JP2018031241A - 壁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】木材からなる柱に対し、簡易な層構成で耐震性および断熱性を確保することができる壁構造を提供する。【解決手段】壁構造１は、複数の柱４に架け渡されて取り付けられた平板状の下地材１６と、下地材１６の表面１６ａ側に取り付けられた断熱複合パネル１０であって、下地材１６の表面１６ａに対面する断熱材１３と、断熱材１３に接合された非金属材料からなる表面材１４と、を有する断熱複合パネル１０と、断熱複合パネル１０および下地材１６を貫通し、先端部２１ａが複数の柱４のそれぞれに螺着された木ねじ２０と、を備える。下地材１６と断熱複合パネル１０の断熱材１３との間には、接着剤層１８が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、木材からなる柱に断熱パネルが取り付けられた壁構造に関する。

従来、断熱パネルを備えた壁構造が知られている。特許文献１に記載された構造では、木造軸組構造からなる建築物の柱に、パネルが取り付けられている。パネルは、鋼板からなる基材と、基材の表面に設けられた断熱層と、断熱層の表面を被覆する被覆材とから構成される。パネルは、ビス等の固定具によって柱に固定される。特許文献２に記載された構造では、建物の壁体に、外壁面体が取り付けられている。外壁面体は、断熱材、メッシュ体、モルタル材、および表面塗料材を備える。断熱材に設けられた小孔に木ネジが通され、壁体にネジ込まれることにより、外壁面体は壁体に固着される。特許文献３に記載された構造では、既存壁に対して、断熱パネルが取り付けられている。断熱パネルは、内装下地材と断熱材とが積層された積層体である。

特開平１１−１５９０３２号公報 特開２００４−２６３４５０号公報 特開２０１５−７８６０２号公報

上記した特許文献１の構造では、パネルは、鋼板を有しており、構造材としての強度を有する。このように従来は、木材からなる柱に対して鋼板等の構造用面材を用いることにより、壁構造に耐震性を持たせていた。しかし、構造用面材を用いた場合、層構成が複雑化する傾向にある。

本発明は、木材からなる柱に対し、簡易な層構成で耐震性および断熱性を確保することができる壁構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る壁構造は、木材からなる複数の柱に対して形成される壁構造であって、複数の柱に架け渡され、複数の柱の側面に裏面が対面するように複数の柱に取り付けられた平板状の下地材と、下地材の表面側に取り付けられた断熱複合パネルであって、下地材の表面に対面する平板状の断熱材と、非金属材料からなり、断熱材に接合された平板状の表面材と、を有する断熱複合パネルと、断熱複合パネルおよび下地材を貫通すると共に、先端部が複数の柱のそれぞれに達して当該柱に螺着された木ねじと、を備え、下地材と断熱複合パネルの断熱材との間には接着剤層が設けられており、接着剤層によって、下地材に対して断熱複合パネルが固定されている。

この壁構造によれば、木材からなる複数の柱に対して、下地材と断熱複合パネルとが固定される。これらは、木ねじによって柱に固定される。一方で、断熱複合パネルは接着剤層によって下地材に固定されているので、この壁構造においては、木ねじによる積層方向の締結と、接着剤層による面状の固定とが併用されている。断熱複合パネルの表面材は、非金属材料からなるため、断熱複合パネルは構造用面材ではなく、その層構成も簡易である。断熱複合パネルは耐力の面では本来不十分であるが、その断熱複合パネルが下地材に接着され、さらに木ねじによって壁構造の全体が柱に固定されているので、その結果として、耐震性も確保される。

下地材は石膏ボードであってもよい。汎用品である石膏ボードを用いることで、上記の壁構造を安価に実現することができる。

断熱複合パネルの表面材は石膏ボードであってもよい。表面材が石膏ボードであると、耐火性が高められる。

本発明によれば、木材からなる柱に対し、簡易な層構成で耐震性および断熱性を確保することができる。

本発明の一実施形態に係る壁構造を示す正面図である。 図１の壁構造の側面図である。 図１の壁構造を柱に沿って切断した断面図である。 図４の部分拡大図である。 接着剤層の有無に関する性能試験の結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図３を参照して、本実施形態の壁構造１の全体構成について説明する。図１に示されるように、壁構造１が設けられる住宅等の建物は、土台２と梁３との間に設けられた複数の柱４を備える。この建物は木造である。土台２は、木材からなる。なお、コンクリート基礎等が設けられてもよい。梁３および柱４は、木材からなる。複数の柱４は、鉛直方向に設けられ、水平方向（図１の左右方向）において互いに離間している。柱４と柱４の間には、木材からなる一または複数の間柱６が立設されてもよい。なお、本明細書において、「柱」は、柱４および間柱６の両方を含む意である。

柱４の上端部４ｂは、梁３に連結または固定される。柱４の下端部４ａは、土台２に連結または固定される。間柱６の上端部および下端部も、梁３および柱４にそれぞれ連結または固定される。図２に示されるように、複数の柱４において、室内側Ｓ２の側面４ｃは同一平面上に位置する。間柱６の室内側Ｓ２の側面も、柱４の側面４ｃと同一平面上に位置する。これらの柱４の側面４ｃおよび間柱６の側面に対して、複数の断熱複合パネル１０が取り付けられている。

壁構造１は、柱４の室内側Ｓ２に設けられて、断熱性および耐震性の両方を確保する。すなわち、壁構造１は、柱４よりも室内側Ｓ２に設けられた断熱耐震構造である。壁構造１は、建物の新築時に適用されてもよく、建物の改修時に適用されてもよい。柱４の屋外側Ｓ１（すなわち側面４ｄ側）には、外壁構造が形成される。従来の壁構造では、柱４と柱４との間に断熱材が充填される場合もあるが、本実施形態の壁構造１では、柱４と柱４との間に断熱材は充填されていない。たとえば、建物の改修時に、元々充填されていた断熱材が撤去され、新たに断熱複合パネル１０を用いた壁構造１が設けられてもよい。なお、壁構造１は、柱４と柱４との間に充填された断熱材が併用されたものであってもよい。

複数の断熱複合パネル１０は、たとえば長方形状をなす。断熱複合パネル１０は、縦向きに設置されてもよく、横向きに設置されてもよい。図１に示されるように、縦向きの断熱複合パネル１０と横向きの断熱複合パネル１０とが混在してもよい。その場合、断熱複合パネル１０の短辺１２と、これに隣接する断熱複合パネル１０の長辺１１とが合わさり得る。断熱複合パネル１０の配置は、梁３と土台２との間隔、あるいは、柱４と柱４（および間柱６）との間隔に応じて、適宜に変更可能である。

図３に示されるように、断熱複合パネル１０は、断熱材１３および表面材１４からなる２層構造をなす。断熱材１３および表面材１４は、いずれも平板状をなし、略等しい大きさを有する。なお、断熱複合パネル１０は、３層構造であってもよいし、それ以上であってもよい。断熱複合パネル１０は、複数の平板状部材が互いに接着等により貼り合わされ、接合・一体化された複合板である。断熱複合パネル１０の厚みは、たとえば１００ｍｍ以下である。断熱複合パネル１０の厚みは、６０ｍｍ以下であってもよい。

断熱材１３は、発泡プラスチック系の断熱材である。断熱材１３は、たとえば、押出法ポリスチレンフォームからなってもよい。断熱材１３は、断熱性を有する材料であれば、他のあらゆる材料から形成されてもよい。断熱材１３は、硬質ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、フェノールフォーム、またはビーズ法ポリスチレンフォーム等からなってもよい。断熱材１３の圧縮強度は、たとえば、１０Ｎ／ｃｍ^２以上である。断熱材１３の圧縮強度は、２０Ｎ／ｃｍ^２以上であってもよい。

表面材１４は、非金属材料からなる。表面材１４は、たとえば無機質系の面材である。表面材１４は、木質系の面材であってもよい。表面材１４は、断熱材１３よりも高い圧縮強度を有する。表面材１４の厚みは、断熱材１３の厚みよりも小さい。表面材１４としては、あらゆる板材が用いられ得る。表面材１４は、たとえば石膏ボードであってもよい。表面材１４は、たとえばケイ酸カルシウム板であってもよく、フレキシブルボードであってもよい。表面材１４は、木質系合板であってもよい。室内側Ｓ２に設けられる壁構造１において、表面材１４はもっとも室内側に位置する。表面材１４の表面１４ａには、たとえば内装材が貼り付けられる。

ここで、表面材１４は、断熱材１３よりも高い圧縮強度を有するが、構造用面材としての強度は有していない。表面材１４は、鋼板よりも低い圧縮強度を有する。

断熱材１３の表面１３ａに対して、表面材１４の裏面１４ｂが接着されている。断熱材１３および表面材１４からなる断熱複合パネル１０は、構造用面材としての強度を有していない。すなわち、断熱複合パネル１０単体では、十分な耐力を有していない。断熱複合パネル１０の圧縮強度は、表面材１４に比して圧縮強度の低い断熱材１３の圧縮強度によって決まり得る。断熱複合パネル１０は、鋼板よりも低い圧縮強度を有する。断熱複合パネル１０の圧縮強度は、たとえば、１０Ｎ／ｃｍ^２以上である。断熱複合パネル１０の圧縮強度は、２０Ｎ／ｃｍ^２以上であってもよい。

図１、図３および図４を参照して、壁構造１の詳細について説明する。図３に示されるように、壁構造１は、全体としての強度すなわち耐震性を確保するため、下地材１６および複数の木ねじ２０を備えている。

下地材１６は、平板状をなし、断熱複合パネル１０と略等しい大きさを有する。下地材１６の厚みは、断熱複合パネル１０の厚みよりも小さい。下地材１６の厚みは、表面材１４の厚みと同程度であってもよく、表面材１４の厚みより小さくてもよい。下地材１６は、たとえば無機質系の面材である。下地材１６は、たとえば石膏ボードであってもよい。下地材１６は、たとえばケイ酸カルシウム板であってもよく、フレキシブルボードであってもよい。下地材１６は、木質系合板であってもよい。下地材１６が石膏ボードである場合、下地材１６の圧縮強度は、たとえば、２〜５Ｎ／ｍｍ^２である。

下地材１６は、複数の柱４（および間柱６）に架け渡されている。下地材１６の裏面１６ｂが、柱４の側面４ｃに対面している。下地材１６は、下地材１６の表面１６ａ側から打ち付けられた複数のビス２４によって、柱４の側面４ｃに固定されている。なお、下地材１６と柱４との間に接着剤が塗布されてもよい。

図４に示されるように、下地材１６の表面１６ａ側に、上記の断熱複合パネル１０が取り付けられている。すなわち、断熱複合パネル１０の裏面１３ｂが、下地材１６の表面１６ａに対面している。さらに、下地材１６の表面１６ａと断熱複合パネル１０の裏面１３ｂとの間には、接着剤層１８が設けられている。この接着剤層１８によって、下地材１６に対して断熱複合パネル１０が固定されている。接着剤層１８は、下地材１６に対する断熱複合パネル１０のずれを防止する（ずれ止めの機能を持つ）。

接着剤層１８は、下地材１６および断熱複合パネル１０の貼合せ面の略全面に設けられてもよいが、貼合せ面の一部に設けられてもよい。たとえば、接着剤層１８は、貼合せ面の周縁部のみに設けられてもよい。接着剤層１８は、貼合せ面の周縁部および中央部に（たとえば中央部において十字状に）設けられてもよい。接着剤は、下地材１６の表面１６ａ上または断熱複合パネル１０の裏面１３ｂ上において線状に塗布され、その後、下地材１６に対して断熱複合パネル１０が貼り合わされてもよい。その場合、線状に塗布された接着剤は、圧着されて面状に広がる。いずれにしても、下地材１６に対して、断熱複合パネル１０は面状の領域をもって固定されている。貼合せ面において接着剤層１８が設けられる範囲は、３０％〜１００％であることが好ましい。接着剤層１８における接着剤の塗布量は、２００〜６００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

接着剤層１８には、たとえば、変成シリコーン樹脂系の接着剤が用いられる。接着剤層１８に他の接着剤が用いられてもよい。接着剤層１８に、ウレタン樹脂系の接着剤が用いられてもよい。建築用の接着剤として用いられているものであれば、他のどのような接着剤が用いられてもよい。

図１に示されるように、複数の木ねじ２０は、柱４および間柱６が設けられる位置に沿って設けられている。図３および図４に示されるように、各木ねじ２０は、断熱複合パネル１０および下地材１６を貫通しており、軸部２１の先端部２１ａが、柱４または間柱６に螺着されている。接着剤層１８が設けられた領域では、木ねじ２０は接着剤層１８を貫通している。

木ねじ２０は、断熱複合パネル１０の表面１４ａ側すなわち室内側Ｓ２から打ち付けられる。木ねじ２０は、軸部２１と、軸部２１の基端側に形成された頭部２２とを含む。軸部２１の先端部２１ａにはたとえば一条の第１ねじ山２６が形成されている。先端部２１ａは柱４（または間柱６）に達しており、第１ねじ山２６が柱４（または間柱６）に食い込んでいる。第１ねじ山２６の全部または大部分（半分以上）が、柱４内に位置している。断熱複合パネル１０および下地材１６の厚みと、木ねじ２０の長さとの一例を挙げると、たとえば、断熱複合パネル１０の厚みが６０ｍｍ、下地材１６の厚みが１０ｍｍであり、これに対して木ねじ２０の全長が９０ｍｍである。この場合、木ねじ２０の先端部２１ａの約２０ｍｍの範囲が、柱４内に位置する。

一方、頭部２２は、表面材１４の表面１４ａに当接している。頭部２２は、表面１４ａに食い込み、表面１４ａと面一であってもよい。軸部２１の頭部２２側である基端部２１ｂには、たとえば一条の第２ねじ山２７（いわゆる首下ねじ）が形成されている。この第２ねじ山２７が、表面材１４および断熱材１３に食い込んでいる。第２ねじ山２７は、断熱材１３のみに螺着されてもよい。なお、頭部２２と表面材１４との間にワッシャーが設けられてもよい。ワッシャーが設けられることにより、耐震性が向上し得る。

このようにして、木ねじ２０は、柱４に螺着され、柱４に対して、下地材１６および断熱複合パネル１０を締結固定する。木ねじ２０としては、各種の木ねじが用いられ得る。少なくとも軸部２１の先端部２１ａに、ねじ山が形成されていればよい。すなわち、頭部２２側の第２ねじ山２７は省略され得る。上記した木ねじ２０では、軸部２１の中間部２１ｃには第１ねじ山２６が設けられないが、第１ねじ山２６が、先端部２１ａから中間部２１ｃにわたっても設けられてもよい。その場合に、第１ねじ山２６が、柱４のみならず、下地材１６さらには断熱複合パネル１０の領域まで存在してもよい。先端部２１ａおよび中間部２１ｃに、ピッチ（設置間隔）または条数の異なるねじ山が形成されてもよい。木ねじ２０のいくつかの具体例は、後述の試験例において例示される。

図１に示されるように、複数の木ねじ２０は、断熱複合パネル１０の長辺１１または短辺１２に沿って整列するように設けられる。すなわち、断熱複合パネル１０の周縁部が柱４に重ねられ、木ねじ２０は、断熱複合パネル１０の周縁部に設けられる。間柱６が存在する場合、複数の木ねじ２０は、断熱複合パネル１０の中央部を横切るように設けられ得る。柱４、間柱６、梁３、および土台２の配置によっては、複数の木ねじ２０は、断熱複合パネル１０の長辺１１および短辺１２の両方に沿って設けられてもよい。断熱複合パネル１０および下地材１６が梁３または柱４に重なるように配置される場合、木ねじ２０は、梁３の下部３ａや土台２の上部２ａに対して設けられてもよい。

本実施形態の壁構造１によれば、木材からなる複数の柱４に対して、下地材１６および断熱複合パネル１０が固定される。これらは、木ねじ２０によって柱４に固定される。一方で、断熱複合パネル１０は接着剤層１８によって下地材１６に固定されているので、この壁構造１においては、木ねじ２０による積層方向の締結と、接着剤層１８による面状の固定とが併用されている。断熱複合パネル１０の表面材１４は、非金属材料からなるため、断熱複合パネル１０は構造用面材ではなく、その層構成も簡易である。断熱複合パネル１０は耐力の面では本来不十分であるが、その断熱複合パネル１０が下地材１６に接着され、さらに木ねじ２０によって壁構造１の全体が柱４に固定されているので、その結果として、耐震性も確保されている。

断熱複合パネル１０は、従来は、コンクリート造の建物等に用いられることが一般的である。断熱複合パネル１０は、コンクリートの柱、壁面、梁、床面等に接着される。一方、本実施形態の壁構造１では、断熱複合パネル１０は、木造住宅の柱等に対して用いられ、しかも接着剤層１８を介して下地材１６に重ねられ、更には木ねじ２０によって固定される。下地材１６および断熱複合パネル１０と、これらの間の接着剤層１８との協働により、十分な強度が確保されている。木造住宅における従来の断熱構造とは異なる形態を採った壁構造１は、簡易な構成で、耐震性と断熱性を両立している。

下地材１６として、汎用品である石膏ボードが用いられることで、壁構造１を安価に実現することができる。

断熱複合パネル１０の表面材１４が石膏ボードであると、耐火性が高められる。

以下、壁構造１の有効性を確認するため、要素試験および実大試験を実施した。要素試験は、一面せん断試験であり、２つの試験（試験Ｎｏ．１および試験Ｎｏ．２）からなる。試験Ｎｏ．１では、接着剤の有無による性能差を確認した。試験Ｎｏ．２では、いずれも接着剤有りとし、木ねじ２０の違いによる性能差を確認した。

試験Ｎｏ．１および試験Ｎｏ．２のそれぞれにおいて、壁構造１を模擬した構造を作成し、壁構造１のみを土台に支持させた状態で、木製の柱４に鉛直方向の荷重を加えた。下地材としては、厚み９．５ｍｍの石膏ボードを用い、断熱複合パネルとしては、厚み５０ｍｍの断熱材と厚み９．５ｍｍの石膏ボードとが貼り合わされたものを用いた。そして、壁構造１に対する柱４の変位が特定の値をとった際の荷重（Ｎ）を測定した。なお、ビス２４は設けられていない。

試験Ｎｏ．１の試験条件および試験結果を、表１および図５に示す。試験Ｎｏ．２の試験条件および試験結果を、表２に示す。

断熱複合パネルとしては、株式会社カネカ製の「カネライトパネル（登録商標）」を用いた。
「第一種ねじ」は、上記実施形態における木ねじ２０と同様の構成を有する木ねじである。なお、先端部２１ａの先端に、木割れ防止加工が施されている。「第一種ねじ」として、東日本パワーファスニング株式会社製の「パネリード（登録商標）II＋」を用いた。
「第二種ねじ」は、木ねじ２０における第２ねじ山２７が形成されていないタイプの木ねじである。第１ねじ山２６が、中間部２１ｃまで形成されている。「第二種ねじ」として、東日本パワーファスニング株式会社製の「コースウッド」を用いた。
「第三種ねじ」は、「第一種ねじ」と同種でサイズの異なる木ねじである。「第三種ねじ」は、「第一種ねじ」とは、長さ、ねじ径、および頭部径において異なっている。なお、試験Ｎｏ．２−３では、第三種ねじにワッシャーを組み合わせて試験を行った。
「第四種ねじ」は、上記の三種類よりも更に軸径、ねじ径、および頭部径が大きい木ねじである。「第四種ねじ」として、ウルト（Ｗｕｒｔｈ）社製の「ＡＳＳＹ」を用いた。

表１および図５に示されるように、第二種ねじを用いた要素試験において、接着剤有りの場合、接着剤無しの場合に比して、２倍程度の耐荷重特性が得られた。この結果から、接着剤の有効性が確認された。

表２に示されるように、いずれの試験においても、高い耐荷重特性が得られた。ねじ径および頭部径の大きい第三種ねじおよび第四種ねじにおいて、特に高い耐荷重特性が得られた。

試験Ｎｏ．３の実大試験は、面内せん断試験である。上記の要素試験で接着剤の効果が確認されたので、実大試験では、層構成および木ねじの種類を変更した複数の試験を実施した。図１〜図４に示されるのと同様の壁構造１を作成し、定められた方法により、短期基準耐力を測定した。短期基準耐力は、次の（ｉ）〜（ｉｖ）のうち最も小さい値とした。
（ｉ）最大荷重 Ｐ_ｍａｘの２／３
（ｉｉ）降伏耐力 Ｐｙ
（ｉｉｉ）終局耐力 Ｐｕ×（０．２／Ｄｓ）
（ｉｖ）特定変形角 （１／１５０ｒａｄ）の耐力
試験Ｎｏ．３の試験条件および試験結果を、表３に示す。

下地材および断熱複合パネルは、試験Ｎｏ．１および２と同じである。下地材１６を留めつけるためのビス（ビス２４に相当）として、石膏ボードビス（長さ３２ｍｍ、ピッチ１５０ｍｍ）を用いた。木ねじは、いずれの試験においても、ピッチ３００ｍｍにて設置した。なお、試験Ｎｏ．３−１では、下地材のみが設けられ、木ねじ及び断熱複合パネルが設けられていない。試験Ｎｏ．３−２では、断熱複合パネルのみが設けられ、木ねじ及び下地材が設けられていない。なお、試験Ｎｏ．３−５では、木ねじの頭部と表面材との間に、ワッシャーを設けた。

試験Ｎｏ．３−１および３−２では、いずれも短期基準耐力は４．２２および４．１６と低い数値になり、壁倍率（安全率無し）は１．２と、低い数値になった。
一方、試験Ｎｏ．３−３では、短期基準耐力は７．０６と比較的高い数値になり、壁倍率（安全率無し）は２．０と、十分な数値になった。
試験Ｎｏ．３−４では、短期基準耐力は６．９０と比較的高い数値になり、壁倍率（安全率無し）は１．９と、十分な数値になった。
試験Ｎｏ．３−５では、短期基準耐力は７．７０と比較的高い数値になり、壁倍率（安全率無し）は２．２と、十分な数値になった。試験Ｎｏ．３−４とＮｏ．３−５の比較から、ワッシャーの有効性が確認された。
試験Ｎｏ．３−６では、短期基準耐力は７．３４と比較的高い数値になり、壁倍率（安全率無し）は２．１と、十分な数値になった。
以上の試験結果より、壁構造１に相当する構造によれば十分な耐震性を得られることが示された。

１…壁構造、４…柱、４ｃ…側面、６…間柱、１０…断熱複合パネル、１３…断熱材、１４…表面材、１６…下地材、１６ａ…（下地材の）表面、１６ｂ…（下地材の）裏面、１８…接着剤層、２０…木ねじ、２１…軸部、２１ａ…先端部、２１ｂ…基端部、２２…頭部、２４…ビス、Ｓ１…屋外側、Ｓ２…室内側。

Claims (3)

1. 木材からなる複数の柱に対して形成される壁構造であって、
   前記複数の柱に架け渡され、前記複数の柱の側面に裏面が対面するように前記複数の柱に取り付けられた平板状の下地材と、
   前記下地材の表面側に取り付けられた断熱複合パネルであって、前記下地材の前記表面に対面する平板状の断熱材と、非金属材料からなり、前記断熱材に接合された平板状の表面材と、を有する断熱複合パネルと、
   前記断熱複合パネルおよび前記下地材を貫通すると共に、先端部が前記複数の柱のそれぞれに達して当該柱に螺着された木ねじと、を備え、
   前記下地材と前記断熱複合パネルの前記断熱材との間には接着剤層が設けられており、前記接着剤層によって、前記下地材に対して前記断熱複合パネルが固定されている、壁構造。
2. 前記下地材は石膏ボードである、請求項１に記載の壁構造。
3. 前記断熱複合パネルの前記表面材は石膏ボードである、請求項１または２に記載の壁構造。

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