JP6032907B2 - 屋外設備設置用の基礎構造 - Google Patents

Description

この発明は、新設または既設のコンクリート構造物の据え付け箇所に、太陽電池パネルなどの屋外設備を設置する際の基礎となる屋外設備設置用の基礎構造に関する。

従来、屋外設備である太陽光発電システムや空調用の複数の配管を支持する架台をビルの屋上に設置し、その他アンテナや貯水槽などの屋外設備をビル屋上に設置することが行われている。その際、太陽光発電システムなどの屋外設備を設置するための基礎が、ビル屋上に複数設けられる。

この種の基礎として、有底の円筒体の内側にモルタルを充填し、ビル屋上に植設したアンカーボルトを、有底の円筒体底壁および該円筒体内に充填したモルタルに下方から貫設するものや（特許文献１の段落００１６、図１参照）、コンクリートまたは鉄筋コンクリート製の運搬可能なブロック状基礎を複数据え付け箇所に設置し、これらブロック状基礎の上部にはアンカーボルトが埋設されておりブロック状基礎は薄いセメント層を接着剤として据え付け箇所のコンクリート面に接着するものや（特許文献２の段落００１２〜００１４、図１〜図３参照）、コンクリート製の方形状ブロック本体の上部にアンカーボルトの基部を埋設し、接着剤注入空間を内方に有するゴム製の板部材をブロック本体の底面に固定し、ブロック本体の上面または側面から内部を通ってブロック体の空間に通じる通路を予め形成しておき、その通路にコンクリート接着剤などの接着剤を注入して板部材の下方の据え付け箇所のコンクリートと接着させるもの（特許文献３の段落００１２、図１参照）等がある。

特開２０１１−２３１４８１号公報 特開平９−７０１８８号公報 特開平９−６０００３号公報

しかし、上記した特許文献１に記載のものでは、有底の円筒体内に充填したモルタルと下地のコンクリートとが接触して接着力を発揮するのではなく、植設したアンカーボルトの保持力により屋外設備を支持する構造であるため、アンカーボルトをビル屋上のコンクリート面に打ち込んで植設しなければならず、非常に手間がかかる上、アンカーボルトを打ち込むことで下地のコンクリートの漏水による劣化が生じるという問題点がある。

また、上記した特許文献２に記載のものでは、ブロック状基礎と下地のコンクリート面とを薄いセメント層により接着するので、特許文献１のようにアンカーボルトを植設する必要がないものの、ブロック状基礎がコンクリート製の場合、ブロック状基礎がコンクリートむき出しの状態であるため、アンカーボルトに引き抜き方向への荷重が加わったときに、ブロック状基礎自体に割れが生じ易く、ブロック状基礎が容易に破壊するおそれがある。一方、ブロック状基礎を鉄筋コンクリート製にすれば、このようなブロック状基礎の破壊は抑制されるが、ブロック状基礎の製造コストの上昇を招くという問題点がある。しかも、ブロック状基礎は重量が重いため、建物の屋根に設置する場合には屋根に大きな負担がかかり、施工時にブロック状基礎を運ぶための重機が必要になる。

さらに、特許文献３に記載のものでは、接着剤を流し込むための通路をブロック本体の内部に予め形成し、ブロック本体の底面に固定する板状部材にも接着剤注入空間を形成しておかなければならず非常に手間がかかる上、コンクリート製のブロック本体はコンクリートむき出し状態であることから、上記した特許文献２と同様、アンカーボルトに引き抜き方向への荷重が加わったときに、ブロック本体自体の割れによる破壊が生じ易いという問題点がある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、安価で取り扱いが容易な屋外設備設置用の基礎構造を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の屋外設備設置用の基礎構造は、新設または既設のコンクリート構造物の据え付け箇所に、太陽電池パネルなどの屋外設備を設置する際の基礎となる屋外設備設置用の基礎構造であって、コンクリートが露出した前記据え付け箇所に配置される短い筒状の枠部材と、前記枠部材の内部に充填されるモルタルと、鉄筋を十字型に組んで形成され前記モルタル中に埋設されて前記枠部材内部に配設された金属製の補強部材と、前記補強部材の中心部に立設状態で固着され前記屋外設備との連結用の先端部分が前記モルタルから外部に露出して配置されたボルトとを備え、前記モルタルの接着力により固定することを特徴としている（請求項１）。

このような構成によれば、予め定められた据え付け箇所に配設された枠部材内部に充填されたモルタルの接着力により、枠部材およびボルト付きの補強部材を下地のコンクリートに固着することができる。このとき、ボルトに屋外設備を取り付けたときに、ボルトに対して引っ張り力が加わっても、モルタルが枠部材の内壁に接着した状態で硬化し、その結果、枠部材が内部のモルタルを外周側から締め付けた状態で保持するため、外周側からモルタルを補強してモルタルの割れを防止できるとともに、モルタル内部の十字型の補強部材により、屋外設備が取り付けられるボルトを介してモルタルに加わる引っ張り荷重を分散して荷重の集中を防止できるため、モルタルの破壊を内部から効果的に防止できる。

また、本発明の屋外設備設置用の基礎構造は、新設または既設のコンクリート構造物の据え付け箇所に、太陽電池パネルなどの屋外設備を設置する際の基礎となる屋外設備設置用の基礎構造であって、コンクリートが露出した前記据え付け箇所に配置される短い筒状の枠部材と、前記枠部材の内部に充填されるモルタルと、前記枠部材の内寸よりも若干小さい形状の板材からなり、該板材に複数個の透孔が透設され前記モルタル中に埋設されて前記枠部材内部に配設された金属製の補強部材と、前記補強部材の中心部に立設状態で固着され前記屋外設備との連結用の先端部分が前記モルタルから外部に露出して配置されたボルトとを備え、前記モルタルの接着力により固定するものであってもよい（請求項２）。

このような構成によれば、屋外設備が取り付けられるボルトを介してモルタルに加わる荷重を板状の補強部材により分散することができ、モルタルの割れをより一層効果的に防止することができる。このとき、補強部材が板状であるので、複数個の透孔を通してモルタルが枠部材の内部の隅々までまわり込むため、モルタルによる十分な接着力を確保することができる。

また、本発明の屋外設備設置用の基礎構造は、前記コンクリート構造物に設けられた防水層のうち前記枠部材の設置部分が剥離されてコンクリートが露出された状態の前記据え付け箇所に、前記枠部材が配設されていてもよい（請求項３）。

このような構成によれば、コンクリート構造物に設けられた防水層のうち、枠部材を設置する部分の防水層のみを剥離すればよいため、防水層を無駄に剥離することによる漏水を招くおそれがない。また、モルタルの接着力により固定するので、従来のアンカーボルトを植設する場合のようなアンカー用の孔がなく、漏水の問題を解消することができる。

また、本発明の屋外設備設置用の基礎構造は、前記枠部材の外周上端に上鍔部と、該上鍔部に当接した状態で接合されて前記枠部材の上面を閉塞する蓋材とをさらに備えていてもよい（請求項４）。

このような構成によれば、蓋部材により、枠部材内部のへの雨水の浸入を抑制できるため、モルタルとその補強部材との接着部分の劣化を抑えることができるとともに、外部からモルタルが見えないため、外観を美麗に仕上げることができる。

また、本発明の屋外設備設置用の基礎構造は、前記補強部材が前記枠部材の内周に予め固着されていてもよい。

このような構成によれば、補強部材を枠部材に溶着しておけば、枠部材等の運搬時の負担が軽減され、しかも取り扱いが容易になり、据え付け現場にはボルト付きの補強部材を一体化した枠部材とモルタルを運び込めばよく、作業効率の向上を図ることができる。

また、前記枠部材の外周下端に下鍔部をさらに備え、前記鍔部が前記防水層の剥離部分の周縁部に当接して配設されていてもよい。こうすれば、下鍔部により、防水層の剥離箇所が覆われるため、防水層の剥離部への雨水の浸入を抑制できると同時に、外観を美麗に仕上げることができる。

したがって、本発明によれば、予め定められた据え付け箇所に配設された枠部材内部にモルタルを充填すると、ボルトに屋外設備を取り付けたときに、ボルトに対して引っ張り力が加わっても、モルタルが枠部材の内壁に接着した状態で硬化し、その結果、枠部材が外周側からモルタルを締付けた状態で保持することになるため、外周側からモルタルを補強してモルタルの割れを防止できるとともに、モルタル内部の補強部材により、ボルトに対する引っ張り荷重を分散して荷重の集中を防止できるため、モルタルの破壊を内部から効果的に防止でき、屋外設備を強固に支持することが可能な基礎を得ることができ、従来のように、アンカーボルトを下地のコンクリートに植設する必要がなく、安価で取り扱いが容易で、十分な引っ張り強度を有し屋外設備の設置用に好適な基礎を提供することができる。

本発明にかかる屋外設備設置用の基礎構造の一実施形態を示す斜視図である。 図１の一部の斜視図である。 図１の他の一部の斜視図である。 図１の枠部材内に補強部材を配置した状態の平面図である。 図１の枠部材内に補強部材を配置した状態の正面図である。 蓋部材の斜視図である。 施工途中の状態を示すコンクリート構造物の断面図である。 施工手順を説明する斜視図である。

本発明の一実施形態について、図１ないし図８を参照して説明する。なお、図１は本発明に係る基礎の一実施形態の斜視図、図２は枠部材の斜視図、図３はボルトが固着された補強部材の斜視図、図４および図５はボルトを固着した補強部材を枠部材内部に配設した状態の平面図および正面図、図６は蓋部材の斜視図である。

図１ないし図５に示すように、この基礎１は、四角筒状を有する基部２ａと、該基部２ａの上端および下端にそれぞれ溶接等により一体的に取り付けられた上鍔部２ｂおよび下鍔部２ｃとからなる枠部材２と、この枠部材２の内部に充填されたモルタル３と、鉄筋を十字型に組んで形成されモルタル３が硬化する前に基部２ａの横断面における対角線に沿ってモルタル３中の底部に押し込んで埋設される補強部材４と、この補強部材４の中心部に溶接等により固着された枠部材２の高さよりも長いボルト５とを備えている。

ここで、枠部材２の基部２ａは、幅５ｃｍで厚み２ｍｍ程度の金属板が折曲されて、一辺１５ｃｍの横断面が正方形で高さが５ｃｍの四角筒状に形成されている。

また、枠部材２の上鍔部２ｂには、図６に示すように、上鍔部２ｂと同寸の正方形状を有する金属製蓋部材７が当接するように配設されて枠部材２の上面が閉塞されるようになっている。この蓋部材７の中央にはボルト５が挿通する挿通孔７ａが透設され、四隅には上鍔部２ｂとの連結固定用ボルトの挿通孔７ｂが４箇所透設されている。一方、上鍔部２ｂの蓋部材の４つの挿通孔７ｂと対向する位置には連結固定用ボルトの挿通孔２ｄが透設され、モルタル３の上方に露出したボルト５が蓋部材７の中央の挿通孔７ａに挿通され、蓋部材７が上鍔部２ｂに当接されるとともに、蓋部材７および上鍔部２ｂそれぞれの４つの挿通孔７ｂ、２ｄが位置合わせされた状態で、これら挿通孔７ｂ，２ｄに連結固定用ボルトが挿通されてナット締めされ、蓋部材７が上鍔部２ｂに連結固定され、枠部材２の上面が蓋部材７により被覆されるようになっている。

上記した構成の基礎１は、据え付け現場に枠部材２、ボルト５が固着された補強部材４、モルタル３等が運び込まれ、予め定められた据え付け箇所において、以下のような作業手順により設置される。

すなわち、図７に示すように、据え付け現場である対象建造物等のコンクリート構造物１０の屋上等に予め設定められた据え付け箇所において、コンクリート構造物１０の上面に設けられた防水層１１のうち、枠部材２の下鍔部２ｃの外寸より若干大なる正方形状の部分１１ａが剥離されて下地のコンクリートが露出され、剥離部分１１ａに枠部材２が収まるように下鍔部２ｃが剥離部分１１ａ内に露出した下地のコンクリート上に載置されるように枠部材２が配置される。なお、防水層１１の剥離部分１１ａは下鍔部２ｂの外寸より小さく基部２ａの横断面の正方形と同寸であってもよく、この場合、下鍔部２ｂが剥離部分１１ａの周縁の防水層１１に載置された状態となる。

そして、枠部材２の内部にモルタル３が充填され、モルタル３が硬化する前に、ボルト５が固着された補強部材４をモルタル３の底部まで押し込んで埋設し、モルタル３が硬化するまで１週間ほど養生させる。このようにして、図８に示すように、複数の据え付け箇所に枠部材２が据え付けられてモルタル３が充填され、その後、各枠部材２に対して蓋部材７が装着され、各枠部材２の上面が閉塞され、太陽光発電システム等の屋外設備の取付用のレール等の架台が各基礎１のボルト５に締結され、架台に屋外設備が固定されて設置が完了する。なお、防水層１１の剥離部分１１ａと枠部材２の下鍔部２ｃとの境の隙間には防水用のシール材を埋めてもよい。

ところで、防水層１１の剥離部分１１ａと枠部材２の下鍔部２ｃとがほぼ同寸の正方形であるため、モルタル３を枠部材２内部に流し込んで充填したときに、剥離部分１１ａに露出している下地のコンクリート表面と、充填されたモルタル３とが隙間なく接触し、その後モルタル３の硬化前に補強部材４を押しこむことで、モルタル３の撹拌作用により枠部材２の内壁とモルタル３とが隙間なく接触すると同時に、モルタル３が補強部材４およびボルト５の周囲にまわり込んで補強部材４とモルタル３とが隙間なく接触し、その結果、十分なモルタル３の接着面積を確保できて硬化したモルタル３により大きな接着力を得ることができる。

また、モルタル３が硬化すれば、ボルト５に屋外設備を取り付けてボルト５に対して引っ張り力が加わっても、モルタル３が枠部材２の内壁に接着した状態で硬化し、その結果、枠部材２が外周側からモルタル３を締め付けた状態で保持することになり、外周側からモルタル３を補強してモルタル３の割れを防止することができる一方、モルタル３内部の補強部材４により、ボルト５に対する引っ張り荷重を分散して荷重の集中を防止することができる。

このとき、屋外設備として、例えば太陽電池パネルを備えた太陽光発電システムを設置する場合、１個の基礎１に対する押込力および引き抜き力として、概ね２０００〜５０００Ｎの荷重に耐え得ることが要求されるが、枠部材２の基部２ａを１５ｃｍ×１５ｃｍの横断面正方形と同寸でモルタル３を下地のコンクリート表面に接着させることにより、要求以上の荷重に耐え得るモルタル３の接着力を得ることができる。

上記した構成の基礎１が、実際にどれくらいの耐力を有するか引っ張り試験を行ったところ、表１、表２に示すような結果が得られた。ここで、表１は試験対象である供試体の特性を示し、試験結果は表２のとおりとなった。なお、表１，２中の供試体とは、上下の鍔部のない基部２ａのみからなる枠部材２であって、基部２ａの正方形外寸のみが異なる（高さはいずれも同じ）３種類Ｎ，Ｍ，Ｚそれぞれ３個ずつに対して引っ張り試験機による引っ張り試験を行ったものであり、各供試体を構成する枠部材２の内部にモルタル３を充填し、モルタル３の硬化前にボルト５が固着された補強部材４を埋設し、１週間ほどの養生期間を経た後に試験を行った。

上記の表２から明らかなように、枠部材２の正方形の一辺が７．５ｃｍ（内寸では７．０ｃｍ）以上の供試体Ｍ１，Ｍ２、Ｚ１〜３では、引っ張り強度が５０００Ｎ以上となり、屋外設備を太陽光発電システムとした場合に要求される２０００〜５０００Ｎの引き抜き方向への引っ張り荷重に耐えることができる。なお、供試体Ｍ３は４５００Ｎで破断したが、養生中に誤って供試体を動かしたため、接着力が不十分であったためと思われる。また、供試体Ｍ１，Ｍ２に対して１回目に続き２回目の引っ張り試験を行うと、それぞれ４２００Ｎ，４６００Ｎで破断（破壊）したが、強度的には太陽光発電システムとした場合に要求される引っ張り荷重（２０００〜５０００Ｎ）に対する強度を有すると判断した。

したがって、上記した実施形態によれば、予め定められた据え付け箇所に配設された枠部材２の内部にモルタル３を充填すると、モルタル３中の埋設した補強部材４に固着したボルト５に屋外設備を取り付けたときに、ボルト５に対して引っ張り力が加わっても、モルタル３が枠部材２の内壁に接着した状態で硬化し、その結果、枠部材２が外周側からモルタル３を締付けるため、外周側からモルタル３を補強してモルタル３の割れを防止することができるとともに、モルタル３内部の補強部材４により、ボルト５に対する引っ張り荷重を分散して荷重の集中を防止できるため、モルタル３の破壊を内部から効果的に防止でき、屋外設備を強固に支持することが可能な基礎１を得ることができ、従来のように、アンカーボルトを下地のコンクリートに植設する必要がなく、安価で取り扱いが容易で、十分な引っ張り強度を有し屋外設備の設置用に好適な基礎構造を提供することが可能となる。

また、コンクリート構造物１０に設けられた防水層１１のうち、枠部材２を設置する部分の防水層１１のみを剥離すればよいため、防水層１１を無駄に剥離することによるコンクリート構造物内部への漏水を招くおそれがなく、コンクリートの劣化を抑制することができる。

さらに、枠部材２が内寸で一辺７ｃｍの正方形であれば、下地のコンクリートと枠部材２内部のモルタル３との接触面積として４９ｃｍ^２以上を確保でき、実験的に５０００Ｎ以上の引っ張り力に耐え得ることがわかり、例えば屋外設備である太陽光発電システムの太陽パネルを設置する場合に要求される２０００〜５０００Ｎの引っ張り荷重に対する強度を確保できるため、太陽光発電システムの設置用に非常に好適な基礎１を提供することができる。

また、蓋部材７により、枠部材２内部のへの雨水の浸入を抑制できるため、モルタル３の劣化を抑えることができるとともに、外部からモルタル３が見えないため、外観が美麗な基礎１に仕上げることができる。

なお、本発明は上記した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限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

例えば、上記した実施形態では、上下の鍔部２ｂ，２ｃを備えた枠部材２とした例を挙げたが、枠部材２はこれら鍔部２ｂ，２ｃを備えない構成であってもよい。

また、枠部材２の基部２ａは、上記した幅５ｃｍで厚み２ｍｍ程度の金属板が折曲されて、一辺１５ｃｍの横断面が正方形で高さが５ｃｍの四角筒状に形成されたものに限らず、幅５ｃｍで厚み２ｍｍ程度の金属板が折曲されて、一辺７．５ｃｍや一辺１０ｃｍの横断面が正方形で高さが５ｃｍの四角筒状、あるいは、直径８ｃｍ以上の横断面が円形で高さが５ｃｍの円筒状に形成されたものであってもよい。要するに、四角筒状の場合には内寸が一辺７ｃｍ以上の正方形であればよい。

また、鉄筋を十字型に組んだ補強部材４に代えて、補強部材の構成として、枠部材２の内寸よりも若干小さい正方形状の板材からなり、枠部材２の基部２ａが円筒状の場合には、枠部材２の内寸よりも若干小さい円形状の板材からなり、これらの板材に、モルタル３のまわり込みを容易にするための複数個の透孔が透設されているものであってもよい。

また、補強部材４が枠部材２の内周に予め固着されていてもよく、こうすれば枠部材２等の運搬時の負担が軽減することができ、しかも取り扱いがより一層簡易になり、据え付け現場にはボルト５付きの補強部材４を一体化した枠部材２とモルタル３を運び込めばよく、作業効率の向上を図ることが可能になる。

また、枠部材２の基部２ａは横断面が正方形や円形のものに限定されることはなく、横断面は三角形や五角形以上の多角形、楕円形であってもよく、要するに必要モルタル３の接着力を得るためのコンクリートとの接触面積を確保できる形状であればよい。さらに枠部材２の高さも、必要な接着力が得られる高さに設定すればよい。

また、上記した実施形態では、屋外設備を太陽光発電システムとした例を挙げたが、地上のコンクリート構造物に屋外設備を設置する場合にも、本発明に係る基礎を適用することができる。例えば、歩道に街灯を設置する場合の基礎等が挙げられる。

１…基礎
２…枠部材
３…モルタル
４…補強部材
５…ボルト
１０…コンクリート構造物
１１…防水層
１１ａ…剥離部分

Claims (4)

1. 新設または既設のコンクリート構造物の据え付け箇所に、太陽電池パネルなどの屋外設備を設置する際の基礎となる屋外設備設置用の基礎構造であって、
   コンクリートが露出した前記据え付け箇所に配置される短い筒状の枠部材と、
   前記枠部材の内部に充填されるモルタルと、
   鉄筋を十字型に組んで形成され前記モルタル中に埋設されて前記枠部材内部に配設された金属製の補強部材と、
   前記補強部材の中心部に立設状態で固着され前記屋外設備との連結用の先端部分が前記モルタルから外部に露出して配置されたボルトとを備え、
   前記モルタルの接着力により固定することを特徴とする屋外設備設置用の基礎構造。
2. 新設または既設のコンクリート構造物の据え付け箇所に、太陽電池パネルなどの屋外設備を設置する際の基礎となる屋外設備設置用の基礎構造であって、
   コンクリートが露出した前記据え付け箇所に配置される短い筒状の枠部材と、
   前記枠部材の内部に充填されるモルタルと、
   前記枠部材の内寸よりも若干小さい形状の板材からなり、該板材に複数個の透孔が透設され前記モルタル中に埋設されて前記枠部材内部に配設された金属製の補強部材と、
   前記補強部材の中心部に立設状態で固着され前記屋外設備との連結用の先端部分が前記モルタルから外部に露出して配置されたボルトとを備え、
   前記モルタルの接着力により固定することを特徴とする屋外設備設置用の基礎構造。
3. 前記コンクリート構造物に設けられた防水層のうち前記枠部材の設置部分が剥離されてコンクリートが露出された状態の前記据え付け箇所に、前記枠部材が配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の屋外設備設置用の基礎構造。
4. 前記枠部材の外周上端に上鍔部と、該上鍔部に当接した状態で接合されて前記枠部材の上面を閉塞する蓋材とをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の屋外設備設置用の基礎構造。

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