JP2006299757A - 外壁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 壁下地を構成するサンドイッチパネルが軸組から外れて落下する恐れを簡単な構造で低減できる外壁構造を提供する。
【解決手段】 一対の対向する金属外皮１，２の間に芯材３を充填してサンドイッチパネル４を形成する。木造の軸組５の柱６間に間柱７を立設する。サンドイッチパネル４の外周部４ａを軸組５の周縁部に固定用ネジ９にて固定する。サンドイッチパネル４の中央部４ｂを間柱７に脱落防止用ネジ１０にて固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外壁構造に関するものである。

従来の木造軸組パネル工法では、梁や柱や間柱を組み合わせた軸組に断熱性を有する壁パネルを取り付けて壁下地を形成し、この壁パネルの屋外側にサイディング等の外装材を配設するといったことで、断熱性を備えた外壁を形成している。なお、建築用パネルとしては一対の対向する金属外皮の間に断熱材を充填してなるサンドイッチパネルが知られている。このサンドイッチパネルはその金属外皮が整然とした外観を現出することからオフィスビルや工場等の外装材として多く使用されてきた。しかしながら、このサンドイッチパネルにより構成される壁面は優れた断熱性能と気密性能を有するため、たとえば特許文献１のように、木造軸組パネル工法の壁下地を構成する壁パネルにも用途の幅が広がってきている。なお詳しくは、特許文献１におけるサンドイッチパネルの木造の軸組への固定構造は、軸組における構造材の柱や梁にサンドイッチパネルの外周部を合わせるようにして軸組の屋外側にサンドイッチパネルを沿わせて位置させ、サンドイッチパネルの外周部に亙って間隔をあけて固定用ネジをサンドイッチパネルの屋外側から柱や梁に多数打入していくことで行われている。

ところで、地震や強風等によると建物には強い外力がかかるのであって木造軸組パネル工法による建物ではこの外力はサンドイッチパネルや軸組からなる壁下地全体で支えるようになっているが、この外力によると、柱がしなる等の軸組の撓み変形にてサンドイッチパネルに剪断負荷が生じたり建物の上下の揺れの違いにてサンドイッチパネルに垂直面内の回転負荷が生じたりする。これら各負荷の協働によって軸組とサンドイッチパネルとの固定部位にねじれにも似た負荷が強く作用し、つまり固定用ネジが変形したり抜けたりしてサンドイッチパネルが軸組から外れ落ちる可能性が生じるという問題があった。更に言うと、サンドイッチパネルの軸組から外れ落ちは１度の地震や強風で生じなかったとしても繰り返し起こる余震や強風によってその可能性は高まってしまうものである。
特開２００１−３４７２号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて為したものであって、壁下地を構成するサンドイッチパネルが軸組から外れて落下する恐れを簡単な構造で低減できる外壁構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明の請求項１に係る外壁構造は、一対の対向する金属外皮１，２の間に芯材３を充填してサンドイッチパネル４を形成し、木造の軸組５の柱６間に間柱７を立設し、サンドイッチパネル４の外周部４ａを軸組５の周縁部に固定用ネジ９にて固定すると共に、サンドイッチパネル４の中央部４ｂを間柱７に脱落防止用ネジ１０にて固定したことを特徴とする。これによると、地震や強風等による外力が建物にかかった際にサンドイッチパネル４には、上記外力に直接起因する軸組５の水平方向への撓み変形による剪断負荷に加えて、建物の上階と下階との間での揺れの違い等の理由によるサンドイッチパネル４を垂直面内で回転させるような回転負荷も作用するのであるが、この回転負荷はサンドイッチパネル４の中央部４ｂでは回転中心となって脱落防止用ネジ１０にはほどんど作用しないことから、上記各負荷によってたとえ固定用ネジ９が変形したり抜けたりしてしまっても、脱落防止用ネジ１０によってサンドイッチパネル４と軸組５との固定状態を維持できるのであり、つまり、簡単な構造でサンドイッチパネル４が軸組５から外れて落下する恐れを低減できて、外壁の安全性を向上できるのである。

また、本発明の請求項２に係る外壁構造は、請求項１において、固定用ネジ９の打入間隔に比べて脱落防止用ネジ１０の打入間隔を大きくしたことを特徴とする。間柱７にサンドイッチパネル４を固定する脱落防止用ネジ１０は、構造材の主要部分である柱６に固定して強固な壁下地を形成させると共にサンドイッチパネル４を垂直面内で回転させるような回転負荷が多大に作用する固定用ネジ９とは異なり、上記回転負荷の作用もほとんど無くまた単にサンドイッチパネル４を軸組５から落下させない程度に取付けするためだけのものであるから、脱落防止用ネジ１０の使用本数を少なくできて、外壁形成施工の施工性を高めることができる。

本発明は、木造軸組パネル工法の建物に地震や強風等によって外力がかかった場合に、軸組の周縁部にサンドイッチパネルの外周部を固定する固定用ネジに不具合が生じて軸組からサンドイッチパネルが外れた状態となっても、サンドイッチパネルの中央部と軸組の間柱とを固定する脱落防止用ネジによって、最悪、サンドイッチパネルと軸組との固定を維持することができるものである。すなわち、サンドイッチパネルの中央部と軸組の間柱とを脱落防止用ネジにて固定するといった簡単な構造で、サンドイッチパネルが軸組から外れて落下する恐れを低減できて外壁の安全性を向上できるといった利点を有している。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１乃至図５には本発明の実施の形態の例の外壁構造を示す。本例の外壁は、木造軸組パネル工法で形成された建物の外壁であり、一対の対向する金属外皮１，２の間に芯材３を充填して一体化したサンドイッチパネル４を木造の軸組５に屋外側から固定して壁下地を形成し、この壁下地となるサンドイッチパネル４の屋外側にサイディング等の外装材１１を配設することで形成されている。

ここで、木造の軸組５は、木製の柱６や梁８（土台８ａを含む）を矩形状に組み合わせて構造材となる主体部分が形成されており、間柱７が隣接する柱６の略中間位置で床梁と天井梁のような上下の梁８に渡すようにして立設されている。なお、図１及び図２は建物の１階部分の外壁であり、この部位の軸組５は、基礎１２上に載置固定された土台８ａと梁８との間に柱６や間柱７が立設されて形成されており、適宜の柱６の下端にはホールダウン金物１３を、また柱６の上端には羽子板ボルト１４をそれぞれ用いて軸組５の耐震強度の向上が図られている。サンドイッチパネル４は、隣接する柱６と上下の梁８（本例では梁８と土台８ａ）とで形成された縦長の矩形枠形状と略同形状の縦長の外形形状を有しており、幅方向における一方の端部に上下に亙って凸状の嵌合部１５が、他方の端部に上下に亙って凹状の被嵌合部１６がそれぞれ形成されており、隣接するサンドイッチパネル４間で対向した嵌合部１５と被嵌合部１６とを嵌合させることで隣接するサンドイッチパネル４同士が一直線状に隙間無く連結可能にされている。ここで、芯材３は一対の金属外皮１，２を完全に分け隔てるようにこれらの間に充填されていて断熱材となる独立気泡型の硬質の発泡性樹脂（たとえば硬質ポリウレタンフォームやポリイソシアヌレートフォーム）やロックウールなどが好適に用いられる。なお、好ましくは芯材３に優れた剛性強度を備えるために、硬質の発泡性樹脂では密度が３０〜６０ｋｇ／ｍ^３（たとえば硬質ポリウレタンフォームでは密度が５０ｋｇ／ｍ^３程度、ポリイソシアヌレートフォームでは密度が４５ｋｇ／ｍ^３程度）のものを、ロックウールでは密度が１５０〜２００ｋｇ／ｍ^３のものを用いるのが好ましい。また金属外皮１，２は芯材３の屋外側表面及び屋内側表面における嵌合部１５や被嵌合部１６に至るまでの各全面をそれぞれ覆うように成形されていて、５５％アルミニウム・亜鉛合金めっき鋼板（ガルバリウム鋼板（商品名））などが好適に用いられる。芯材３が硬質の発泡性樹脂であれば自己接着性によって、芯材３がロックウールであれば接着剤によってそれぞれ金属外皮１，２に完全に密着させて一体化させたことで、優れた断熱性能のみならず優れた剛性強度をサンドイッチパネル４に備えさせているのである。また、複数枚のサンドイッチパネル４を嵌合部１５と被嵌合部１６との嵌合で連結させて連続する壁下地を形成した際には、嵌合部１５と被嵌合部１６との嵌合部分も含めて一対の金属外皮１，２の間に芯材３が介在する構造とされているので、構造躯体となる壁下地の屋外側に切れ目の無い高い断熱性能及び気密性能を備えることができたものである。

軸組５へのサンドイッチパネル４の固定は、軸組５の周縁部（構造材となる柱６や梁８）にサンドイッチパネル４の外周部４ａを合わせるようにして軸組５の屋外側にサンドイッチパネル４を沿わせて位置させてサンドイッチパネル４の外周部４ａに亙って適宜間隔をあけて固定用ネジ９をその屋外側から軸組５の柱６や梁８に多数打入すると共に、間柱７と重なるサンドイッチパネル４の中央部４ｂでその屋外側から軸組５の間柱７に脱落防止用ネジ１０を打入することで行われている。軸組５へのサンドイッチパネル４の固定強度は、構造材となる軸組５の主体部分とサンドイッチパネル４の外周部４ａとを固定する固定用ネジ９によって主に確保されており、間柱７とサンドイッチパネル４の中央部４ｂとを固定する脱落防止用ネジ１０は後述のように非常時のサンドイッチパネル４の軸組５からの落下を防止するといった補助的な役割を担っている。なお、上述のようにサンドイッチパネル４自体には優れた剛性強度が備わっているので、たとえば固定用ネジ９の打入間隔や打入本数を調整して固定強度を高めて構造材となる軸組５の主体部分にサンドイッチパネル４を剛結合させれば、軸組５にかかる水平荷重や垂直荷重をサンドイッチパネル４で有効に負担できる耐力壁構造にすることもできるのである。

サイディングボードやタイル材などから成る外装材１１はサンドイッチパネル４の屋外側に配設されるのであるが、本例では、サンドイッチパネル４の屋外側の金属外皮１の表面を粗面にし、この金属外皮１，２に接着剤を介して外装材１１を直接貼着させている。屋外側の金属外皮１の表面を粗面にしたことで接着剤の液だれ防止や接着強度を向上でき、施工性良く且つ高い強度で外装材１１の固定を可能にしている。サンドイッチパネル４と外装材１１との間にはサンドイッチパネル４の屋外側で生じる結露対策のために通気用の隙間を設けるのが一般的であるが、本例のように屋外側で結露が生じないほどの高断熱性能及び高気密性能を備えたサンドイッチパネル４を用いた場合には、外装材１１との間に通気用の隙間を設ける必要はなくて外装材１１の配設施工の施工性の向上を図ることができるのである。

建物には地震や強風によって外力がかかるのであるが、この外力は木造軸組パネル工法の建物では外装材１１から構造躯体である壁下地（サンドイッチパネル４及び軸組５）に伝播して支えられる。このとき、構造材である軸組５にはしなる等の主に水平方向に近い方向への弾性的な撓み変形が生じ、これに起因してサンドイッチパネル４には剪断負荷が発生する。そして、この軸組５に発生する弾性的な撓み変形は建物の上階ほど振幅の大きな揺れを引き起こすものである。つまり、建物の上下の部位では揺れ（軸組５の撓み変形量）が異なるのであり、これによると、サンドイッチパネル４にはサンドイッチパネル４を垂直面内で回転させるような回転負荷も同時に発生するのである。この回転負荷は、回転端となるサンドイッチパネル４の外周部４ａで強く作用し、回転中心となるサンドイッチパネル４の中央部４ｂではほとんど作用するものではない。つまり、上記回転負荷は、サンドイッチパネル４の外周部４ａを軸組５の梁８や柱６に固定する固定用ネジ９には強く作用し、サンドイッチパネル４の中央部４ｂを軸組５の間柱７に固定する脱落防止用ネジ１０にはほとんど作用するものではない。しかして、上記各負荷の協働によってたとえ固定用ネジ９が変形したり抜けたりしてしまっても、回転負荷がほとんど作用しない脱落防止用ネジ１０によってサンドイッチパネル４と軸組５との固定状態を維持することができるのである。このように間柱７にサンドイッチパネル４の中央部４ｂを脱落防止用ネジ１０にて固定するといった簡単な構造で、サンドイッチパネル４が軸組５から外れて落下する恐れを大幅に低減できたものである。これにより、繰り返し生じる地震や強風による建物への外力負荷に対しても有効に、外壁の安全性を確保できたものである。

なお、本例では脱落防止用ネジ１０の打入間隔を固定用ネジ９の打入間隔に比べて大きくし、つまり脱落防止用ネジ１０の使用本数を抑制している。具体的に本例では、脱落防止用ネジ１０の打入間隔を固定用ネジ９の打入間隔に比べて約２倍程長く設定している。間柱７にサンドイッチパネル４を固定する脱落防止用ネジ１０は、構造材の主要部分となる軸組５の柱６や梁８にサンドイッチパネル４を固定させて強固な壁下地を形成させると共に上記サンドイッチパネル４を回転させるような回転負荷が多大に作用するという固定用ネジ９とは異なり、上記回転負荷の作用もほとんど無くまた単にサンドイッチパネル４を軸組５から落下させない程度に取付けするためだけのものである。したがって、脱落防止用ネジ１０の使用本数は少なくできるのであり、これにより、ネジの打入施工を軽減して、外壁形成施工の施工性を高めることができたものである。

ところで、本出願人は、本例の外壁構造の耐震試験を行っており、この耐震試験によると以下の結果が得られた。

ここで、梁８と土台８ａとの間に所定間隔に３本の柱６を組み付けて隣接する柱６の中央部分にそれぞれ間柱７を梁８と土台８ａとの間に渡すように立設したことで木造の軸組５を形成し、サンドイッチパネル４の外周部４ａを約１５０ｍｍピッチで梁８及び柱６に固定用ネジ９にて固定すると共にサンドイッチパネル４の中央部４ｂを約３００ｍｍピッチで間柱７に脱落防止用ネジ１０にて固定することで２枚の同厚のサンドイッチパネル４を軸組５に隣接して固定し、２枚のサンドイッチパネル４の嵌合部１５と被嵌合部１６とを嵌合させたものを、試験体１７としている。なお、この試験体１７のサンドイッチパネル４は、厚みが０．５ｍｍの金属外皮１，２を用いると共に芯材３に密度４５ｋｇ／ｍ^３のポリイソシアヌレートフォームを用いており、高さ寸法２７３０ｍｍ及び厚み３５ｍｍであって２枚を連設した状態で幅寸法１８２０ｍｍのものが用いられている。また、軸組５は、梁８には断面が１０５×１８０ｍｍである角材のベイマツが用いられ、柱６には断面が１０５×１０５ｍｍである角材のスギが用いられ、間柱７には断面が３０×１０５ｍｍである角材のスギが用いられ、梁８及び土台８ａへの柱６の固定はほぞ差しにした上で釘打ち固定を行うと共にホールダウン金物や羽子板ボルト等の連結補強具を適宜用いて行われており、梁８及び土台８ａへの間柱７の固定は各端面を突き合せて釘打ち固定にて行われている。また、脱落防止用ネジ１０及び固定用ネジ９には径５．５ｍｍで長さ７０ｍｍの同種の木ネジが使用されている。

そして、この試験体１７を、図３のように垂直に立てた状態で面内せん断試験機１８にセットし、軸組５の土台８ａを固定状態にして、軸組５の梁８に対して試験体１７の垂直面内の横方向へのせん断力を正逆方向を変えて繰り返し作用させることで（矢印Ｄ）、大地震を想定した耐震試験を行った。そして、上記せん断力に降伏して試験体１７が変形したときに耐震試験を終了し、試験体１７を分解して試験体１７で生じた現象を分析することで、以下の結果を得た。

図４は耐震試験終了時におけるせん断力に降伏して試験体１７が変形した状態の屋外側からの斜視図であり、図５は軸組５から外して水平にした状態のサンドイッチパネル４の屋内側からの斜視図である。これらから以下の現象が分かる。
現象１：いくつかの固定用ネジ９の頭部９ａが屋外側の金属外皮１を破って芯材３の中に埋没してしまっている（図４（ｂ））。
現象２：屋内側の金属外皮２には固定用ネジ９のサンドイッチパネル４へのズレによる長孔状の損傷部１９が形成された（図５）。
現象３：長孔状の損傷部１９はサンドイッチパネル４の中央から遠い位置程大きく形成されている（図５）。
現象４：脱落防止用ネジ１０は、その頭部が屋外側の金属外皮１を破って芯材３の中に埋没してしまうことも無く、また屋内側の金属外皮２とのズレによる長孔状の損傷部１９も固定用ネジ９が形成させたものに比べて小さくてほとんど形成されていない。

上記現象から以下の結果がうかがえる。
結果１：試験体１７にかけた外力によるとサンドイッチパネル４には垂直面内で回転するような回転負荷が生じ、この回転負荷は回転端となるサンドイッチパネル４の外周部４ａで強く作用し、回転中心となるサンドイッチパネル４の中央部４ｂではほとんど作用していない。
結果２：耐震試験終了時には、固定用ネジ９は自身が形成した長孔状の損傷部１９の中で移動可能な状態にあり、その頭部９ａがサンドイッチパネル４の芯材３中に埋没したものもあるから、固定用ネジ９によるサンドイッチパネル４の軸組５への固定強度は著しく低下している。
結果３：耐震試験終了時でも、脱落防止用ネジ１０は変わらずサンドイッチパネル４の中央部４ｂを軸組５の間柱７に固定させている。

すなわち、上記結果によって、地震や強風によって木造軸組パネル工法の建物に外力がかかった際に、サンドイッチパネル４にその垂直面内で回転するような回転負荷が生じ、上記回転負荷が多大にかかった固定用ネジ９が損傷等でサンドイッチパネル４の軸組５への固定機能を果たさなくなったとしても、上記回転負荷がほとんどかからずにサンドイッチパネル４の中央部４ｂを軸組５の間柱７に固定させ続ける脱落防止用ネジ１０によってサンドイッチパネル４と軸組５との固定は維持され、つまり最悪、サンドイッチパネル４の軸組５からの脱落を防止できて外壁の安全性を高め得ることが明らかになった。更に言うと、固定用ネジ９に比べて略２倍に打入ピッチを設定した脱落防止用ネジ１０であっても、サンドイッチパネル４に生じる垂直面内で回転するような回転負荷がほとんどかからないことで、試験終了後でも変わらず固定状態を維持することができたことから、もともと脱落防止用ネジ１０にはサンドイッチパネル４を軸組５から落下させない程度の固定強度を必要とするだけであって、脱落防止用ネジ１０の使用本数を少なくできて外壁形成施工の施工性の向上も図り得ることが明らかになった。

なお、本例の外壁では外壁形成施工の施工性の向上を鑑みて脱落防止用ネジ１０の打入間隔を固定用ネジ９の打入間隔に比べて大きく設定しているが、図６のように脱落防止用ネジ１０の打入間隔を固定用ネジ９の打入間隔と略同寸法に設定してもよく、これによると先例に比べて脱落防止用ネジ１０の使用本数が増えたことでサンドイッチパネル４の軸組５への固定強度を向上できて、軸組５からのサンドイッチパネル４の落下の恐れを更に低減できる。また、図７のように回転負荷が回転中心となってほとんど作用しないサンドイッチパネル４の中央部４ｂ（上下左右の中央部分）にのみ脱落防止用ネジ１０を集中して打入しても良い。本例では脱落防止用ネジ１０の打入間隔は固定用ネジ９の打入間隔と略同寸法であるが、これら脱落防止用ネジ１０はサンドイッチパネル４の中央部４ｂ（上下左右の中央部分）にのみ集中して打入してあるので、結果的に脱落防止用ネジ１０の使用本数を抑制できたものである。これによると脱落防止用ネジ１０の使用本数のわりに効率良く軸組５からのサンドイッチパネル４の落下の恐れを低減できる。

本発明の実施の形態の例の外壁であり、（ａ）は一部切欠正面図であり、（ｂ）は側面図である。 （ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、 耐震試験開始時の試験体をセットした面内せん断試験機の斜視図である。 （ａ）は耐震試験終了後の試験体をセットした面内せん断試験機の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ部分の拡大斜視図である。 耐震試験終了後に軸組から外したサンドイッチパネルを屋内側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態の他例の外壁の一部切欠正面図である。 本発明の実施の形態の更に他例の外壁の一部切欠正面図である。

符号の説明

１ 屋外側の金属外皮
２ 屋内側の金属外皮
３ 断熱材
４ サンドイッチパネル
４ａ サンドイッチパネルの外周部
４ｂ サンドイッチパネルの中央部
５ 軸組
６ 柱
７ 間柱
８ 梁
９ 固定用ネジ
１０ 脱落防止用ネジ
１１ 外装材

Claims (2)

1. 一対の対向する金属外皮の間に芯材を充填してサンドイッチパネルを形成し、木造の軸組の柱間に間柱を立設し、サンドイッチパネルの外周部を軸組の周縁部に固定用ネジにて固定すると共に、サンドイッチパネルの中央部を間柱に脱落防止用ネジにて固定したことを特徴とする外壁構造。
2. 固定用ネジの打入間隔に比べて脱落防止用ネジの打入間隔を大きくしたことを特徴とする請求項１記載の外壁構造。

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