JP2008106562A - 低熱伝導性フレーム材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フランジ部とウェブ部を有する形鋼からなり、前記ウェブ部に長さ方向に長孔がn列で不連続に多数設けられたフレーム材において、長孔の長さをL、孔間距離をa、αを定数として熱経路差XをX=(n−α)(L−a)/2で表すとき、前記長孔を、15mm≦X≦150mmの関係を満たすように設ける。
ただし、L≦100mm、n<3のときα=0.25,n≧3のときα=1とする。
【選択図】図2
Description
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フレーム材を介して冷却され、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。
このため、鋼製フレーム材が“熱橋”となる現象が生じること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、フレーム材として、フランジ部とウェブ部を有する形鋼を用いる場合、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。
孔等の形成により機械的特性の低下は避けられないが、本発明は、ウェブ部に設ける孔の適正配置により、機械的特性の低下を抑制しつつ、熱貫流抵抗の向上が可能な鋼製フレーム材を提供することを目的とする。
ただし、L≦100mm、n:6以下の整数、n<3のときα=0.25,n≧3のときα=1とする。
形鋼としてはリップ溝形鋼が好ましいが、単なる溝形鋼や他の形鋼であっても良い。
多数の長孔は、孔列芯ピッチ10mm以上で、千鳥配置されていることが好ましい。
ウェブ部に設ける長孔の、単なるサイズや配置位置の検討により、熱貫流抵抗の向上と機械的特性低下の抑制が両立できた鋼製フレーム材を低コストで提供することが可能になる。
前記したように、熱伝導経路を迂回させるべく長孔を設けると機械的特性は低下する。そこで、形成した長孔とみかけの熱伝導率の関係、及び長孔と機械的特性の関係を調査し、熱貫流抵抗及び機械的特性の両面から、満足できる長孔の設置形態を決定した。
このようなフレーム材に、長手方向に垂直に熱流が発生すると、その経路は、孔がない場合と比較して、(n−α)(L−a)/2分だけ長くなる。この値をX値とする。この際、n≧3の場合は、α=1で問題はない。n<3の場合にはα=0.25とする。αを0.25とした理由については後述する。
またこのフレーム材について断面二次モーメント及び熱貫流抵抗を計算することができる。ただしこの計算値は理論値とする。
その結果を表1に示す。表中の備考欄に示す大型形鋼,小型形鋼は前記サイズの違いを表す。
表1に見られる通り、想定した範囲の孔を設けても断面二次モーメント的には何ら問題がない、すなわち強度的に全く問題がないことがわかる。
上記結果に基づいて熱貫流抵抗R値を各種変数候補L/a,L/wやX値に対して整理すると表2に示す通りとなる。R値はX値に対して相関関係が認められたので、両者をグラフ上にプロットすると、図3に示す通りとなる。
図3に示す結果からR値とX値の間に線形関係を見出すことができる。そこで回帰式を計算すると次のようになる。
R(X)=0.003X+0.186
なお、この式で表される熱貫流抵抗Rの誤差は±10%の範囲にある。
例えば、α=0.2とすると、n=2の場合、X=(n−α)(L−a)/2で表される経路差は48.6に、R=0.003X+0.186で表されるRの計算値は0.332となって、解析値0.311に比べて誤差が大きい。n=1の場合も、同様に経路差は21.6に、Rの計算値は0.251となり解析値0.247に比べて誤差が大きい。
また、α=0.27とすると、n=2の場合、経路差は46.71に、Rの計算値は0.326となって、α=0.25の場合よりも誤差が小さくなる。n=1の場合も、同様に経路差は19.71に、Rの計算値は0.245となりα=0.25の場合と比較して誤差が大きくなる。なお、ここでも誤差は絶対値とする。
α=0.20,α=0.25,α=0.27,α=0.28及びα=0.29の場合とで、Rの誤差の平均値を比較すると、α=0.25の場合、誤差の平均値は最も低くなる。
そこで、伝熱経路差XをX=(n−α)(L−a)/2で表すとき、nが3未満の場合に、定数αは0.25とする。
孔を全く形成しなかったものとして約30%程度の熱貫流抵抗の向上を期待するとき、前記伝熱経路差Xは15mm以上を必要とすることになる。
ところで、本発明のような形鋼からなるフレーム材にあっては、通常、長孔は6列以下で設けられている。例えばn=6,L=70mm,a=10mmのとき、X=150mmとなる。
すなわち、伝熱経路差XがX=(n−α)(L−a)/2で表されるとき、伝熱経路差Xが15mm以上150mm以下になるように長孔を設けると、熱貫流抵抗及び機械的特性の両面で所望の特性を有する低熱伝導性フレーム材が得られる。
孔なしに比べて断面係数が仮に90%に低下しても、めっき鋼材(SGHC400)と一般構造用鋼材(SS400)の基準強度比が1.19である点を考慮すると、めっき鋼材を用いれば耐力部材として十分に実用設計できる性能値を有する鋼製フレーム材が提供される。
Claims (3)
- フランジ部とウェブ部を有する形鋼からなり、前記ウェブ部に長さ方向に長孔がn列で不連続に多数設けられたフレーム材であって、前記長孔の長さをL、孔間距離をa、αを定数として熱経路差XをX=(n−α)(L−a)/2で表すとき、15mm≦X≦150mmの関係を満たすように前記長孔が設けられていることを特徴とする低熱伝導性フレーム材。
ただし、L≦100mm、n:6以下の整数、n<3のときα=0.25,n≧3のときα=1とする。 - 形鋼が、リップ溝形鋼である請求項1に記載の低熱伝導性フレーム材。
- n列の多数の長孔が、孔列芯ピッチ10mm以上で、千鳥配置されている請求項1又は2に記載の低熱伝導性フレーム材。
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