JP2009180043A - 折板パネル構造 - Google Patents

Abstract

【課題】波板や折板を枠材に接合する加工労力や施工労力の低減を図りながらも、十分な面内せん断抵抗性能を有する折板パネル構造を提供する。
【解決手段】断面凹凸状に屈曲形成された折板１１に枠材を接合した折板パネル構造において、枠材は、折板２２における屈曲により形成された稜線に対して平行方向両端に接合される２本の第１枠材３２と、稜線２８に対して直交方向両端に接合されていない２本の第２枠材とを有すること
を特徴とする折板パネル構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、デッキプレートやサイディング等に代表される、断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した、壁、屋根、床等を構成する建築構造用の折板パネル構造に関する。

従来から、デッキプレートやサイディングをはじめとする波板や折板は、柱・梁・母屋・胴縁などの枠材に接合され、自重や積雪や積載物等による鉛直荷重、風圧力など、板面に対して直交するような面外荷重に抵抗する構造材として利用されている。

一方、近年では、特許文献１、２にみられるように、波板や折板を枠材に接合したパネル構造を、面内せん断力に抵抗させ、鋼板耐震壁のような構造材として利用する技術も提案されている。
特開２００６−０３７５８６号公報 特開２００６−０３７６２８号公報

しかしながら、これら特許文献１、２の開示技術では、パネルを面内せん断力に対して抵抗する構造体として利用する上で、パネル周囲の４辺を柱・梁などのフレームや応力伝達用のプレートからなる枠材に接合する必要があり、接合に要する加工労力、施工労力の負担が増大してしまうという問題があった。

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、波板や折板を枠材に接合する加工労力や施工労力の低減を図りながらも、十分な面内せん断抵抗性能を有する折板パネル構造を提供することにある。

請求項１に記載の折板パネル構造は、断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造において、上記枠材は、上記折板における上記屈曲により形成された稜線に対して平行方向両端に接合される２本の第１枠材と、上記稜線に対して直交方向両端に接合されていない２本の第２枠材とを有することを特徴とする。

請求項２記載の折板パネル構造は、請求項１記載の発明において、上記折板は、上記第２枠材間に、上記稜線に対して直交方向に複数枚に亘り連設されていることを特徴とする。

請求項３記載の折板パネル構造は、断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造において、上記枠材は、上記折板における上記屈曲により形成された稜線に対して平行方向両端に接合される２本の第１枠材とからなり、上記稜線に対して直行方向両端には上記枠材を配置しないことによる２辺支持とされていることを特徴とする。

請求項４記載の折板パネル構造は、請求項３記載の発明において、上記折板は、上記稜線に対して直交方向に複数枚に亘り連設されていることを特徴とする。

請求項５記載の折板パネル構造は、請求項１〜４記載の何れかの発明において、上記第１枠材は、凹部を有する形鋼で構成され、上記折板における上記稜線に対して平行方向両端がその凹部に嵌合されて接合されることを特徴とする。

上述の如き構成からなる折板パネル構造は、折板の屈曲により形成された稜線に対して平行方向（ｘ方向）両端に第１枠材が固着されていることから、折板の屈曲により形成された稜線に対して直行方向（ｙ方向）について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。また折板のｙ方向上端、並びに折板のｙ方向下端には、第２枠材が接合されていないが、折板のｙ方向上下端に位置するウェブを含む断面コ字状の凸部が枠材と同様の機能を発揮することになる。即ち、この凸部の存在により、ｘ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。以上により、折板は、第２枠材が接合されず、第１枠材のみが接合された２辺支持の条件の下、面内せん断力に抵抗する折板パネルとして十分な機能を果たすことができる。また、上述した構成からなる折板パネル構造では、折板を第２枠材に接合する際の加工労力や施工労力を低減することが可能となる。即ち、本発明では、波板や折板を枠材に接合する加工労力や施工労力の低減を図りながらも、十分な面内せん断抵抗性能を確保す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、デッキプレートやサイディング等に代表される、断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した建築構造用の折板パネル構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１(a)は、本発明を適用した折板パネル構造１の第１実施形態の平面図を、また図１(b)は、本発明を適用した折板パネル構造１の第１実施形態の側面図を示している。

折板パネル構造１は、折板１１と、２本の第１枠材２１と、２本の第２枠材３１とを備えている。

折板１１は、鋼製板体に折り曲げ加工が施されて、フランジ１２と、これに接続するウェブ１４と、前記ウェブ１４の端部に接続するようにフランジ１３とが一体に波形に連続するように断面凹凸状に屈曲形成される。この折板１１において、フランジ１２とウェブ１４間の屈曲により、またフランジ１３とウェブ１４間の屈曲により、図１(a)に示すように稜線１８が形成される。この稜線１８に対して平行方向をｘ方向とし、稜線１８に対して直交方向をｙ方向としている。

第１枠材２１は、折板１１における屈曲により形成された稜線１８に対して平行方向ｘ両端に接合される。第１枠材２１の断面形状は、いかなる形状で構成されていてもよく、山形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼、Ｚ形鋼、Ｉ形鋼、ボックス形鋼等で構成されている。形鋼は、軽量形鋼、薄板軽量形鋼でもよい。折板１１のｘ方向端部は、第１枠材２１に対して接合部４を介して例えばドリルビス、ねじ、ボルト、鋲、溶接、接着等により固定されている。

第２枠材３１は、折板１１の方向ｙ両端に配置される。第２枠材３１の断面形状も、いかなる形状で構成されていてもよい。枠材３１と折板１１は、互いに非接触となるよう離間していてもよく、また、製作に支障がない範囲で接触していてもよい。この第２枠材３１の方向ｘの両端は、それぞれ第１枠材２１に接合される。図１(a)では、あくまでこの第２枠材３１が第１枠材２１間に介装されるようにして配設される場合を例に示しているが、これに限定されるものではなく、第１枠材２１が第２枠材３１に介装されるようにして取り付けられていてもよい。何れのケースにおいても、この第２枠材３１は、折板１１に対して接合されていない。

ちなみに、図１(b)の例では、折板１１における方向ｙの端部は、ウェブ１４ａ、１４ｂで構成されている。このウェブ１４ａ、１４ｂは、それぞれ第２枠材３１と離間された状態で互いに対面するように配置されてもよく、また、接触していてもよい。また、折板１１における方向ｙの端部は、ウェブ１４ａ、１４ｂに連続するフランジ１２、１３で構成されていてもよい。

このような構成からなる折板パネル構造１では、折板１１のｘ方向両端に第１枠材２１に固定されていることから、ｙ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。また折板１１のｙ方向両端は、第２枠材３１が接合されていないが、折板１１のｙ方向両端に位置するウェブ１４ａ、１４ｂを含む断面コ字状の凸部２３ａ、２３ｂが枠材と同様の機能を発揮することになる。即ち、この凸部２３ａ、２３ｂの存在により、ｘ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。

以上により、折板１１は、第２枠材３１が接合されず、第１枠材２１のみが接合された２辺支持の条件の下、面内せん断力に抵抗する折板パネルとして十分な機能を果たすことができる。

図２は、本発明を適用した折板パネル構造１の第１実施形態の他の例を示している。図２(a)は、かかる折板パネル構造１の他の例を示している。図２(a)は、かかる折板パネル構造１の平面図を、図２(b)は、その側面図を示しているが、上述した図１と同一の構成要素、部材については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

折板１１は、ｙ方向上下端に配設された第２枠材３１間に、当該ｙ方向に向けて複数枚に亘り連設されている。この図２では、ｙ方向に向けて３枚に亘り連設されている場合を示しているが、３枚に限定されるものではなく、いかなる枚数に亘って連設されていてもよい。複数枚の折板１１を連設することで、折板パネル構造１全体の縦横の長さ比を任意に変化させることができる。なお、図２では縦横の長さ比が等しい略正方形の折板１１を図示しているが、折板１１の縦横の長さ比は任意のものを用いてもよい。

この３枚の折板１１は、それぞれ上から下にかけて折板１１ａ、１１ｂ、１１ｃとして構成される。この折板１１ａにおけるｙ方向上端には、第２枠材３１が接合されずに配置され、また折板１１ｃにおけるｙ方向下端は、第２枠材３１が接合されずに配置されている。

また折板１１ａ〜１１ｃ間は図２に示すように互いに離間されていてもよい。かかる場合には、互いに上下に隣接する折板１１ａ〜１１ｃの端部に位置する凸部２３ａ、２３ｂが互いに離間した状態で固定されることになる。

なお、互いに上下に隣接する折板１１ａ〜１１ｃのｙ方向端部は互いに離間されている場合に限定されるものではなく、互いに接触されていてもよい。また、折板１１ａ〜１１ｃの端部に位置する凸部２３ａ、２３ｂが互いに当接や嵌合された状態で、ドリルビス、ねじ、ボルト、鋲、溶接、接着等で固定されても良く、この場合は、複数枚に分割された折板が一枚の折板を構成し、第２枠材３１と折板が接合されていないことになる。

このような構成からなる図２に示す折板パネル構造１についても同様に、折板１１ａ〜１１ｃのｘ方向両端に第１枠材２１が固定されていることから、ｙ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。また折板１１ａのｙ方向上端、並びに折板１１ｃのｙ方向下端には、第２枠材３１が接合されていないが、折板１１ａ〜１１ｃのｙ方向上下端に位置するウェブ１４ａ、１４ｂを含む断面コ字状の凸部２３ａ、２３ｂが枠材と同様の機能を発揮することになる。即ち、この凸部２３ａ、２３ｂの存在により、ｘ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。

以上により、折板１１は、ｙ方向上下端が第２枠材３１や上下に位置する折板に接合されず、ｘ方向両端のみが第１枠材２１に接合された２辺支持の条件の下、面内せん断力に抵抗する折板パネルとして十分な機能を果たすことができる。

また、上述した第１実施形態からなる折板パネル構造１では、折板１１を第２枠材３１に接合する際の加工労力や施工労力を低減することが可能となる。また、複数枚の折板を用いる場合では、互いの折板同士を接合しないとすれば、接合する際に比べて、さらに加工労力や施工労力を低減することが可能となる。即ち、本発明では、波板や折板を枠材に接合する加工労力や施工労力の低減を図りながらも、十分な面内せん断抵抗性能を確保することが可能となる。

図３(a)は、本発明を適用した折板パネル構造２の第２実施形態の平面図を、また図３(b)は、本発明を適用した折板パネル構造２の第２実施形態の側面図を示している。以下、この第２実施の形態において、上述した第１実施形態と同一の構成要素、部材については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

この第２実施形態における折板パネル構造２では、折板１１と、２本の第１枠材２１とを備えている。即ち、この折板１１のｙ方向両端には、第１実施形態でいう第２枠材３１を配置しないことによる２辺支持とされている。この折板１１のｘ方向端部は、第１枠材２１に対して、接合部４を介して例えばドリルビス、ねじ、ボルト、鋲、溶接、接着等により固定されている。

この第２の実施の形態においても、折板１１のｘ方向両端に第１枠材２１が固定されていることから、ｙ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。また折板１１のｙ方向両端は、第２枠材３１が配置されていないが、折板１１のｙ方向両端に位置するウェブ１４ａ、１４ｂを含む断面コ字状の凸部２３ａ、２３ｂが枠材と同様の機能を発揮することになる。即ち、この凸部２３ａ、２３ｂの存在により、ｘ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。

以上により、折板１１は、ｘ方向両端のみが第１枠材２１に接合された２辺支持の条件の下、面内せん断力に抵抗する折板パネルとして十分な機能を果たすことができる。

図４は、本発明を適用した折板パネル構造２の第２実施形態の他の例を示している。図４(a)は、かかる折板パネル構造２の他の例を示している。図４(a)は、かかる折板パネル構造２の平面図を、図４(b)は、その側面図を示しているが、上述した図３と同一の構成要素、部材については、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。

この図４の例においては、折板１１は、ｙ方向に向けて複数枚に亘り連設されている。即ち、３枚の折板１１と、２本の第１枠材２１とを備えている。この折板１１のｙ方向両端には、第１実施形態でいう第２枠材３１を配置しないことによる２辺支持とされている。この折板１１のｘ方向端部は、第１枠材２１に対して、接合部４を介して例えばドリルビス、ねじ、ボルト、鋲、溶接、接着等により固定されている。この図４では、ｙ方向に向けて３枚に亘り連設されている場合を示しているが、３枚に限定されるものではなく、いかなる枚数に亘って連設されていてもよい。複数枚の折板１１を連設することで、折板パネル構造１全体の縦横の長さ比を任意に変化させることができる。なお、図２では縦横の長さ比が等しい略正方形の折板１１を図示しているが、折板１１の縦横の長さ比は任意のものを用いてもよい。

この３枚の折板１１は、それぞれ上から下にかけて折板１１ａ、１１ｂ、１１ｃとして構成される。また折板１１ａ〜１１ｃ間は図４に示すように互いに離間されていてもよい。かかる場合には、互いに上下に隣接する折板１１ａ〜１１ｃの端部に位置する凸部２３ａ、２３ｂが互いに離間した状態で固定されることになる。

なお、互いに上下に隣接する折板１１ａ〜１１ｃのｙ方向端部は互いに離間されている場合に限定されるものではなく、互いに接触されていてもよい。また、折板１１ａ〜１１ｃの端部に位置する凸部２３ａ、２３ｂが互いに当接や嵌合された状態で、ドリルビス、ねじ、ボルト、鋲、溶接、接着等で固定されても良く、この場合は、複数枚に分割された折板が一枚の折板を構成し、第２枠材３１が配置されないものとなる。このような構成からなる図４に示す折板パネル構造２についても同様に、折板１１ａ〜１１ｃのｘ方向両端に第１枠材２１に固定されていることから、ｙ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。また折板１１ａのｙ方向上端、並びに折板１１ｃのｙ方向下端には、第２枠材３１が配置されていないが、各折板１１ａ〜１１ｃのｙ方向上下端に位置するウェブ１４ａ、１４ｂを含む断面コ字状の凸部２３ａ、２３ｂが枠材と同様の機能を発揮することになる。即ち、この凸部２３ａ、２３ｂの存在により、ｘ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。

以上により、折板１１は、ｙ方向上下端が第２枠材３１や上下に位置する折板に接合されず、ｘ方向両端のみが第１枠材２１に接合された２辺支持の条件の下、面内せん断力に抵抗する折板パネルとして十分な機能を果たすことができる。

図５(a)〜(c)は、断面に凹部を有する形鋼の一形態である溝形鋼２６を第１枠材２１とした場合における折板パネル構造３の構成例を示している。ちなみに図５(a)は、折板パネル構造３における平面図を、図５(b)は、折板パネル構造３における側面図を、更に図５(c)は、折板パネル構造３における正面図を示している。

溝形鋼２６は、図５(c)に示すように、ウェブ２７とフランジ２８からなる断面コ字状に構成されている。このような溝形鋼２６の凹部に、折板１１のｘ方向端部が嵌合される。かかる状態の下で、溝形鋼２６としての第１枠材２１と、折板１１とを互いに接合する。

接合の方法としては、例えば図６(a)に示す側面図のように、折板１１におけるフランジ１２、１３と、溝形鋼２６におけるフランジ２８とを互いにドリルビス、ねじ、ボルトや鋲等の固定金具５１を介して固定させるようにしてもよい。また図６(b)に示す側面図のように、折板１１におけるフランジ１２、１３と、溝形鋼２６におけるフランジ２８の接触角部５２とを互いに溶接や接着等により、固定させるようにしてもよい。更に図６(c)に示す側面図のように、折板１１におけるフランジ１２、１３と、溝形鋼２６におけるフランジ２８とを互いに接着５３により、固着させるようにしてもよい。

このようにして、折板パネル構造３は、溝形鋼２６を第１枠材２１とし、かかる溝形鋼２６の凹部に、折板１１のｘ方向端部が嵌合され、固定されていることにより、ｙ方向の面内せん断抵抗をより向上させることが可能となる。特に、上下のフランジ１２、１３の両方を形鋼に固定することで、形鋼と折板の応力の伝達を上下フランジ面の双方で行うことができ、形鋼と折板の固定をより強固にすることが出来る。なお、形鋼としては、溝形鋼に限らず、両側面に凹部を有するＨ形鋼、その他凹部を形成した任意形状の形鋼、軽量形鋼、薄板軽量形鋼としてよい。

この折板パネル構造３においても同様に凸部２３ａ、２３ｂの存在により、ｘ方向について十分な面内せん断抵抗を得ることが可能となる。

なお、折板パネル構造２、３については、第２枠材３１の構成を省略していることから、第２枠材３１の材料コストを低減させることが可能となり、また折板１１を第２枠材３１に接合する際の加工労力や施工労力を低減することが可能となる。即ち、本発明では、波板や折板を枠材に接合する加工労力や施工労力の低減を図りながらも、十分な面内せん断抵抗性能を確保することが可能となる。

上述した折板１１は、断面凹凸状に屈曲形成されていれば、そのフランジ１２、１３に対してウェブ１４が略９０°で構成されている場合に限定されるものではなく、いかなる角度で構成されていてもよい。折板１１は、ロール成形やプレス成形により折曲げ屈曲形成による稜線が明確に形成されたものに限らず、稜線が明確にならない断面が円弧の波形で形成される波板でもよい。

さらに、折板１１は、ｙ方向にわたり同一の凹凸形状、波形状を繰り返すものに限らず、ｙ方向の上下端における凸部２３ａ、２３ｂの形状寸法や板厚を増加させ、凸部２３ａ、２３ｂの耐力（曲げ耐力、せん断耐力、軸方向耐力等）を高めることもできる。これにより、折板１１の面内せん断抵抗を強化するとともに、第２枠材３１を配置しなくても、従来は第２枠材３１が負担していた耐力を、より確実に、折板１１のｙ方向の上下端における凸部２３ａ、２３ｂで負担することができる。

実施形態の説明では、折板１１の稜線１８が水平方向になるよう図示しているが、折板１１が９０°回転した方向、すなわち折板１１の稜線１８が鉛直方向となるような向きとしてもよい。折板は、鋼、ステンレス、樹脂、その他素材で構成されていても構わない。また、枠材は、鋼、ステンレス、樹脂、木材、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート、その他素材で構成されていても構わない。

本発明の効果を確認するためにパネルせん断試験を行った。図７(a)に示すように、折板１１を、四隅をピン６６で接合した載荷梁６７、６８に固定し、折板１１の溝方向となるｙ方向の上端の載荷梁６７ａについてｘ方向にせん断力Ｑを負荷すると、同方向に向けてせん断変形δが発生する。

図７(b)は、このパネルせん断試験において使用した折板１１におけるフランジ１２、１３とウェブ１４の詳細を示している。折板の厚みは０．４ｍｍのものを使用し、フランジ１２、１３の幅は１５．８ｍｍ、折板の高さは９．６ｍｍ、更にウェブ１４のフランジ面への投影幅は、４．２ｍｍで構成されている。

このパネルせん断試験では、大きく分類して２辺支持と、４辺支持の２パターンで試験を行うことが可能となる。本発明に相当する２辺支持では、載荷梁６７のみを折板１１のｙ方向両端に取り付け、載荷梁６７ａでｘ方向にせん断力Ｑを負荷する。また４辺支持では、さらにフレーム６８を折板１１のｘ方向両端に取り付け、載荷梁６７ａでｘ方向にせん断力Ｑを負荷する。

載荷梁６７ｂには、載荷梁６７ａで負荷したせん断力Ｑに対する反作用の力が負荷され、いわゆるせん断力が負荷される状況を作り出すことが可能となる。また、４辺支持では、載荷梁６８においてｙ方向に点線矢印で示されるせん断力が負荷される。

図８は、パネルせん断試験結果を示している。この図８に示すグラフにおいて、横軸はｘ方向のせん断変形δ、縦軸は載荷梁６７ａに負荷されるせん断力Ｑを表している。

４辺支持、２辺支持ともに、負荷開始後のせん断変形δが３ｍｍ前後でせん断座屈が生じ、その後、せん断変形δの増加に伴い荷重が徐々に落ちていくが、座屈波形に沿った張力場が形成されることで、δが約５ｍｍ程度の変形のあたりで荷重低下は収まり、その後は耐力を維持し、変形のさらなる進展に伴い再び荷重上昇していく。

４辺支持は２片支持に対して、面内せん断抵抗が大きくなっていることが、この図８から読み取ることができる。しかしながら４辺支持における面内せん断抵抗に対して、２辺支持における面内せん断抵抗の落ち込みは、それほど大きいものではなく、座屈点において、その落ち込み量は２０％程度であり、また張力場においてその落ち込み量は１５％程度である。このため、本発明に相当する２辺支持では、４辺支持に対する面内せん断抵抗の落ち込みを最小限に抑制しつつ、折板１１を第２枠材３１に接合する際の加工労力や施工労力を低減させることができる。即ち、本発明では、波板や折板を枠材に接合する加工労力や施工労力の低減を図りながらも、十分な面内せん断抵抗性能を確保することが可能となることが、かかるパネルせん断試験結果から示されていることが分かる。

本発明を適用した折板パネル構造の第１実施形態の平面図である。 本発明を適用した折板パネル構造の第１実施形態の他の例を示す図である。 本発明を適用した折板パネル構造の第２実施形態の平面図である。 本発明を適用した折板パネル構造の第２実施形態の他の例を示す図である。 溝形鋼を第１枠材とした場合における折板パネル構造の構成図である。 溝形鋼を第１枠材とした場合における接合方法について説明するための図である。 パネルせん断試験で使用した試験体について説明するための図である。 パネルせん断試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 折板パネル構造
１１ 折板
１２，１３ フランジ
１４ ウェブ
１８ 稜線
２１ 第１枠材
２３ 凸部
３１ 第２枠材

Claims (5)

1. 断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造において、
   上記枠材は、上記折板における上記屈曲により形成された稜線に対して平行方向両端に接合される２本の第１枠材と、上記稜線に対して直交方向両端に接合されていない２本の第２枠材とを有すること
   を特徴とする折板パネル構造。
2. 上記折板は、上記第２枠材間に、上記稜線に対して直交方向に複数枚に亘り連設されていること
   を特徴とする請求項１記載の折板パネル構造。
3. 断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造において、
   上記枠材は、上記折板における上記屈曲により形成された稜線に対して平行方向両端に接合される２本の第１枠材とからなり、上記稜線に対して直行方向両端には上記枠材を配置しないことによる２辺支持とされていること
   を特徴とする折板パネル構造。
4. 上記折板は、上記稜線に対して直交方向に複数枚に亘り連設されていること
   を特徴とする請求項３記載の折板パネル構造。
5. 上記第１枠材は、凹部を有する形鋼で構成され、上記折板における上記稜線に対して平行方向両端がその凹部に嵌合されて接合されること
   を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の折板パネル構造。