JP2006152719A - Low thermal conductive frame material and its production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建築物の骨材等に用いる熱伝導性の低いフレーム材に関する。 The present invention relates to a frame material having low thermal conductivity used for an aggregate of a building.
一般に、建築物の壁構造としては、鋼製間柱の外側に外壁材が釘等で止着され、前記鋼製間柱の内側には石膏ボード等の内壁材が取付けられている。断熱性を持たせるために、外壁材と内壁材、鋼製間柱に囲まれた空間にはグラスウールや発泡樹脂等の断熱材が充填されている。そして、外壁材としては、角波等の鋼板成形体,複合金属サイディングや窯業系サイディング等が用いられている。
ところで、上記のような断熱壁構造では、例えば冬季に、外壁材が外気によって冷却されると内壁材も鋼製間柱を介して冷却され、内壁材面等に結露を生じさせている。結露が激しくなると、内壁材面やこの内壁材に貼り付けた壁紙をぬらし、シミやカビを発生させたり、壁紙そのものを剥離させたりするという問題があった。
Generally, as a wall structure of a building, an outer wall material is fixed to the outside of a steel stud with a nail or the like, and an inner wall material such as a gypsum board is attached to the inside of the steel stud. In order to provide heat insulation properties, a space surrounded by the outer wall material, the inner wall material, and the steel studs is filled with a heat insulating material such as glass wool or foamed resin. And as an outer wall material, steel plate compacts, such as a square wave, composite metal siding, ceramics siding, etc. are used.
By the way, in the heat insulation wall structure as described above, for example, in the winter, when the outer wall material is cooled by the outside air, the inner wall material is also cooled through the steel studs to cause condensation on the inner wall material surface and the like. When the dew condensation becomes intense, there is a problem that the inner wall material surface and the wallpaper affixed to the inner wall material are wetted, causing stains and molds or peeling off the wallpaper itself.
このような結露は、間柱として用いた鉄骨の熱伝導性がよいために、外気温が低いと鉄骨間柱が熱の伝導体となって間柱取付け部周辺の内壁材面温度が直ちに低くなることに起因している。
このため、鉄骨間柱からの伝熱を抑制するための検討が各方面でなされている。例えば、特許文献1では、鉄骨間柱として熱伝導性のよい鋼製で、フランジ部とウェブ部を有するフレーム材を用いる場合、熱伝導を低減するために、フランジ部近傍のウェブ部の横断面積に比べて中間のウェブ部の横断面積を小さくしたものを用いることが提案されている。フランジ部で受けた熱を、中間のウェブ部での伝熱を少なくして反対側のフランジ部に伝わるのを押えようとするものである。そして、中間のウェブ部の横断面積を小さくする手段として、ウェブ部の中間の板厚を薄くしたり、ウェブ部の中間を網目状にしたり、ウェブ部の中間に多数の孔をあけたり、ウェブ部の中間の板厚を薄くし且つ網目状にしたりすることが挙げられている。
Such condensation is due to the good thermal conductivity of the steel frames used as the studs.If the outside air temperature is low, the steel studs become heat conductors and the inner wall surface temperature around the stud mounting part immediately decreases. Is attributed.
For this reason, studies for suppressing heat transfer from the steel frame pillars have been made in various directions. For example, in Patent Document 1, when using a frame material having a flange part and a web part made of steel having good thermal conductivity as a steel interframe, in order to reduce heat conduction, the cross-sectional area of the web part in the vicinity of the flange part is used. It has been proposed to use an intermediate web portion having a smaller cross-sectional area. It is intended to suppress the heat received by the flange portion from being transmitted to the flange portion on the opposite side with less heat transfer in the intermediate web portion. And, as a means of reducing the cross-sectional area of the intermediate web part, the intermediate plate thickness of the web part is made thin, the intermediate part of the web part is made into a mesh shape, many holes are made in the intermediate part of the web part, It is mentioned that the plate thickness in the middle of the part is made thin and made into a mesh shape.
さらに特許文献2では、フランジ部とウェブ部を有する金属性フレーム材において、強度の低下を可及的に防ぎながら、孔を横切る方向での熱の通り道の長さを大きくして熱伝導率を小さくするために、ウェブ部に設けた多数の孔を、板材に入れた切れ目の側傍を起こして形成されたものとしたものが提案されている。
しかしながら、上記特許文献1で提案されたフレーム材は、熱伝導を少なくするために、フランジ部近傍のウェブ部の横断面積に比べて中間のウェブ部の横断面積を小さくしている。このため、機械的特性の点で断面性能が低下するという問題点が発生することになる。
また、特許文献2で提案されたフレーム材では、フランジ部に設けた孔は、板材に入れた切れ目の側傍を起こすことにより形成されている。このため、切れ目を入れるとき、あるいはこの切れ目の側傍を起こすとき、切れ目の端部に亀裂が発生し易くなり、この亀裂が、当該部分の機械的強度を低下させるといった問題を起こし易い。また、切れ目は、後工程で所望フレーム材形状に成形加工する際に歪んだり伸びたりして変形するばかりでなく、ノッチ効果により強度の安定性を低下させることにもなる。さらにまた、フランジ部に設ける孔は、板材に切れ目を入れる工程と入れた切れ目の側傍を起こす工程の2工程で形成される。しかも何れの工程にもロール装置を用いている。このため、2つのロール装置の同期操作を精度良く行う必要があり、結果的に製造コストも高価なものになっている。
そこで、本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、壁材等との固定が確実にでき、熱伝導性が低く、且つ強度低下が抑制され安定した強度を有するものを低コストで得ることができるフレーム材を提供することを目的とする。
However, in the frame material proposed in Patent Document 1, the cross-sectional area of the intermediate web portion is made smaller than the cross-sectional area of the web portion in the vicinity of the flange portion in order to reduce heat conduction. For this reason, the problem that cross-sectional performance falls by the point of mechanical characteristics will generate | occur | produce.
Further, in the frame material proposed in Patent Document 2, the hole provided in the flange portion is formed by raising the side of the cut in the plate material. For this reason, when a cut is made or when the side of the cut is raised, a crack is easily generated at the end of the cut, and this crack tends to cause a problem that the mechanical strength of the portion is lowered. In addition, the cut line is not only deformed by being distorted or stretched when it is formed into a desired frame material shape in a subsequent process, but also the strength stability is lowered due to the notch effect. Furthermore, the hole provided in the flange portion is formed in two steps, a step of making a cut in the plate material and a step of raising the side of the cut. In addition, a roll apparatus is used in any process. For this reason, it is necessary to perform the synchronization operation of the two roll apparatuses with high accuracy, and as a result, the manufacturing cost is also expensive.
Therefore, the present invention has been devised to solve such problems, and can be reliably fixed to a wall material or the like, has low thermal conductivity, and has a stable strength with suppressed strength reduction. It aims at providing the frame material which can obtain a thing at low cost.
本発明の低熱伝導性フレーム材は、その目的を達成するため、フランジ部とウェブ部を有するフレーム材であって、前記ウェブ部に長さ方向に長孔が不連続に多数設けられ、該長孔は抜孔と当該抜孔の側傍を起こした補剛リブから構成されていることを特徴とする。
抜孔としては、長さ方向の両端部に曲面が形成されたものが好ましい。
また、ウェブ部に不連続に多数設けられた長孔は複数列で、しかも、隣合せの列の長孔がウェブ部の幅方向に互い違いに縦列配置で設けられていることが好ましい。
そして、本発明の低熱伝導性フレーム材は、フランジ部とウェブ部を有するフレーム材の、ウェブ部を構成する板材に長さ方向に不連続な抜孔を多数形成する工程と、その後当該抜孔に金型を押し当てて抜孔の側傍を起こす工程を含むことにより製造される。前記2つの工程は、板材をフランジ部とウェブ部に区分してフレーム材に成形加工する前に施しても良いし、成形加工の後に施しても良い。
In order to achieve the object, the low thermal conductivity frame material of the present invention is a frame material having a flange portion and a web portion, and the web portion is provided with a large number of discontinuous long holes in the length direction. The hole is composed of a punched hole and a stiffening rib that has caused the side of the punched hole.
As the hole, it is preferable that curved surfaces are formed at both ends in the length direction.
In addition, it is preferable that the long holes provided in a discontinuous manner in the web portion are in a plurality of rows, and the long holes in the adjacent rows are provided in a staggered arrangement alternately in the width direction of the web portion.
The frame material having a low thermal conductivity according to the present invention includes a step of forming a large number of holes that are discontinuous in the length direction in a plate material that constitutes the web portion of the frame material having the flange portion and the web portion, and thereafter, Manufactured by including a step of pressing the mold to raise the side of the hole. The two steps may be performed before the plate material is divided into a flange portion and a web portion and molded into a frame material, or may be performed after the molding processing.
本発明においては、フレーム材のウェブ部の長さ方向に、すなわち熱流方向に垂直に不連続の長孔が設けられている。このため、熱流経路は遮断され、あるいは複雑に屈曲されて長くなるために、結果的に熱伝導性を低くすることができる。
また、不連続の長孔は、抜孔とこの抜孔の側傍を起こした補剛リブから構成されているため、当該ウェブ部の強度、特に剛性を高めることができる。
さらに、隣合せの列の長孔を互い違いに縦列配置することにより、熱流経路を一段と長くすることになるので熱伝導性を低くすることができるばかりでなく、補剛リブも多くなって強度の更なる向上に資することができる。
さらにまた、フレーム材のフランジ部に凹凸を形成すると、外壁材及び内壁材と接触する部分の面積が減少し、熱伝達面積が減少して結果的にフレーム材の熱伝導性を低くすることができる。
そして、上記のような長孔は、打抜き加工とそれに続くプレス加工により容易に形成できるので、本発明低熱伝導性フレーム材は低コストで精度良く製造される。
本発明のフレーム材は、壁材を支持するための鉄骨間柱に用いられるばかりでなく、屋根下地の支持材,床の支持材,天井の支持材,間仕切りの支持材等としても用いることができる。
In the present invention, discontinuous long holes are provided in the length direction of the web portion of the frame material, that is, perpendicular to the heat flow direction. For this reason, the heat flow path is interrupted or complicatedly bent and lengthened, so that the thermal conductivity can be lowered as a result.
Moreover, since the discontinuous long hole is composed of a punched hole and a stiffening rib that causes the side of the punched hole, the strength, particularly rigidity, of the web portion can be increased.
Furthermore, by arranging the long holes in adjacent rows in a staggered manner, the heat flow path is further lengthened, so that not only the thermal conductivity can be lowered, but also the stiffening ribs are increased and the strength is increased. It can contribute to further improvement.
Furthermore, if irregularities are formed in the flange portion of the frame material, the area of the outer wall material and the portion in contact with the inner wall material is reduced, and the heat transfer area is reduced, resulting in lowering the thermal conductivity of the frame material. it can.
And since the above long holes can be easily formed by punching and subsequent press work, the low thermal conductive frame material of the present invention is manufactured with low cost and high accuracy.
The frame material of the present invention can be used not only as a steel frame pillar for supporting a wall material, but also as a roof base support material, a floor support material, a ceiling support material, a partition support material, and the like. .
本発明のフレーム材としては、フランジ部とウェブ部を有する形状であれば、特に形状に限定されるものではない。例えば、図1に示されるような断面形状を有するリップ溝形鋼の他に、軽量溝形鋼,リップZ溝形鋼,軽量角形鋼,I形鋼,H形鋼,ハット形鋼,GT形鋼等の他に、山形鋼や角管も使用することができる。
特に強い強度を必要とするものでもないので、材質的にはアルミニウム合金や普通鋼材で十分である。ただし、前記したように結露が生じることもあるので、耐食性を備えていることが好ましい。この意味からも、防食めっき、防食塗装等が施されたものを用いることが好ましい。
The frame material of the present invention is not particularly limited as long as it has a flange portion and a web portion. For example, in addition to the lip groove steel having the cross-sectional shape as shown in FIG. 1, a lightweight groove steel, lip Z groove steel, lightweight square steel, I-shaped steel, H-shaped steel, hat-shaped steel, GT type In addition to steel and the like, angle steel and square tubes can also be used.
Since it does not require particularly strong strength, an aluminum alloy or ordinary steel material is sufficient as the material. However, since dew condensation may occur as described above, it is preferable to have corrosion resistance. From this point of view, it is preferable to use one provided with anticorrosion plating, anticorrosion coating, or the like.
ウェブ部の長さ方向に設ける不連続の長孔の形状,大きさも特に限定されない。ウェブの長手方向に平行な、すなわち熱流方向に垂直な長手方向に細長い長孔とすることが好ましい。一つの長孔は、500mm以内の長さにすることが好ましい。長孔長さがあまり短いと熱伝導を少なくする効果が小さくなる。逆に長くなりすぎると強度が低下する。図2に示すように、長孔は、複数列で、しかもウェブ部の幅方向に互い違いに縦列配置で設けていることが好ましい。このような態様で設けると、熱流経路は遮断され、あるいは複雑に屈曲されて長くなるために、結果的に熱伝導性を低くすることができることになる。 The shape and size of the discontinuous long holes provided in the length direction of the web portion are not particularly limited. It is preferable that the elongated holes are elongated in the longitudinal direction parallel to the longitudinal direction of the web, that is, perpendicular to the heat flow direction. One long hole is preferably 500 mm or less. If the long hole length is too short, the effect of reducing heat conduction is reduced. Conversely, if the length is too long, the strength decreases. As shown in FIG. 2, the long holes are preferably provided in a plurality of rows and in a staggered arrangement alternately in the width direction of the web portion. When the heat flow path is provided in this manner, the heat flow path is interrupted or complicatedly bent and lengthened, so that the thermal conductivity can be lowered as a result.
ただし、長孔を構成する抜孔に関しては、長さ方向の両端部に曲面が形成されたものが好ましい。
例えば、図3(a)に示すように、抜孔が単純な縦長な矩形であると、その後の補剛リブ形成時にコーナー部に亀裂が発生し易くなる。亀裂が発生すると、フレーム材の強度が低下することにもなるので、図3(b),(c)に示すように長さ方向の両端部は亀裂が発生しない程度の丸い曲面が形成されるように形作られていることが好ましい。
However, regarding the hole forming the long hole, it is preferable that the curved surface is formed at both ends in the length direction.
For example, as shown in FIG. 3A, if the hole is a simple vertically long rectangle, cracks are likely to occur at the corner when the stiffening rib is subsequently formed. When cracks occur, the strength of the frame material also decreases, and as shown in FIGS. 3B and 3C, round curved surfaces are formed at both ends in the length direction so that cracks do not occur. It is preferable to be shaped as follows.
このような抜孔の形成手段については特に制限はない。ロール表面に先端が尖った平板状突起を規則的に設け、当該ロールを用いてロール成形により形成してもよい。先端が尖った平板状突起を規則的に設けた金型を用い、プレス成形により成形してもよい。あるいはドリル加工でもよい。連続的にかつ精度良く、しかも低コストで形成するには、先端が所定形状に整えられたパンチを用いて打抜くことにより成形することが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular about the formation means of such a hole. A flat protrusion having a sharp tip may be regularly provided on the roll surface, and the roll may be used to form the roll. You may shape | mold by press molding using the metal mold | die which provided the flat protrusion with the sharp tip regularly. Or drilling may be sufficient. In order to form continuously, accurately, and at low cost, it is preferable to mold by punching using a punch whose tip is adjusted to a predetermined shape.
ウェブ部に設けられた抜孔の側傍を起こして補剛リブを形作る手段についても特に制限はない。抜孔の側傍が起こされる成形法であればよい。例えば、ウェブ部に設けた抜孔に傾斜側面を有するパンチを押し込むことで補剛リブを容易に形成することができる。
抜孔の形状が図3(a),(b)に示すような形状の場合、抜孔と相似形で、補剛リブ形成領域分以上に大きい断面形状を有し、図4に示されるような、先端を尖らせ、しかも傾斜側面も持つ断面形状のパンチPを、前記ウェブ部に形成された抜孔に押し込むことが好ましい。図3(c)に示すような形状であっても、抜孔の形状に拘ることなく、上記図3(b)で示す形状の抜孔に押し込むと同形のパンチが用いられる。
There is no particular limitation on the means for forming the stiffening rib by raising the side of the hole provided in the web portion. Any molding method may be used as long as the side of the hole is raised. For example, the stiffening rib can be easily formed by pushing a punch having an inclined side surface into a hole provided in the web portion.
When the shape of the hole is as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), it has a cross-sectional shape that is similar to the hole and larger than the stiffening rib forming region, as shown in FIG. It is preferable to push a punch P having a cross-sectional shape having a sharp tip and an inclined side surface into a punched hole formed in the web portion. Even if the shape is as shown in FIG. 3C, the punch having the same shape is used when it is pushed into the hole having the shape shown in FIG. 3B, regardless of the shape of the hole.
なお、図4にαで示すパンチPの傾斜角は、抜孔の側傍を起こして形成される補剛リブの所望の起こし角により決定される。素材金属板の成形性にもよるが、補剛リブの起こし角は20〜90度の範囲にすることが好ましい。角度が大きいほど座屈に対する抵抗が大きいが、スプリングバックその他の影響により、金型の設計その他が極めて難しくなる。なお、30度以上になっていると、強度向上効果が顕著になる。
また、起こされる側傍部の幅、すなわち補剛リブ部の高さについては制限する必要はない。ただし、側傍部に幅を広くするほど補剛リブ部の高さが高くなって剛性の高いフレーム材が得られる。一般的には、最初に形成した抜孔の幅と同じ程度の幅とする。
The inclination angle of the punch P indicated by α in FIG. 4 is determined by a desired raising angle of the stiffening rib formed by raising the side of the hole. Although depending on the formability of the material metal plate, the raising angle of the stiffening rib is preferably in the range of 20 to 90 degrees. The greater the angle, the greater the resistance to buckling, but the design and other aspects of the mold become extremely difficult due to the effects of springback and other factors. In addition, when it is 30 degree | times or more, the strength improvement effect will become remarkable.
Moreover, it is not necessary to restrict | limit about the width | variety of the side part raised, ie, the height of a stiffening rib part. However, the height of the stiffening rib portion is increased as the width is increased in the side side portion, and a frame material having high rigidity is obtained. Generally, the width is about the same as the width of the first formed hole.
抜孔の形成と補剛リブの形成を二段階に分けることなく、同時に行ってもよい。
例えば、先端が所定形状に整えられ、しかも傾斜側面を有する突起を規則的に設けた金型を用い、プレス成形することにより抜孔と補剛リブを同時に形成できる。
あるいは、表面に先端が所定形状に整えられ、かつ傾斜側面を有する突起を規則的に設けられたロールを用いてロール成形により形成してもよい。
The formation of the hole and the formation of the stiffening rib may be performed at the same time without being divided into two stages.
For example, a punched hole and a stiffening rib can be formed at the same time by press molding using a mold whose tip is adjusted to a predetermined shape and regularly provided with protrusions having inclined side surfaces.
Or you may form by roll shaping | molding using the roll by which the front-end | tip was adjusted to the predetermined shape on the surface, and the processus | protrusion which has an inclined side surface was provided regularly.
フランジ部に、他部材との接触面積を減らすために形成する凹凸についても、形成手段に特に制限はない。表面に凹凸が形成され、内壁材や外壁材との接触面積が減少して、熱伝導を低下させる機能を発揮すれば十分である。
多段ロール成形により凹凸を形成するか、表面に凹凸が形成されたロールを使用してロール成形してもよいし、適宜形状にプレス成形してもよい。
There is no particular limitation on the forming means for the unevenness formed in the flange portion to reduce the contact area with other members. It is sufficient if irregularities are formed on the surface, the contact area with the inner wall material and the outer wall material is reduced, and the function of lowering heat conduction is exhibited.
Unevenness may be formed by multi-stage roll forming, or roll forming may be performed using a roll having unevenness formed on the surface, or press forming may be appropriately performed.
JIS G 3321‐1998のSGLCCの55%Al‐Znめっき鋼板を図1に示す断面形状に成形した、C‐89×40×20×1.0のリップ溝形鋼(JIS G 3350‐1987)を用いた。図2に示すように、ウェブ中央部で、かつ圧縮応力下の板要素の有効幅以外の部分において、幅2.0mmで長さ56mm、両端に1.0mmRを付けた抜孔をプレス法で打抜き、当該抜孔の側傍を先端角90度のポンチを押し込むことにより起こし、起こし幅1.0mm,2.0mmの補剛リブを形成した。
なお、比較のため、抜孔の面積が同一で、補剛リブを形成しないサンプルも作製した。
このような長孔をウェブ方向に平行に4列、且つ隣り合った列の長孔は交互に位置するように設けた(図2参照)。
C-89 × 40 × 20 × 1.0 lip groove steel (JIS G 3350-1987), which is a JIS G 3321-1998 SGLCC 55% Al-Zn plated steel sheet formed into the cross-sectional shape shown in Fig. 1. . As shown in FIG. 2, punching is performed by a pressing method at a central portion of the web other than the effective width of the plate element under compressive stress, with a width of 2.0 mm, a length of 56 mm, and 1.0 mmR at both ends. Then, the side of the hole was raised by pushing a punch with a tip angle of 90 degrees, and stiffening ribs with a raised width of 1.0 mm and 2.0 mm were formed.
For comparison, a sample having the same hole area and no stiffening ribs was also produced.
Such long holes were provided in four rows parallel to the web direction, and the long holes in adjacent rows were alternately positioned (see FIG. 2).
長孔を設けなかった図1に記載のフレーム材と、補剛リブを形成した長孔を設けたフレーム材及び単に抜孔からなる長孔のみを設けたフレーム材について、熱の伝わり方と曲げ剛性を調査した。
熱の伝わり方については、(社)リビングアメニティ協会の熱貫流率計算ソフト「TB3D/FDM」により、熱貫流率を求め、評価した。熱貫流率は、図6に示すように、C‐89×40×20×1.0の溝形鋼12を間柱とし、この溝形鋼の両フランジ部に、外壁としての合板12と、内壁としての石膏ボード14を配するとともに、合板12と石膏ボード14の間に断熱材13を充填した壁体モデルを作製し、外壁側の合板11から室内側の石膏ボード14への熱伝導率を計算することにより求めた。なお、図6中、15は、形鋼内の中空層である。
For the frame material shown in FIG. 1 without a long hole, the frame material with a long hole with stiffening ribs, and the frame material with only a long hole consisting of a simple hole, heat transfer and bending rigidity investigated.
About how heat is transmitted, the heat transmissivity was calculated and evaluated by the heat transmissibility calculation software “TB3D / FDM” of Living Amenity Association. As shown in FIG. 6, the heat transmissivity is obtained by using a C-89 × 40 × 20 × 1.0
曲げ剛性は、JIS A 1414‐1994に準拠した4点曲げ試験により最大強度を求めた。なお、曲げ試験は、図1に示す断面を有するリップ溝形鋼を試験材とし、その2本を図5に示すようにウェブ面同士を合わせてボルトで固定した“つづり合わせ”で、支点間距離を1000mmにとり、フランジに垂直方向に負荷をかけることで行った。
評価結果を次表に示す。
The bending rigidity was determined by a four-point bending test based on JIS A 1414-1994. The bending test is a “spelling” in which the lip channel steel having the cross section shown in FIG. 1 is used as a test material and the two webs are aligned with each other and fixed with bolts as shown in FIG. The distance was set to 1000 mm, and the load was applied in the vertical direction to the flange.
The evaluation results are shown in the following table.
この結果からもわかるように、熱伝導性が小さくするためにウェブ部に設けた長孔が設けられたフレーム材において、単に抜孔のみからなる長孔と比べて側傍を起こして補剛リブを形成した長孔を設けられたものは、強度低下を抑制することができている。
また、抜孔を幅2.0mm,2.3mmとした場合も同様に、低熱伝導性で高強度のフレーム材が得られた。
As can be seen from this result, in the frame material provided with the long holes provided in the web portion in order to reduce the thermal conductivity, the stiffening ribs are caused by raising the side as compared with the long holes consisting only of the punched holes. The thing provided with the formed long hole can suppress a strength fall.
Similarly, a frame material with low thermal conductivity and high strength was obtained when the holes were 2.0 mm and 2.3 mm in width.
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