(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対するＦＲＰスキン層と、スキン層間に介在するリブ部材とを有するサンドイッチ構造体であって、該サンドイッチ構造体の全厚みと相対するＦＲＰスキン層との厚み比が５：１〜２５：１の範囲内にあり、かつ、単位重量が１００ｋｇ／ｍ2 以下であるＦＲＰ製屋根構造体であって、前記屋根構造体がその長手方向の下部両端に設けた接合部材と、既存コンクリート製下部梁とが、貫通するボルトまたは前記下部梁に埋設されているボルトにて接合されていることを特徴とするＦＲＰ製屋根構造体。
【請求項２】
前記屋根構造体の長手方向の下部両端に、実質的に一体化してなる支持部材を有し、かつ、該支持部材と既存コンクリート製下部梁とが接合部材を介して貫通するボルトまたは上記既存下部梁に埋設されてなるボルトにて接合されていることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ製屋根構造体。
【請求項３】
前記下部梁に穿孔した貫通穴と貫通ボルトとの隙間に、無収縮モルタル等の充填材を充填してなることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のＦＲＰ製屋根構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化樹脂製の屋根構造体（以下、「ＦＲＰ製屋根構造体」と略称する。）およびその施工方法に関し、特に既存屋根の耐震改修に際し、大型の屋根を葺き替えるのに好適なＦＲＰ製屋根構造体およびその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば体育館などの居住空間の大きい建物の屋根は、通常鉄骨梁および鉄板を用いた構造のものであるが、数十年前に建設された体育館などの屋根部は、鉄骨梁のないプレストレスコンクリート製の一体屋根であり、最近では建て替えおよび葺き替えの改修時期に至っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、特にプレストレスコンクリート製の屋根は単位面積当たりの重量が大きいため、梁や柱等の下部構造への負荷が大きく、建物全体としての強度面、特に地震時に発生する水平力に対して弱いことが明らかとなってきた。
【０００４】
つまり、プレストレスコンクリート製屋根の屋根と梁を縦方向に縫う剪断型の接合方法では、地震時の水平力を下部構造に伝えて建物全体の変形を小さく抑えることができず、屋根部の破壊につながるおそれがあるという耐震上の問題がある。
【０００５】
また、このプレストレスコンクリート製屋根の鉄骨梁および鉄板を使った構造への葺き替えは、全ての屋根部を予め解体し、鉄骨梁や母屋を組んだ上で鉄板等の屋根葺き材を葺く必要があり、工期が長くなるとともに、工事中の床の養生ができず、床を貼り替える必要があり工事費も高くなるという欠点がある。
【０００６】
いずれにしても、屋根部の単位面積の重量が大きいことは、耐用年数を縮めるばかりか、下部構造への負担も大きく、建て替えや葺き替えが急がれている。
【０００７】
本発明の目的は、大型の屋根を葺き替えたりする際に、軽くて取扱性に優れ、大型の重機を必要としないばかりか建物の梁や柱への負担も小さく、施工が極めて容易でしかも、地震時の水平力を下部構造に効果的に伝えて変形を小さく抑え、耐用年数の大幅な延長、工期の短い施工が達成可能なＦＲＰ製屋根構造体およびその施工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るＦＲＰ製屋根構造体は、相対するＦＲＰスキン層とスキン層間とに介在するリブ部材を有するサンドイッチ構造体であって、該サンドイッチ構造体の全厚みと相対するＦＲＰスキン層との厚み比が５：１〜２５：１の範囲内にあり、かつ、単位重量が１００ｋｇ／ｍ2 以下であることを特徴とするものからなる。このＦＲＰ製屋根構造体は、特にプレストレスコンクリート製屋根の耐震改修の際の屋根の葺き替えに用いて好適なものである。
【０００９】
特に、上記ＦＲＰスキン層において、炭素繊維強化樹脂からなるＦＲＰ層を厚み比で５％以上含むことによって、単位重量が３０〜６５ｋｇ／ｍ2 となって、特に寸法安定性に優れたＦＲＰ製屋根構造体に構成できる。また、ＦＲＰ製屋根構造体は、長手方向下部両端に設けた接合部材と既存コンクリード製下部梁とが貫通するボルトにて接合されていることが好ましいが、上記既存下部梁に埋設されてなるボルト、いわゆるアンカーボルト等にて接合されていても良い。接合部材は片側でもよいが、梁を挟み込む構造の方が更に良い。この接合方法によれば、前記ＦＲＰ製屋根構造体のみならず、例えば無機質ボートや発泡体、ハニカム等の芯材を上下の金属やＦＲＰ、アルミ等の板材等で挟み込んだ、単位重量が１５０ｋｇ／ｍ2 以下の軽量屋根構造体であっても、地震力による水平力を効率的に下部構造に伝えることができる。つまり、屋根材と下部梁との曲げモーメントの伝達を有効的に行うことが可能となる。
【００１０】
また、前記ＦＲＰ製屋根構造体の長手方向下部両端に実質的に一体化してなる支持部材を設けてもよく、支持部材に設けた接合部材と既存コンクリート製下部梁とが貫通するボルトまたは既存下部梁に埋設したアンカーボルトにて接合されていてもよい。
【００１１】
また、ＦＲＰ製屋根構造体を下部の梁に接合するために、梁に穿孔した貫通穴と締結用の貫通ボルトとの隙間に無収縮モルタル等の充填材を充填することが、ボルトのガタもなく効果的に負荷が伝えられ好ましい。充填材は、ＦＲＰでもよく、構造用接着剤やコンクリート等でもよく、特に材質を限定するものではない。同様に接合部材と貫通ボルトの隙間に関しても、上記充填材を充填してもよく、ボルト径にほぼ近い穴をあけた座金などの別部材を接合部材に一体化することが好ましい。
【００１２】
このようなＦＲＰ製屋根構造体は、重量が軽くしかも、接合構造をきわめてシンプルに形成できる。特に、前記のような接合方法によれば、前記ＦＲＰ製屋根構造体のみならず、単位重量が１５０ｋｇ／ｍ2 以下の前記軽量屋根構造体においても、既存のプレストレスコンクリート製屋根を少なくとも１体または２体ずつ解体しつつ、逐次載せ替える工法や、既存のプレストレスコンクリート製屋根を解体後、一気に架設する工法が採用でき、所望の面積の屋根が短期間に形成できる。
【００１３】
このような本発明に係る屋根構造体においては、単位面積当たりの重量を１５０ｋｇ／ｍ2 以下とすることにより、自重に起因する地震等の水平力を軽減でき、特に前記のようなＦＲＰ製屋根構造体では、単位面積当たりの重量を１００ｋｇ／ｍ2 以下とすることが可能であり、さらに地震等の水平力を軽減でき、かつ、下部構造への負荷も小さくなるため、下部の補強工事を軽微に済ますことや全く補強工事をなくすることも可能であり、施工期間が短縮されるとともに施工費も低減される。
【００１４】
さらに、ＦＲＰ製屋根構造体においては、外面がＦＲＰで形成されるので、基本的に錆の発生の問題がなく、耐食性にも優れているので、耐久性の大幅な向上が可能となり、耐用年数の大幅な延長が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係るＦＲＰ製屋根構造体は、相対するＦＲＰスキン層とスキン層間に介在するリブ部材を有するサンドイッチ構造体からなる。リブ部材もＦＲＰで構成してもよい。また、両ＦＲＰスキン層間のリブ部材間に、軽量の芯材を充填した構造としてもよい。
【００１７】
本発明に係るＦＲＰ製屋根構造体のＦＲＰ部分のマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化樹脂が好適であり、なかでもフェノール樹脂が安価で、かつ難燃性に優れており、好ましく使用される。特に屋根用部材としてフェノール樹脂を用いると、優れた耐火性が得られる。
【００１８】
ＦＲＰの強化繊維としてはガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などが通常用いられる。軽量・高強度のＦＲＰを得るためには、炭素繊維が最も好ましいが、コストとのバランスを取るため、ガラス繊維／炭素繊維のハイブリッドのものも好ましい。また用いられる繊維の形態としては、クロス、マット、ストランドなどを好適に用いることができる。さらに用いる炭素繊維の種類は、炭素繊維の高い強度・剛性を考えると、どんなものでもよいが、より低コストを考えると、いわゆるラージ・トウの炭素繊維を用いるのが最も好ましい。たとえば、炭素繊維糸１本のフィラメント数が通常の１０，０００本未満のものではなく、１０，０００〜３００，０００本の範囲、より好ましくは５０，０００〜１５０，０００本の範囲にあるトウ状の炭素繊維フィラメント糸を使用する方が、樹脂の含浸性、強化繊維基材としての取扱い性、さらには強化繊維基材の経済性において、より優れるため、好ましい。またＦＲＰ構造体の表面に炭素繊維の織物を配置すると、表面の意匠性が高められ、より好ましい。また、必要に応じて、あるいは要求される機械特性等に応じて、強化繊維の層を複数層に積層して強化繊維基材を形成し、その強化繊維基材に樹脂を含浸する。積層する強化繊維層には、一方向に引き揃えた繊維層や織物層を適宜積層でき、その繊維配向方向も、要求される強度の方向に応じて適宜選択できる。
【００１９】
また、サンドイッチ構造体が芯材を有する場合の該芯材としては、たとえば木材や発泡体が使用できるが、軽量化の点で発泡体が好ましい。発泡体の材質としては、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＶＣ、シリコンなどを用い、その比重は０．０２から０．２の間で選択することが好ましい。たとえばＦＲＰ製屋根材の要求特性、使用する樹脂の種類などによって、発泡体の材質、比重を選ぶことができる。比重が０．０２未満のものを用いると、十分な強度が得られなくなる恐れが生じる。また、比重が０．２を超えると、強度は高くなるが、重量が嵩み軽量化という目的に反するものになってしまう。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の望ましい一実施例を図面を参照して、さらに詳しく説明する。
【００２１】
図１〜図４は、本発明の一実施例に係るＦＲＰ製屋根構造体を示している。すなわち、図１は本発明のＦＲＰ製屋根構造体の一実施例に係る縦断面図、図２は図１の構造体の部分縦断面図、図３は図２の構造体の拡大部分縦断面図、図４は図３の構造体とは異なる態様の拡大部分縦断面図である。
【００２２】
図１において、１は、ＦＲＰ製屋根構造体を示しており、ＦＲＰ製屋根構造体１は、相対するＦＲＰスキン層２ａ、２ｂと、該ＦＲＰスキン層２ａ、２ｂ間に介在し両ＦＲＰスキン層２ａ、２ｂを連結するように延びる複数のリブ部材３を有するサンドイッチ構造体からなる。本実施例ではリブ部材３もＦＲＰからなり、両スキン層２ａ、２ｂと一体に成形されている。
【００２３】
このサンドイッチ構造体においては、その全厚みと、相対するＦＲＰスキン層２ａ、２ｂの厚みとの比が、５：１〜２５：１の範囲内にある。その理由は、この範囲内にあると、鉄骨梁を必要とせずに、ＦＲＰ製屋根構造体単体のみで必要な剛性を確保でき、１０ｍ以上のスパンへ架設することが可能となるからである。好ましくは、１０：１〜２０：１の範囲内にある。この範囲内にあると、必要な剛性を確保しつつ、軽量効果がより向上するからである。また、このサンドイッチ構造を有するＦＲＰ製屋根構造体１の単位面積当たりの重量は、１００ｋｇ／ｍ2 以下である。１００ｋｇ／ｍ2 以下とするのは、上述したように自重に起因する地震等の水平力を軽減できるからである。好ましくは３０〜６５ｋｇ／ｍ2 の範囲内にある。このような好ましい厚み比および単位重量は、特にＦＲＰスキン層２ａ、２ｂが、炭素繊維強化樹脂を５％以上含むことによって達成可能である。
【００２４】
図１〜図４は既存の屋根を葺き替える場合の様子を示しており、特にプレストレスコンクリート製屋根の耐震改修に際し、ＦＲＰ製屋根構造体１に葺き替える場合を示している。ＦＲＰ製屋根構造体１の長手方向下部両端には、接合部材４が設けられており、該接合部材４は、下方に向けて、既存のコンクリート製下部梁５を両側から挟むように延びている。この接合部材４とコンクリート製下部梁５が、貫通ボルト６を介して接合されている。貫通ボルト６とコンクリート製下部梁５に穿設された貫通穴７との間の隙間には、無収縮モルタル等からなる充填材８が充填されている。なお、接合部材４のコンクリート製下部梁５への固定方法は、上記貫通ボルト６による方法ではなく、図４に示すようにコンクリート製下部梁５に、貫通しない孔７ａを設け、これに例えば後打ちアンカーなどの埋込みボルト６ａを当該孔内に固定し、その後に充填材８を充填する方法としてもよい。
【００２５】
以上に述べたようなＦＲＰ製屋根構造体１においては、ＦＲＰスキン層２ａ、２ｂとリブ部材３とのサンドイッチ構造を有するので、軽量で取扱性に優れるとともに優れた強度、剛性を発揮でき、ＦＲＰスキン層２ａ、２ｂに炭素繊維を入れることにより軽量化がさらに助長され、屋根構造体としての寸法安定性にも優れたものとなる。また、自重に起因する地震時の水平力を軽減でき、下部構造への負荷も小さくなるため、下部の補強工事を軽微に済ますことや全く補強工事を無くすことも可能になり、施工期間が短縮されるとともに施工費も大幅に低減される。
【００２６】
また、ＦＲＰ製屋根構造体１を、既存のコンクリート製下部梁５に貫通ボルト６を介して接合したので、地震時の水平力を下部構造に効率よく伝達でき、建物全体としての変形を小さく抑えることができ、しかも十分に高い強度を確保しつつ、耐久性に優れた屋根構造体とすることができる。
【００２７】
特に、既存のプレストレスコンクリート製屋根を耐震改修するに際しては、たとえば既存のプレストレスコンクリート製屋根を１体または２体ずつ解体し、葺き替えるＦＲＰ製屋根構造体１を逐次載せ替える工法や、既存のプレストレスコンクリート製屋根を解体後、ＦＲＰ製屋根構造体１を短期間で一気に架設する工法が採用でき、該工法により、単位重量が１５０ｋｇ／ｍ2 以下の軽量屋根構造体では、フラット形状や凹面・凸面形状、山形形状のなどの屋根なども容易に形成できる。よって、大面積の屋根の葺き替えにあっても、大規模な仮設屋根および室内の再養生が不要となり、短期間のうちに要領よく改修工事を完了させることが可能になる。
【００２８】
図５〜図７は、本発明の別の実施例に係るＦＲＰ製屋根構造体を示している。本実施例においては、ＦＲＰ製屋根構造体１１の長手方向下部両端に、ＦＲＰ製屋根構造体１１と実質的に一体化してなる支持部材１２が設けられている。この支持部材１２と既存のコンクリート製下部梁１３とが、両側に設けられた接合部材１４を介して、貫通ボルト１５にて接合されている。貫通ボルト１５とコンクリート製下部梁１３に穿設された貫通穴１６との間の隙間には、無収縮モルタル等からなる充填材１７（図７）が充填されている。ＦＲＰ製屋根構造体１１のＦＲＰスキン層１８ａ、１８ｂおよびリブ部材１９を有するサンドイッチ構造については前述の実施例に準じる。
【００２９】
このようなＦＲＰ製屋根構造体１１においても、前記実施例同様、ＦＲＰ製屋根構造体１１の軽量性、高強度、高剛性特性、優れた取扱性が確保されるとともに、優れた寸法安定性、下部構造への負担の軽減、下部補強工事の軽微化あるいは不要化、工期の短縮、施工費の低減等が達成される。
【００３０】
また、地震等の水平力を下部構造に有効に伝達でき、建物全体としての変形を小さく抑えることができ、強度、耐久性に優れた屋根構造体を実現できる。
【００３１】
さらに、既存のプレストレスコンクリート製屋根の葺き替えも容易に短期間のうちに安価に施工できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＦＲＰ製屋根構造体によれば、ＦＲＰスキン層とリブとのサンドイッチ構造としたので、軽量性に優れ取扱性が良く、ＦＲＰスキン層に炭素繊維を入れることにより軽量化がさらに助長され、屋根構造体としての寸法安定性に優れたものが得られる。また、自重に起因する地震時の水平力を軽減でき、かつ、下部構造への負荷も小さくなるため、下部の補強工事を軽微で済ますことや全く補強工事をなくすることができ、施工期間を短縮できるとともに施工費も低減できる。
【００３３】
さらに、梁を貫通するボルトまたは既存下部梁に埋設したボルトにてＦＲＰ製屋根本体部と接合したため、地震時の水平力を下部構造に有効に伝えることができ、建物全体として変形も少なく、充分な強度を確保しつつ、耐久性に優れた屋根構造体を提供できる。特にこのようなＦＲＰ製屋根構造体は、重量が軽くしかも、接合構造をきわめてシンプルに形成できるため、既存のプレストレスコンクリート製屋根を１体または２体ずつ解体しつつ、逐次載せ替える工法や、既存のプレストレスコンクリート製屋根を解体後、一気に架設する工法が採用でき、所望の面積の屋根を短期間に形成できる。
【００３４】
さらにまた、前記の梁を貫通するボルトや既存下部梁に埋設したボルトにて屋根本体部と接合する方法によれば、無機質ボードや発泡体、ハニカム等の芯材を上下の金属やＦＲＰ、アルミ等の板材等で挟み込んだ軽量屋根構造体においても、地震時の水平力を下部構造に有効に伝えることができるとともに、前記工法が採用でき、所望の面積の屋根を短期間に形成できる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＦＲＰ製屋根構造体の縦断面図である。
【図２】図１の構造体の部分縦断面図である。
【図３】図２の構造体の拡大部分縦断面図である。
【図４】図３の構造体の態様とは異なる態様の構造体の拡大部分縦断面図である。
【図５】図１の構造体とは異なる態様の本発明の一実施例に係るＦＲＰ製屋根構造体の縦断面図である。
【図６】図５の構造体の部分縦断面図である。
【図７】図６の構造体の拡大部分縦断面図である。
【符号の説明】
１、１１：ＦＲＰ製屋根構造体
２ａ、２ｂ、１８ａ、１８ｂ
：ＦＲＰスキン層
３、１９：リブ部材
４、１４：接合部材
５、１３：コンクリート製下部梁
６、１５：貫通ボルト
６ａ    ：埋込みボルト
７、１６：貫通穴
８、１７：充填材
１２    ：支持部材
【図１】
0004251344.tif 000002
【図２】
0004251344.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004251344.tif 000006
【図６】
0004251344.tif 000007
【図７】
0004251344.tif 000008