JP2006152562A - スチールハウスにおける開口壁の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に初期剛性を高水準に維持しつつ破壊応力を低く抑えることが可能な、スチールハウスにおける開口壁の補強構造を提供する。
【解決手段】 垂壁パネル７１と腰壁パネル７２との間で挟持されるように側面壁７３を設け、この側面壁７３が固着される側面壁用枠体６４を構成する各横枠材に対して、垂壁パネル７１の下端部が固着される開口部上枠材５７並びに腰壁パネル７２の上端部が固着される開口部下枠材５４を接続金物８１を介して固着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スチールハウスにおける開口壁の構造に関する。

スチールハウスとは、鉄骨版のツーバイフォーともいえる住宅であって、板厚１ｍｍ前後の薄板軽量形鋼による枠材と構造用面材とによる鉄鋼系パネル構造による住宅のことをいう。

かかるスチールハウスの枠材は、薄鋼板をロールフォーミングにより成形して溝形やリップ付き溝形、或いはボックス形等の断面形状とされる。またこの枠材は、その巾寸法が所定の仕様に合うように成形される。スチールハウスを施工するときには、複数本の枠材をドリルねじで接合した補強枠材を構成し、これら各鋼材間をドリルねじで接合して建物の主架構を構築するのが一般的である。

次に、従来の工法に基づくスチールハウスの構造につき、図７〜図９を用いて説明をする。

スチールハウスは、図７に示すように下枠材１から複数の縦枠材２が所定の間隔をおいて立ち上げられてなり、各縦枠材２の上端の間は上枠材３で結合されている。この下枠材１と縦枠材２と上枠材３で構成される壁枠材には、図9に示すように構造用面材７がドリルねじ２３を介して固着されている。また、このスチールハウスには、出入口８ａ、窓８ｂなどの開口部８が形成される。

構造用面材７が取付けられる上枠材３は、側根太５ａと端根太５ｂが支持されてなり、両根太５ａ，５ｂが矩形に組まれている。そして、側根太５ａと平行して複数の床根太１０が所定間隔で設けられていて、長尺の床根太１０の両端は前後の端根太５ｂ又は床梁１２にそれぞれ受け金物１１を介して結合され、短尺の床根太１０の一端は前側又は後側の端根太５ｂに、他端は床梁１２（又はころび止め１０ｄ）に、それぞれ受け金物１１（又は根太受け金物１０ｃ）を介して結合されている。また、開口部側根太１０ｂの一端は、端根太５ｂに、他端は、床開口部端根太１０ａに結合されている。これら床根太１０と、床梁１２との間で構成される床枠材１４には、構造用面材１３が取付けられる。

なお、このスチールハウスでは、出入口８ａ、８ｂなどの開口部８には縦枠材２が存在しない。このため、開口部８においては、屋根等の上階からの鉛直荷重を支える縦方向の支持柱が存在しなくなるところ、開口部８の部位は強度的に弱くなる。従って、開口部８の上部を補強すべく、開口部８の上にまぐさ１５を設ける。

図８は、まぐさ１５の取付け位置の詳細を示している。この図８に示すように、窓８ｂ（開口部８）のまぐさ１５の上下に上枠材３とまぐさ枠材１７が設けられ、まぐさ枠材１７と開口部上枠材１８の間にまぐさ部縦枠材１９が設けられている。また、まぐさ１５の両端は、まぐさ受け金物２１を介してまぐさ受け２０に取付けられ、まぐさ受け２０は、まぐさ受け取付け用縦枠材２２に固着されている。まぐさ受け取付け用縦枠材２２の下端並びに上端は、それぞれ下枠材１並びに上枠材３に対してドリルねじ２３で固着されている。開口部下枠材２４は、下端を下枠材１に固着した開口下部縦枠材２５の上端で、或いは受け部材２４ａを介して支持されている。

なお、開口部下枠材２４とその上方に配置の各枠材には、図９に示すように、構造用面材がドリルねじ２３で固着されて垂壁２６を構成している。また、開口部下枠材２４とその下方に配置の各枠材には構造用面材がドリルねじ２３で固着されて腰壁２７を構成している。さらに、まぐさ受け取付け用縦枠材２２とその両外側の枠材（縦枠材２ａ）には、構造用面材がドリルねじ２３で固着されて側面壁２８を構成している。

ちなみに、上記開口部８内には支持柱が存在しないため、かかる開口部８を構成する開口部上枠材１８、開口部下枠材２４及びまぐさ受け取付け用縦枠材２２の４辺は、地震等により水平方向の応力が作用した場合に、それぞれ水平方向に変位することになる。この水平方向に変位する場合において、垂壁２６、腰壁２７及び側面壁２８が相互に剛結合されている場合には、各壁が耐力壁として作用するところ、開口部８周辺の枠材の水平方向への変位は、抑制されることになる。

しかしながら、従来では、垂壁２６、腰壁２７及び側面壁２８間を互いに緩く結合することにより、互いの壁同士で変位が及ばないようにしていた。図１０、図１１は、かかる従来の垂壁２６、腰壁２７及び側面壁２８につき水平力が加わった場合の挙動を示している。この図１０、図１１に示すように、負荷された水平力に対して側面壁２８が揺動することになるが、かかる側面壁２８は、垂壁２６及び腰壁２７に対して緩く結合されているため、これらに対して水平力が伝達されることはなくなる。換言すれば、開口部８周辺に負荷された水平力は、ほぼ全て側面壁２８で担い、かかる側面壁２８の揺動を介して打ち消されることになる。

なお、従来においては、さらに側面壁（袖壁）の面材の目地部を垂壁の合板の位置とずらす「壁構造及び面材貼設方法」が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、「木造住宅の計算方法及びこれを利用して建築木造住宅」も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−２３４４０６号公報 特開２００１−１６４６４５号公報

ところで、上述した図１０、１１に示す例において、開口部８両側に設けられた側面壁２８は、開口部８の上下に位置する垂壁２６並びに腰壁２７に対して離間している状態にある。このため各側面壁２８は、地震等に基づく水平方向の揺れに対して抵抗が小さくなる結果、水平方向への変形量が大きくなる。さらに、側面壁２８内においては、図１１の矢印のように下向きのベクトルで表される引抜き力、上向きのベクトルで表される圧縮力、右向きの力、左向きの力が交互かつ循環的に作用する。

即ち、これら各方向に作用する力は互いに作用、反作用の関係にあり、また相互に釣り合いがとれているため、左右の揺れが大きいほど引抜き力、圧縮力が大きくなる。 特に、引抜き力は、図１１に示す点線楕円（ロ）におけるベクトル量の合計であるので、この引抜き力が大きくなるにつれて、圧縮力も大きくなる。この引抜き力（圧縮力）の増大に対抗するためには、側面壁２８を取付ける縦枠材を大型化する必要があるとともに、縦枠材を基礎等に取付けるためのホールダウン金物をより堅牢にすべく、これを大型化する必要があり、さらに、ホールダウン金物をコンクリート基礎に固着するためのアンカーを太く構成することにより強度を高める必要がある。

しかしながら、かかる引抜き力（圧縮力）に対抗するためにホールダウン金物等をいきおい大きくした場合に、開口部８周辺の構造自体の耐力を大きくすることができる反面、スチールハウス全体からみれば、一部分のみに高強度の構造が設けられている状態となる。このため、地震等に基づいて大きな水平力がスチールハウスに負荷した場合に、かかる高強度に補強された開口部周辺に応力が集中し、また他の構成部材に対しても大きな負荷が加わることになる。かかる他の構成部材に関しても、別途補強部材等で固定強化していくと、最終的にスチールハウス全体に亘って補強部材を貼り巡らさなければならなくなり、製作コストや労力の面において妥当性を欠く原因ともなる。

図１２は、開口部８の両側に設けられる側面壁２８の剪断変形量に対する剪断耐力の関係を示している。この図１２に示すように、開口部８の上下に位置する垂壁２６並びに腰壁２７に対して、側面壁２８を離間させる構成とした場合には、図中ｐに示すように、剪断変形量に応じて徐々に剪断応力が徐々に大きくなっていく。これに対して、開口部８周辺の枠材につきホールダウン金物等を用いて補強した場合には、図中ｑに示すように初期剛性の向上を図ることができる一方で、破断応力が大きく増加してしまう。

このため、開口部８周辺の枠材につき図中ｒの挙動に示されるように、初期剛性を高水準に維持しつつ、破断応力を低く抑えることによりスチールハウス中の応力集中を解消する必要性があった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、特に初期剛性を高水準に維持しつつ破断応力を低く抑えることが可能な、スチールハウスにおける開口壁の構造を提供することにある。

本発明を適用したスチールハウスにおける開口壁の構造は、上述した課題を解決するために、垂壁パネルと腰壁パネルとの間で挟持されるように側面壁を設け、この側面壁が固着される側面壁用枠体を構成する各横枠材に対して、垂壁パネルの下端部が固着される開口部上枠材並びに腰壁パネルの上端部が固着される開口部下枠材を接続金物を介して固着させる。

即ち、本発明を適用したスチールハウスにおける開口壁の構造は、垂壁パネルの下端部が固着される開口部上枠材並びに腰壁パネルの上端部が固着される開口部下枠材と、これらの両側に立設される縦枠材とで形成される開口部と、各縦枠材の外側にそれぞれ配置される外側縦枠材と、縦枠材並びに外側縦枠材の上端部間及び下端部間をそれぞれ架設するための横枠材とからなる２つの側面壁用枠体と、側面壁用枠体に固着されてなる側面壁とを備え、垂壁パネルは、水平方向に伸張されて側面壁の上部と一体化され、腰壁パネルは、水平方向に伸張されて側面壁の下部と一体化され、さらに側面壁は、一体化された垂壁パネル並びに腰壁パネルとの間で面材を互いに分割して構成されている。

本発明では、垂壁パネルと腰壁パネルとの間で挟持されるように側面壁を設け、この側面壁が固着される側面壁用枠体を構成する各横枠材に対して、垂壁パネルの下端部が固着される開口部上枠材並びに腰壁パネルの上端部が固着される開口部下枠材を接続金物を介して固着させる。

これにより、本発明では、初期剛性を高水準に維持しつつ破断応力を低く抑えることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、スチールハウスにおける開口壁の補強構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した補強構造５０は、図１〜３に示すように、スチールハウスの出入口や窓等に代表される開口部５１を補強するための構造である。この補強構造５０の骨組みは、図１、２に示すように、下枠材５２から複数の形枠材５３が所定の間隔をおいて立ち上げられてなり、各形枠材５３の上端は開口部下枠材５４に固着されている。また上枠材５５からは複数の形枠材５６が所定の間隔をおいて立ち下げられてなり、各形枠材５６の下端は開口部上枠材５７に固着されている。

また、開口部上枠材５７と開口部下枠材５４との間に形成される開口部５１の両側に立設される縦枠材５８と、各縦枠材５８の外側にそれぞれ配置される外側縦枠材５９と、縦枠材５８と外側縦枠材５９とを架設するための横枠材６１と、縦枠材５８と外側縦枠材５９とをそれぞれ架設するための横枠材６２とからなる側面壁用枠体６４が両脇に形成されている。

さらに、この補強構造５０は、下枠材５２から上枠材５５にかけて断面が長方形状の縦枠材１２１が立ち上げられてなる。また、縦枠材１２１と外側縦枠材５９の間には、中間縦枠材１３１が下枠材５２から上枠材５５にかけて立ち上げられてなる。なお、外側縦枠材５９に関しても同様に下枠材５２から上枠材５５にかけて立ち上げられるようにしてもよい。

また開口部上枠材５７の両端には、さらに側面上枠材１５７が配設され、開口部下枠材５４の両端には、さらに側面下枠材１５４が配設されている。即ち、この開口部上枠材５７と側面上枠材１５７、並びに開口部下枠材５４と側面下枠材１５４とは、同一の高さにおいて互いに分割された状態で配設されている。また、縦枠材１２１には、それぞれ開口部上枠材５７と側面上枠材１５７とを架設するための図示しないプレート、或いは開口部下枠材５４と側面下枠材１５４とを架設するための図示しないプレートを挿通させるための図示しない切り欠きを設けるようにしてもよい。

上枠材５５と開口部上枠材５７,側面上枠材１５７とには、図３に示すような垂壁パネル７１が取付けられている。また、開口部下枠材５４,側面下枠材１５４と下枠材５２とには、腰壁パネル７２が取付けられている。即ち、開口部上枠材５７には、垂壁パネル７１の下端部が固着され、開口部下枠材５４には、腰壁パネル７２の上端部が固着されている状態となる。なお、垂壁パネル７１並びに腰壁パネル７２の両端は、外側縦枠材５９の形成位置付近まで延伸されていてもよい。

また、側面壁用枠体６４には、側面壁７３が取付けられている。この側面壁７３は、図３に示すように、垂壁パネル７１と腰壁パネル７２との間で挟持されるように側面壁用枠体６４に固着されている。

各枠材は、いずれも厚さ１．０ｍｍ〜１．６ｍｍ程度の薄鋼板を折り曲げ加工することによりウエブとその両端にフランジを一体に連設させた溝形鋼で構成されている。下枠材５２は、図１に示すようにウエブ５２ａと、ウエブ５２ａの両側に設けられたフランジ５２ｂで構成され、かかる下枠材５２の内側に、ウエブ５３ａとウエブの両側のフランジ５３ｂと、フランジ５３ｂ先端のリップ５３ｃからなる形枠材５３が略鉛直方向から差し込まれてなり、その重合部には図示しないドリルねじを打設することにより互いに接合されて構成される。同様に開口部下枠材５４は、ウエブ５４ａと、ウエブ５４ａの両側に設けられたフランジ５４ｂで構成され、かかる開口部下枠材５４の内側に、形枠材５３が略鉛直方向から差し込まれて構成される。

また、側面下枠材１５４と横枠材６２は、断面が略Ｈ型となるように互いにウエブの背面同士が貼り合わされる。そしてこの貼り合わされた側面下枠材１５４と横枠材６２に対して、例えばドリルねじ等の接続金物８１を打設することにより互いに接合されることになる。これにより、垂壁パネル７１又は腰壁パネル７２の側壁部分が接続金物８１により固着されることになる。

ちなみに、接続金物８１は、ドリルねじに限定されるものではなく、ボルトとナット等、他のいかなる止め具で構成してもよい。また、この接続金物８１を打設する代わりに、溶接等他のいかなる接合手段を用いても良い。

同様に、ウエブ１５７ａと、ウエブ１５７ａの両側に設けられたフランジ１５７ｂで構成される側面上枠材１５７は、ウエブ６１ａとフランジ６１ｂからなる横枠材６１との間で、断面が略Ｈ型となるように互いに背面同士を貼り合して構成される。そしてこの貼り合わされた側面上枠材１５７と横枠材６１に対して、接続金物８１を打設することにより互いに接合されてなる。

次に、上述の如き補強構造５０を備えるスチールハウスにおいて、水平力が負荷された場合の挙動について説明をする。

先ず、スチールハウスに水平力が加わると、かかる水平力は、補強構造５０へ伝達される結果、補強構造５０全体が水平方向に変形することになる。しかしながら、本発明を適用した補強構造５０においては、あくまで側面壁７３の長さは、従来の開口部の補強構造と比較して短いため、側面壁７３の初期剛性そのものは大きくなる。その結果、負荷された水平力が小さい場合には図４に示すように側面壁７３そのものの撓み量は小さくなる。しかしながら、補強構造５０における強度的に弱い箇所は少なからずかかる水平力の影響を受けることになり、特にかかる側面壁７３が固着される横枠材６１,６２のフランジ６１ａ,６２ａに打設される接続金物８１は、かかる水平力に基づいて水平方向に弾性変形又は塑性変形することになる。

即ち、従来と比較して、この補強構造５０は、側面壁の変形そのものを抑えることができることから、スチールハウスに対して僅かな振動が加わった場合においても、これを大幅に抑制することが可能となる。

特に、この補強構造５０においては、垂壁パネル７１と、腰壁パネル７２に対して接続金物８１を介して側面壁７３を連結させているため、かかる補強構造５０に水平力が加わった場合においても、垂壁パネルや腰壁パネルがかかる水平力をある程度分担することができ、側面壁７３の変形はより拘束されることになる。即ち、連結された垂壁パネル７１や腰壁パネル７２により、側面壁７３に負荷される応力が小さくなるため、かかる側面壁７３の断面をより小さく設計することも可能となる。

また、この補強構造５０に対して地震等に基づいて大きな水平力が加わった場合においても、側面壁７３は、初期剛性が高いことから、図５に示すように即座に破断することはない。しかしながら、補強構造５０における強度的に弱い箇所がかかる水平力を担うところ、側面壁７３の面材が固着される横枠材６１,６２のフランジ６１ａ,６２ａに打設されるドリルねじ２３（接続金物）は、かかる水平力に基づいて変形し、最終的にはかかるドリルねじ２３の接合部が破壊してしまう。かかるドリルねじ２３の破壊が、補強構造５０全体の破壊応力を下げる要因となる。

即ち、この補強構造５０は、地震等に基づく大きな水平力が加わった場合に、最終的な破壊応力は従来技術と比較してもあまり向上することはなく、チールハウス全体からみても、一部分のみに高強度の構造が設けられている状態を回避することができる。このため、地震等に基づいて大きな水平力がスチールハウスに負荷した場合に、開口部周辺の補強構造５０に応力が集中することがなくなり、また他の構成部材に対しても大きな負荷が加わることもなくなる。

図６は、開口部の両側に設けられる側面壁の剪断変形量に対する剪断応力の関係を示している。本発明を適用した補強構造５０の挙動ｕは、従来の挙動ｔと比較して、初期剛性を高水準に維持しつつ、破断応力の向上を抑えることができるため、スチールハウス中の局所的な応力の集中を抑えることが可能となる。また、スチールハウス中において、かかる応力集中に対抗するために他の各構成部材に対して別途補強部材等を貼り巡らせる必要がなくなることから、より製作コストや労力の負担を軽減させることが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、あくまでスチールハウスの窓や出入り口を構成する開口部５１の補強構造５０を例に挙げて説明をしたが、かかる箇所に限定されるものではなく、スチールハウスを構成する如何なる開口部に対して適用してもよいことは勿論である。

本発明を適用した補強構造の斜視図である。 本発明を適用した補強構造の骨組につき説明するための図である。 本発明を適用した補強構造における各壁パネルの配置位置につき説明するための図である。 補強構造につき水平力が加わった場合における挙動につき説明するための図である。 補強構造につき水平力が加わった場合における挙動につき説明するための他の図である。 開口部の両側に設けられる側面壁の剪断変形量に対する剪断応力の関係を示す図である。 スチールハウスの構成につき説明するための図である。 まぐさの取付け位置の詳細を示す図である。 構造用面材の各固着位置につき説明するための図である。 従来の垂壁、腰壁及び側面壁につき水平力が加わった場合の挙動を示す図である。 従来の垂壁、腰壁及び側面壁につき水平力が加わった場合の挙動を示す他の図である。 本発明の問題点につき説明するための図である。

符号の説明

５０ 補強構造
５１ 開口部
５２ 下枠材
５３ 形枠材
５４ 開口部下枠材
５５ 上枠材
５６ 形枠材
５７ 開口部上枠材
５８ 縦枠材
５９ 外側縦枠材
６１ 横枠材
６２ 横枠材
６４ 側面壁用枠体
７１ 垂壁パネル
７２ 腰壁パネル
７３ 側面壁
８１ 接続金物

即ち、本発明を適用したスチールハウスにおける開口壁の構造は、垂壁パネル（７１）の下端部が固着される開口部上枠材（５７）並びに腰壁パネル（７２）の上端部が固着される開口部下枠材（５４）と、これらの両側に立設されて下枠材（５２）から上枠材（５５）まで伸張する縦枠材（１２１）で構成される開口部（５１）と、上記縦枠材（１２１）に隣接する縦枠材（５８）と、その縦枠材（５８）の外側にそれぞれ配置される外側縦枠材（５９）と、上記縦枠材（５８）と上記外側縦枠材（５９）とを架設するための横枠材（６１）（６２）とからなる２つの側面壁用枠体（６４）と、上記側面壁用枠体（６４）に固着されてなる側面壁（７３）とを備え、上記垂壁パネル（７１）は、上記側面壁（７３）の上部に取り付けられ、上記腰壁パネル（７２）は、上記側面壁（７３）の下部に取り付けられ、さらに上記側面壁（７３）は、上記垂壁パネル（７１）並びに腰壁パネル（７２）との間で分割されて構成され、上記各横枠材（６１）（６２）は、上記垂壁パネル（７１）の下枠材（１５７）又は上記腰壁パネル（７２）の上枠材（１５４）が接続金物により固着されている。

Claims (3)

1. 垂壁パネルの下端部が固着される開口部上枠材並びに腰壁パネルの上端部が固着される開口部下枠材と、これらの両側に立設される２本の縦枠材とで開口部を形成し、
   上記各縦枠材の外側にそれぞれ配置される外側縦枠材と、上記縦枠材並びに上記外側縦枠材の上端部間及び下端部間をそれぞれ架設するための横枠材とからなる２つの側面壁用枠体と、
   上記垂壁パネルと上記腰壁パネルとで構成される開口壁において垂壁パネルを構成する面材を伸張して側面壁の上部まで一体化し、腰壁パネルを構成する面材を伸張して側面壁の下部まで一体化させ、開口横の側面壁の部分の面材を分割したこと
   を特徴とするスチールハウスにおける開口壁の構造。
2. 上記垂壁パネルを構成する面材を伸張させ、側面壁の上部に取り付ける一体化面材の側壁部分には、上記開口部上枠材と一体化した補強金物が設置され、上記面材と補強金物が接合されていること
   を特徴とする請求項１記載のスチールハウスにおける開口壁の構造。
3. 上記腰壁パネルを構成する面材を伸張させ、側面壁の上部に取り付ける一体化面材の側壁部分には、上記開口部上枠材と一体化した補強金物が設置され、上記面材と補強金物が接合されていること
   を特徴とする請求項１記載のスチールハウスにおける開口壁の構造。

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