JP2010070926A - 屋根構造 - Google Patents

Abstract

【課題】家屋等の構造物の屋根の野地板の耐久性を向上させることができ、しかも作業者が乗っても変形しない、屋根構造用折板を提供する。
【解決手段】上端に上フランジ面２１を形成させた山部２２と、下端に下フランジ面２４を形成させた谷部２５とがウェブ２６を介して交互に連続されてなり、上フランジ面２１の幅並びに下フランジ面２４の幅は、作業者の足先径である８０ｍｍ未満であり、折板上フランジ面２１の幅並びに折板下フランジ面２４の幅は、板厚の７４０倍を折板を構成する材料の降伏点の二乗根で除した値の３倍以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、屋根構造における野地板として用いる屋根構造用折板が配設される屋根構造に関するものである。

図１５は、家屋等の構造物１０１の構成を妻側から見た図である。構造物１０１は、基礎工事を経て、基礎部分１０２に土台１０３が敷設される。構造物１０１は、土台１０３から上方に延長された柱１０４が立設され、胴差しが柱１０４の上端部に取り付けられ、梁１０５が柱１０４間に架設される。

また構造物１０１は、小屋梁１０５ａが柱１０４の上端部間に略水平に架設され、当該小屋梁１０５ａには、屋根構造体１０６が多角的に形成される。屋根構造体１０６の上端には、傾斜梁１０７が傾斜状に配設され、さらにこの傾斜梁１０７上には母屋１０８が一定の間隔に亘って固定されている。また、母屋１０８の上端には、更に屋根下地材として野地板１０９が設けられ、野地板１０９により、瓦等を初めとした屋根仕上げ材が支持されることになる。

このような家屋等の構造物１０１において、例えば厚み１２〜１８ｍｍ程度の合板等を野地板１０９として使用する場合が多かった。しかしながら、この野地板としての合板１０９は、長期的な視点からは必ずしも耐久性に優れているといえない場合もあった。

一方、工場や倉庫等の屋根材としては金属製折板が頻繁に使用されている。折板は、上端に上フランジ面を形成させた山部と、下端に下フランジ面を形成させた谷部とが傾斜部を介して交互に連続させて構成された鋼板であるが、スパンを飛ばして支え材を省略すべく背を５０ｍｍ以上としているものが多く、板厚も１．０ｍｍ以上のものが多い。

実際に特許文献１には、屋根用の折板が開示されている。この特許文献１の開示技術では、一側縁部に雌型嵌合継ぎ手を有すると共に、他側縁部に雄型嵌合継ぎ手を有する継ぎ手付き折板において、隣り合う継ぎ手付き折板相互の継ぎ手を嵌合させた場合に、継ぎ手嵌合部における嵌合部長手方向のせん断方向へのズレ抵抗を高めるために、雌型嵌合継ぎ手および雄型嵌合継ぎ手の係合面を、粗面として構成し、或いは凹部あるいは凸部を設けている。

また、このような折板は、外壁仕上げ材としても従来から用いられている。この外壁用の折板は山部の山高は合板レベルのものもあるが、強度的には風に抵抗できる程度で十分で、リブも意匠性が重要視された形状とされている。
特開２００７−２３１７０３号公報

ところで、家屋等の構造物の屋根の野地板の耐久性を向上させるべく折板を使用する場合には、少なくとも作業者がこの野地板としての折板の上に直接乗って作業をする状況が考えられる。このため、野地板用の折板は、作業者が作業を行う上での安定性を確保するために、作業者が乗っても変形しないという要求性能を満たす必要があった。すなわち、野地板用の折板は屋根骨組への取付け時は作業者を支える作業板として、取付け後は屋根仕上げ材を保持する下地材として機能する必要があった。

一方で、他の部材との取り合いを考えると従来の野地板よりも高さを増やすことは難しく、また、重量の大幅な増加（設計荷重の増加）は避ける必要がある（厚み１２ｍｍの合板が約６．６ｋｇ／ｍ^２）。

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、家屋等の構造物の屋根の野地板の耐久性を向上させることができ、しかも作業者が乗っても変形しない屋根構造を提供することにある。

請求項１記載の屋根構造は、上端に上フランジ面を形成させた山部と、下端に下フランジ面を形成させた谷部とがウェブを介して交互に連続されている折板が、稜線を母屋と直交するよう母屋に接合され、屋根仕上げ材を支える野地板として配設されていることを特徴とする。

請求項２記載の屋根構造は、請求項１記載の発明において、上記折板上フランジ面の幅並びに上記折板下フランジ面の幅は、作業者の足先径である８０ｍｍ以下であることを特徴とする。

請求項３記載の屋根構造は、請求項１又は２記載の発明において、上記折板上フランジ面の幅並びに上記折板下フランジ面の幅は、板厚の７４０倍を当該折板を構成する材料の降伏点の二乗根で除した値の３倍以下であることを特徴とする。

請求項４記載の屋根構造は、請求項１から３のうち何れか1項記載の発明において、上記折板上フランジ面の幅並びに上記折板下フランジ面の幅は、作業者の足先径の１／７以上１／３未満であることを特徴とする。

請求項５記載の屋根構造は、請求項１から４のうち何れか１項記載の発明において、上記折板上フランジ面の長手方向に沿って凹状のリブが形成されてなり、上記凹状のリブの深さは、板厚の４倍以上１２倍以下であることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明では、家屋等の構造物の屋根の野地板の耐久性を向上させることができ、しかも作業者が乗っても座屈しない折板を用いた屋根構造を構成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、屋根構造における野地板として用いる屋根構造用折板について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した屋根構造用折板２が適用される家屋等の屋根構造１０の構成を妻側から示している。屋根構造１０は、土台から上方に延長されてきた柱の上端部間に架設されたトラス下弦材１１と、トラス下弦材１１の上部に形成されたトラス斜材１２と、トラス斜材１２の上端に傾斜状に配設されたトラス上弦材１３と、このトラス上弦材１３上に一定の間隔に亘って固定された母屋１４と、母屋１４の上端に設けられた野地板としての屋根構造用折板２とを備えている。

屋根構造用折板２は、屋根下地材である野地板としての役割を担い、瓦等を初めとした屋根の仕上げ材３０がその表面に設けられる。

屋根構造用折板２は、図２に示す断面図に示すように、上端に上フランジ面２１を形成
させた山部２２と、下端に下フランジ面２４を形成させた谷部２５とがウェブ２６を介して交互に連続されてなる。

即ち、屋根構造用折板２は、鋼製板体に折り曲げ加工が施されて、上フランジ面２１と、これに接続するウェブ２６と、前記ウェブ２６の端部に接続するように下フランジ面２４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。この屋根構造用折板２において、上フランジ面２１とウェブ２６間の屈曲により、また下フランジ面２４とウェブ２６間の屈曲により、稜線２８、２９が形成される。ちなみに、このウェブ２６は鉛直に形成されていてもよいし、傾斜状に配設されていてもよい。

図３は、この屋根構造用折板２の正面図である。稜線２８に対して平行方向ｘとし、稜線２８に対して直交方向ｙとする。上フランジ面２１並びに下フランジ面２４は、それぞれ長手方向がｘ方向になるように延長されており、この上フランジ面２１を有する山部２２と、下フランジ面２４を有する谷部２５は、ｙ方向に向けてウェブ２６を介して交互に連続することになる。

ここで上フランジ面２１の幅Ｗｕ並びに下フランジ面２４の幅Ｗｌを、この図３に示すｙ方向における上フランジ面２１、下フランジ面２４の幅とする。このとき、本発明では、上フランジ面２１の幅Ｗｕ並びに下フランジ面２４の幅Ｗｌは、作業者の足先径を想定した８０ｍｍ未満とする。

図４（ａ）は、下フランジ面２４の幅Ｗｌを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ以上とした場合について示している。下フランジ面２４に作業者の足先５６が載ることにより下フランジ面２４が撓むが、座屈することはない。但し、この形態では、作業者の足先５６が山部２２により躓いてしまう可能性が高くなるため、この下フランジ面２４の幅Ｗｌ＋２×Ｗｓを狭める必要がある。なお、ウェブ２６の斜面幅Ｗｓを０としてもいいので、少なくとも下フランジ面２４の幅Ｗｌを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ未満とする必要がある。

図４（ｂ）は、下フランジ面２４の幅Ｗｌ＋２×Ｗｓを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ未満とした場合について示している。作業者の足先５６は、互いに隣接する上フランジ面２４を踏む場合がある。かかる場合に足先径Ｌｃをこの隣接する上フランジ面２４の間に設定した場合に、かかる上フランジ面２４は撓むものの座屈はしない。このことからも、下フランジ面２４の幅Ｗｌは狭める必要がある。具体的には、少なくとも下フランジ面２４の幅Ｗｌを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ未満とする必要がある。

図４（ｃ）は、上フランジ面２１の幅Ｗｕを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ以上とした場合について示している。上フランジ面２１に作業者の足先５６が載ることにより上フランジ面２１の足先径周囲が陥没することになる。このため、上フランジ面２４の幅Ｗｕを狭める必要がある。具体的には、上フランジ面２１の幅Ｗｕを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ未満とする必要がある。

図４（ｄ）は、上フランジ面２１の幅Ｗｕを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍより極端に小さくした場合について示している。上フランジ面２１に作業者の足先５６が載ることにより上フランジ面２１は圧縮座屈する。このため、ある程度は上フランジの幅Ｗｕを向上させる必要がある。但し、図４（ｃ）も考慮すると上フランジ面２１の幅Ｗｕを作業者の足先径Ｌｃである８０ｍｍ未満とする必要がある。

以上の知見から、本発明では、上フランジ面２１の幅Ｗｕ並びに下フランジ面２４の幅Ｗｌは、作業者の足先径である８０ｍｍ未満としている。

図５は、本発明を適用した屋根構造用折板２について、各フランジ面の長手方向に沿ってリブを形成させた例を示している。

この図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、上端に上フランジ面２１を形成させた山部２２と、下端に下フランジ面２４を形成させた谷部２５とがウェブ２６を介して交互に連続されてなる点は、上述した実施の形態と同一であるが、上フランジ面２１の長手方向ｙに沿って凹状のリブ４１が、また下フランジ面２４の長手方向ｙに沿って凸状のリブ４２が形成されている。このリブ４１、４２の形成位置は、上フランジ面２１、下フランジ面２４のｘ方向に向けた略中心に形成されていることが望ましいがこれに限定されるものではない。

ちなみに、このリブ４１は、一の上フランジ面２１に1列、一の下フランジ面２４に1列設けられる場合に限定されるものではなく、一の上フランジ面２１に２列、一の下フランジ面２４に１列設けるようにしてもよい。図６は、上フランジ面２１において、２列の凹状のリブ４１を設けた例を示している。リブ４１、４２の列数を増加させることにより、リブ４１、４２の列数を１列で構成した場合と比較して、より耐力を増加させることが可能となる。その結果、図７の例と比較して、リブの幅や深さ（高さ）を低減させても、所期の耐力を得ることが可能となる。

本発明においては、上フランジ幅Ｗｕは屋根構造用折板２を構成する材料の降伏点σｙの二乗根とに基づいて決定されていてもよい。

以下、その理由について図７に示すモデルを用いて説明をする。

この図７では、上端に上フランジ面２１を形成させた山部２２と、下端に下フランジ面２４を形成させた谷部２５とがウェブ２６を介して交互に連続され、上フランジ面２１に凹状のリブ４１が、また下フランジ面２４に凸状のリブ４２が形成されている例を示している。上フランジ面２１の幅をＷｕ、下フランジ面２４の幅をＷｌ、ウェブ２６の斜面幅をＷｓとする。この谷部２５、ウェブ２６、山部２２、ウェブ２６を一周期の幅Ｗとしたとき、当該幅Ｗは、Ｗｕ＋Ｗｌ＋２×Ｗｓで表される。ちなみに、この山部２２の高さをＨとし、リブ４１、４２の幅をＷｒとし、リブ４１、４２の深さ（高さ）をＨｒとする。また、この屋根構造用折板２を構成する鋼材の降伏点をσｙとする。

このとき、上フランジ面２１の幅Ｗｕ並びに下フランジ面２４の幅Ｗｌは、作業者の足先径としての載荷盤の幅Ｄ以下であるため、Ｄは、以下の（１）式により表すことができる。ちなみに、この下フランジ面２４の幅Ｗｌには、ウェブ２６の斜面幅をＷｓの分も考慮に入れている。

Ｄ＞Ｗｌ＋２×Ｗｓ、及び Ｄ＞Ｗｕ ・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、上フランジには圧縮力が作用するため、幅Ｗｕ全てが耐力に寄与するのではなく、有効幅Ｗｅしか寄与しない。

ここで有効幅Ｗｅは、以下の式（２）で表すことができる。ちなみに、この有効幅Ｗｅは、文献１（社団法人日本鉄鋼連盟著、「薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き」、技報堂出版、２００２年６月発行）における表３．３．１に基づいたものである。この文献１の表３．３．１では、折り曲げ円弧部からどれくらいの幅が耐力に寄与するかついて記述している。

Ｗｅ＝７４０×ｔ／√σｙ・・・・・・・・・・・・・（２）
座屈補剛リブが設けられている場合もこれに準ずるものとして考えることができるが、本発明の屋根構造折板は荷重によりフランジとウェブの折り曲げ部が回転し、補剛リブの効果が薄れると考えられることから、リブを入れる数はせいぜい２つ、すなわち、

Ｗｕ＜３×Ｗｅ・・・・・・・・・・・・・（３）
とすることが望ましい。

例えば、市中で入手しやすい鋼材の降伏点σｙは１８０〜８００Ｎ／ｍｍ^２であることから、σｙ＝８００を（２）式に代入すると、（３）式は以下の通りとなる。
Ｗｕ＜７８×ｔ・・・・・・・・・・・・・（４）

即ち、上フランジの幅は、板厚の７８倍未満に設定すれば断面を有効に活用できるということが分かる。

例えば折板の重量を合板同等とすべく板厚を０．５ｍｍとすると、Ｗuは３９以下にすることが望ましく、Ｄを８０ｍｍとすると、Ｗｕはその１／２以下であることから、１つの山で荷重を受けるよりは２つ以上の山で荷重を受けることが好ましい。

そこで、図８に示すように、作業員の足先５６を複数の山部２２により担う場合について考えてみる。図８（ａ）は、山部２２における上フランジ面２１の幅Ｗｕを長くすることにより、少ない数の山部２２で作業員の足先を担う場合を、また図８（ｂ）は、山部２２における上フランジ面２１の幅Ｗｕを短くすることにより、多くの数の山部２２で作業員の足先を担う場合を示している。ここで作業員の足先を載荷盤３１に例えると、図８（ａ）に示すように、載荷盤３１が２つの山部２２に一部でも載る条件としては、Ｄ＞Ｗｕ＋２×Ｗｌ＋４×Ｗｓとなるが、Ｗｕの上限としては、Ｗｓを０とし、Ｗｕ＝Ｗｌとした場合の、Ｄ／３＞Ｗｕとなる。ここでＤは、載荷盤３１の幅であり、足先径Ｌｃに相当する。このとき荷重を受けるフランジ面２１の合計幅ａＷ＝２×Ｗｕ＜０．６６Ｄである。

これに対して、図８（ｂ）に示すように、載荷盤３１が３つの山部２２に一部でも載る条件としては、Ｄ＞２×Ｗｕ＋３×Ｗｌ＋６×Ｗｓとなるが、略算ではＤ／５＞Ｗｕとなる。このときフランジ面２１の合計幅ａＷ＝３×Ｗｕ＜０．６Ｄである。

同様に、載荷盤３１が４つの山部２２に一部でも載る条件としては、Ｄ＞３×Ｗｕ＋４×Ｗｌ＋８×Ｗｓとなるが、略算ではＤ／７＞Ｗｕとなり、このときフランジ面２１の合計幅ａＷ＝４×Ｗｕ＜０．５７Ｄである。但し、載荷盤が８０ｍｍの場合は１１．４ｍｍとなり、一般的な下地合板の厚み１２ｍｍを下回り重量の増加が懸念されるため、上フランジ面２１の幅Ｗｕは折板の山高Ｈより大きくすることが望ましい。

上フランジ面２１の幅Ｗｕを短くすることにより山部２２を細かく設定すると、その上に載る載荷盤３１と接触する幅の合計幅が減ることになる。その結果、この上フランジ面２１の載荷盤３１に対する耐力の上限値が低下することになる。また、上フランジ面２１の幅Ｗｕを短くすることにより山部２２を細かく設定すると、単位幅あたりのウェブ２６の数が増加する。その結果、この屋根構造用折板２における単位面積当たりの重量が増加し、可搬性に劣る結果にもなる。従って、単位重量当たりの耐力を向上させるためには、なるべく少ない数の山部２２により載荷盤３１を負担させ、上フランジ面２１の合計幅を確保することが有効であると考えられる。

このため、本発明では、４つの山部２２までには載荷盤を載せない条件としての、Ｗｕ＞１／７Ｄを下限として規定した。そして、載荷盤３１が２つの山部２２に一部でも載る条件としての、Ｗｕ＜１／３Ｄを上限として規定した。なお、下限についてはＷｕが小さ
な値となるため、ウェブ斜面幅Ｗｓを考慮したＷｕ＋Ｗｓ＞１／７Ｄとしてもよい。

むろん、上記条件式は下記の（５）式の条件付き略算式であることから、（５）式を用いて算出してもよい。

３×（Ｗｕ＋Ｗｓ）＋４×（Ｗｌ＋Ｗｓ）＞Ｄ−Ｗｓ＞（Ｗｕ＋Ｗｓ）＋２×（Ｗｌ＋Ｗｓ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）

座屈補剛に有効なリブの断面性能は二次モーメントにより定められており、リブ４１、４２に必要な断面二次モーメントの最小値Ｉminは、下記の（６）式により表される。ちなみに、（６）式は、文献２（Wei-Wen Yu,”Cold-Formed Steel Design”,P113,John Wiley & Sons.INC,1991）の式（３．９３）に基づくものである。

Ｉmin＝３．６６×ｔ^４×√（（Ｗ／ｔ）^２−０．１３６×Ｅ／σｙ）・・・・（６）

この式中のＷは耐力に寄与する幅であるが、有効幅Ｗｅ以上となることはないので、安全側の検討としてＷ＝Ｗｅとする。なお、（６）式中のEは鋼材のヤング係数でここでは２０５０００N／ｍｍ^２を代入する。

Ｉmin＝３．６６×ｔ^４×√（（Ｗｅ／ｔ）^２−２７８８０／σｙ）・・・・・（７）

また、（７）式に（２）式を代入することにより、下記の（８）式に変形することができる。

Ｉmin＝３．６６×ｔ^４×√（７４０^２／σｙ−２７８８０／σｙ）
≒３．６６×ｔ^４×７２１／√σｙ ・・・・・・・・・・・・・・（８）

なお、リブの断面二次モーメントＩｒは、安全側にしつつ、計算を簡略化するため、幅２ｔ、高さＨｒの矩形断面（凹状リブの角度を０とした場合に相当）とすどると、下式となる。

Ｉｒ＞２×ｔ×Ｈｒ^３／１２＞Ｉmin≒３．６６×ｔ^４×７２１／√σｙ
Ｈｒ＞ｔ×（６×３．６６×７２１／√σｙ）^１／３＝ｔ×（１５８３３／√σｙ）^１／３
Ｈｒ＞ｔ×２５×σｙ^−１／６・・・・・・・・・・・・・・（９）

凹状のリブ４１の深さＨｒ、並びに凸状のリブ４２の高さＨｒは、板厚ｔと、降伏点σｙの六分の一乗根とに基づいて決定されることが分かる。

この文献２の式（３．９３）が反映された（９）式に基づいてＨｒを決定することにより、フランジを屋根構造折板の耐力向上に寄与させることができる。

例えば、市中で入手しやすい鋼材の降伏点σｙは１８０〜８００Ｎ／ｍｍ^２であることから、σｙ＝８００Ｎ／ｍｍ^２を（９）式に代入すると、下記（１０）式となる。
Ｈｒ＞８．２ｔ・・・・・・・・・・・・・・（１０）

即ち、凹状のリブ４１の深さＨｒ、並びに凸状のリブ４２の高さＨｒは、板厚の８．２倍を超えるように設定すればよいことが分かる。

例えばｔを０．５ｍｍとした場合には、上記（１０）式から、Ｈｒを４．１ｍｍ以上とすることでフランジ断面を有効に活用することができる。

但し（１０）式で算定した高さよりＨｒが低くてもフランジの補剛効果はあり、またあまり高くしすぎると重量が増えるので、下限は（１０）式の１／２、上限は（１０）式の３／２とする（１１）式でＨｒを規定した。

４ｔ≦Ｈｒ≦１２ｔ・・・・・・・・・・・・・・（１１）
このように、本発明を適用した屋根構造用折板２では、下フランジ面２４の幅Ｗｌ（或いはこれにウェブの傾斜幅Ｗｓ×２を足したもの）は、作業者の足幅計Ｌｃ（＝Ｄ）よりも小さくしつつもできるだけ大きく設定することにより、作業者が躓いて怪我をするのを防止することが可能となる。

また、上フランジ面２１の幅Ｗｕは、作業者の足先径Ｌｃ（＝Ｄ）より小さく設定しつつもできるだけ大きくすることにより、上フランジ面２１が局所的に凹むことを防止することができ、曲げに抵抗する上フランジ面２１の断面積を確保することが可能となる。

また、リブ４１により複数に分割された上フランジ面２１に耐力が寄与するように、リブ４１の形状（高さＨｒ）を決める。リブ４１の形状の選定にあたっては、高さだけであれば、板厚ｔと降伏点σｙから算定される式（９）に従うことにより耐力を向上させることができる。

以上の検討は通常想定される荷重に対しての検討で、高い剛性を保ち（たわみを抑え）、残留変形を抑えるために折板を載荷盤と接触する範囲での曲げ材として扱ってきたが、想定外の荷重に対しては変形が残っても耐力だけは確保することで重量増加を抑えつつ、耐力の余力を確保することもできる。

水平に設置する部材の抵抗機構としては図９（ａ）、図９（ｂ）に示す曲げ抵抗機構と図９（ｃ）、図９（ｄ）に示す引張抵抗機構がある。

それぞれの荷重−変形関係の特徴を図１０（ａ）に示す。曲げ抵抗機構は変位が小さなときから荷重を負担する（初期剛性が高い）が、上面に圧縮力が作用するので、上面が座屈すると耐力を失う。一方、引張抵抗機構は変位が小さな時はあまり荷重を負担しない（剛性が低い）が、変位が進むにつれ、荷重を負担する。また、座屈しないので高い耐力が期待できる。

この２つの特性を組み合わせることで軽量化を実現する。すなわち、想定される荷重レベル（作業者＋α）には曲げで抵抗し、それ以上の余力については引張抵抗機構で確保する。

抵抗機構の移行時の荷重-変形関係における挙動の模式図を図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。

上フランジの幅が広く材料強度が低い場合は、まず曲げ抵抗機構が形成され、曲げ座屈して耐力が低下しながら変形が進み、ある変位に到達すると引張抵抗機構が形成され、再び荷重があがる（図１０（ｂ））。

材料強度を高めると座屈後の塑性化領域を抑えることができ、引張抵抗機構へ移行ずるまでの耐力低下を小さくすることができる（図１０（ｃ））。

また、フランジ幅を狭めることで小さな変位で引張抵抗機構に移行させることができるのでたわみを小さくすることができる（図１０（ｄ））。

このように、曲げ抵抗機構を期待するのであれば、荷重を受ける山の断面二次モーメントを増やすべく、上フランジの幅（リブも入れた断面積）を拡大したりリブを入れたりすることが効果的で、引張抵抗機構を期待するのであれば、荷重を受ける山の断面積を増やすべく、荷重を受ける山の数を増やす（ウェブの数を増やす）等が効果的である。

なお、引張抵抗機構を形成するには荷重を受ける山の両脇に反力を受ける部分（山）が必要なため、作業者に対しては両端の山に載ることは避けるよう注意するか、折板同士の継目は山を重ねる等の対応が必要となる。

本発明を適用した屋根構造用折板２について上述した効果を確認するため有限要素法による数値解析を実施した。解析対象は図１１に示すように、母屋１４に相当する位置を支点として屋根構造折板２を架設させ、その中心において上部からφ８０の載荷盤３１を載置する（重量は無視）。なお、折板に引張抵抗機構を形成させるため、折板は荷重を受ける山とその外側両脇に１山ずつを加えている。そして、この載荷盤３１の上から荷重を負荷し、負荷荷重Ｐ（ｋＮ）を計測するとともに、載荷盤の沈み込み量δ（ｍｍ）を測定する。

なお、折板における引張抵抗機構とは、変位が進み、載荷盤直下部分が周囲を引きずり込むことで生じる引張力に対して両脇の山が圧縮力で抵抗する機構で、図１１中の黒塗り矢印で応力の流れを示す。

解析したケースは図１２に示す３ケースで、それぞれＣＡＳＥ１（図１２（ａ））、ＣＡＳＥ２（図１２（ｂ））、ＣＡＳＥ３（図１２（ｃ））である。ＣＡＳＥ１はリブ４１の幅が４．４ｍｍ、深さ２．９ｍｍであり、ＣＡＳＥ２はリブ４１の幅が７．０ｍｍ、深さ３．５ｍｍであり、ＣＡＳＥ３はリブ４１の幅が７．０ｍｍ、深さ３．５ｍｍである。なお、３ケースとも板厚ｔは０．４ｍｍ、材料の降伏点（０．２％オフセット耐力）は７５０Ｎ／ｍｍ^２とした。

解析より得られた荷重−変形特性を図１３に示す。横軸は沈み込み量δ（ｍｍ）であり、縦軸は、荷重Ｐ（ｋＮ）を示している。図中細実線はＣＡＳＥ１、太点線はＣＡＳＥ２、太実線はＣＡＳＥ３の解析結果である。

３ケースを比較すると上に凸な荷重−変形関係を示すＣＡＳＥ１が構造性能上優れているといえる。

但し、ＣＡＳＥ３は想定される荷重１ｋＮ程度（作業者の体重＋屋根仕上げ材）を越える約１．３ｋＮまでは弾性挙動を示しており、１．４ｋＮ程度で一旦変位が増大するが、その後はまた耐力上昇するため、想定荷重に対しての性能は確保しており、想定外の荷重に対しても安全性は確保しているといえる。しかも、重量を比較すると、ＣＡＳＥ３はＣＡＳＥ１より１５％程軽いため、コストの面では優れていると言える。

図１４には解析より得られた、変位２０ｍｍ時点での載荷点中央位置での折板の断面変形状態を示す。図１４にはそれぞれＣＡＳＥ１（図１２（ａ））、ＣＡＳＥ２（図１２（ｂ））、ＣＡＳＥ３（図１２（ｃ））の結果を示す。変形が進むと載荷盤を支える上フランジの両端からその外側のウェブおよびその外側の下フランジ（図中点線で囲んだ部分）
の断面変化が顕著になり、最も上フランジの幅が大きいＣＡＳＥ３にいたっては上フランジの変形も見られる。

これらの変形は何れも折板の断面二次モーメント減少させる変形であることから、最も端部の変形が顕著なＣＡＳＥ３は１０ｍｍを越える大変形時の剛性低下が顕著に現れる（図１３）。したがって、曲げ抵抗機構から引張抵抗機構への移行をスムーズにする（急激な変形増加を抑制する）にはフランジ幅を狭め、荷重負担山を増やすことが効果的であるといえる。

但しフランジ幅を狭めることは初期剛性を低下させることになり、荷重負担山を増やすことは重量が増えてコストアップになることから、条件によって最適形状は異なったものとなる。

このように、屋根仕上げ材、あるいは作業者が乗った場合など、通常想定される荷重に対しては残留変形が生じることなく、高い剛性を確保するために（たわみを抑えるために）曲げ抵抗機構を利用し、作業者が想定以上の重い荷物を持って乗った場合、あるいは飛び乗った場合等、想定以上の荷重に対しては引張抵抗機構を利用する断面形状とすることで、作業者の安全性は確保しつつ、より経済性に優れた屋根構造用折板を提供することができ、産業の発展に寄与できると考えている。

本発明を適用した屋根構造用折板が適用される家屋等の屋根構造の構成を妻側から示した図である。 本発明を適用した屋根構造用折板の斜視図である。 本発明を適用した屋根構造用折板の平面図である。 上フランジ面の幅Ｗｕ並びに下フランジ面の幅Ｗｌを作業者の足先径である８０ｍｍ以下とした理由について説明するための図である。 本発明を適用した屋根構造用折板について、各フランジ面の長手方向に沿ってリブを形成させた例を示す図である。 上フランジ面において２列の凹状のリブを設けた例を示す図である。 各リブの上フランジ面並びに下フランジ面における列数を限定した理由について説明するための図である。 Ｗｕ、Ｗｌの限定理由について説明するための図である。 水平に設置する部材の抵抗機構を説明するために、（ａ）、（ｂ）は、曲げ抵抗機構を、（ｃ）、（ｄ）は引張抵抗機構を示す図である。 屋根構造用折板の挙動を説明するための模式図である。 本発明を適用した屋根構造用折板について効果を推定するための有限要素解析した対象について説明するための図である。 有限要素解析を実施した屋根構造折板の断面形状について説明するための図である。 屋根構造用折板に対して載荷した場合における荷重−変形特性を示す図である。 屋根構造用折板に対して載荷した場合において変位が２０ｍｍに達した時点の載荷点中央位置での折板の断面変形状態を示した図である。 家屋等の構造物の構成を妻側から見た図である。

符号の説明

２ 屋根構造用折板
１０ 屋根構造
１１ トラス下弦材
１２ トラス斜材
１３ トラス上弦材
１４ 母屋
２１ 上フランジ面
２２ 山部
２４ 下フランジ面
２５ 谷部
２６ ウェブ
２８、２９ 稜線
３０ 屋根仕上げ材

Claims (5)

1. 上端に上フランジ面を形成させた山部と、下端に下フランジ面を形成させた谷部とがウェブを介して交互に連続されている折板が、稜線を母屋と直交するよう母屋に接合され、屋根仕上げ材を支える野地板として配設されていること
   を特徴とする屋根構造。
2. 上記折板上フランジ面の幅並びに上記折板下フランジ面の幅は、作業者の足先径である８０ｍｍ未満であること
   を特徴とする請求項１記載の屋根構造。
3. 上記折板上フランジ面の幅並びに上記折板下フランジ面の幅は、板厚の７４０倍を当該折板を構成する材料の降伏点の二乗根で除した値の３倍以下であること
   を特徴とする請求項１又は２記載の屋根構造。
4. 上記折板上フランジ面の幅並びに上記折板下フランジ面の幅は、作業者の足先径の１／７以上１／３未満であること
   を特徴とする請求項１から３のうち何れか１項に記載の屋根構造。
5. 上記折板上フランジ面の長手方向に沿って凹状のリブが形成されてなり、
   上記凹状のリブの深さは、板厚の４倍以上１２倍以下であること
   を特徴とする請求項１から４のうち何れか１項に記載の屋根構造。

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