(57)【要約】【課題】建築構造で、建物の重量は最も基本的な荷重であり、その建物の総重量を減らすことが出来れば、地震力被害は軽減される。しかし建築構造材料は概して比重が重い物が一般的である。また、昨今の石油情勢からの価格変動から、従来の断熱材の厚さ程度では、イニシャルコストとランニングコストによる損益分岐点に大きな差異が生じている。【解決手段】動物の骨のように内部密度が異なる各種の軽量構造を得る手段として、断熱材等の各種の軽量基材に、FRP等の樹脂構造膜とその構造膜と一体となる90度あるいは60度に交差する格子状の樹脂構造リブとで表面加工をした軽量構造材を作る。それらの軽量構造材で、建築における屋根・壁・床の各構成を、仕上げまでを含めた大型パネルとしで、組立・解体・リサイクルを効率化し、コストの低減と省エネルギー化に貢献しつつ、自重の軽い建築を得て地震被害を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
FRP等の樹脂構造膜と、該構造膜と一体となる90度あるいは60度に交差する格子状の樹脂構造リブとで表面加工をした構造材。
【請求項２】
押出発泡ポリスチレン等の軽量な基材に、請求項1.に該当する加工を施した構造材。
【請求項３】
押出発泡ポリスチレン等の軽量な基材に、樹脂フイルム等の構造膜で表面加工をした構造材。
【請求項４】
軽量にするため、内部あるいは引張り力がかかる側に向けて、段階的に密度あるいは粒子を変えた材と接着剤との練物で構成される事を特徴にし、請求項1.あるいは請求項3.に該当する加工を施した構造材。
【請求項５】
紙や段ボールあるいは圧延鋼板やポリカーボネートなどの波板を、直交させるながら波の高さや間隔を段階的に差を付けて複数積層していくことを特徴にし、請求項1.あるいは請求項3.に該当する加工を施した構造材。
【請求項６】
密度を段階的に変化させ積層したハニカムコア構造で、請求項1.あるいは請求項3.に該当する加工を施した構造材。
【請求項７】
材料内に、表面から内部あるいは引張力がかかる側に向けて、段階的に直径が大きくなるポリスチレンビーズ粒子配列を持つ事を特徴とした、樹脂あるいはコンクリートあるいはその他の充填材で成る構造材。
【請求項８】
段階的に発泡倍率を変えた製品を積層した発泡樹脂構造板とそれに請求項1.に該当する加工を施した構造材
【請求項９】
請求項1.の加工を施したコンクリート用残存型枠
【請求項１０】
本請求の、用途や物性が異なる材料を積層し中空層を設けた構造材
【請求項１１】
図20に示す現場剛接合構造リブ切削工具
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
建築の構造材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築や土木構造計画は、常時いくつかの荷重が加えられている状態を想定し、それに耐えうるように計画される。建物の荷重は、建築本体や内装材や衛生設備や電気設備などの建物と一体となった物総体の自重と、建物の用途によっての人や家具・物などの積載荷重と、積雪や風と地震の揺れなどの外部荷重に大別される。その中で地震の影響による荷重である地震力（以降地震力と表現する）は、それら建物総体の重さと、形状や地上からの高さや階数（層数）によって、細かく規定され算出されている。風の影響また雪の重さなども地域ごとに規定される。そしてそれらの荷重影響を確認しつつ、各種の性質を持つ地盤へと支持させる。以上が大まかな建築構造計画である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
建築構造では建物の重量は最も基本的な荷重であり、建物の総重量を減らすことが出来れば、基礎まで含めた地震力被害は軽減される。しかし建築構造材料は鉄筋コンクリートや鉄骨などの密度の高いものと、軽量のものでも木材やLGSを含めた軽量鉄骨等の、ある一定の方向に強い物性や形状の物しかなかった。また、火災などの影響を減じる外壁材や内装材などは、概して比重が重いものとなっている。
【０００４】
また、近年の石油情勢や汎用エネルギーの将来性から、現在よりさらに建物の省エネルギー化を目指さなくてはならない状況にある。その主旨に従うと建物の省エネルギー化に主に貢献する部材は断熱材である。その断熱性能の多くは断熱材の厚さに左右される。一般には、建築の構造体が別にあり、その密度の高い構造体が冷橋になりやすいため、断熱材厚を確保しながら入念に断熱材層で構造体やその他を覆い、結露や温度差等が生じない室内空間を作る事が要求されている。
【０００５】
従来の建築工法には、本来の建物目的ではなく、建物の維持をするための空間が存在している。特に木造などでは床下の空間や小屋裏の空間、外壁の通気層などである。これらは、木が腐るのを防いだり、屋根裏の結露を防止したり、壁体内結露が起きた後の後処理等であり、建物を維持するためには必要な構造や空間ではあるが、人間にとっては良好な空間とはいえない。そしてそれら多くの維持するための空間は、内部と外部の温度変化に起因する現象を解決する為の対策である。しかし、もしこれらの現象を排除できたら、より良好な環境を提供でき、これらに係る工数・工程やコストも削減できる。
【０００６】
また、天災やその他の被害者を救援するための仮設住宅の居住性やコスト、建設速度なども、まだまだ改善すべき必要がある。一般の住宅建設工程が煩雑であるから、仮設住宅はそれらを省いて行うと言う方法論だが、求められる室内環境は同等のはずである。緊急時の仮設住宅においても、恒久的建物にでも共通して採用出来る工法が必要である。また、建物の解体工程や解体材のリサイクルなどの課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
動物の構造である骨や関節・腱などで構成される骨格において、その主要支柱となる骨は表層は密度が高く、内部に行くに従って密度が低くなっている。骨は、その強度と運動効率を満足させ、軽量化を進化の過程で果たした理想的な構造である。それに比較し、現在の建築や土木の構造は、コンクリート造でも木造であろうとも、構造部材そのものの材料密度は表面から内部まで一定である。特に圧縮材料ではない構造部分である梁等の変形中心軸部分に関しては、さらに中空とし軽量化されても良い。本案は、今まで構造材として論じられてこなかった密度変化がある構造材、あるいは構造材として用いられてこなかった他の材料についても、軽量で効率の良い構造部材としていくつか提供する。
【０００８】
本案は、FRP等の樹脂構造膜と、その構造膜と一体となる90度あるいは60度に交差する格子状の樹脂構造リブとで表面加工をした構造材を提供する。代表例として最初に極厚の押出発泡ポリスチレン等の表面に、FRP膜とそれに連続連動する構造リブを施したパネルを構造体とした建築構造を提供する。
【０００９】
さらに、軽量化のために内部密度を変え、再資源化材料を含めた、各種の材料で構成した構造体と、防火や耐候性などの各種の建築条件を満たした軽量な表面仕上材とを一体化した大型パネルを作る。このパネルは、大きく大別して、屋根・壁・中間床・最下階床・その他の構造補強部品など、必要強度や各種建築条件を満足させて作る。これらには、電気設備等の配線や衛生や換気設備等の貫通孔補強、あるいは窓やドアなどの開口部の補強なども施し、工期の短縮に貢献する。
【００１０】
また、一般的に最も多く使われているコンクリート工法を軽量化する案も提供する。
【発明の効果】
【００１１】
一般に、軽量で均一な建築材料はフォームポリスチレンやフォームウレタンあるいはフォームフェノールなどだが、それらは建築分野では省エネルギーに有効な断熱材として使われてきた。その厚さはせいぜい10cmほどである。しかし、エネルギー事情の将来や昨今の石油情勢を鑑みると、その厚さ程度では、省エネルギー対策工事費と建築環境維持費との損益分岐点に大きな差異が生じている。これは寒冷地になるほどその傾向が強い。本代表構造例は、より高い省エネルギー要求条件を満たすことができる。
【００１２】
本案の構造材は、従来の構造材料であるコンクリートや鉄などよりも比重が軽く圧縮強度も低い事から、必然的にその断面は大きくなる。通常の建築であれば断面が大きくなることは、用途上などの条件で不利側になるが、室内環境を確保する視点からは不利側ではない。それは、軽量材として使われる建築材料の多くは、例えばフォームポリスチレン等は一般的な建築用途断熱材か、あるいはその性能を少なからず有する物であり、その目的は良好な室内環境を得るために使用されているからである。むしろ通常の場合でも、エネルギー政策の面でも、断熱材は厚くすることが求められている事から、断熱材を構造体となるまで厚くしたとしてもメリットが有る。
【００１３】
本案は、建物の総重量を大幅に減じることから、その重量と密接な関係にある地震力を軽減することができ、その影響被害等も低減される。また、本案の構造体パネルは従来の構造材料よりも弾性であることと、圧縮力などを受ける壁パネルは全断面均等に負担すること、あるいは引っ張り力は面で負担することなど、力を分散してあるいは拡散的性質を持つ事から、地震力での影響による構造部材への応力集中が少なく、また弾性であるがゆえに変位にも追従し破壊度合いが少ない。これらの事で地震被害の軽減に貢献する。
【００１４】
従来の建築重量よりも軽量であることは、それを支える基礎構造も簡略化できる。またそのことは、地震時で起きる地盤の液状化現象からの影響を軽微にすることができ、また最悪液状化など地盤の変位が起きてしまった場合にも、建物の軽量化は復旧工事を容易にする。
【００１５】
本案のパネル構造は軽量であるため、従来のパネル型住宅より、パネル自体の大型化や設備等の事前のセットや化粧仕上等までの工程の統合が可能である。このことから建設現場での工程が省略され、施工工数あるいは人員削減などが計られ、建設時間の短縮あるいはコストダウン化が可能になる。
【００１６】
本案は、床下空間や階中間天井裏や屋根裏などの空間や外壁通気層を不要にする。一般には、それらの空間は建物を維持するための物だが、断熱材を構造体にする本案は腐食もなく透湿抵抗も極めて高いので、水蒸気の透湿もない。よって小屋裏空間も外壁通気層も不必要になる。
【００１７】
本案での建築構造パネルの工程の簡略化や建設部材の軽量化は、災害などの緊急時に必要な仮設住宅の、運搬のしやすさや建設速度の速さ、それと室内空間の向上、解体のしやすさ、建設材料の再利用などにも貢献できる。また、壁パネルは軽量型鋼柱とブレースで構成された従来の仮設住宅システムの部材などにも対応できる。
【００１８】
本案での建築構造パネルは自由な立体形状も補強できる。3次元で切削が行えるコンピューター制御の工作機を使用した後、あるいは発泡成型したフォームポリスチレン等の構造物に、本案における表面加工と構造補強をすることで、汎用性を高め自由な形状の建築構造や意匠が可能となる。
【００１９】
従来の建築工法の場合の剛接合は全て構造部材内部での作業であるために前もって計画的に作業が必要になるが、本代表構造例ならば組み立た後、隣接した構造部材同士の接合部近傍の表面加工だけで剛接合が可能になる。
【００２０】
また、本案の構造パネルは、従来の建築仕様と異なり、基材表面に加工を施すことから材料構成が単純である。例えば寒冷地では外壁から内壁仕上げまでの構造工程数、あるいは重ね合わされた層は9〜11に及ぶ。この工程や層を1〜3に減じることが出来る。この事は建設時の利便性はもちろんのこと、解体時の処理やリサイクルをも容易にする。
【００２１】
本案の樹脂構造はコンクリートにも適応できる。コンクリート型枠そのものをFRP等の樹脂構造膜で作り、その構造膜一体となる90度あるいは60度に交差する格子状の樹脂構造リブを施し、打設後も残存型枠とするならば鉄筋工事そのものが大幅に削減される。その場合鉄筋のかぶり厚を必要としないので、コンクリート工事に係る全体量を削減することができる。またそれはコンクリート構造の補修にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】表面加工透視図
【図２】構造膜と構造リブの透視図
【図３】住宅断面モデル図
【図４】建築モデル透視図
【図５】自由な形態の構築物モデル図
【図６】組立構造部材例の透視図
【図７】圧縮力と引張力の模式図
【図８】圧縮力と引張力に応ずる材料構成を変えた模式図
【図９】従来の仮設住宅に採用した例
【図１０】練物構造材断面図-木粉例
【図１１】波板積層交差構造の断面図-ダンボール・鋼板・ポリカーボネート等樹脂板例
【図１２】積層ハニカム構造の断面図
【図１３】表面から段階的に混入粒子を荒くした充填材料の断面図-スチレンビーズ使用例
【図１４】段階的に発泡密度を変化させた発泡樹脂材料の断面図
【図１５】異種材料積層中空構造の断面図-各種の材料例
【図１６】表面を樹脂で強化し、構造リブを持った材料の断面図
【図１７】コンクリート型枠に使用した例の断面図
【図１８】コンクリート型枠に使用した例の立面図
【図１９】コンクリート補修用工具の透視図
【図２０】軽量パネル等を現場で剛接合用する工具の透視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本案の特徴は、軽い材料を得るという主旨から、基材の比重が表面から内部方向あるいは引張り力側に行くに従って、段階的に軽くなることにある。必然的に密度あるいは基材の厚さなどと、応力を負担する位置がそれぞれの版強度に密接に影響する。
例として、図7の模式図は四角い断面を持った均一材料の梁である。自重を無視した場合、この中心軸は上下同質材料であるので部材断面の強度の中心軸である重心、及び変形軸と一致している。  図中のWは荷重によって生じる変数である。上部からの荷重が上下同じ強度の床や梁などにかかった場合、材料の上面に生じる圧縮力1.0Wと下面に生じる引張力1.0Wによってつり合う。もし、中心軸からの距離が2倍の位置に上下共に荷重に対する抵抗面があれば0.5W同士でもつり合う。このように構造中心軸からの距離によって必要な材料強度は大きく左右される。
【００２４】
さらなる例として、図8は、圧縮力と引張力に応ずる構造材を変えた模式図である。上面は圧縮力に強い材料、下面を引張力に上方圧縮力が1.0であれば、0.5の強さの材料の単純梁として構成する。この場合強度の中心軸、いわゆる梁全体の変形軸は上方に移動しつり合う。同じ物を用いても、それを使う位置によって効果は異なる。このことから構造材は必ずしも内部まで、木材やコンクリートや鉄骨のように均一な材料で構成する必要はない。
【００２５】
引張り力しか生じない部位には、軽量な樹脂膜やフイルム類や炭素繊維やアラミド繊維等の強化繊維などのように引張力に強い材料を使い、床のように直接人や物に接し荷重がかかる面としての強度が必要な部位には、圧縮応力も高い合板等一般の構造部材を使用し、圧縮・引張力を負担する部材間の、変形軸からの距離を保持するスペーサー材料として、より軽い構造か材料を使う事で各構造部材は軽量となる。
【００２６】
本案代表例として、図1は基材に密度の低い材料を用いて、骨のように表面が密で内部に行くに従って軽量となる構造を得る図である。1.の構造基材である押出発泡ポリスチレン等の表面から、複数以上の平行な1a,1b,1cなどの溝を作る。溝の製法は押出成型時か、あるいは発泡過程での金型によるものや、NCなどの3次元工作機あるいは図20に示す鋸刃切削によるものとする。
【００２７】
構造基材である押出発泡ポリスチレン等の構造的必要厚と寸法安定の為の部材寸法は、基材強度が低い故に通常の構造材料よりも大きくなり従来からの用途上の建築計画では不利側にあるが、それは省エネルギー化の必須要件である断熱性の要求を十分に満たすことで有利側に転じる。
【００２８】
実際の建築に用いる場合は基準法を遵守し構造計算を行い仕様を決定するのが定石なので強度に関しての判断は一概には言えない。しかし、一般的には断熱材にしか使われていない軽量な材料でも構造体になり得る考え方として、木造と本案代表例とで物性を単純比較する。
【００２９】
圧縮強度に関して、針葉樹繊維方向圧縮強度は27N/mm2であり、対して一般的な押出発泡ポリスチレンの圧縮強度は0.2N/mm2であり、圧縮強度は木材の1/135しかない。一般的モデルとして木構造住宅では、壁の内部に105mm×105mmで断面積が11025mm2の柱が910mm間隔に入って上部の荷重を負担している。その荷重負担状況を本代表構造案の建築構造パネルに置き換えると、壁厚250mm×壁長さ910mm、断面積227500mm2の壁となり、耐荷重は木材は297675N、本案では45500Nであり、まだ圧縮強度としては1/6.5である。しかし、通常時の構造柱は、常に材料耐力の100%の荷重を受けている訳ではなく、半分以下の場合が多い。これらも綿密な荷重配分計画をすることで成立する。
【００３０】
また、市販されている押出発泡ポリスチレン製品は、一般的な断熱材用途の圧縮強度0.2N/mm2から3.4N/mm2まで、その圧縮強度差は17倍ある。その中で設計に合う選択を行えばよい。また補強構造材質の挿入も可能である。さらにパネル設計段階で、構造膜と構造リブに圧縮力を負担させる設計を行えば構造材としての性能となる。
【００３１】
また建築自重に関して言えば、一般の木造建物では、外壁材や内装材及び断熱材その他の構造材が必要になるのに対し、本代表構造案は主にこれのみで壁を構成している。一般木造壁自重は、構造用合板6kgと内装材10kgと外装材15kgの計31kg/m2を壁面積2.5m×0.91mの2.275m2として、乗ずると70.5kgとなる。さらに柱の重量16.5kgを加算すると87kgとなる。それに比べ本案壁自重は0.25×0.91×2.5とすると体積0.568m3であり、比重20kg/m3なので11.37kg。繊維強化樹脂重量5kgを加算すると17kg前後となり、壁の自重は木造のほぼ1/5となる。
【００３２】
以上、材料としての圧縮強度と自重に関しての単純比較である。個別の建物の構造計画にもよるが、極厚のパネル化を行うことによって、平屋あるいは最上階構造などに関しては十分構造計画範囲であり、詳細設計を行うことで更なる適合範囲も可能となる。
【００３３】
その他の特徴として、引張強度は構造膜のFRP等の樹脂やフイルムの仕様によっては金属以上の強度にすることができることにより、耐力壁などには十分であり、面として対応することで応力集中による破壊などが発生しにくい。
また、組立後に剛接合に移行できる為、屋根や床版など積載荷重を直接受ける版は、一般の木造構造のように根太構造とせず、鉄筋コンクリートのように4辺固定のスラブとすることが出来る。このため、従来の木構造のように根太を受ける壁だけに荷重を集中させる事なく、壁形状に合わせ周囲の壁に分散負担させることができる。このため壁の必要圧縮強度は平均化される。
屋根版及び床版においては間取り等で負担区画は異なり、必要パネル強度は大きく変動はするが、荷重負担可能上限を設定させることで、取り扱いを簡素化させる。
【００３４】
本案、図1の構造リブ2a,2b,2cの樹脂の間隔や高さと基材を覆う構造膜2と一体となる強化繊維層3も、その構造部位における応力から算出される。基材物性を損なわない樹脂を選択し、あるいは溶解防止などの先行処理を行なった後、構造リブ2a,2b,2cの樹脂の充填と構造膜2及び強化繊維層3を塗布形成する。表層の4.は化粧仕上コート類であり、一体となって密実な構造膜となる。
【００３５】
図2は基材内側から見た、90度で交差した溝で形成された樹脂リブの図である。異なる高さのリブが配置され、内部側のリブ間隔より外部側のリブ間隔の方が狭くなっている。この交差方向やリブ高あるいは炭素繊維やアラミド繊維などの強化繊維敷設の有無や種別・量なども応力によって算出され決定される。
【００３６】
特に構造的に膜の形状を維持する為のリブも必要のない部材については、リブを省略し一般的な壁紙や、ポリエチレンテレフタラート(PET,PETE)などのリサイクル可能なフイルム等だけで表装することもできる。
【００３７】
図3は、これらを特徴とする、構造パネルを用いた住宅例の断面である。建物の各部位では通常は重力のみ作用し、地震時や風圧力時の場合にさらに力が加わる。5は屋根構造版、6は壁構造版、7は床構造版である。通常の構造用語のピン支持状態では、屋根版5では屋外側5aの面に圧縮力が働き、室内側5_2の面に引張力が働く。また7及び７’の床面でも同様に上側7a,7'aは圧縮力が働き、下側7b,7'bでは引張力が働く。6の壁は通常時には全断面に圧縮力が働き、地震時や風圧力時の場合一部に引張力が働く。5c，7cは、パネル端部に圧縮力や引張力やパネル及び積載荷重などが働くなどの想定が出来る。
【００３８】
一般の住宅工法でのほとんどの接合部は、このようなピンあるいはヒンジ接合だが、接合部に作用するそれらの力の相殺や、構造材料が持つたわみなどの特性を活かし、応力を分散させる事を目的に、現場にて構造版同士の接合部に図1・図2の構造膜を形成する工程を行うことで固定接合、いわゆる剛接合とすることも可能である。従来の建築工法の場合の剛接合は構造部材内部での作業が必要になるが、本代表構造例ならば隣接した構造部材同士の接合部近傍の表面加工だけで剛接合が可能になる。
【００３９】
またこの事は、一般的な建築構造においては主要構造は建物表面から隠されている事から、改修や補強を行う場合、表面の化粧を撤去して行わなければならないのに比べ、日常的なメンテナンスや地震時などの被害確認を目視でき、またその対処も容易にする。
【００４０】
また本案の建築構造パネルは、床下空間や階中間天井裏や屋根裏などの空間や外壁通気層を不要にする。一般には、それらの空間は建物を湿度や温度を管理し建設材料の劣化を防ぎ維持するための物だが、断熱材を構造体にする本代表構造例は、腐食もなく透湿抵抗も極めて高いので、水蒸気の透湿もない。よって小屋裏空間も通気層も不必要になり、それらの工程も工費も不要である。
【００４１】
図4は、本代表構造例の材質を用いて、応力をパネル形状に反映した2階層のモデルの透視図である。9は組立後隣接する部材を剛接合とする場合の樹脂膜による表面処理である。10の臥梁は、風圧や地震力の影響や、5の屋根、6の壁からの力を均等に分配拡散させる部材である。図4にある中間層床版7'の下側は引張り力しか作用しないので、床中央部下側を弧型とさせ、引張応力の性能を高め床版の軽量化を図ることが可能である。
【００４２】
図5は自由な造型モデル図である。軽量な基材パネルで組み上げた後、隣接した構造部材同士の接合部近傍に、接合部材双方に貫入する構造リブを得るよう加工された溝に、構造樹脂を充填し、更なる繊維強化層を含めた構造膜を塗布形成することで一体となる。
【００４３】
さらに、図6の様にこれらの構造部材を組立構造材として細部に分けて制作し、後に一体化して梁や柱などの構造体とすることができる。例として鉄筋コンクリートラーメン工法に例えると部材14は主筋に相当し、柱総体の形状を保持する部材11と強化繊維層を含む樹脂層１３はフープ筋に相当する。部材14_1は圧縮力を負担させる必要が有る場合の、木材あるいは鉄骨などの補強の構造材料である。部材12は幅止筋に相当し、柱内部側での変形を防ぐ。
【００４４】
図17と図18は、本案の構造膜とそれと一体になる構造リブを用いることで、建築で最も多用されているコンクリート工事を簡略軽量化する案である。鉄筋工事も大幅に減じることもできる。また、型枠を兼ねた強度に設計すれば、型枠の取り外し工事も不要となり、施工工数の現象及び建物の軽量化に貢献する。
【００４５】
45はFRPなどの樹脂構造膜、46aは構造リブ、46bはセパレーター金物48に付属するPコン48b用の穴の補強リブ、47はコンクリートである。型枠にこの構造膜と構造リブを設置してコンクリートを打ち込めば、構造膜及び構造リブが鉄筋の代わりとなって、鉄筋コンクリートと同様な強度が得られる。また、今までは重要な引っ張り力を受ける部材が鉄筋であったため、そのかぶり厚は必須だった。それゆえ目視ができなく、その施工状況などの検査には専門の探知機などが必要である。その検査の手間とコストがかかる事が要因になり、必要十分な検査がされて来とは言い難い。本案では施工状況を目視することができ、また不備であった場合においても適切な処理が可能になる。
【００４６】
本案の構造膜とそれと一体になる構造リブをコンクリート工事に使用することで、かぶり厚分のコンクリート使用量と、構造膜とそれと一体になる構造リブからなる引張り強度を必要鉄筋量に置き換えることで、大幅な鉄筋量を減じることが出来、コンクリート構造物の自重を減らすことが可能になる。また、図18のような専用切削工具を用いることで、既存のコンクリート部位の補強が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
また、広く産業化の可能性を広げるため、目的用途や原材料や製法など、別に次のようなものを考案した。これらも本案代表例のように、樹脂膜と構造リブを施すことで優秀な構造体となる。
【００４８】
図１０は表面から段階的に密度が変わる材料の断面図である。これは接着剤と基材となる混入材での練り物を段階的に変化させ重ね合わせて作る。例として、最細木粉に接着剤を混ぜて作った27aに、粒度を大きくした木粉に接着剤を混入した層27bを積層し、さらに粒度を大きくした木粉に接着剤を混入した層27cを積層し、オガクズなど木片に近い粒度の材料に接着剤を混入した層27dを積層して作る。接着剤を混入した練り物である事を特徴としている。この製法は軽石や木材・ALC等の建設材廃材・ホタテ貝などの殻など、また震災時のガレキ再資源化など、一定の物性安定度を有した廃材などを粉砕して再利用する分野に適し、圧縮力が多いパネルあるいはパネルの端部などに適している。
【００４９】
図１１は表面から段階的に物理的密度を荒くした構造例の断面図である。紙やダンボールと、波板・折板などの圧延鋼板やポリカーボネートなどの樹脂版で製作した例である。29、31は使用目的で異なる耐候性仕上げ材などである。強度や目的によって異なるが、この構造は波型に成型した層を直交させて積層することを特徴にしている。30aの波型層に直行させた30b層、さらに粗い波型30cを直交させる。これは屋根などの大きなスパンを得る分野、あるいはポリカーボネート材などの樹脂板を使用しての、断熱採光部に適している。
【００５０】
図１２は表面から段階的に目的強度を変化させたハニカムコアでの構造例である。32は床仕上げ材、34はこのパネルにかかる引張り力を負担するフイルムである。強度及び精度が必要な層ハニカムコア33aと、引張り応力フイルムとを、所定の間隔位置に維持するため、積層することを特徴にしている。
【００５１】
図１３は、表面から段階的にスチレンビーズなどの混入粒子を荒くした充填材の断面図である。35は初期制作材料面である。薄型材料面に樹脂等の接着剤を塗布し、その上に最細粒スチレンビーズ36aを流す。最細粒スチレンビーズはまんべんなく付着し、接着剤に触れてないビーズは人工的な風などで簡単に除去できる。その上に再度接着剤を吹付塗布し最細粒スチレンビーズの間隙をも埋める。再度段階的に大きくしたスチレンビーズ粒子36bを付着させる。36c,36dも同様の工程を行い所定の厚さにする。この材料は37のスチレンビーズの間隙を埋めている接着剤で使用した樹脂が、実質的な構造体であることを特徴としている。
【００５２】
図１４は段階的に発泡密度を変化させた発泡樹脂材料の断面図である。39は各建築条件による仕上げ材料であり、41は仕上げ材あるいは引っ張り応力フイルムである。発泡樹脂には押出発泡ポリスチレンやポリスチレンビーズボード、フェノールフォーム、硬質ウレタンフォーム、などがあるが、すでに強度や目的別に製品化されている。発泡樹脂板は圧縮力に強い製品は高価で弱い製品は安価であるから、強度などや各建築条件目的に合わせて積層する事を特徴としている。仕上げ材に近い層に密度が高く圧縮に強い樹脂版40aを使用し、41のフイルム位置を維持するためのスペーサー材としてより密度の低い樹脂版40bを積層している。
【００５３】
図１５は、軽量になる事を目的にして、用途・物性の異なる製品を積層し、中空とした事を特徴とする断面図である。42は床合板などである。43aの折板と、それに直交する折板43bと、完全な空間43cと、43bと43eの間隔を保持するように密着一体化した43dと、軽量発泡材43eと引っ張り力を負担するフイルム等の材料44で構成される。軽量化のため、骨の内部のように空間とするには、相対する層との位置を保持するためのスペーサーが必要になる。ここでの主な各部位の応力は、上層42,43a,43bは荷重による曲げと圧縮を負担し、中空層に点在する43dは空間に生じるせん断力と上下層からの圧縮を負担し、下層43e,44は引っ張りと圧縮を負担している。
【００５４】
図１６は先に示した本案の断面図である。
１の基材を押出発泡ポリスチレンを構造基材とし、その力を材料内部に伝達させるためと、応力に応じた強度を得るために、基材を切削あるいは成形して得た溝に樹脂を注入し異なる高さの構造リブ2a,2b,2cを作り、その付着力で表面に引張り強度等の応力に応じたFRP等の樹脂性の構造膜2を形成し、構造膜と構造基材とを一体化させる。
この構造リブ2a,2b,2cは、応力によってあるいは構造材料の密度や樹脂の付着強度によっては、一方向だけではなく90度に交差し網目状に、あるいは60度等必要に応じて交差させ、よりさらに安定させる。また、力学的あるいは形状安定化の必要がある場合には、この構造リブに引張強度がある繊維類で作られた糸を挿入し、流し込んだ樹脂との一体化させ強度をあげる。または樹脂そのものに強化繊維を混入撹拌して樹脂の強度を向上させることもできる。また、特別に圧縮耐力が必要な端部等には、樹脂あるいは金属などを挿入し同様な手法で樹脂と一体化し強化される。
【００５５】
図17と図18は建築で最も多用されているコンクリート工事を簡略軽量化する案である。鉄筋工事も不要である。また、型枠を兼ねた強度に設計にし残存型枠とすれば、型枠の取り外し工事も不要となり、施工工数の現象及び建物の軽量化に貢献する。
45はFRPなどの樹脂構造膜、46aは構造リブ、46bはセパレーター金物48に付属するPコン48b用の穴の補強リブ、47はコンクリートである。型枠にこの構造膜と構造リブを設置してコンクリートを打ち込めば、構造膜及び構造リブが鉄筋の代わりとなって、鉄筋コンクリートと同様な強度が得られる。
構造計算における鉄筋の付着・定着に関する検討は、構造リブの素材・強度・形状・脚の長さに置き換えられる。コンクリート表面に引っ張り応力負担材を配置することで、鉄筋コンクリートでは不可欠だった鉄筋のかぶり厚さが減じられ、構造断面を小さくすることが出来る。これによって建築物などの構造自重を大きく軽減できる、あるいは同じ自重であれば構造強度を増すことが出来る。また、あらかじめ開口部補強までの構造リブを作成することもできる。また構造膜は化粧を兼ねることもできる。プレキャストコンクリート板なども、さらに精度が良く軽量なものが制作可能となる。
【００５６】
図19はコンクリート補修工事用の工具である。この工具の目的は構造補強強度に合致した樹脂リブ作ることであるから、これは鉄筋のかぶり厚の範囲の深さの溝を設計に基き平行に切削する工具である。平行な52と52に渡しかけられたスライドレール53に、角度を変える支持金物54でコンクリートカッターを取り付ける。このXYプロッターのような並行支持型以外にも、アーム型あるいはパンタグラフ型でも可能である。平行に溝を加工する事を特徴にしている。
【００５７】
本代表例である図1、及び図16に有る構造リブで、現場での加工には図20のような軽量な加工機が適当である。基材1に付けられた目指線あるいは溝に合わせてガイド57を合せ、並行溝1b,1a,1b,1cの4本を切削する。フードはポリカーボネート製の集塵機能を備え、60の集塵袋へのホースに接続させる。フードの軸近辺に大きく開けられた風流入口から、刃先までシロッコファンのように遠心性をもった風流を作り、刃先をスチレン物性の変化が起きる摂氏80度になるのを防具のと同時に、61はノコ刃本体、その両面を61aのような溝を設け、溝切削時の熱と静電気をもった粉塵の付着を防いでいる。
【００５８】
本案について、特に構造的に膜の形状を維持する為のリブも必要のない部材については、リブを省略し一般的な壁紙や、ポリエチレンテレフタラート(PET,PETE)などのリサイクル可能なフイルム等だけで表装することもできる。
【００５９】
本案図1、図2、図16についての、パネルや接合部を強化する場合の樹脂と構造膜及び強化繊維の組み合わせは、比較的安価で電波透過性に優れるガラス繊維強化プラスチック (GFRP)や、強度に優れ自動車部品などに使用されるガラス長繊維強化プラスチック(GMT)、アルミニウム合金の後継材料として使用される炭素繊維強化プラスチック (CFRP)、アラミド繊維（ケブラー）による強化で耐衝撃性に優れるアラミド繊維強化プラスチック (AFRP, KFRP)、ポリエチレン繊維(ダイニーマ)による強化プラスチックで高強度熱伝導性にも優れる、ポリエチレン繊維強化プラスチック (DFRP)、ザイロンによる強化できわめて高い強度と難燃性があるザイロン強化プラスチック(ZFRP)など、条件や用途によった組み合わせも使用できる。また、あらかじめ構造リブを制作して敷設する場合は、射出成型に適したABS樹脂等も使用できる。
【００６０】
図9は、本案図1、図2、図16を、従来からのの軽量型鋼とブレースで構成されたプレファブ様式の仮設住宅構造に採用した例である。部材15は土台、16は土台がずれるのを防ぐ合板。17は型鋼の下部フレーム、18は型鋼の柱、19は型鋼の上部フレームである。プレファブ様式の従来からの仮設住宅構造はこれら型鋼の各フレームの接点間同士を、鉄筋の斜材ブレースを交差させて安定させる。そののち柱間に3段程に分割された壁パネルを挿入して壁体としている。
本案のパネルは軽量であることから大型化が可能である。また、窓などの開口も可能であり、その補強も事前に行うことができる。この例は、パネルの周囲4辺を型鋼まで届く大きさに大きく出来る事から、構造膜及び構造リブを耐力壁として応用した例である。その際には斜材としてのブレースは不要となる。また通常のプレファブパネルの大きさとするならば、構造膜を接続する加工24を行えば耐力壁として利用できる。
また、課題となっている室内環境を悪くする型鋼周辺の冷橋を解消するため、型鋼部材を囲む込み室内側には露出させていない。部材22は天井パネルである。あまり荷重を受けることのないこのような場合の天井は、引っ張り側の室内側の構造膜は、仕上げ条件を満たせばフイルムで十分となる。部材23は一般的な床仕上げ材、部材24は壁パネルをさらに強固に接合する必要がある場合の、強化膜あるいはフイルムである。
【００６１】
本案の代表例図1,図16による住宅部材の大型パネル化は、解体やリサイクル時に有利となる。
従来の建築での木造壁を例にとっても、柱などの構造材・筋違いあるいは構造用合板・断熱材・内外の壁下地材・内外の壁仕上げ材・その他壁性能を維持するための通気層材などで構成されている。これらを材質ごとに現場にて分別し搬出しなければならないのに対し、2種あるいは数種の材料で成り立っている。
また、本案の代表例のパネルは基材表面の加工のみと言う着眼から、再度表面に構造膜を形成する程度で、元の用途への復元あるいは他の用途への転用が可能である。
パネル形状のままであれば建築に用いないとしても、基礎工事の土間などの地耐力を高める地盤改良材としても転用できる。さらに処理する場合には、表層の構造膜とリブはペレット化し骨材として鉄筋コンクリートの材料となり、基材は減容して再原料化あるいは燃料化あるいは焼却処理出来る。
【符号の説明】
【００６２】
1  基材
1a  基材の溝加工  高
1b  基材の溝加工  中
1c  基材の溝加工  低
1d  基材の表皮
2  構造膜
2a  構造リブ  高
2b  構造リブ  中
2c  構造リブ  低
3  強化繊維層
4  耐候性化粧等
5  屋根版
5a  屋根版圧縮側
5b  屋根版引張り側
5c  屋根版支持固定部分
6  壁版
6a  壁版屋外側
6b  壁版室内側
7  最下階床版
7a  最下階床版圧縮側
7b  最下階床版引張り側
7c  最下階床版支持固定部分
7'  中間階床版
7'a  中間階床版圧縮側
7'b  中間階床版引張り側
7'c  中間階床版支持固定部分
8  土台
9  固定ジョイント
10  臥梁
11  外部形状保持材
12  内部形状保持材
13  強化繊維層を含む構造膜及び構造リブ
14  主要圧縮力負担部材
14a  圧縮力負担補強部材
15  仮設プレファブ住宅の土台
16  合板
17  型鋼壁下枠
18  型鋼壁柱枠
19  型鋼壁桁枠
20  本案開口部付耐力壁
21  本案床構造パネル
22  本案天井構造パネル
23  一般床仕上げ
24  本案構造膜あるいはフイルム
25  窓等の開口部
26  練り物製パネル表面
27a  最小木粉等の粉末と接着剤の混成物
27b  粒度を上げた木粉等と接着剤の混成物
27c  木粉とオガクズなどの木片と接着剤の混成物
27d  オガクズ等木片と接着剤の混成物
28  練り物製パネル裏面
29  耐候性仕上材
30a  段ボール・板金等やポリカーボネートなどの樹脂板等で出来た波型折板
30b  ３０ａに直交する波型折板
30c  30aより間隔・高さが大きい波型折板
30d  ３０cに直交する波型折板
30e  30cより間隔・高さが大きい波型折板
30f  ３０eに直交する波型折板
31  波板パネル室内側仕上材
32  ハニカムコアパネル用仕上材
33a  防振を高める為のハニカムコア
33b  剛性・精度を高めるためのハニカムコア
33c  引張用材料までの間隔調整ハニカムコア
34  ハニカムコア仕上材  
35  パネル初期制作面
36a  最細粒スチレンビーズ
36b  粒度を上げたスチレンビーズ1
36c  粒度を上げたスチレンビーズ2
36d  最大粒度のスチレンビーズ
37  スチレンビーズ間に充填された接着樹脂
38  スチレンビーズパネル裏面
39  押出発泡ポリスチレン等樹脂パネル仕上材
40a  高密度押出発泡ポリスチレン等発泡樹脂板
40b  低密度押出発泡ポリスチレン等発泡樹脂板
41  押出発泡ポリスチレン等樹脂パネル背面仕上材
42  異種複合中空パネル仕上材
43a  段ボール・板金等やポリカーボネートなどの樹脂板等で出来た波型折板
43b  43aに直交する波型折板
43c  中空層
43d  スペーサー
43e  低密度押出発泡ポリスチレン等発泡樹脂板等引張応力用基材
44  異種複合中空パネル引張応力材
45  FRP等の樹脂構造膜
46a  樹脂膜と一体の樹脂構造リブ
46b  型枠セパレーターの穴補強構造リブ
47  コンクリート
48  型枠セパレーター
48a  型枠金物取付軸
48b  打放しセパレーターに付属のPコン
48’  自由穴によるセパレーター
49  既存の損傷コンクリート
50  既存コンクリートの損傷ヒビ等
51  工具取付脚
51a  取り付けアンカー
52  スライドレール取付スライド支持軸
53  工具取り付けスライドレール
54  切削方向回転盤
55  コンクリート溝切カッターとカバー
５５ａ  モーターと水タンク
56  損傷ヒビを補強する構造リブ用の溝
57  ガイド
58  集塵・保護カバー
59  同軸並列カッター
60  集塵袋へ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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