JP2004116036A - 高耐力の壁、床、屋根パネル - Google Patents

Abstract

【課題】壁構造の中間部に配置する縦枠材に、ブレース材の座屈補剛作用を期待でき、理想的な耐震性能を有する高耐力壁を提供することを目的とする。
【解決手段】壁パネルを構成する平面に沿って形鋼製のブレース１１を配置し、当該ブレース１１の両端部に、壁パネルの両側縁に沿うように断面略Ω形の形鋼からなる両側縦枠材１２の開口部１２ａを挟み込んで配置すると共に、ブレース１１の両側面に断面略ハット形鋼からなる中間縦枠材１３を凹部１３ｇを向かい合わせ配置して、その当接部をファスナー１５で接合し、両側縦枠材１２と中間縦枠材１３の外側フラット面１２ｂ、１３ｂに壁面板を当接し、その当接部をファスナー１５で接合した建物の高耐力壁パネル。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄板軽量形鋼造等の建物において、木質合板あるいは石膏ボード等の構造用面板と形鋼製の枠材を組合わせて構成する高耐力壁、床および屋根パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の壁構造物は、枠材からなる壁枠パネルにより、または枠材にシートブレース（薄板面材）を組合わせた壁パネルで構成される。この壁構造物を分類すると、（ａ）一般的な鋼構造と、（ｂ）薄板構造に大分類される。（ａ）、（ｂ）はさらに４つに中分類され、これを（ａ）−（１）、（ｂ）−（２）、（ｂ）−（３）、（ｂ）−（４）とする。
【０００３】
（ａ）−（１）は、基本的な従来技術１（鋼構造ブレース構造）で、これはブレース構造（Ｘ形、Ｋ形）があり、さらに（イ）一般ブレース、（ロ）座屈補剛ブレース（アンボンドブレース）の２つに分かれる。（イ）一般ブレースの特徴は、圧縮側のブレースは座屈するので、載荷履歴はスリップ性状を示す（特徴▲１▼とする）。（ロ）座屈補剛ブレースの特徴は、圧縮側のブレースの座屈が補剛されるので、載荷履歴はエネルギー吸収性能が高い紡錘形となり、ブレースとしての構造性能は高い（特徴▲２▼とする）。
【０００４】
（ｂ）−（２）は、基本的な従来技術２（枠組壁工法、つまりツーバイフォー工法）であって、これは、ドリルねじ接合部の力学性状が壁全体の耐震性能を支配し、載荷履歴はスリップ性状を示す。スチールハウス及び木造ツーバイフォー構造では、一般的な耐震壁の構造である（特徴▲３▼とする）。
【０００５】
（ｂ）−（３）は、その他の従来技術１（スチールハウス構造）、薄板ブレース構造（Ｘ形、Ｋ形）であって、これは、一般ブレースの考え方をスチールハウス構造に取り入れた構造で、壁の面材の下地に板厚０．８〜１．６ｍｍ程度の薄板鋼板をドリルねじで接合してＸ形ブレースを構成する構造である。これは面材の耐荷性能に併せて薄板鋼板の性能が加えられるため、（ｂ）−（２）よりも耐荷性能は高い。しかし、施工上、納まり上の問題が残されていて、国内ではあまり使用されていない。載荷履歴はスリップ性状になる（特徴▲４▼とする）。
【０００６】
（ｂ）−（４）は、その他の従来技術２（スチールハウス構造）、（薄板シートブレース構造）であって、これは、板厚０．４〜０．８ｍｍ程度の鋼板シートを、面材の下部一面に接合する構造で、（ｂ）−（３）の特徴よりも耐荷性能は高い。しかし、（ｂ）−（３）と同様の理由で国内ではあまり使用されていない。施工上・納まり上の問題を解決するための案であるサンドイッチ面材は本出願人が特許出願済みである。何れも載荷履歴はスリップ性状になる（特徴▲５▼とする）。
【０００７】
前記の各従来技術において、（ａ）−（１）、（ロ）、（特徴▲２▼）が、座屈補剛ブレースとしての構造性能が高く、高耐力壁として望ましいが、これは一般的な鋼構造における壁構造であり、薄板軽量形鋼造には適用されない。
本発明は、前記（ａ）−（１）、（ロ）の座屈補剛ブレースのような特徴をもつブレース構造を、薄板軽量形鋼造で適用される、（ｂ）薄板構造において実現すること、これが本発明の目的とする点である。
【０００８】
前記の点をふまえて、（ｂ）薄板構造における従来技術の問題点を整理すると次のとおりである。
【０００９】
（１）薄板で構成するブレースは、Ｘ形・Ｋ形ブレースがあり、例えば、図１０（Ａ）で説明すると、壁パネル１は、薄鋼板製溝形鋼からなる複数の縦枠材２の上下端を、薄鋼板製溝形鋼からなる上枠材３と下枠材４とで結合し、さらに帯状薄鋼板製のブレース５をＸ形に配置し、その交差部をドリルねじなどのファスナー６で結合すると共に、その上下端を上枠材３と下枠材４のフランジ３ａ、４ａにファスナー６で結合している。しかし、Ｘ形・Ｋ形ブレースの何れにおいても、薄鋼板製のブレースは板厚が薄いために圧縮時に座屈部位するのは必至である。座屈させないためには、座屈し難い断面形状を有するブレース材を用いた上に、適切な座屈補剛を施す必要がある。
【００１０】
（２）枠組壁工法（ツーバイフォー工法）であるスチールハウス構造では、壁の枠組が壁体内に配置されるため、座屈し難い形状を有するブレースを配置するのは困難である。何故ならば、枠組材とブレース材の干渉を避けられないためである。枠組材とブレース材の干渉を避けるための策として、縦枠材に部分的に孔を設けることも考えられるが、鉛直荷重に抵抗する縦枠材に孔をあけることは構造上問題であるうえ、施工上にも問題がある。この理由のために、薄板ブレースが使用されてきた経緯がある。
【００１１】
面材薄板ブレースの一例は、図１０（Ｂ）に示されており、壁パネル１は、薄鋼板製溝形鋼からなる複数の縦枠材２の上下端を、薄鋼板製溝形鋼からなる上枠材３と下枠材４とで結合し、前記各枠材に合板等の面材薄板ブレース７を組合わせ、周辺部を上枠材３と下枠材４のフランジ３ａ、４ａにファスナー６で結合している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す何れの従来例とも異なる、構造的に新規な壁枠を提供することで、従来技術の問題点の解消を図るものであって、その課題は、▲１▼薄板帯鋼のかわりに、溝形鋼・角形鋼等の形鋼をブレースとして用いること、▲２▼壁体内部に溝形鋼・角形鋼等のブレースを配置できるような断面形を有する縦枠材を用いて壁枠を構成することであり、これにより、壁構造の中間部に配置する縦枠材に、ブレース材の座屈補剛作用を期待でき、理想的な耐震性能を有する高耐力壁を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は次のように構成する。
【００１４】
請求項１記載の発明は、建物の高耐力壁パネルであって、壁構面に沿ってＫ形あるいはＸ形に配置される耐震抵抗要素であるブレース材の両側面に、断面が方形あるいは略ハット形の中間縦枠材を前記ブレース材に当接するように配置して構成される矩形壁枠体の両側壁構面に、石膏ボードあるいは木質面材等の壁面板を配置し、両端縦枠材と中間縦枠材との当接部をファスナーで接合したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、断面略溝形又は角形の形鋼からなる前記ブレース材を、断面略Ω形の形鋼からなる前記両端縦枠材の開口部に挟み込んで、その当接部をボルト接合することを特徴とする。
【００１６】
請求項１記載のＫ形あるいはＸ形のブレース材に代えて、当該ブレースを構造用合板又は鋼板からなるシートブレースで構成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３に記載の発明を用いて構成するする高耐力床パネルおよび高耐力屋根パネルとする。
【００１８】
【作用】
本発明では、壁体内部に空間を設けられるように形鋼を配置して壁枠を構成することにより、溝形鋼・角形鋼等の形鋼製のブレースを壁体内部に配設することを可能とした。
【００１９】
前記の構成により形鋼製のブレース自体が強固であり、この点で壁枠パネルの強度が向上すると共に、これに加えて、壁枠パネルの中間部に配置する前記の縦枠材によって、前記ブレースの座屈補剛効果があり、両者の構成が相俟って理想的な耐震性能を有する高耐力壁パネルが実現される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００２１】
図１、図２は実施形態１を示し、図３〜図６は実施形態２を示し、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態１に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図、図２は、実施形態１における縦枠材の平面拡大図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態２に係る高耐力壁パネルの平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図、図４〜図６は、実施形態２における縦枠材のバリエーション（変形例）１〜３の平面拡大図である。
【００２２】
図１、図２を参照して実施形態１を説明すると、壁パネル１０を構成する平面に沿って、溝形鋼、カシメ角形鋼製の２本のブレース１１が、正面から見て略横Ｖ状に配置されている。そして、２本のブレース１１の互いに接近する側の端部と、互いに離間する側の端部に壁パネル１０の両側縁に沿うように断面略Ω形の形鋼からなる両側縦枠材１２の幅（ｄ）の開口部１２ａを挟み込んで配置し、その当接部をボルト１４で接合している。また、ブレース１１の中間部において、当該ブレース１１の両側面に断面略ハット形鋼からなる中間縦枠材１３の凹部１３ｇを向かい合わせ配置して、その当接部をドリルねじなどのファスナー１５で接合している。
【００２３】
前記のようにして、ブレース１１を中間に挟んだ態様で所定長の中間縦枠材１３と両側縦枠材１２が所定の間隔をあけて平行に当該ブレース１１に固定され、両側縦枠材１２と向い合う各中間縦枠材１３の上下両端に、当該両縦枠材１２、１３の左右の外側フラット面１２ｂ、１３ｂを挟み込むように薄鋼板製溝形鋼からなる下枠材１６と上枠材１７を配設し、その当接部にドリルねじなどのファスナー１５を打設して、両部材を接合している。
【００２４】
前記のようにして、ブレース１１と両側縦枠材１２と中間縦枠材１３と下枠材１６と上枠材１７とで壁枠組みが構成され、下枠材１６と上枠材１７のそれぞれの両フランジ１６ａ、１７ａと、両側縦枠材１２の左右の外側フラット面１２ｂと、向い合う各中間縦枠材１３の外側フラット面１３ｂとで所定の壁厚み幅（Ｗ）を有して面材配置平面（壁枠組み）が構成され、建物の内壁側となる一方の面材配置平面に構造用合板からなる約９ｍｍ厚の内側面材１８を当てがい、建物の外壁側となる他方の面材配置平面に石膏ボード等からなる約１２．５ｍｍ厚の外側壁面材１９を当てがい、それぞれの当接部にドリルねじなどのファスナー１５を打設して、壁枠組みに内側壁面材１８と外側壁面材１９を接合している。前記構成により、建物の高耐力壁パネル１０が構成される。
【００２５】
ブレース１１の端部に取付ける断面略Ω形の薄鋼板製形鋼からなる両側縦枠材１２の詳細構造は、図２に示すとおりである。すなわち、所定の壁厚み幅（Ｗ）を形成する壁パネル厚み方向外側フラット面１２ｃと、その先端の外側フラット面１２ｂと、壁パネル厚み方向内側フラット面１２ｄと、幅（ｄ）の開口部１２ａを形成する内側フラット面１２ｅと、内端折曲げ部１２ｆとから断面略Ω形にロールフォーミングで曲げ形成されている。
【００２６】
ブレース１１の中間部に取付ける中間部縦枠材１３は、断面略ハット形の薄鋼板製形鋼からなり、対をなして構成されるこの中間縦枠材１３の詳細構造は、同じく図２に示すとおりである。すなわち、所定の壁厚み幅（Ｗ）を形成する壁パネル厚み方向両フラット面１３ｃと、その先端の外側フラット面１３ｂと、対向する枠材間で幅（ｄ）の開口部１３ａを形成する内側フラット面１３ｅと、内端折曲げ部１３ｆとから凹部１３ｇを有する断面略ハット形にロールフォーミングで曲げ形成されている。
【００２７】
前記のようにして、左右一対の両側縦枠材１２と、凹部１３ｇが対向して一対をなす中間縦枠材１３の幅（ｄ）の開口部１２ａ、１３ａで、溝形鋼、角形鋼のブレース１１を挟み、これら各枠材１２、１３の外側フラット面１２ｃ、１３ｃで形成される両側の面材配置平面に内側壁面材１８と外側壁面材１９を当てがい、のファスナー１５を打設して、所定の壁厚み幅（Ｗ）を形成する高耐力壁パネル１０が構成できる。
【００２８】
前述のように構成された高耐力壁パネル１０は、壁体内部にブレースを配置可能な断面形を有する略ハット形鋼及び略Ω形鋼からなる縦枠材１２、１３を用いて壁枠を構成し、それにより溝形鋼・角形鋼等の形鋼製のブレースを壁体内部に配設することが可能となった。よって、前記構成の高耐力壁パネル１０は、形鋼製のブレース１１自体が強固であり、この点で壁枠パネル１０の強度が向上すると共に、これに加えて、壁枠パネル１０の中間部に配置する前記の縦枠材１２、１３によって、前記ブレース１１の座屈補剛効果があり、両者の構成が相俟って理想的な耐震性能を有する高耐力壁パネル１０が実現された。
【００２９】
次に、図３〜図６を参照して、実施形態２を説明する。この実施形態２では、図３に示すように、実施形態１の形鋼製のブレース１１に代えて構造用合板、鋼板、真鍮板等からなっていて、シートブレース２１の両側縁に沿って断面略Ω形の形鋼からなる両側縦枠材１２の幅（ｄ）の開口部１２ａを挟み込んで配置し、その当接部をファスナー１５で接合している。また、シートブレース２１の中間部において、当該シートブレース２１の両側面に断面略ハット形鋼からなる中間縦枠材１３の凹部１３ｇを向かい合わせ配置して、その当接部をドリルねじなどのファスナー１５で接合している。
【００３０】
前記において、実施形態１の形鋼製のブレース１１に代えてシートブレース２１を用いた構成以外は、実施形態１、２は同じ構成であるので、両実施形態の共通要素には共通の符号を付して説明した。なお、高耐力壁パネル１０の幅（Ｗ_１）は、実施形態１、２共に１８２０ｍｍ、であり、他方、実施形態１の形鋼製のブレース１１の厚み（つまり縦枠材１２、１３の開口部の幅）が２５ｍｍに対し、実施形態２のシートブレース２１が構造用合板の場合、その厚み（つまり縦枠材１２、１３の開口部の幅）が９ｍｍであり、シートブレース２１が鋼板の場合、その厚み（つまり縦枠材１２、１３の開口部の幅）が６ｍｍであるので、図４、図５に示すように、その差分だけ、実施形態１よりも実施形態２の縦枠材１２、１３の開口部１２ａ、１３ａの幅（ｄ）が狭く設けられている。
【００３１】
図４はバリエーション１として、構造用合板製のシートブレース２１に組合わせる両側縦枠材１２と中間縦枠材１３の例を示し、図５はさらにバリエーション２として、鋼板製のシートブレース２１に組合わせる両側縦枠材１２と中間縦枠材１３の例を示す。
【００３２】
次に、図６は、バリエーション３として、シートブレース２１に組合わせる両側縦枠材１２と中間縦枠材１３の例を示す。このバリエーション３では、薄鋼板のロールフォミング成形により、両側縦枠材１２と、凹部１３ｇが対向して対をなす一方の中間部縦枠材１３が一体成形されていて、この一体成形縦枠材２２と対をなす他方の中間部縦枠材１３とで全体の縦枠材が構成されている。このバリエーション３における縦枠材１２、１３の作用効果は、バリエーション３における縦枠材１２、１３のそれと同じである。
【００３３】
なお、実施形態１、２において、両側縦枠材１２を比喩的に略Ω形状と表現し、中間部縦枠材１３を比喩的にハット形と表現したが、両側縦枠材１２、中間部縦枠材１３が機能的に本発明の所期の機能を発揮するのであれば図示の形状に限定されない。また、凹部１３ｇが対向して対をなす中間部縦枠材１３は、構成する高耐力壁パネル１０に応じて、適宜の間隔で複数本設けられる。
【００３４】
次に、図７、図８、図９は実施形態３、４、５を示し、各図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、各実施形態に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図である。この実施形態３〜５において、実施形態１、２と共通要素には共通の符号を付して簡単に説明する。
【００３５】
図７の実施形態３では、両側縦枠材１２が互いに開口を向かい合わせた溝形鋼で構成され、中間縦枠材１３が角形鋼で構成され、中間縦枠材１３の両側面に沿わせて配置の２本のブレース１１が、正面から見て略横Ｖ状に配置されていて、その互いに接近する側の端部の縦枠材１２とで正面Ｋ形をなしており、ブレース１１と両側縦枠材１２とは溶接接合されている。他の構成は実施と同じである。
【００３６】
図８の実施形態４では、ブレース１１の配置形状を正面千鳥に配置することで、該ブレース１１を増加配置したもので、他の構成は実施形態７と同じである。
【００３７】
図９の実施形態５では、中間縦枠材１３をリップ付き溝形鋼で構成すると共に、ブレース１１の配置形状を正面Ｘ状に配置した例を示し、他の構成は実施形態７、８と同じである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、断面が方形、溝形、略ハット形、或いは略Ω形鋼等からなる縦枠材を用いて壁体内部にブレースを配置可能な壁枠を構成し、それにより耐震抵抗要素である溝形鋼・角形鋼等の形鋼製のブレースを壁体内部に配設したので、前記形鋼製のブレース自体が強固であり、この点で壁枠パネルの強度が向上すると共に、これに加えて、壁枠パネルの中間部に配置する前記の縦枠材によって、前記ブレースの座屈補剛効果があり、両者の構成が相俟って理想的な耐震性能を有する高耐力壁パネルが実現された。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態１に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図である。
【図２】実施形態１における縦枠材の平面拡大図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態２に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図である。
【図４】実施形態２における縦枠材のバリエーション（変形例）１の平面拡大図である。
【図５】実施形態２における縦枠材のバリエーション（変形例）２の平面拡大図である。
【図６】実施形態２における縦枠材のバリエーション（変形例）３の平面拡大図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態３に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態４に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態５に係る高耐力壁パネルの横断平面図、一部破断正面図、一部破断右側面図である。
【図１０】（Ａ）は、従来例に係る薄鋼板製ブレースを用いた壁パネルの斜視図、（Ｂ）は、従来例に係る薄鋼板製シートブレースを用いた壁パネルの斜視図である。
【符号の説明】
１　壁パネル
２　縦枠材
３　上枠材
４　下枠材
５　ブレース
６　ファスナー
７　面材薄板ブレース
１０　高耐力壁パネル
１１　ブレース
１２　両側縦枠材
１２ａ　開口部
１２ｂ　外側フラット面
１２ｃ　壁パネル厚み方向外側フラット面
１２ｄ　壁パネル厚み方向内側フラット面
１２ｅ　内側フラット面
１２ｆ　内端折曲げ部
１３　中間部縦枠材
１３ａ　開口部
１３ｂ　外側フラット面
１３ｃ　壁パネル厚み方向両フラット面
１３ｅ　内側フラット面
１３ｆ　内端折曲げ部
１３ｇ　凹部
１４　ボルト
１５　ファスナー
１６　下枠材
１７　上枠材
１８　面材
１９　面材
２０　壁パネル厚み方向フラット部
２１　シートブレース
２２　一体成形縦枠材

Claims (4)

1. 壁構面に沿ってＫ形あるいはＸ形に配置される耐震抵抗要素であるブレース材の両側面に、断面が方形あるいは略ハット形の中間縦枠材を前記ブレース材に当接するように配置して構成される矩形壁枠体の両側壁構面に、石膏ボードあるいは木質面材等の壁面板を配置し、両端縦枠材と中間縦枠材との当接部をファスナーで接合したことを特徴とする建物の高耐力壁パネル。
2. 断面略溝形又は角形の形鋼からなる前記ブレース材を、断面略Ω形の形鋼からなる前記両端縦枠材の開口部に挟み込んで、その当接部をボルト接合することを特徴とする請求項１記載の建物の高耐力壁パネル。
3. 請求項１記載のＫ形あるいはＸ形のブレース材に代えて、当該ブレースを構造用合板又は鋼板からなるシートブレースで構成したことを特徴とする建物の高耐力壁パネル。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載する構造を有するパネル材を用いて構成した高耐力床パネルおよび高耐力屋根パネル。

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