JP2009531566A - 防護壁パネルアセンブリ - Google Patents

Abstract

飛来デブリまたは爆発に対する防護に特に好適な壁パネルのアセンブリは、隣接する壁パネル間の空隙を連結するベントストラップを含み、ベントストラップは、突発的な外力により屈曲できる。

Description

本発明は、激しい暴風雨や爆風により生じるような衝撃荷重に対する耐性を改善する、既存の部屋を補強するのに好適な防護壁パネルのアセンブリの方法に関する。

暴風シェルターは、トルネードやハリケーンが活発な傾向のある地域での暴風雨に対する民間防護や、爆風からの軍事防護のための安全な避難場所となる必要がある。防護壁および建築設計は、当該技術分野で知られており、様々な形態を採っている。暴風雨のために提案された壁設計は、連邦緊急事態管理庁（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｇｅｎｃｙ）（ＦＥＭＡ）のために、またはＦＥＭＡにより作成された様々な報告書に詳述されている。防爆性シェルターの様々な壁設計が、特許技術で記載されている。

嵐からの避難（Ｔａｋｉｎｇ Ｓｈｅｌｔｅｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｓｔｏｒｍ）（ＦＥＭＡ刊行３２０）および緊急シェルターの設計および構築ガイド（Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ Ｓｈｅｌｔｅｒｓ）（ＦＥＭＡ刊行３６１）には、トルネードによって発生した風荷重およびデブリ衝撃に抵抗する壁および建築の構造設計が記載されている。他の設計の耐風衝撃壁は、２０００年５月３１日に、クレムソン（Ｃｌｅｍｓｏｎ）大学によって、連邦緊急事態管理庁（Ｆｅｄｅｒａｌ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ａｇｅｎｃｙ）（ＦＥＭＡ）に提出された「暴風雨に対する防護の改善（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｅｖｅｒｅ Ｗｉｎｄ Ｓｔｏｒｍｓ）」という表題の報告書に詳述されている。これらの設計は、トルネード衝撃基準に適合していないが、比較的軽度の嵐からの防護は改善されている。

特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６には、それぞれ、防爆、防弾壁および建築についての様々な形態が記載されている。

これらの工学的壁システムの多くが、使用のために現場で後に組み立てられるモジュール式壁システムを作成する可能性を与えるものである。そのようなモジュール式の手法が用いられる場合、組立てが容易であり、構造上の荷重の伝達を行い、さらに耐衝撃性を提供する単純な現場継ぎ手が望ましい。

ある程度の可撓性を衝撃の方向に与えると、かかる可撓性によって全体の耐衝撃性が改善されることは業界では周知である。かかる可撓性を有する様々な壁設計技術は、これらの壁システム、特に、取付け点近くでの動きを妨げないようにして結合されなければならない。これは、壁が、隅部またはその他非平面継ぎ手で互いに隣接していて、一方の壁が、他方の動きを実質的に制限し得るような継ぎ手近くでは最も重要なことである。

限られた空間内で、防風および防爆のための防護壁システムのアセンブリのための方法が必要とされている。特に、既存の部屋を補強するのに好適な壁パネルアセンブリが必要とされている。

米国特許第３，９９４，１０５号明細書 米国特許第４，１４３，５０１号明細書 米国特許第４，５６６，２３７号明細書 米国特許第４，６９１，４８３号明細書 米国特許第４，７４８，７９０号明細書 米国特許第４，９３７，１２５号明細書

本発明は、飛来デブリまたは爆風に対する防護に特に好適な壁パネルのアセンブリであって、
（ａ）互いに非平面配向で配置された少なくとも２つの壁パネルであって、２つの隣接する壁パネル間に空隙が存在する少なくとも２つの壁パネルと、
（ｂ）２つの隣接する壁パネル間の空隙をまたぐ少なくとも１つのベントストラップであって、隣接する壁パネルに剛連結されていて、壁パネルへの力によって屈曲できるベントストラップと、
（ｃ）ブラインドねじ締付具と、
を含んでなる壁パネルのアセンブリに係る。

本発明においては、飛来デブリ等の突発的な衝撃や爆発から発生した力に耐え得る少なくとも１つの壁パネルを用いる必要がある。壁パネルのタイプは様々であり、鋼等の金属、木材またはいくつかの異なる材料の複合体から形成することができる。典型的には衝撃を原因とする壁の損傷が生じるであろうが、壁の目的は、その結合性を維持して、建築物の屋内にいる人を防護することである。外力に対する防護のために１枚のみの耐衝撃性壁パネルを用いることができるが、耐衝撃性を有する２つの隣接する壁パネルを用いることが、よりよい防護のために望ましい。

壁パネルからの防護は、その構造によって異なる。力に耐える能力が大きくなればなるほど、よりよい防護がなされる。耐衝撃性を求める試験手順の一例は、ＡＳＴＭ手順Ｅ１８８６−９７である。例えば、３３キログラム（１５ポンド）２×４の木材発射体を用いて、壁に衝撃を与える。発射体速度に耐える壁の能力が、その抵抗力を決める尺度である。望ましい抵抗力は、時速１６１キロメートル（１００マイル）の衝撃速度のものである。時速８０または９０マイルを超える衝撃速度で支障をきたすものは抵抗力が小さい。

ＡＳＴＭ手順Ｅ１８８６−９７試験手順に従って、抵抗力を求めるのと同じようにして、爆発から生じた力に対する所望の抵抗力を用いて、用いる壁パネルのタイプを決めることができる。

飛来デブリに対して好適な壁構造が、本明細書に参考文献として援用される２００１年１０月１５日出願の米国特許出願第０９／９７７，６４８号明細書および２００２年１２月３日出願の第１０／３０８，４９２号明細書に記載されている。構造の一例は、順番に、
（ａ）１立方センチメートル当たり０．１０グラム以下の密度を有する材料の層と、
（ｂ）樹脂でボンドされた繊維を含有する布帛層と、
（ｃ）構造シースの層と、
を含んでなる複合体である。

壁アセンブリの構造の必要な部分は、隣接する壁パネルを連結するのにストラップを用いることである。本明細書において用いられるストラップという用語は、対象物を、固定位置に保持するためのバンドまたはプレートのことを意味する。ストラップは、金属構造、例えば、鋼やアルミニウムでよいが、プラスチックや異なる材料の複合体等、他の材料も好適である。

ストラップは、隣接する壁パネルに剛連結されていて、壁パネルを適所に保持する。限られた空間内、例えば、既存の部屋を補強するときに、ストラップの壁パネルへのアセンブリ連結を促すために、コネクタをストラップの外部面に予め装着して、ストラップが、パネルの逆の面からパネルに連結できるようにする。好適なコネクタは、ブラインドねじ締付具である。ブラインドねじ締付具は、任意のねじスリーブ、プレートまたはナットであり、ボルト締め連結部の裏側（またはブラインド側）に固定されていて、裏側にレンチやその他保持ツールなしで、ボルト締めした継ぎ手にトルクを与えるものである。ねじスリーブ、プレートまたはナットは、例えば、ねじ締付具自体のリベット打ち、クリンチング、ウェルディング、ブレージングまたはグルーイングによって、またはねじピースを保持する保持ケージまたは筺体の取り付けにより、裏側に取り付けられる。これらの締付具は、一般的に、ケージナット、ウェルドナット、リベットナット、エアクラフトナット締付具等と呼ばれる。米国特許第２，２４３，９２３号明細書、米国特許第２，４４３，７５２号明細書、米国特許第２，８１５，７８９号明細書、米国特許第２，９７１，４２５号明細書および米国特許第３，６９５，３２４号明細書等の特許に例示されている。コネクタは、ブラインドねじリベットナット、ウェルドナットまたはフローティングナット締付具であるのが好ましい。コネクタは、フローティングプレート自動ロック式ナット、ケージナットであるのがより好ましい。コネクタは、軍用仕様シートＭＳ２１０５９ Ｒｅｖ Ｊに記載されているようなフローティングプレート自動ロック式ナットであるのが最も好ましい。しかしながら、ストラップは、壁パネルへの力で屈曲できる。ストラップの屈曲量は、その最終用途によって直接決まるものと考えられる。例えば、より大きな耐衝撃性を必要とする場合には、より大きな耐屈曲性が求められる。同様に、ストラップの屈曲量は、隣接する壁パネルを連結するストラップの数により決まる。ストラップの数が多ければ多いほど、耐屈曲性は必要とされない。

例示としてであるが、１つと２つのストラップの両方が好適である。金属ストラップの好適な厚さとしては、０．０６インチ（１．５ｍｍ）〜０．３７５インチ（９．５ｍｍ）、例えば、０．０７５インチ（０．１９ｍｍ）〜０．１５０インチ（３．８ｍｍ）が例示される。

ストラップは、内側または外側壁部分にのみ用いてよいが、個々のストラップが存在して、内側壁で、および外側壁で隣接する壁パネルを連結するのが好ましい。ここで用いる内側という用語は、部屋内部を形成する壁等、互いに向き合う壁の部分を意味する。ここで用いる外側という用語は、部屋外部を形成する壁等、互いに向き合わない壁の部分を意味する。１つまたは複数のストラップは、非平面の配向で壁を連結する。すなわち、壁は、互いに角度をなしている。例として挙げると、大抵の壁は９０度の角度で結合している。互いに結合した２つの壁の角度は、例えば、３０〜１２０度である。また、通常、隣接する壁間には空隙がある。壁が接触すると、突発的な衝撃の際に、ストラップが適切に屈曲しないからである。典型的な空隙は、少なくとも３ｍｍ（０．１２５インチ）と考えられる。好ましい構造において、突発的な衝撃に耐え得る壁は、２つの隣接する壁に連結されており、内側および外側壁表面の両表面のストラップが、隣接する壁を結合している。

上記の開示において、壁アセンブリとストラップの組み合わせを、飛来デブリや爆発等による突発的な衝撃に対する抵抗力や防護に関して説明してきた。しかしながら、壁アセンブリがそうした抵抗力を有する必要はないことも本発明の範囲内である。従って、壁パネルは、突発的な衝撃が過剰な場合に、かかる抵抗力を有するようにすることができる。従って、ストラップは、壁パネルの１つにかかる最低量の力で屈曲する能力を持っている。

図１に、実施例１の壁システムにより形成されたシェルターの概略を示す。図２に、実施例１のストラッピングとブレンドねじ締付具の組み合わせの概略を示す。

以下の実施例により本発明をさらに例示する。

実施例１
長さ１１５インチ×幅６４インチ×高さ９４インチの外形寸法の図１に示すシェルターシステムを、トルネードの風により発生した飛来デブリから中にいる人を防護するべく設計された工学的壁およびルーフパネルから組み立てた。それぞれ、幅４８インチ×高さ８８インチの５つの壁パネルおよびモジュール式ドアユニットを用いた。幅４８インチ×長さ４８インチの２つのシーリングパネルをルーフに用いた。パネルは、順番に、３／４インチの合板１層、続いて、密度１ｌｂ／ｃｕ−ｆｔ（０．０１６ｇｍ／ｃｃ）の厚さ５−１／２インチの鋼強化膨張ポリスチレンコア、続いて、ポリエチレンコポリマー樹脂と一緒にボンドした、１３ｏｚ／ｓｑ−ｙｄのアラミド布３層でできたラミネート布帛、続いて、１／２インチの合板１層を用いて、作製された。コア内の鋼強化は、パネルの各面に平らに置いた１６インチ中心で、２４−ゲージの２×４の一般的な金属フレーミングスタッドで行った。米国特許第４，２４１，５５５号明細書に記載されたとおり、発泡プロセス中に、強化を付与した。パネルの各面で駆動する動力駆動刻み付きネイルにより、３インチの中心周囲、６インチ中心のフィールドスタッドに沿って、締め付けることにより、材料の層を一緒に結合した。

図２に示すとおりに、２つの箇所において４５°の角度で曲げられて四角形のシェルターを組み立てるのに必要な９０°の隅部結合を生成する２つの１１ゲージ（厚さ０．１２インチ）のシート金属ブラケットを用いてパネルを組み立てた。１／２インチの合板面は外方に向けた。３つの直径３／８インチのボルトを用いて、各パネルの縁部を金属ストラップコネクタに締付けた。シート金属ブラケットの外部面に装着されたフローティングナットコネクタによって、パネルの金属ストラップコネクタへの取り付けが、シェルター内部から行えた。３／８インチの空間が、連結したいずれの隣接パネルの隅部間に存在していた。

シェルターのいくつかの場所で、１００ｍｐｈで移動する１５−ｌｂ２×４（インチ）木材発射体により、衝撃を与え、１９９９年５月２８日、ＦＥＭＡ、第１版、トルネードシェルターの国際性能基準（ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ Ｔｏｒｎａｄｏ Ｓｈｅｌｔｅｒｓ）の条項「シェルター壁およびシーリングに対する飛来ミサイルの耐衝撃性（Ｗｉｎｄｂｏｒｎｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｉｍｐａｃｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｎ Ｓｈｅｌｔｅｒ Ｗａｌｌ ａｎｄ Ｃｅｉｌｉｎｇ）」に適合する能力を調べた。ＡＳＴＭ Ｅ１８８６−９７に従って、発射台をセットアップし、発射した。

シェルターに発射された発射体は全て、ＦＥＭＡ条項に必要とされるとおり、通過せず、発射体は跳ね返った。その最中に撮った高速リソグラフィーによれば、衝撃の際、継ぎ手は内側に屈曲して、発射体からのエネルギーの一部を吸収するのに役立った。裏側の合板層は、衝撃点周囲にごく僅かな亀裂を示しただけであった。シェルターアセンブリは、トルネードシェルターの国際性能基準（ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ Ｔｏｒｎａｄｏ Ｓｈｅｌｔｅｒｓ）の条項に準拠するものと思われた。

シェルターシステムの概略である。 ストラッピングおよびブラインドねじ締付具により連結された壁位置の概略である。

Claims (20)

1. （ａ）互いに非平面配向で配置された少なくとも２つの壁パネルであって、２つの隣接する壁パネル間に空隙が存在する少なくとも２つの壁パネルと、
   （ｂ）２つの隣接する壁パネル間の空隙をまたぐ少なくとも１つのベントストラップであって、隣接する壁パネルに剛連結されていて、壁パネルへの力によって屈曲できるベントストラップと、
   （ｃ）ブラインドねじ締付具と、
   を含んでなる壁パネルのアセンブリ。
2. 個々のストラップが、隣接する壁パネルの内側表面および外側表面を連結している請求項１に記載のアセンブリ。
3. １つの壁パネルが、個々のストラップにより２つの壁パネルに連結している請求項１に記載のアセンブリ。
4. ストラップがバンドを含んでなる請求項１に記載のアセンブリ。
5. ストラップがプレートを含んでなる請求項１に記載のアセンブリ。
6. ストラップが金属を含んでなる請求項１に記載のアセンブリ。
7. ストラップが鋼を含んでなる請求項６に記載のアセンブリ。
8. ストラップがアルミニウムを含んでなる請求項６に記載のアセンブリ。
9. ストラップが複合体を含んでなる請求項１に記載のアセンブリ。
10. 壁パネルが、別の壁パネルに対して３０〜１２０度の角度で配置されている請求項１に記載のアセンブリ。
11. 隣接する壁パネル間のギャップが少なくとも０．１２５インチ（３ｍｍ）である請求項１に記載のアセンブリ。
12. １つの金属ストラップを用いる請求項１に記載のアセンブリ。
13. ２つの金属ストラップを用いる請求項１に記載のアセンブリ。
14. ストラップが、０．０７５インチ（０．１９ｍｍ）〜０．１５０インチ（３．８ｍｍ）である請求項１に記載のアセンブリ。
15. １つの壁パネルが、順番に、
    （ａ）１立方センチメートル当たり０．１０グラム以下の密度を有する材料の層と、
    （ｂ）樹脂でボンドされた繊維を含有する布帛層と、
    （ｃ）構造シースの層と、
    を含んでなり、該複合体を剛性フレームに装着して、ＡＳＴＭ試験手順Ｅ１８８６−９７に従って、時速１６１キロメートル（１００マイル）の速度で３３キログラム（１５ポンド）の発射体により衝撃を与えたときに、布帛層が、５．０〜１７．５センチメートルの範囲で偏向する請求項１に記載のアセンブリ。
16. ストラップが、飛来デブリまたは爆風からの外力によって屈曲できる請求項１に記載のアセンブリ。
17. ストラップが、時速１００マイルの風速時のデブリによって屈曲できる請求項１６に記載のアセンブリ。
18. ブラインドねじ締付具が、ブラインドねじリベットナット、ウェルドナット、フローティングナット締付具およびこれらの組み合わせよりなるリストから選択される請求項１に記載のアセンブリ。
19. ブラインドねじ締付具が、フローティングプレート自動ロック式ナット、ケージナット締付具およびこれらの組み合わせよりなるリストから選択される請求項１８に記載のアセンブリ。
20. ブラインドねじ締付具が、フローティングプレート自動ロック式ナットである請求項１９に記載のアセンブリ。

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