JP2020007872A - 吊り天井の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】天井裏高さが低い場合でも簡単に耐震補強を行うことが可能な吊り天井の補強構造を提供する。【解決手段】天井スラブＳの下面Ｓ１に上端が接合された吊りボルト２によって吊り下げられた吊り天井１の補強構造である。そして、吊りボルトの周囲を囲繞して管状に延伸される補強管３と、補強管の下端３２の位置を吊りボルトに対して固定する固定ナット４とを備えている。この固定ナットの締め付けによって、補強管の上端３１が天井スラブの下面に対して押し付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、天井スラブや鋼製桁などの構造体の下面に上端が接合された吊りボルトによって吊り下げられた吊り天井の補強構造に関するものである。

特許文献１−３に開示されているように、天井スラブなどの構造体から垂下された吊りボルトによって吊り下げられる吊り天井が知られている。吊り天井には、天井パネルが取り付けられる野縁を野縁受けによって支える天井下地が設けられており、その野縁受けが吊りボルトの下端に取り付けられたハンガーによって吊り下げられる構造となっている。

こうした吊り天井は、地震時に作用する水平力に抵抗させるために、斜めにブレースが配置されて耐震補強されることがある。特許文献１の吊り天井構造では、吊り天井の横揺れをさらに抑えるために、吊りボルトに沿って鉛直に溝形鋼を沿わせ、斜めの補強ブレースと併せてレの字状にブレースを設ける補強が行われている。

また、特許文献２，３には、天井スラブの下面と吊り天井の天井下地に取り付けられる天井パネルとを、直接、束材や支柱によって連結させることで、耐震性能を向上させた構造が開示されている。

特開２０１５−２１３４６号公報 特開２０１３−１５５５８０号公報 特開２０１５−５９４１０号公報

しかしながら、天井スラブの下面から天井下地までの距離が短い（天井裏高さが低い）と、斜めのブレースが耐震性能を発揮できる角度で設置できないことがある。また、斜めのブレースによって耐震補強を行うと、配管などのスペースが天井裏に確保できなくなることがある。

また、特許文献２，３に開示されているように、天井パネルに束材等の下端を接続する場合は、天井パネルを補強する必要があるうえに、束材等を天井スラブの下面にボルトなどで接合する作業が必要となる。

そこで、本発明は、天井裏高さが低い場合でも簡単に耐震補強を行うことが可能な吊り天井の補強構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の吊り天井の補強構造は、構造体の下面に上端が接合された吊りボルトによって吊り下げられた吊り天井の補強構造であって、前記吊りボルトの周囲を囲繞して管状に延伸される補強管と、前記補強管の下端の位置を前記吊りボルトに対して固定する固定ナットとを備え、前記固定ナットの締め付けによって前記補強管の上端が前記構造体の下面に対して押し付けられていることを特徴とする。

ここで、前記補強管は角形鋼管又は丸形鋼管であって、前記補強管の下端と前記固定ナットとの間には座金板が介在される構成とすることができる。また、前記吊り天井は、野縁とそれに交差する野縁受けとによって形成される天井下地を有するとともに、前記吊りボルトの下端はハンガーを介して前記野縁受けに接続されていて、前記野縁受けの上方に突出した前記ハンガーに隣接して回転防止材が設けられている構成とすることができる。

さらに、前記補強管の上端と前記構造体の下面との間には、前記補強管よりも広い平面積の支圧板と前記支圧板に接合されて前記補強管の上端の外周側又は内周側に重ねられる筒状部とを備えた上部補強材が介在される構成とすることができる。

このように構成された本発明の吊り天井の補強構造は、吊りボルトの周囲を囲繞する補強管が配置されるとともに、補強管の下端から固定ナットで締め付けることによって補強管の上端を構造体の下面に対して押し付ける。

このように構造体の下面に押し付けられた補強管は、吊りボルトを囲繞しているので、いずれの方向から作用する水平力に対しても抵抗体となる。補強管を配置するのであれば、天井裏高さが低い場合でも簡単に耐震補強を行うことができる。
また、補強管が入手しやすい角形鋼管や丸形鋼管であれば、座金板で下端を塞ぐだけで容易に固定ナットによる締め付け力が導入された耐震補強を行うことができる。

さらに、補強管によって吊りボルトの上端の剛性や耐力が増加することに対して、下端側も相応の剛性や耐力を増加させるために、吊りボルトの下端に取り付けられるハンガーに隣接して回転防止材を設けることで、吊りボルトの上下端の剛性や耐力のバランスが取れた耐震補強を行うことができる。また、補強管から突出した部分についてはナット施工のために必要最小限の高さにとどめることができ、その部分が弱部にならずに耐震補強が行える。さらに、補強管の上端に対しても、支圧板を備えた上部補強材を配置することで、上部支圧抵抗を確実に確保することができるようになる。

本実施の形態の吊り天井の補強構造の構成を示す説明図である。 天井裏高さが低い吊り天井の構成を説明する断面図である。 本実施の形態の吊り天井の補強構造の天井下地付近の構成を説明する斜視図である。 吊り天井の補強構造を野縁受け方向で見た説明図である。 本実施の形態の吊り天井の補強構造の力の作用を模式的に示した説明図である。 本実施の形態の吊り天井の補強構造の効果を確認した試験結果を示した図であって、（ａ）は野縁方向の試験結果を示した図、（ｂ）は野縁受け方向の試験結果を示した図である。 実施例１の上部補強材の構成を示す説明図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は補強管の上端と天井スラブの下面との間に介在された状態を示した説明図、（ｃ）は上部補強材の別の形態を例示する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，３，４は、本実施の形態の吊り天井の補強構造の構成を示した説明図である。また、図２は、天井裏高さＨが低い吊り天井１の構成を説明する図である。

まず、図２を参照しながら、天井裏高さＨが低い吊り天井１について説明する。吊り天井１は、天井スラブや鋼製桁などの構造体の下面から吊りボルト２によって吊り下げられる天井である。本実施の形態では、鉄筋コンクリートによって構築された天井スラブＳの下面Ｓ１に設けられる吊り天井１を例に説明する。

一般に吊り天井の耐震補強は、横方向に間隔を置いて配置された一方の吊りボルト２の上端と、他方の吊りボルト２の下端との間に斜めにブレースＢを架け渡すことで行われる。このブレースＢの取付け角度（下面Ｓ１とブレースＢとがなす角度）は、３０°から６０°、好ましくは４０°から５５°の範囲で設定するように決められている。

一方において、高架橋の下に構築される駅舎や駅のホームなどの吊り天井１は、天井裏高さＨが例えば450mm以下となって、ブレースＢを既定の取付け角度で配置することができないことがある。また、ブレースＢを配置することによって配管スペースＢ１などが遮られると、配管ができなくなって設備として支障をきたす。

そこで、本実施の形態の吊り天井の補強構造は、斜め部材であるブレースＢを配置する必要がなく、天井裏高さＨが低くても配管スペースＢ１が確保可能な構成とする。ここで、吊りボルト２の上端は、アンカー２１によって天井スラブＳに埋設される。

吊りボルト２の下端２２にはハンガー１３（図３参照）が取り付けられ、複数の吊りボルト２，２のハンガー１３，１３に野縁受け１１が引っ掛けられる。野縁受け１１は、図３に示すように、例えば断面視コ字状の溝形鋼によって形成される。

野縁受け１１の延伸方向（野縁受け方向）に対して直交する方向（野縁方向）に延びる野縁１２は、例えば断面視コ字状の溝形鋼によって形成され、野縁受け１１の下フランジに野縁１２の上面を接触させる。この野縁１２は、例えばクリップ１２１によって野縁受け１１に接続される。

このように平行に配置された複数の野縁受け１１，・・・と、それらに直交して平行に配置される複数の野縁１２，・・・とによって形成される天井下地１１０に対して、天井仕上げ材となる天井面材１４が貼り付けられる。天井面材１４には、アルミスパンドレルなどの金属系の薄板、石こうボード、天井パネルなどが使用される。

このように構成された天井裏高さＨが低い（吊りボルト２の吊り長さが短い）吊り天井１に対して、本実施の形態の吊り天井の補強構造を設ける。吊り天井の補強構造は、図１，３，４に示すように、吊りボルト２の周囲を囲繞して管状に延伸される補強管３と、補強管３の下端３２の位置（高さ）を吊りボルト２に対して固定する固定ナット４とを備えている。

補強管３には、角形鋼管や丸形鋼管などの一般構造用鋼管や機械構造用鋼管を使用することができる。以下では、直方体状の角形鋼管を使用した場合を例に説明する。補強管３は、内空に吊りボルト２を収容し、吊りボルト２の軸方向（延伸方向）と補強管３の軸方向（延伸方向）とは概ね一致することになる。

補強管３は、図１に示すように吊りボルト２より少し短い長さに形成され、上端３１は天井スラブＳの下面Ｓ１に接触され、下端３２から吊りボルトの下端２２が僅かに突出することになる。例えば、補強管３から突出される吊りボルト２の長さは、30mm程度以下にする。

図３に示すように、補強管３の下端３２は、補強管３の平面視外形よりも広い平面積の座金板４１によって塞がれる。そして、この座金板４１の下方に固定ナット４，４が装着される。ここでは、２つの固定ナット４，４を装着する場合について説明する。なお、座金板４１と上方の固定ナット４とは、一体であってもよい。

吊りボルト２のネジ溝に螺着される固定ナット４を上方に向けて締め付けると、座金板４１が押し上げられ、それに伴って補強管３が持ち上げられて上端３１が天井スラブＳの下面Ｓ１に押し付けられる。複数の固定ナット４，４で締め付けることによって、緩みを防いで、補強管３を押し上げる力を確実に保持させることができる。

本実施の形態では、ハンガー１３とそれを吊りボルト２に固定するナット１３１との間に、側面視Ｌ字状の取付け金具１３２を介在させる。ハンガー１３を上から覆うように取付け金具１３２を装着してナット１３１を締め付けることで、ハンガー１３と取付け金具１３２とを一体化させる。すなわち、Ｕ字状のハンガー１３に対して側面視逆Ｌ字状の取付け金具１３２を被せて、吊りボルト２の下端２２に対してナット１３１で固定する。さらに、この取付け金具１３２を複数のビス１３２ｂ，１３２ｂによって野縁受け１１のウェブ１１１にも接合することで、ハンガー１３を野縁受け１１の延伸方向（野縁受け方向）に転倒しにくい構造にすることができる。

そして、この取付け金具１３２によって、ハンガー１３に隣接して野縁受け方向に直交する側面が形成される。この側面１３２ａに対して、回転防止材となる追加野縁受け５をビス１３２ｃによって接合させる。

すなわち、取付け金具１３２の側面１３２ａに対して、追加野縁受け５のウェブ５１をビス１３２ｃによって接合させることで、吊りボルト２の下端２２に接続されるハンガー１３が、野縁受け方向に転倒するのを防ぐことができる。

上述したような補強管３による吊りボルト２の補強は、吊り天井１を支えるすべての吊りボルト２，・・・に対して適用することができる。すなわち、すべての吊りボルト２，・・・にそれぞれ補強管３，・・・を装着して、固定ナット４，・・・で締め付ける。また、設計荷重に対して充分に抵抗力が確保できる場合は、千鳥配置などで一部の吊りボルト２に対してだけ補強管３を装着する構成であってもよい。

次に、本実施の形態の吊り天井の補強構造の構築方法について説明する。
本実施の形態の吊り天井の補強構造では、吊りボルト２に対して補強管３を被せる。このため、新設の吊り天井１であれば、吊りボルト２を天井スラブＳの下面Ｓ１にアンカー２１で固定して吊り下げた後に、補強管３の上端３１に吊りボルト２の下端２２を通して押し上げることで補強管３の配置を行う。

続いて吊りボルト２の下端２２に通した座金板４１によって補強管３の下端３２を塞ぎ、座金板４１の下方にねじ込まれた固定ナット４を締め付けることで、補強管３の上端３１を天井スラブＳの下面Ｓ１に押し付ける。さらに固定ナット４の下には、もう一つの固定ナット４を装着して締め付ける。

このようにして補強管３、座金板４１及び固定ナット４，４を吊りボルト２に対して取り付ける作業以外は、通常の吊り天井１の構築方法と同じである。これに対して既設の吊り天井１を補強管３によって補強する場合は、まず天井面材１４を外して吊りボルト２の下端２２に対して作業が行える状態にする。

この段階で既設の吊り天井１の場合は、吊りボルト２の下端２２に取り付けられたハンガー１３によって天井下地１１０が吊り下げられた状態になっている。そこで、ナット１３１を緩めてハンガー１３を吊りボルト２から外して、下端２２がどこにも接続されていない状態にする。

続いて自由端となった吊りボルト２の下端２２を補強管３の内空に挿入し、補強管３を押し上げて座金板４１を装着し、固定ナット４を締め付けることで、補強管３の上端３１を天井スラブＳの下面Ｓ１に押し付ける。その後の作業は、上述した新設時と同じである。

このように本実施の形態の吊り天井の補強構造は、既設の吊り天井１を耐震改修する際にも適用することができる。また、吊りボルト２の下端２２側から補強管３を押し上げて天井スラブＳの下面Ｓ１に押し付けるだけなので、下面Ｓ１付近の接合作業などが不要で、簡単に施工することができる。

次に、本実施の形態の吊り天井の補強構造の作用について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態の吊り天井の補強構造の力の作用を模式的に示した説明図である。

図５に示すように、補強管３の下方に座金板４１を介して螺着される固定ナット４を締め付けると、固定ナット４の上昇が補強管３によって制限されるため、その代わりに吊りボルト２が引っ張られて引張軸力Ｔが発生する。

この引張軸力Ｔの反力は、固定ナット４から座金板４１を介して補強管３の下端３２に伝達され、支圧力Ｐ２となって上端３１に向けて伝達される。そして、この伝達された力は、天井スラブＳの下面Ｓ１で反力になって補強管３の上端３１に支圧力Ｐ２が生じることになる。

このようにして初期軸力が導入された吊りボルト２及び補強管３に対して、地震の発生により水平力Ｅが作用すると、補強管３の上端３１の支圧力Ｐ１が抵抗となって、横揺れを抑えることができるようになる。

図６に、本実施の形態の吊り天井の補強構造の効果を確認した構造実験の試験結果を示した。この構造実験では、最大設計震度2.2Gのときの最大設計荷重2kNを超える荷重を繰り返し載荷（正負交番載荷（Ｅ１＝2kN，Ｅ２＝-2kN））する試験を行い、その試験結果を変形角(rad)と水平荷重(kN)との関係で図６のようにまとめた。この交番載荷試験は、天井裏高さＨが300mmと450mmの２ケースで行った。

図６（ａ）は、野縁方向に水平力Ｅを載荷したときの試験結果を示した図で、図６（ｂ）は野縁受け方向に水平力Ｅを載荷したときの試験結果を示した図である。この２ケースの吊り天井の補強構造の交番載荷試験の結果を見ると、いずれの方向についても、耐力の低下が起きておらず、吊りボルト２に補強管３を被せて初期軸力を導入した補強効果を確認することができた。

このように構成された本実施の形態の吊り天井の補強構造は、吊りボルト２の周囲を囲繞する補強管３が配置されるとともに、補強管３の下端３２から固定ナット４で締め付けることによって補強管３の上端３１を天井スラブＳの下面Ｓ１に対して押し付ける。

このように天井スラブＳの下面Ｓ１に押し付けられた補強管３は、吊りボルト２を囲繞しているので、いずれの方向から作用する水平力Ｅに対しても抵抗体となる。すなわち、特許文献１に示されているように吊りボルト２の片側に鉛直の溝形鋼を配置した構成では、異方性が生じて水平力Ｅの作用する方向によって耐力が変化することになる。

これに対して角形鋼管によって形成される補強管３の対向する１対の側面を野縁方向に直交させ、他の１対の側面を野縁受け方向に直交させることで、図６に示したように、いずれの方向から作用する水平力Ｅに対しても、同等の耐力を発揮させることができる。このような等方性は、補強管３を丸形鋼管にすることによってさらに顕著にできる。

そして、斜めのブレースＢを配置することなく、吊りボルト２を囲繞させるだけの補強管３を配置する構成であれば、天井裏高さＨが例えば450mm以下と低い場合であっても、耐震補強を行うことができる。また、補強管３を天井スラブＳの下面Ｓ１に押し付けるだけでよく、補強管３の上端３１をボルトなどで下面Ｓ１に接合させる必要はないので、簡単に施工することできる。

さらに、角形鋼管や丸形鋼管であれば、一般構造用鋼管や機械構造用鋼管として簡単に入手することができ、座金板４１で補強管３の下端３２の開口を塞ぐだけで容易に固定ナット４による締め付け力を導入することができる。よって、このような耐震補強であれば、安価に施工することができる。また、狭い天井裏空間がブレースＢによって遮蔽されないため、配管スペースＢ１などを充分に確保することができる。

また、補強管３の下方に突出した吊りボルト２の下端２２は弱部になりえない。なぜなら、吊りボルト２の突出部の長さが短いことや、突出した吊りボルト２の下端２２における作用曲げモーメントが小さいためである。

以下、前記実施の形態で説明した吊り天井の補強構造とは別の実施形態について、図７を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

前記実施の形態では、補強管３の上端３１を、直接、天井スラブＳの下面Ｓ１に接触させて押し当てたが、本実施例１では、補強管３の上端３１と天井スラブＳの下面Ｓ１との間に上部補強材を介在させる。図７(ａ)，（ｂ）は、上部補強材６の構成を説明する図であって、図７（ｃ）は別の形態の上部補強材６Ａを説明する図である。

図７(ａ)に示した上部補強材６は、補強管３の平面視外形よりも広い平面積の支圧板６１と、その支圧板６１の下面６１３に接合される筒状部となる外周管６２とによって主に構成される。

支圧板６１は、長方形板状の鋼板によって形成され、中央に吊りボルト２を通すための挿通穴６１１が穿孔されている。一方、外周管６２は、補強管３の上端３１の外周側に重ねられる短尺の角形鋼管である。

外周管６２は、補強管３の上端３１の外形より僅かに大きい内形に形成されている。外周管６２は、支圧板６１の下面６１３に溶接によって接合され、支圧板６１と外周管６２との隅角部は、コーナー材６３によって補強される。

図７（ｂ）は、補強管３の上端３１を上部補強材６の外周管６２内に挿し込み、天井スラブＳの下面Ｓ１との間に介在させた状態を示している。すなわち上部補強材６の支圧板６１の上面６１２を、天井スラブＳの下面Ｓ１に接触させる。ここで、補強管３は、天井スラブＳの下面Ｓ１に向けて押し付けられるので、補強管３の上端３１を上部補強材６に溶接やボルトなどで接合させる必要はない。

このように上部補強材６を介在させることで、支圧板６１と天井スラブＳの下面Ｓ１との接触による支圧力Ｐ１に基づく摩擦抵抗が抵抗力として加わる。すなわち、補強管３の上端３１に対して支圧板６１を備えた上部補強材６を配置することで、接触面積が増加し、上部支圧抵抗を確実に確保することができるようになる。

一方、図７（ｃ）に示した上部補強材６Ａは、補強管３の平面視外形よりも広い平面積の支圧板６１Ａと、その支圧板６１Ａの下面６１３に接合される筒状部となる内周管６２Ａとによって主に構成される。

内周管６２Ａは、補強管３の上端３１の内周側に重ねられる短尺の角形鋼管である。すなわち内周管６２Ａは、補強管３の上端３１の内形より僅かに小さい外形に形成されていて、補強管３の上端３１の内空に上部補強材６Ａの内周管６２Ａが挿し込まれる。

このように内周管６２Ａを補強管３の上端３１に挿入する構成の上部補強材６Ａであっても、上述した上部補強材６と同様に、補強管３による上部支圧抵抗を増加させることができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例１に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、上述した実施の形態では、野縁受け１１と野縁１２とが直交する鋼製の天井下地１１０を備えた吊り天井１を例に説明したが、これに限定されるものではなく、吊りボルト２によって吊り下げられる吊り天井であれば本発明を適用することができる。

また、前記実施の形態では、角形鋼管や丸形鋼管によって形成される補強管３を例に説明したが、これに限定されるものではなく、強化プラスチックで成形された補強管であってもよい。また、最初から筒状に形成された補強管でなくてもよく、半割りの部材で搬入され、吊りボルト２を囲むように両側から挟んで取り付ける形態とすることもできる。

１ ：吊り天井
１１０ ：天井下地
１１ ：野縁受け
１２ ：野縁
１３ ：ハンガー
２ ：吊りボルト
２２ ：下端
３ ：補強管
３１ ：上端
３２ ：下端
４ ：固定ナット
４１ ：座金板
５ ：追加野縁受け（回転防止材）
６，６Ａ ：上部補強材
６１，６１Ａ ：支圧板
６２ ：外周管（筒状部）
６２Ａ ：内周管（筒状部）
Ｓ ：天井スラブ（構造体）
Ｓ１ ：下面

Claims (4)

1. 構造体の下面に上端が接合された吊りボルトによって吊り下げられた吊り天井の補強構造であって、
   前記吊りボルトの周囲を囲繞して管状に延伸される補強管と、
   前記補強管の下端の位置を前記吊りボルトに対して固定する固定ナットとを備え、
   前記固定ナットの締め付けによって前記補強管の上端が前記構造体の下面に対して押し付けられていることを特徴とする吊り天井の補強構造。
2. 前記補強管は角形鋼管又は丸形鋼管であって、前記補強管の下端と前記固定ナットとの間には座金板が介在されることを特徴とする請求項１に記載の吊り天井の補強構造。
3. 前記吊り天井は、野縁とそれに交差する野縁受けとによって形成される天井下地を有するとともに、前記吊りボルトの下端はハンガーを介して前記野縁受けに接続されていて、前記野縁受けの上方に突出した前記ハンガーに隣接して回転防止材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吊り天井の補強構造。
4. 前記補強管の上端と前記構造体の下面との間には、前記補強管よりも広い平面積の支圧板と前記支圧板に接合されて前記補強管の上端の外周側又は内周側に重ねられる筒状部とを備えた上部補強材が介在されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の吊り天井の補強構造。