JP2006249682A

JP2006249682A - 建築構造物における構造部材の低熱伝導性取付け構造

Info

Publication number: JP2006249682A
Application number: JP2005063913A
Authority: JP
Inventors: Yukie Mitsui; 雪恵三井; Yuugo Oota; 祐吾太田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】フランジ部とウェブ部を有する構造部材の外側フランジ部に屋根材又は外壁材が取付ける際、構造部材の冷橋或いは熱橋としての作用が低下される取付け構造を提供する。
【解決手段】フランジ部とウェブ部を有する構造部材の外側フランジ部に屋根材又は外壁材が取付ける際に、前記構造部材としてウェブ部に長孔が長さ方向に不連続に多数設けられたものを用いて取付けた後、前記屋根材又は外壁材の内側に、前記ウェブ部の長孔を覆うまでの厚みで発泡断熱材を被覆するとともに、前記長孔を発泡断熱材で充満させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物における屋根材や外壁材と骨材等の構造部材との低熱伝導性取付け構造に関する。

一般に、建築物の屋根構造や壁構造としては、骨材の上面に屋根材が、また鉄骨間柱の外側に外壁材が釘等で止着され、前記骨材の底面には天井材が、また鉄骨間柱の内側には内壁材が取付けられている。断熱性を持たせるために、断熱材も用いられている。例えば図１に見られるように、屋根構造においては、裏面に断熱材層１が設けられた屋根材２が前記骨材３の上面に取付けられている。４は天井材である。また、壁構造においては、鉄骨間柱と外壁材の間に石膏板を介在させ、かつ、内壁材と石膏板の間にグラスウールのような断熱材を充填している。外壁材として、断熱材を介装した２枚の金属板からなる断熱パネルを取付けることも行なわれている。

ところで、上記のような断熱屋根構造，断熱壁構造にあっては、外気温度が高いときには、前記骨材や鉄骨間柱がいわゆる熱橋となって、屋内温度が高くなる。また外気温度が低いと、前記骨材や鉄骨間柱がいわゆる冷橋となって、天井材や内壁材を冷やし、天井材や内壁材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。

このような結露は、骨材や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いわゆる冷橋を形成し、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、骨材や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、骨材や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構造部材を用いる場合、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開けたり、ウェブ部の中間の板厚を薄くし、かつ網目状にしたりすることが挙げられている。

また、特許文献２では、フランジ部とウェブ部を有する金属性構造部材において、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、フランジ部に設けた多数の長孔を、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。
さらに、特許文献３では、構造部材の外側フランジ部と屋根材又は壁材との間の断熱性とクッション性を具備するカバー材を介在させることが提案されている。
特開２０００−８７５０５号公報特開２００２−１４６９３６号公報特開平１０−４６６９５号公報

しかしながら、上記特許文献１で提案された構造部材は、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長孔は、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。熱伝導性を低下させるためには、前記長孔を長く、かつ開口面積を大きくすることが有効であるが、強度面を考慮すると、長く、かつ開口面積を大きくすることにも限界がある。

さらに、特許文献３に記載の技術にあっても、断熱材の介装により、ある程度の低熱伝導性低下は期待できるが、構造部材そのものの冷橋，熱橋としての作用低下は期待できない。
しかも、構造部材に屋根材等を取付ける際にクッション材や断熱材を挟もうとすると、ヘタリやビスのゆるみ等が発生しやすい。そのため、二重ビスの使用や取付け構造を工夫したり、屋根そのものを二重構造にしたりしている。このために複雑な形状、構造となって、コスト増を招く要因になっている。
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、フランジ部とウェブ部を有する構造部材の外側フランジ部に屋根材又は外壁材が取付けられた取付け構造において、構造部材の冷橋或いは熱橋としての作用を低下した低熱伝導性取付け構造を安価に提供することを目的とする。

本発明の建築構造物における構造部材の低熱伝導性取付け構造は、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構造部材の外側フランジ部に屋根材又は外壁材が取付けられた取付け構造であって、前記構造部材としてウェブ部に長孔が長さ方向に不連続に多数設けられたものが用いられているとともに、前記屋根材又は外壁材の内側に、前記ウェブ部の長孔を覆うまでの厚みで発泡断熱材が被覆され、かつ前記長孔が発泡断熱材で埋められていることを特徴とする。
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。

本発明においては、構造部材としてウェブ部に長孔が長さ方向に不連続に多数設けられたものが用いられているとともに、構造部材に取付けられた屋根材又は外壁材の内側に、前記ウェブ部の長孔を覆うまでの厚みで発泡断熱材が被覆され、かつ前記長孔が発泡断熱材で埋められている。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っているとともに、長孔となった空隙部に断熱材が充填される形態となっているために、構造部材の熱伝導性を極めて低くすることができ、結果的に冷橋，熱橋としても作用を極めて低下することができる。
そして、上記のような長孔は、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た構造部材を用いるとき、熱流経路を一段と長くすることになるので、より熱伝導性に優れた取付け構造が得られる。

本発明者等は、フランジ部とウェブ部を有する構造部材の外側フランジ部に屋根材又は外壁材が取付けられた取付け構造において、熱伝導性を極力低くし、冷橋或いは熱橋としての作用を極力低減する手段について種々検討した。
その結果、構造部材としてウェブ部に長孔が長さ方向に不連続に多数設けられたものを用いるとともに、構造部材の外側に取付けた屋根材又は外壁材の内側に、前記ウェブ部の長孔を覆うまでの厚みで発泡断熱材を被覆し、前記長孔を発泡断熱材で埋めることが有効であることを見出した。埋められた発泡断熱材により、対流や輻射による熱伝導を抑制しようとするものである。断熱材としては、ウレタン発泡体，フェノール発泡体，ポリスチレン発泡体，フェノールウレタン発泡体，ポリエチレン発泡体等の有機系発泡体やグラスウール，ロックウール等の無機系発泡体を用いることができる。

ところで、特許文献１，２に見られるように、構造部材のウェブ部に長孔を長さ方向に不連続に多数、特に複数列で、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される態様で設けられた構造部材を使用することにより、熱流経路は遮断され、あるいは複雑に屈曲されて長くなって熱伝導性は低下する。しかしながら、長孔を設けても、長孔の上部と下部は長孔となった空隙部を介する形でつながっている。このため、空隙部における大気の熱伝達により、空隙部でも僅かな熱伝導が行われることになる。
そこで、本発明では、空隙部を埋めた発泡断熱材により長孔の上部と下部間の熱伝達を遮断し、多数の長孔を設けた構造部材の熱伝導性をさらに低下させることができたものである。

以下に、本発明をなすに到った経緯を説明する。
本発明における構造部材としては、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。一般的にはリップ溝形鋼が使用される場合が多いので、リップ溝形鋼を用いてモデル計算することとした。
具体的には、JIS G 3321‐1998のSGLCCの55%Al‐Znめっき鋼板を図２に示す断面形状に成形した、［‐125×50×20×2.3のリップ溝形鋼を用いた。

当該リップ溝形鋼の上面に1.2mm厚の屋根材を取付け、屋根材の裏面に断熱材として厚さ30mmで発泡ウレタン樹脂層を吹き付け法で形成するとき、次の各態様でのモデル計算をした（図３参照）。
（ａ）長孔を設けずに、溝内にも同じ厚さで樹脂層を形成した。
（ｂ）長孔を設けずに、溝内には樹脂が入りこまないように樹脂層を形成した。
（ｃ）長孔を設けたが、長孔を埋めることなく、溝内を同じ厚さで樹脂層を形成した。
（ｄ）長孔を設けたが、溝内には樹脂が入りこまないように樹脂層を形成した。
（ｅ）長孔を設け、溝内に同じ厚さで樹脂層を形成するとともに、長孔を樹脂で埋めた。（ｆ）長孔を設けたが、溝内には樹脂層を形成せずに、長孔のみを樹脂で埋めた。
（ｇ）長孔を設け、長孔を含め、溝内を樹脂で埋めた。
（ｈ）長孔を設け、長孔を埋めることなく溝内を樹脂で埋めた。
（ｉ）長孔を設け、長孔が全て埋まるように溝形鋼の周辺を厚く樹脂層を形成した。
（ｊ）（ｇ）＋溝形鋼の外側も全て樹脂で埋めた。

そして、上記各態様について熱の伝わり方をモデル計算した。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、熱貫流率を求めた。さらに、（ａ）の態様を基準として、（ｂ）以下の態様が（ａ）に対してどの程度の低減率になっているかを算出した。
その結果を表１に示す。

上記表１の結果からもわかるように、構造部材を構成するウェブ部に長孔を設け、この長孔をも埋めるように構造部材に取付けた屋根材の裏面又は壁材の裏面に発泡ウレタン樹脂層を形成するとき、熱伝導性が低下し、構造部材がいわゆる冷橋，熱橋となることはない。
特に、屋根材や壁材の現実の取付け態様が上記（ｂ）の態様であることを考えると、（ｉ），（ｇ）や（ｊ）の取付け態様でより優れた低熱伝導性が得られることが窺える。

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縦長の長孔とすることが好ましい。図４
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、埋められた発泡ウレタン樹脂の作用と合わせて熱伝導性を低くすることができることになる。

発泡断熱材の被覆態様については、上記事例では発泡ウレタン樹脂層を吹き付け法で形成したが、この成形手段に限定されるものではない。
ポリエチレン等の発泡シート等を貼付しても良いし、発泡体又はグラスウール，ロックウール等の断熱材の挿入，貼付でも良い。しかしながら、発泡シートの貼付は技術的に難しく、また、断熱材の挿入，貼付も手間がかかる作業となる。したがって、作業効率を考えると、長孔が形成された構造部材に屋根材等が取付けられた後、ウレタン樹脂等の発泡樹脂を吹き付けることが好ましい。発泡樹脂としては、ウレタン樹脂の他に、フェノール樹脂，ポリスチレン樹種，フェノールウレタン樹脂，ポリエチレン樹脂等が使用できる。そして、図３中、（ｉ）や（ｊ）に示したような発泡断熱材被覆構造とすることが好ましい。

構造材に屋根材を取付ける態様を説明する図リップ溝形鋼の断面形状を説明する図屋根材の構造材への各種取付け態様を説明する図ウェブ部に縦列配置で形成した長孔の配列状況を説明する図

Claims

フランジ部とウェブ部を有する構造部材の外側フランジ部に屋根材又は外壁材が取付けられた取付け構造であって、前記構造部材としてウェブ部に長孔が長さ方向に不連続に多数設けられたものが用いられているとともに、前記屋根材又は外壁材の内側に、前記ウェブ部の長孔を覆うまでの厚みで発泡断熱材が被覆され、かつ前記長孔が発泡断熱材で埋められていることを特徴とする建築構造物における構造部材の低熱伝導性取付け構造。
ウェブ部に不連続に多数設けられた長孔が複数列で、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請求項１に記載の建築構造物における構造部材の低熱伝導性取付け構造。