(57)【要約】      （修正有）【課題】強度を必要とする構造材に金属部材を用い、木質資源の節減と耐久性を考慮した建物を安価に提供する。【解決手段】耐久性が求められる強度部材に金属材を用い、建設および将来の解体を容易にする建物設計概念を導入する。同時に、建物の本質的な強度部材ではない部分には、様々な原料を利用し、また限度ある資源の有効活用に効果のある設計とする。本発明は、金属アングル型材を基本とする枠組み構造（フレームおよび補助フレー厶）を提案し、その解決に有効な手段を提供するものである。これを「枠組パネル構法」と呼んでもよい。これによれば、工期短縮、建築単価の圧縮などの副次的効果も期待でき、建物が安価になる。【選択図】  図１２
2005090209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アングル型材により各種のフレームを作製し、これらを組み立てて構成される構造体（柱や梁の枠組、小屋枠組、床など）を有する建物。
【請求項２】
請求項１による金属構造体の建物における、その構造的補強の方法（補助フレームや捨てフレー厶の利用）、並びに、壁および窓、扉などの開口の構築の方法（枠形の利用）。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、金属アングル型材から作製されるフレームにより、柱、梁、小屋などの建物の構造材を木質建材に代替させ、木質建物の弱点である建物強度の確保を容易にし、かつ、これらフレームと、これに付帯する壁、床、天井、屋根板などをユニット化して工場生産によりプレハブ化し、これを現地で組立て、よって現地建設作業を効率化する方法に関するものである。このことは、建物の建設と同時に解体をも考慮する設計を行うことが容易になり、強度や耐久性の求められる貴重な木質資源（木材）の節減、各種建材の再利用、有効活用に貢献できる。
【背景技術】
【０００２】  金属部材を構造体に用いる建物は、現今では多く実用されている。大型では鉄骨ビルがり、小型でも鉄骨住宅もある。いずれも、Ｈ型材や角材を柱や梁に用いている。これらＨ型材は、工場で所要の寸法や形状に切断、ボルトや鋲の穴あけ加工の上、現地で組立てられるのが基本である。しかし、この方法は、木質感が特に重視される日本の住宅には不向きであり、また、住宅の場合は工費や工期で特段の有利さが顕著であることもない。
一方で、日本では古来の木質住宅が今も広く愛好されているが、その枠組構造の特質によって、強度上の弱点があり、補強のための木質材料を多く必要としている。木質資源の不足および質の低下により、各種の合成材が開発されているが、強度や美観、及びコストの点から、強度部材としての利用には限界がある。
更に、現今の建物は当初の建設時に、それを解体する場合への配慮が皆無であるため、乱暴かつ粗雑で効率優先の解体作業により、建設廃材が多量に発生する社会問題を伴っている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  建物で強度を必要とする構造材（柱、梁、床、棟木、屋根支持材など）には積極的に金属部材を用いて木質資源の節減（Ｒｅｄｕｃｅ）を行い、かつ、耐久性と解体を考慮した設計により解体作業を容易にする他、解体後にもその再利用（Ｒｅｕｓｅ）を考慮する。あまり強度を求められない非構造材（壁や天井）には合成建材を含み合理的材料を用いて資源の循環活用（ＲｅｃｙｃｌｅとＲｅｕｓｅ）を行う。かつ、当初建設の時点で、その解体の場合を配慮した設計と建設を行うことで、建築資源の再利用（ＲｅｃｙｃｌｅとＲｅｕｓｅ）を促し、これにより建物建設コストの低減と同時に建築廃材の発生を量少限にする。
【０００４】  かくして、永続的な地球の発展のため、世に求められている資源の有効活用の概念である「３Ｒ」を実現する目的では、建物の建設から解体までのプロセスを一貫して考慮した建築設計概念が有用である。このような建物を実現する方法として、強度要素として主体に置く部材（構造材）と、非強度要素で主体となる部材（非構造材）とは、それぞれの用途に適切な材料と形状を考慮の上で選択し、それらの加工と組立（建設）及び解体が容易に可能である建物設計法が必要である。
【課題を解決する手段】
【０００５】  構造材（柱、梁、棟木、屋根支持材など）としては、金属型材が最適である。強度だけでなく、耐久性（必要な場合は防錆処理を行う）も優れており、解体後も再利用が可能となるからである。現今の場合では、多くはＨ型材や角材が利用されているが、柱や梁だけの機能としては良いとしても、梁と柱の接合など建設工事が容易でない欠点がある。これに比べて、アングル（Ｌ型）型材は、柱と梁となる部分を工場で溶接により一体化（図１および図２。このそれぞれを、ここでは壁・柱・梁用のフレー厶Ｗ（壁枠組）および屋根用のフレームＲ（小屋枠組）と呼ぶことにする）し、これらを現地に輸送し、他のフレームとボルト・ナットで結合することで、建設も、また逆に解体も容易になる。このフレー厶の面内耐力が不足の場合は、このフレー厶内の開口の有無により、適切な締込みナット付きのブレース（図３および図４、筋交である）を設けることで、強度の補充ができる。このブレースにはターンバックルを付属させる。
【０００６】  外形寸法と断面積が（従って、せん断強度や必要材料量も）ほぼ等しい（約３７０ｍｍ２）Ｈ型材（５０×４０×３ｔ）と等辺アングル型材・Ｌ型材（４０×４０×５ｔ）とでは、各々が一本柱であり、その中立軸が最も有利な場所にあるとして、それぞれの断面係数Ｚは、Ｈ型は約２．５×１０４ｍｍ３であり、これに対してＬ型は約１０．４×１０４ｍｍ３で、Ｌ型材はＨ型材の４倍の曲げ強度がある。Ｌ型材が座屈しやすいという欠点があるので座屈破壊に留意するとの前提で、Ｌ型材の方が強度的にも優れている特徴がある。もし、せん断強度に余裕があるなら、この場合のＬ型材の寸法は１．５８７分の１に、つまり、上記４０×４０×５ｔの場合なら、２５×２５×３ｔで対等な曲げ強度が確保できる。
【０００７】  非構造材の壁は、上記フレームＷで形成される平面の両側から壁パネルを組み込み、それらを一体に結合して形成される（図５）。この場合、壁面の全体、および、出入り口や窓などの開口がある場合はその部分に対して、枠形を設けて置く（図６）。この枠形の固定の方法は様々であるが（図８）、フレームの補強を兼ねて、補助フレー厶（図７）を設ける方法もある。
【０００８】  床面の強度では、建物利用者に対して荷重の偏在をある限度内で任意に許容するために、通常で実存するよりも過大な荷重に対して設計が求められるという特徴がある。一方、床機能材（いわゆる床板や床下地材）から床構造材に掛かる荷重は出来るだけ平面で受け、過大な荷重の集中で、この床機能材の部分的破壊を防止するための配慮が必要である。これらの理由により、床面に掛かる荷重を受け止め、これを分散するための床構造材には、Ｌ型材だけではなく、チャンネル（Ｃ型）型材またはＩ型材を用いて、床用の形組（フレームＦと呼ぶ）を形成させる（但し、フレー厶Ｆの端辺は、他の床フレームや床梁との結合を容易するため、Ｌ型材である）（図９）。
このフレームＦの構造材の上に床機能材（パネル状の床仕上材）を設定して、床面が完成する。（図１０）
【０００９】  ２階や３階の床面のように、床荷重の支持点の確保が制限される場合で、床のスパンが大きい場合は、床荷重による床構造材の曲げ応力を低減するため、断面係数の大きい大形型材（Ｌ型、Ｃ型またはＩ型）を渡して、それに床面からの荷重を支持させることが必要である（図９）。
【００１０】  小屋組も、Ｌ型材によるフレームＲと、必要な場合はフレームＷとをラーメン構造に組み合わせて（図１１）、これらをボルト・ナットで締結して構成する。屋根勾配は、任意に設定可能ではあるが、これらのフレームの再利用を念頭におけば、最も普遍的な勾配で設計する必要がある。
【００１１】  以上のようなフレームを枠組に構成するためには、フレーム同士を締結ボルト・ナットで結合する必要があるので、それぞれのフレームを構成するアングル材には、フレーム同士で共通な寸法基準点からの等ピッチで、かつ共通の寸法のボルト穴が明けられている。ボルトの大きさも統一される必要がある。ボルト穴のピッチは、共通の基準点から決められているが、穴の大きさが、ボルトに対して、いわゆるバカ穴であれば、その加工誤差や組立誤差の吸収が可能となる。
【実施例】
【００１２】  既に、柱や梁の骨格となる「フレームＷ」、屋根軸組の骨格となる「フレームＲ」、床を構成する「フレームＦ」は既に示してある。これらのフレームが、規範的かつ単純な建物を例にとって、どのように建物の強度部材を構成するかを、図１２に示す。これらで、扉、戸、窓や出入口のようなところには、それぞれの枠形を設置した上で、床パネル（床仕上材）、壁パネル、天井パネル、屋根（機能）材などを取り付け、または、組み込めば、建屋の主体が完成する。窓や出入口のための枠形には、既成のサッシュ材の取りつけ、壁紙や塗装などによる仕上げを行えば、建物は完成する。これら一連の工事は、工場で可能な限りプレハブ化することが重要である。
なお、天井については、その上階のフレー厶ＦやフレームＲにより支持する。【００１３】  上記の主要部分や他の部分、これらの取合い部分については、想定される荷重（暴風、地震を含む）、防風、気密、防水、防湿、防錆などの特質を考慮して、それぞれの寸法、構造などの詳細が定められる。この際において３Ｒを念頭にして重要なことは、用いる材料や構造の設計の決定において、
１）解体後も再利用するか、又は、破棄するかの選択（期待する耐久性の認識）
２）建築資源の有効活用への貢献の度合い（未利用材や解体・再生材の活用）
３）組立と解体が容易であること（金具、ボルト・ナット、木ネジの徹底活用）
４）フレームやパネルは、出来るだけ大型とし、工場での製作・加工度を高めること
などを十分に配慮することである。【００１４】  実施の場合の全体的な具体例は、その典型的なものとして、図１１に示すごとくであるが、部分として、Ｔ字形の壁集合部とその中心となる柱形について、適用例を図１３に示す。【００１５】  本発明による建物は、建物の主要構造材にアングル（Ｌ型）型材を用いた各種のフレームを組み合わせて、建物の骨格が形成される。これらは、殆どすべてが工場で製作され、それらを現地に運送した上で組み立てれば、迅速に、つまり、短期に建物の主体を構築することを可能になる。
当然ながら、フレームを補強するブレースを用いる場合は、工場で仮取付とし、現場でフレームなどで構成された柱の垂直度、梁の水平度を勘案して、ブレースの締め込みを行う。【００１６】  壁パネルは、木質合板や新規又は再生材（新規用途又は未利用の木質原料、及び樹脂などの資源の効率的な活用において合理的原料を建材として利用するもの）のように美観では問題ないが、強度部材としては限界のある材料を積極的に活用して、これらも工場で完成又は半完成品として製作し、現地搬入の後、既に完成している建物の骨格（フレー厶Ｗ）に先ず枠形を固定した上で、これに嵌め込み固定する。【００１７】  フレー厶Ｆの上面をなす床面（床機能材）、天井板、及び、レー厶Ｒの上面をなす屋根下地板も可能な限り大型のパネル状にして、工場加工の上で現地搬入し、迅速に組み立てる。なお、床パネル、壁パネル、天井パネルの接合部は、角木や巾木で美観を向上する。【００１８】  建物としての強度および構造的な安定は、建物の基礎システ厶に依存するとことが大きい。この観点で、床や上部枠組と結合のための基礎を構成するフレー厶Ｂ（図１４）が必要である。【００１９】  以上に述べた各種のフレー厶やアンカーは、本考案の本質であるが、それらの寸法は、設計する荷重条件などで様々であっても、強度の余裕も含ませた上で統一することが望まれる。建物の階数が多い場合は、下半部と上半部とは異なるサイズのフレームを用いる方法もある。この寸法不連続部では、フレームに不等辺アングル材が利用できる。【００２０】  建物の建設順序は、コンクリトの連続または個別の土台に、フレー厶Ｂをその位置、水平度を考慮して設定し、必要ならコンクリートの打設をする。この際には、フレームＢに他のフレー厶との締結を行うボルトを予め取りけて置くことが重要である。次は、フレームＦをフレー厶Ｂの上に設定する。この際には、フレー厶Ｆの水平度に留意して、必要な場合はスペーサを置いて調整する。その次は、フレー厶Ｗを所定の位置に設定し、これを仮固定にしながら全体を組立て、柱や梁となる部分について、それぞれ垂直度、水平度に留意して、フレー厶Ｂ、フレームＦ、フレームＷの全体を締結ボルト・ナットで相互に結合する。この際に、柱や梁となる部分には、形状と強度の安定のため、捨てアングル材が有用である。更に、２階や３階がある場合は、フレームＦやフレー厶Ｗを同様に重ねて行く（一部や全部を地上で仮組しても良い）。この後で、フレー厶Ｗやフレー厶Ｒによる小屋枠組を構成させて（一部は地上で仮組にしても良い）、互いに締結すれば建物全体の枠組の建設が完了する。補強ブレースの締込みも同時に行う。【００２１】建屋枠組が完成したら、先ず、必要な屋根下地パネルを設定・固定して、可能なら屋根材を置く。これと並行して、フレーム補助材や枠形を設定、固定する。次は、床パネルを敷き込み固定する。次いで、枠形を固定し、壁パネルを貼り付ける。また、壁内に敷設すべき配管、電線、ダクト、断熱材などがある場合は、壁パネルに事前に組み込んで置くか、壁パネルの設定と同時に敷設する。これらで壁内にあるべきものと壁外部との取りあい部は、天井裏か床パネル下になるように考慮して置く。【００２２】  これ以降は、外壁、屋根工事、天井工事（上階の床、または小屋枠組から支持できるように設計する）、枠形にサッシュ類の窓や引き戸などを設定・固定する工事、出窓の工事などの仕上げ工事を行う。壁紙や装飾的工事、台所、風呂、トイレなど配管工事や配線工事も、通常のような手順で工事を行う。「３Ｒ」の設計概念が必要なので、解体、改造なども十分に考慮した細部設計が必要である。当然ながら、そのため工事が複雑になったり、コストが上昇しないような配慮も必要である。【００２３】  以上に述べた建設順序は、一般的な手順として考慮した場合であり、設計や部材によっては工事順序の考慮により異なる場合もある。角木や巾木による仕上げ工事もあるが、解体を考慮して行う。
【発明の効果】
【００２４】  以上のような建物構造概念と設計理念、及び現地工法を採用する建物は、以下の効果を持つ。
１）強度を要する木質資源の節減（有効活用）
２）非構造材や内装仕上げに、合成又は再生建材、過去では未利用の建材などの積極的な利用
３）将来に解体される建材（各種フレーム、ブレース、パネル類、枠形など）の再利用
４）現地工期の迅速化、期間の短縮（プレハブ化の積極的活用、並行工事の推進）
５）金属型材を強度部材とする建物であっても、仕上げ状態では木質感の醸成
６）建物単価の圧縮
【００２５】  以上の効果により、資源循環「３Ｒ」を容易に達成できる未来志向の建物が可能となる。特に、木質感が好感される住宅においては、以上のような効果は極めて有意義である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】フレームＷ（壁および梁、柱などの枠組を構成するためのアングル型材によるフレーム）の基本を示す。
【符号の説明】
１――フレームＷ（柱、梁、壁を構成する機能がある）
【図２】
フレー厶Ｒ（勾配のある部分、例えば屋根の小屋枠組を構成するためのアングル型材によるフレー厶）の基本を示す。
【符号の説明】
２――フレームＲ（屋根など傾斜のある梁、棟木、その支持体となる機能がある）
【図３】
フレームの補強のためのブレースの配置の基本を示す（フレーム内に開口の無い場合）。ターンバックルが付属し、締め込みが容易である。
【符号の説明】
３――補強ブレース（フレームＷやＲの簡便な補強ができる機能がある）
【図４】
フレームの補強のためのブレースの配置の基本を示す（フレーム内に開口の有る場合）。
【図５】
壁パネルの構成例。（部分断面）
【図６】
フレーム全体、および、そのフレーム内に開口の有る場合の開口枠形の例。
【符号の説明】
４――枠形（開口の有無考慮して、壁、扉、戸などの構築を容易にする）
【図７】
補助フレーム。
【符号の説明】
５――補助フレーム（フレームの補強、枠形の固定、壁の補強などを容易にする）
【図８】
枠形の固定の方法の例と、補助フレームとの関係。
【図９】
フレームＦ（床枠組を構成するフレー厶）の基本を示す。
【符号の説明】
６――フレームＦ（床構造材とともに、床の強度メンバーを構成する）
【図１０】
床面パネル（床機能材）の構成の例。
【図１１】
フレー厶Ｒとフレー厶Ｗによる小屋枠組の基本例を示す。
【図１２】
建物全体でのフレー厶の組合わせの基本的な例を示す。
【図１３】
断面がＴ字の壁の集合（柱形の形成）の例を示す。
【符号の説明】
７――捨てフレーム（フレームＷやＲにより構築される柱や梁の強度の補助、座屈防止のために、必要な部分を含む長さで、利用されるアングル材）
【図１４】
フレームＢと基礎アンカー部との関係の基本構造の例。
【符号の説明】
８――フレー厶Ｂ（各種フレー厶で構成される建物枠組のアンカー役を果たす機能を持つ）。
９――空気抜き穴（土台コンクリートの打設時において空洞の発生を防止し、必要な場合は不足のコンクリートが充填できる）。
１０――アンカー・セット（フレー厶Ｂと土台コンクリートを確実に結合する）。
【図１】
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【図２】
2005090209.tif 000004
【図３】
2005090209.tif 000005
【図４】
2005090209.tif 000006
【図５】
2005090209.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005090209.tif 000009
【図８】
2005090209.tif 000010
【図９】
2005090209.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005090209.tif 000013
【図１２】
2005090209.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2005090209.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月25日(2003.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】  以上のようなフレームを枠組に構成するには、フレーム同士を締結ボルト・ナットで結合する必要があるので、それぞれのフレームを構成するアングル材には、フレーム同士で共通な寸法基準からの等ピッチで、かつ共通の寸法（穴径）のボルト穴が明けあれている。ボルトの大きさ（ボルト径）も統一される必要がある。ボルト穴のピッチは、上述の等ピッチが原則であるが、フレームが集合して形成される柱形や梁形において、集合したフレームの全体を一緒にした断面で、いずれのフレームのボルト穴も、その断面に存在する可能性がある。この場合で強度上の不安がある場合は、いずれか片側のフレームでは、その基準点からの最初のピッチだけは等ピッチの半分にするなどの配慮が必要である。いずれにおいても、ボルト穴はバカ穴にして、フレームの加工誤差や建設時の組立誤差を吸収する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】  以上に述べた建設順序は、一般的な手順として考慮した場合であり、設計や用いる部材、それらの納期の影響などによっては、工事順序が異なる場合もある。なお、角木や巾木による仕上げにおいても、解体を考慮して設計施工する。
フレームＲは、鋭角となるアングル材による構成が必要であるが、図２に示した場合で見られるように、この鋭角部は、アングル材の切断や、その断面の接合が容易でない場合がある。このことを配慮して、このフレームＲの内で他のフレームとの締結において、強度の上、組立作業の上、および加工の上で、最も重視すべきフレームＲの１辺または２辺を選定して、その辺のアングル材の切断と他の辺との接合の方法を配慮して設計する。例えば、図１５のようにする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図１５】
2005090209.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月17日(2003.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】  外形寸法と断面積が（従って、せん断強度や必要材料量も）ほぼ等しい（例えば約３７０ｍｍ２）Ｈ型材（例えば５０×４０×３ｔ）と等辺アングル型材・Ｌ型材（例えば４０×４０×５ｔ）とでは、各々が一本柱であるとして、最も有利な強度でのそれぞれの断面係数Ｚは、Ｈ型は約６．１６×１０３ｍｍ３であり、Ｌ型は約１．８９×１０３ｍｍ３で、Ｈ型材はＬ型材の約３倍の曲げ強度がある。
しかし、この例では、Ｈ型材の弱軸方向でのＺは約１．６１×１０３ｍｍ３で、Ｌ型材に若干劣る。必要な曲げ強度が地震や強風であるなら、固定された柱（Ｈ型材）の強度に方向性があるのは、設計上で煩雑であり好ましくない。また、標準化に不適である。
一方、Ｌ型材が座屈しやすいという欠点があるので座屈破壊に留意して、４本のＬ型材（例えば４０×４０×２．５ｔ）を締結して十字形にすると、合計面積は約７７５ｍｍ２と上記の例の約２．９倍になるが、断面係数Ｚは約５．３５×１０３ｍｍ３で、上記のＨ型材（５０×４０×３ｔ）に若干劣る程度となり、かつ、Ｈ型材のように極端な方向性が無くなる。つまり、せん断強度も十分にあって、かつ、柱の強度に方向性がない標準的な設計が可能となる特徴がある。強度に余裕のある時は、十字形を構成する４ヶのアングル材の一つまたは二つを座屈防止のみを目的とする捨て材（以下では、捨てフレー厶または捨てアングルと呼んでいる）にすることも可能である。捨て材は、曲げ応力の大きいところに部分的であっても良い。
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月12日(2003.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正４
【補正方法】追加
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図１５】  ２（フレームＲ）の製作を考慮した改良形である。