられる吊り天井の構造及び既設の吊り天井構造の耐震改修方法に関するものである。

本実施形態の吊り天井（吊り天井構造）Ｂは、図１及び図２に示すように、野縁１と野縁受け２と吊り部材（吊りボルト）４と天井材６とを備えて構成されている。

野縁１は、例えば断面コ字状に形成された溝形鋼であり、水平に延設され、且つ水平の一方向の横方向Ｔ１に所定の間隔をあけ、平行に複数配設されている。

野縁受け２は、例えば断面コ字状に形成された溝形鋼であり、水平に延設され、且つ水平の他方向の横方向Ｔ２に所定の間隔をあけ、平行に複数配設されている。また、このとき、野縁受け２は、野縁１と交差するように配設されるとともに、複数の野縁１上に載置した状態で配設される。そして、各野縁受け２は、野縁１と交差する部分で、野縁接続用金具（クリップ）１０を使用することにより野縁１に接続されている。

吊り部材４は、円柱棒状に形成されるとともに外周面に雄ネジの螺刻を有する吊りボルトであり、上端を上階の床材等の上部構造３（建物躯体）に固着、または鋼製の根太等に緊結して垂下され、下端側を、吊り部材接続用金具（ハンガー）１１を用いることにより野縁受け２に接続して複数配設されている。また、複数の吊り部材４は、所定の間隔をあけて分散配置されている。

天井材（天井パネル）６は、２枚のボードを貼り付けて一体に積層形成したものであり、例えば天井付帯設備等の重量と併せて、１ｍ^２あたり２０ｋｇ程度の重量で形成されている。そして、この天井材６は、複数の野縁１の下面にビス留めなどして設置されている。なお、天井材６は、１枚および３枚以上のボードで構成されていてもよい。

そして、この吊り天井Ｂでは、吊り部材４を介して建物の上部構造３に、野縁１と野縁受け２と天井材６とが吊り下げ支持されている。また、野縁１と野縁受け２によって天井下地７が形成され、この天井下地７に取り付けた天井材６によって天井部５、この天井部５によって下階の天井面が形成されている。

一方、本実施形態の吊り天井Ｂにおいては、図１から図３に示すように、天井部５と建物の上部構造３の間の天井裏空間Ｈの天井部５の外周端部５ａ側、すなわち、天井裏空間Ｈの壁、柱、梁等の建物構成部材８（建物躯体）側に、上端を上部構造３に接続して、束材１５が上下方向Ｔ３に延設（垂設）されている。また、この束材１５は、天井部５の外周端部５ａに沿う方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。そして、これら複数の束材１５の下端に横方向Ｔ１、Ｔ２に延びる連結材１６が接続され、この連結材１６を介して複数の束材１５が一体に連結されている。なお、本実施形態では、これら束材１５や連結材１６として、例えばＨ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などの形鋼や角鋼管などの管材が使用されている。

また、本実施形態の吊り天井Ｂにおいては、図１から図４に示すように、天井部５の下方に、且つ天井部５の下面（天井面）に沿って水平に、略棒状の引張材１７、１８が配設されている。さらに、この引張材１７、１８は、例えばアルミ押出形鋼、スチール部材などであり、一端部１７ａ、１８ａ及び他端部１７ｂ、１８ｂを連結材１６に接続し、連結材１６を介して束材１５に接続して設けられている。すなわち、本実施形態の引張材１７、１８は、束材１５や連結材１６の支持体を介して建物躯体に接続されている。さらに、引張材１７、１８は、その中間部を天井部５の下方からタッピングビスなどの接続固定手段１９で天井材６（天井部５）及び野縁１に固定して設けられている。そして、本実施形態では、このような引張材１７、１８が天井部５の下方で例えば９００〜１８００ｍｍピッチの格子状に配設されている。なお、引張材１７、１８は、図５に示すように、一端部１７ａ及び／又は他端部１７ｂを、取付具２０を用いて壁や柱、梁などの建物構成部材８に接続するようにしてもよい（建物躯体に直接的に接続するようにしてもよい）。

また、本実施形態の吊り天井Ｂでは、図３及び図４（図１から図４）に示すように、各引張材１７、１８が、帯状の平板状に形成され、板面を上下方向Ｔ３に向けて配設される固定板部２１と、帯状の平板状に形成され、板面を横方向Ｔ１、Ｔ２に向け、固定板部２１の延設方向に沿って配設されるとともに、その上端を固定板部２１の下面に繋げて一体に形成された桁板部２２とを備えて構成されている。また、この引張材１７、１８では、２つの桁板部２２を備え、これら桁板部２２が固定板部２１の幅方向中央を境に幅方向両側にそれぞれ所定の間隔をあけて並設されている。

さらに、天井部５の下方に格子状に配設した際に、横方向の一方向Ｔ１に配設される一方の引張材１７は、上端から下方に凹む上側切欠部２３を備え、所定位置の固定板部２１を部分的に除去した状態で形成されている。また、一方向Ｔ１に直交する他方向Ｔ２に配設される他方の引張材１８は、下端から上方に凹む下側切欠部２４を備え、所定位置の２つの桁板部２２を部分的に除去した状態で形成されている。

このように形成した一方の引張材１７と他方の引張材１８は、これら一方の引張材１７と他方の引張材１８の交差部２５で、上側切欠部２３に他方の引張材１８を、下側切欠部２４に一方の引張材１７をそれぞれ嵌め合わせるようにして格子状に配設されている。また、このとき、各引張材１７、１８は、天井部５の下方からビスなどの接続固定手段１９で固定板部２１を天井材６に、あるいは天井材６及び野縁１に固定して配設されている。

そして、上記構成からなる本実施形態の吊り天井Ｂにおいては、天井部５の下方に配設された引張材１７、１８が、一端部１７ａ、１８ａ及び他端部１７ｂ、１８ｂを束材１５（取付具２０）を介して建物躯体の上部構造３や建物構成部材８に接続し、中間部を天井材６や野縁１に接続して配設されているため、地震時に、この引張材１７、１８によって天井部５が建物躯体３、８と一体に挙動し、天井部５の揺れが抑制される。

また、このとき、一方の引張材１７と他方の引張材１８の交差部２５で、上側切欠部２３に他方の引張材１８を、下側切欠部２４に一方の引張材１７をそれぞれ嵌め合わせ、一方の引張材１７と他方の引張材１８を交差部２５で組み付けて配設するようにしているため、地震時に各引張材１７、１８で確実に引張力が伝達され、天井部５の揺れが抑制される。

一方、既設の吊り天井Ａを本実施形態の吊り天井Ｂに耐震改修する場合に、一端部１７ａ、１８ａと他端部１７ｂ、１８ｂをそれぞれ、束材１５などを介して建物躯体３、８に接続するとともに、中間部をビスなどの接続固定手段１９を用いて天井部５の下方から天井材６及び／又は野縁１に固定して引張材１７、１８の取り付けが行なえる（引張材設置工程）。このため、従来の引張材のワイヤーと天井下地をボルト・ナットによって接合する吊り天井と比較し、引張材１７、１８の設置時に天井裏空間Ｈ内での作業が不要になる。

ここで、本実施形態の吊り天井構造Ｂの耐震性能を確認した実証実験について説明する。この実証実験は、設計クライテリア２．２Ｇの水平力に対して引張材１７、１８と天井材６との接合部（ビス（接続固定手段）１９による接合部）、引張材１７、１８と建物躯体（束材１５、連結材１６及び／又は建物の上部構造３、建物構成部材８：支持体）との接合部が、継続使用可能であるか否かを確認することを目的としている。

また、この実証実験では、図６から図８に示すように、振動台３０上に加力フレーム３１を設置し、加力フレーム３１の上部から本実施形態の吊り天井構造Ｂ（吊り部材４及び天井部５）を試験体として吊り下げ設置するとともに、天井部５の外周端部側に配設した束材１５及び連結材１６を加力フレーム３１に支持させた。また、束材１５や連結材１６に端部を接続し、天井部５の下方に格子状に引張材１７、１８を設置した。

また、図９から図１２に示すように、引張材１７、１８はＣ−４０×４０×３．２ｍｍ、３ｋｇ／ｍの溝形鋼を用い、１８２０ｍｍピッチで格子状に配置した。図９及び図１３に示すように、一部の引張材１７は、ＳＴＩ−３６．８×３３．６×３．２ｍｍの引張材形成用ジョイント鋼３２をＭ１２×６０の２本ずつのボルトとナットで各溝形鋼（１７）に接続し、この引張材形成用ジョイント鋼３２を介して溝形鋼（１７）同士を接続して１本の引張材１７を形成するようにした。

さらに、図９、図１４及び図１５に示すように、各引張材１７、１８は、その端部に引張材形成用ジョイント鋼３２と同仕様の連結用ジョイント鋼３３をＭ１２×６０の２本ずつのボルトとナットで接続し、この連結用ジョイント鋼３３を１００×１００×３．２ｍｍの角形鋼の連結材１６に、溝形鋼のガセットプレート３４を介して緊結した。また、各引張材１７、１８は、Ｍ４×４０のビス３５を１２．５ｍｍ厚の２枚のボードをからなる天井材６を貫通させるとともに野縁１に締結させ、天井部５に取り付けた。

本実証実験の吊り天井構造Ｂの試験体は、面積が５．７×５．０ｍ＝２８．５ｍ^２で、引張材１７、１８の重量が９６．３ｋｇ（３２．１ｍ（延べ長さ）×３．０ｋｇ／ｍ（＝３．３８ｋｇ／ｍ^２））、天井部５の天井材６の重量が１８．７５ｋｇ／ｍ^２、天井下地７の重量が３．５ｋｇ／ｍ^２となり、総重量が７３０．５ｋｇ（（３．３８＋３．５＋１８．７５）ｋｇ／ｍ^２×２８．５ｍ^２）となった。（但し、後述の表１、表２のように、加振番号ａ〜ｄの試験体の総重量が７３０．５ｋｇであり、加振番号ｅ〜ｉでは目標とする天井面加速度（２．６Ｇ）を大きく下回ったため、天井面におもりを付加し、総重量を８１７．８ｋｇとしている。）

そして、本実証実験では、設計クライテリアである２．２Ｇに対し、安全率を１．５倍とし、３．３Ｇで加力した際の状態を確認した。なお、想定天井重量２０ｋｇ／ｍ^２で、設計震度３．３Ｇ（最大）を試験体に付加する場合、必要水平力は、１８８１ｋｇｆ（３．３Ｇ×２０ｋｇ／ｍ^２×２８．５ｍ^２）となる。

また、本実証実験における加振プログラムは、表１に示す通りであり、図１６（ａ）に示すエルセントロＮＳ及び図１６（ｂ）に示すエルセントロＵＤを基準化した地震波を用いている。さらに、地震波の加振方向をＹ方向の野縁方向（Ｔ２方向）と、野縁受け方向（Ｔ１方向）に分けて試験を行った。Ｚ方向（上下方向）の最大加速度は水平方向の１／２とした。また、このとき、野縁方向（Ｔ２方向）に引張材１７、１８を固定し、加振方向をこの野縁方向にした試験体（加振番号ａ〜ｅ）は、懐深さを１５００ｍｍとして構築し、野縁受け方向（Ｔ１方向）に引張材１７、１８を固定し、加振方向をこの野縁受け方向にした試験体（加振番号ｆ〜ｈ）は、懐深さを１０００ｍｍとして構築した。また、長さ１２ｍ相当分の軸力を背負わせるようにして野縁受け方向（Ｔ１方向）に引張材１７、１８を固定し、加振方向をこの野縁受け方向にした試験体（加振番号ｉ）も、懐深さを１０００ｍｍとして構築した。

また、計測点は、図１７（ａ）、（ｂ）に示す位置とし、振動台３０、加力フレーム３１の頂部の加速度、天井面５の加速度及び加力フレーム３１からの相対変位を計測した。なお、計測のサンプリングは１００Ｈｚである。

ここで、本実証実験では、地震波による加振に先立ち、ホワイトノイズ波の加振を行って試験体の固有振動数の確認を行った。その結果、試験体の水平方向の固有振動数は３４．９〜３８．３Ｈｚであり、通常の在来工法天井の固有周期に対して非常に高いことが確認された。

そして、本実証実験の結果として表２に加速度と変位量の最大値を示す。この表２の値は、計測波形を２０Ｈｚのローパスフィルタ処理している。また、表２において、加速度は図１７（ａ）、（ｂ）に示したＦ１（加振フレーム頂部）、Ｂ１（天井面）の計測点における計測値である。

この表２に示す結果から、本実施形態の吊り天井構造Ｂは、引張材１７、１８を備えることで水平力が建物躯体に伝達されて、変位が非常に小さく抑えられることが確認された。

また、野縁方向に引張材１７、１８（サポート材）を固定した加振番号ａ、ｂ、ｃの試験体では全く損傷が確認されなかった。一方、加振番号ｄの試験体では、引張材１７、１８や天井面に損傷は確認されず、一部、クリップ１０の外れ、ハンガー１１の開きが確認されたが、軽微な補修により初期状態に復旧できる程度であった。さらに、おもりを付加した加振番号ｅの試験体においても、引張材１７、１８や天井面に損傷は確認されず、一部、引張材１７、１８と天井の接合ビスにゆるみが認められたが、やはり、軽微な補修により初期状態に復旧できる程度であった。

次に、野縁受け方向に引張材１７、１８（サポート材）を固定した加振番号ｆ、ｇの試験体では全く損傷が確認されなかった。また、加振番号ｈの試験体では、振動台入力加速度１５００Ｇａｌに対して天井面で３０４９Ｇａｌの応答加速度となり、一部、クリップ１０の外れ、ハンガー１１の開きが生じたが、引張材１７、１８や、引張材１７、１８同士の接合部、端部接合部等に全く損傷は認められなかった。

次に、長さ１２ｍ相当分の軸力を背負わせた引張材１７、１８（サポート材）の接合部を再現した試験体（加振番号ｉ）では、天井面で目標とする１．７Ｇを超える最大加速度となったが、接合部等に全く損傷が確認されなかった。

したがって、本実施形態の吊り天井構造Ｂ及び吊り天井構造の耐震改修方法においては、略棒状の引張材１７、１８を天井部５の下方に且つ天井部５に沿って横方向Ｔ１、Ｔ２に配設し、両端部１７ａ、１８ａ、１７ｂ、１８ｂをそれぞれ建物躯体３、８に接続するとともに、中間部をビスなどの接続固定手段１９を用いて天井部５の下方から天井材６及び／又は野縁１に固定することによって、地震時に、引張材１７、１８によって天井部５（吊り天井構造Ｂ）を建物躯体３、８と一体に挙動させることができ、天井部５の揺れを抑制することが可能になる。

また、引張材１７、１８の中間部をビスなどの接続固定手段１９を用い、天井部５の下方から天井材６及び／又は野縁１に固定するようにしたことで、従来の引張材のワイヤーと天井下地をボルト・ナットによって接合する吊り天井構造と比較し、引張材１７、１８の設置時に天井裏空間Ｈ内での作業が不要になり、施工性を大幅に向上させることが可能になる。

このため、既設の吊り天井構造Ａに引張材１７、１８を取り付けて耐震性能の向上を図る耐震改修を行う場合であっても、天井裏空間Ｈ内での危険作業が不要で、天井裏空間Ｈ内に設けられている付帯設備、建物躯体３とのクリアランスの関係で施工できない範囲が生じるという不都合を解消することができ、必要工期の短縮、コストの低減を図ることが可能になる。

また、耐震改修後もエアコン、照明などの天井部付帯設備のメンテナンスを容易に行なうことができ、さらに棒状の引張材１７、１８を天井部５に配設するため、ネットなどと比較し、意匠性を損なうこともない。さらに、天井下地７の野縁１、野縁受け２にＪＩＳ材と一般材のどちらが使用されていても、また、新設、既設の吊り天井構造Ｂであっても、さらに天井材６がいかなる材質であっても対応可能で、耐震性能の向上を図ることが可能になる。

また、本実施形態の吊り天井構造Ｂにおいては、略棒状の引張材１７、１８が格子状に配設されていることによって、より確実且つ効果的に天井部５の揺れを抑制することが可能になる。また、一方の引張材１７と他方の引張材１８の交差部２５で、上側切欠部２３に他方の引張材１８を、下側切欠部２４に一方の引張材１７をそれぞれ嵌め合わせ、一方の引張材１７と他方の引張材１８を交差部２５で組み付けるようにすることで、地震時に各引張材１７、１８で確実に引張力を伝達できるようにしつつ、容易に格子状に配設することが可能になる。

よって、本実施形態の吊り天井構造Ｂ及び吊り天井構造の耐震改修方法によれば、施工性、経済性を確保しつつ、地震時に天井部５の端部５ａが衝突して破損や脱落が生じることを防止し、耐震性能を向上させることが可能になる。

また、本実施形態の吊り天井構造Ｂ及び吊り天井構造の耐震改修方法においては、万一天井鉛直支持力を喪失しても、引張材１７、１８によって天井面全体の崩落を防止するフェイルセーフ機能を発揮させることが可能である。

以上、本発明に係る吊り天井構造及び吊り天井構造の耐震改修方法の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

ここで、本実施形態では、引張材１７、１８が帯状で平板状の固定板部２１と固定板部２１の下面に一体形成した桁板部２２とを備えて略棒状に形成され、このように形成した一方の引張材１７と他方の引張材１８を格子状に配設して吊り天井構造Ｂが構成されているものとした。
これに対し、鋼板、炭素繊維シートなどの板状部材（棒状部材）、帯状部材、テープ状部材（シート状部材）を引張材として用いて吊り天井構造を構成するようにしてもよい。また、棒状（板状）の引張材と帯状（テープ状）の引張材を組み合わせるなどして吊り天井構造を構成するようにしてもよい。

次に、図１８から図２１（図１から図２１）を参照し、本発明の第２実施形態としての吊り天井構造の耐震改修方法について説明する。なお、本実施形態の吊り天井構造の耐震改修方法は、耐震改修によって本発明にかかる吊り天井構造を構築する手順に関するものである。このため、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

本実施形態の吊り天井構造の耐震改修方法では、まず、設計外力設定工程として、設計外力の設定（水平震度の設定、想定外力の設定）を行う。また、本実施形態の設計外力設定工程では、例えば、建物を上層階、中間階、低層階に区分し、想定外力を上層階で２．２Ｇ、中間階で１．３Ｇ、低層階で０．５Ｇとして設定する。

ここで、「上層階」は、Ｎ階建ての建物において、最上階から（ｉ＜０．３（２Ｎ＋１））を満たす階ｉの１つ上の階までとする。なお、Ｎ＝１のときは「上層階」を適用する。「下層階」は、Ｎ階建ての建物において、（ｉ＜０．１１（２Ｎ＋１））を満たす階ｉから下の階とする。「中間階」は、「上層階」又は「下層階」に分類される階以外の階とする。

次に、引張材間隔設定工程として、隣り合う引張材の間隔の設定を行う。このとき、まず、短辺方向を最大１２ｍ程度として設定する。また、図１８に示すように建物の柱３６等が配置されている場合には、これに応じて、基準スパンを７ｍあるいは８ｍにすることが望ましい。

次に、支持体選定工程として、引張材１７、１８の端部を建物躯体に接続するための支持体の選定を行う。この支持体は、柱柱間の付け梁、床組の架台などの建物構成部材８（建物躯体）や、第１実施形態に示した束材１５、連結材１６から適宜選定される。

次に、設計外力設定工程で設計外力を設定する。この設計外力設定工程では、第一の設計外力設定手法と、第二の設計外力設定手法について検討を行う。

第一の設計外力設定手法では、引張材１７、１８の想定取付ピッチ×天井部５の単位重量×天井長さによって、設計外力を算出する。このとき、想定取付ピッチは、例えば１８００ｍｍ程度を標準とし、天井伏せモジュールに合わせて設定する。また、天井部５の単位重量は、ボード２枚貼りで約２０ｋｇ／ｍ^２、１枚貼りで１０ｋｇ／ｍ^２となる。なお、詳細が不明な場合には安全側の数値を選択する。また、照明やエアコン等の天井付属物は、天井重量に含めて設定する。

第二の設計外力設定手法では、引張材１７、１８の発生軸力を計算して設計外力を求める。例えば、天井部５の単位重量、短辺方向のスパン、引張材１７、１８の取付間隔（負担幅）、引張材１７、１８のＦ値（基準強度）、引張材１７、１８の有効断面積を入力パラメータとして、引張材１７の発生軸力を求める。

一例を挙げると、引張材１７、１８としてＳＳ４００材を用い、天井部５の単位重量を２０ｋｇ／ｍ^２、短辺スパンを１２．５ｍ、引張材１７、１８の取付間隔を１８００ｍｍとし、ＳＳ４００のＦ値の２３５Ｎ／ｍｍ^２、引張材１７、１８として用いるＴ−３．２の板材の５４ｍｍが有効断面幅（有効断面積１．７２８ｃｍ^２）とした場合には、たわみが２５７ｍｍ発生し、水平方向Ｔ１（Ｔ２）に４ｔの軸力が発生することが求められる。

また、他の例を挙げると、引張材１７、１８としてＳＰＣＣ材（冷間曲げ材）を用い、天井部５の単位重量を２０ｋｇ／ｍ^２、短辺スパンを１０．０ｍ、引張材１７、１８の取付間隔を１８００ｍｍとし、ＳＰＣＣのＦ値の２０５Ｎ／ｍｍ^２、引張材１７として用いるＴ−３．２の板材の５４ｍｍが有効断面幅（有効断面積１．７２８ｃｍ^２）とした場合には、たわみが１９１ｍｍ発生し、水平方向Ｔ１（Ｔ２）に３．４６ｔの軸力が発生することが求められる。

次に、引張材接合部設定工程で、引張材１７、１８の接合部の設定を行う。この引張材接合部設定工程では、設計外力設定工程の第一の設計外力設定手法と第二の設計外力設定手法で求めた引張材１７、１８の発生軸力の大きい方を設計外力として採用し、この設計外力に基づいて引張材１７、１８の接合部の設定を行う。

より具体的に、ＳＳ４００材又はＳＰＣＣ材を引張材１７、１８とし、引張材１７、１８の発生軸力が４ｔとなって、設計外力として採用された場合を一例として説明する。

まず、基準とする天井部５の単位重量が２０ｋｇ／ｍ^２、天井面積が５００ｍ^２（２０ｍ×２５ｍ）、引張材１７、１８の取付間隔が１８００ｍｍ（１．８ｍ）から、１本の引張材１７、１８が負担する荷重を求めると、２０ｋｇ／ｍ^２×１．８ｍ×２５ｍ＝９００ｋｇとなる。

そして、水平加速度に対する引張材１７、１８の接合部に必要なボルト及びビスの本数を求める。例えば、水平加速度が２．２Ｇの場合には、負担荷重＝２０ｋｇ／ｍ^２×１．８ｍ×２５ｍ×２．２Ｇ＝１９８０ｋｇ、水平加速度が３．３Ｇの場合には、負担荷重＝２０ｋｇ／ｍ^２×１．８ｍ×２５ｍ×３．３Ｇ＝２９７０ｋｇとなり、ボルトを用いた場合には表３、ビスを用いた場合には表４のように、必要本数が求まる。

また、ＳＳ４００材、ＳＰＣＣ材を引張材１７、１８として使用する場合、必要となる部材断面積を各材質のＦ値（基準強度）から求める。
すなわち、ＳＳ４００のＦ値は２３５．３Ｎ／ｍｍ^２＝２４００ｋｇ／ｃｍ^２であるため、４ｔの軸力に対する必要断面積は４０００ｋｇ÷２４００ｋｇ／ｃｍ^２＝１６６．６７ｍｍ^２となる。
一方、ＳＰＣＣのＦ値は２０５．９Ｎ／ｍｍ^２＝２１００ｋｇ／ｃｍ^２であるため、４ｔの軸力に対する必要断面積は４０００ｋｇ÷２１００ｋｇ／ｃｍ^２＝１９０．４８ｍｍ^２となる。

そして、例えば、引張材１７、１８としてＣ−４０×４０×３．２（既製品）を用い、直交する引張材１７、１８同士の接合部分（交差部２５）を図１０から図１２に示したスナップオン方式とする場合、図１９に示すように、一方の引張材１８の有効断面積が１７９．６ｍｍ^２、他方の引張材１７の有効断面積が１７９．５２ｍｍ^２となるため、このＣ−４０×４０×３．２（既製品）を引張材１７、１８として用いる場合には、ＳＳ４００材を引張材１７、１８として採用すれば、４ｔの軸力に対して十分な接合部強度が得られると判断できる。

さらに、図２０に示すように、引張材１７、１８の接合部のボルト又はビスとの縁端距離Ｒを求める。
例えば、短期許容せん断応力度はｆｓ＝Ｆ／√３（Ｆ：ＳＰＣＣ＝２０５．９Ｎ／ｍｍ^２＝２１００ｋｇ／ｃｍ^２）、Ｃ−４０×４０×３．２ｍｍの引張材１７、１８である場合、短期許容せん断応力度ｆｓ＝２１００／√３＝１２１２．４４ｋｇ／ｃｍ^２となる。
そして、引張材１７、１８の負担荷重が４０００ｋｇで、ボルト開口孔３７が４ヶ所であると、開口孔３７の１ヶ所に係る荷重ＮがＮ＝４０００ｋｇ／４＝１０００ｋｇとなる。
さらに、Ｎ／Ａ≦ｆｓ＝１２１２．４４ｋｇ／ｃｍ^２より、断面面積Ａ≧１０００／１２１２．４４＝０．８３ｃｍ^２となり、断面積ＡがＡ≧０．８３ｃｍ^２＝８３ｍｍ^２となる縁端距離Ｒとすればよい。よって、本実施形態では、引張材１７、１８の板厚ｔがｔ＝３．２ｍｍであるため、必要な縁端距離Ｒが８３／３．２＝２６ｍｍであると判断できる。

次に、支持体設定工程で、束材１５（連結材１６）などの支持体の仕様の設定を行う。この支持体設定工程では、設計外力設定工程の第一の設計外力設定手法と第二の設計外力設定手法で求めた引張材１７、１８の発生軸力の大きい方を設計外力として採用し、この設計外力に基づいて支持体の設定を行う。

すなわち、図２１に示すように、引張材１７、１８の接合部に設計外力が作用したとして短期許容耐力設計を行う。例えば、ＳＳ４００材を引張材１７、１８として用いた場合、Ｐ＝４ｔ、Ｉ＝８．０ｍから、支持体１５、１６（建物躯体３、８）との接合部に作用する曲げモーメントＭ０はＭ０＝ＰＩ／２＝１６０ｋＮ・ｍとなる。これにより、束材１５（連結材１６）である支持体の必要断面係数ｒｅｑＺｙは、ｒｅｑＺｙ＝Ｍ０／ｓｆｂ（短期許容応力度）＝１６０×１０^３／２３５＝６８１ｃｍ^３となる。このため、例えば、Ｈ−３５０×３５０×１２×１９ｍｍ（Ｈ形鋼）の断面係数ＺｙはＺｙ＝７７６、２５０×２５０×１２ｍｍ（角形鋼）の断面係数ＺｙはＺｙ＝８２０であるから、これらの部材を束材１５や連結材１６を支持体として採用することが可能であると判断できる。

したがって、本実施形態の吊り天井構造の耐震改修方法においては、上記のように、想定外力設定工程で吊り天井構造（建物）に作用する想定外力の設定（水平震度の設定）を行い、引張材間隔設定工程で隣り合う引張材１７、１８の間隔の設定を行い、支持体設定工程で引張材１７、１８の端部を建物躯体に接続する支持体の設定を行う。さらに、設計外力設定工程において、第一の設計外力設定手法と第二の設計外力設定手法で設計外力を求め、設計外力設定工程の第一の設計外力設定手法と第二の設計外力設定手法で求めた引張材１７、１８の発生軸力の大きい方を設計外力として、引張材接合部設定工程で、引張材１７、１８の接合部の設定を行い、また、支持体設定工程で、束材１５（連結材１６）などの支持体の設定を行う。

これにより、本実施形態の吊り天井構造の耐震改修方法においては、第１実施形態に示した作用効果を発揮する吊り天井構造Ｂを確実に得ることが可能になる。

以上、本発明に係る吊り天井構造の耐震改修方法の第２実施形態について説明したが、本発明は上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 野縁
２ 野縁受け
３ 上部構造（建物躯体）
４ 吊り部材（吊りボルト）
５ 天井部
５ａ 端部
６ 天井材（天井パネル）
７ 天井下地
８ 建物構成部材（建物躯体）
１０ 野縁接続用金具（クリップ）
１１ 吊り部材接続用金具（ハンガー）
１５ 束材
１６ 連結材
１７ 一方の引張材（サポート材）
１７ａ 一端部
１７ｂ 他端部
１８ 他方の引張材（サポート材）
１８ａ 一端部
１８ｂ 他端部
１９ 接続固定手段
２０ 取付具
２１ 固定板部
２２ 桁板部
２３ 上側切欠部
２４ 下側切欠部
２５ 交差部
３０ 振動台
３１ 加力フレーム
３２ 引張材形成用ジョイント鋼
３３ 連結用ジョイント鋼
３４ ガセットプレート
３５ ビス
３６ 柱
３７ 開口孔
Ａ 従来の吊り天井構造
Ｂ 吊り天井構造
Ｈ 天井裏空間
Ｒ 縁端距離
Ｔ１ 横方向（一方向）
Ｔ２ 横方向（他方向）
Ｔ３ 上下方向

Claims (2)

1. 吊り部材を介して建物躯体の上部構造に吊り下げ支持される野縁受けと、前記野縁受けに取り付けられる野縁と、前記野縁に取り付けられて天井部を形成する天井材とを備える吊り天井構造において、
   前記天井部の下方に且つ前記天井部に沿って横方向に配設された略棒状の引張材を備え、
   前記引張材が、両端部をそれぞれ、建物躯体に接続して配設されるとともに、前記両端部の間の中間部を、前記天井部の下方から前記天井材及び／又は前記野縁に接続固定手段で接続固定して配設されており、
   前記引張材が格子状に配設されるとともに、前記横方向の一方向に配設された一方の引張材が上端から下方に凹む上側切欠部を備え、前記一方向に直交する他方向に配設された他方の引張材が下端から上方に凹む下側切欠部を備えて形成され、
   前記一方の引張材と前記他方の引張材の交差部で、前記上側切欠部に前記他方の引張材を、前記下側切欠部に前記一方の引張材をそれぞれ嵌め合わせるように構成されていることを特徴とする吊り天井構造。
2. 吊り部材を介して建物躯体の上部構造に吊り下げ支持される野縁受けと、前記野縁受けに取り付けられる野縁と、前記野縁に取り付けられて天井部を形成する天井材とを備える吊り天井構造を耐震改修する方法であって、
   両端部をそれぞれ、建物躯体に接続するとともに、前記両端部の間の中間部を、前記天井部の下方から前記天井材及び／又は前記野縁に接続固定して、略棒状の引張材を前記天井部の下方に且つ前記天井部に沿って横方向に配設する引張材設置工程を備え、
   建物の階層毎に吊り天井構造に作用する想定外力を設定する想定外力設定工程と、
   隣り合う引張材の間隔を設定する引張材間隔設定工程と、
   前記引張材の端部を接合する支持体を選定する支持体選定工程と、
   引張材の想定取付ピッチ×天井部の単位重量×天井長さによって設計外力を算出する第一の設計外力設定方法、及び前記天井部の単位重量、引張材の取付間隔、引張材の基準強度、引張材の有効断面積をパラメータとして引張材の発生軸力を求め、設計外力を算出する第二の設計外力設定方法によって設計外力を算出し、大きい方の値を設計外力として設定する設計外力設定工程と、
   前記設計外力設定工程で設定した設計外力に基づいて引張材の接合部の仕様を設定する引張材接合部設定工程と、
   前記設計外力設定工程で設定した設計外力に基づいて前記支持体の仕様を設定する支持体設定工程とを備えていることを特徴とする吊り天井構造の耐震改修方法。

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