JP4219852B2 - 耐力壁及びスチールハウス - Google Patents
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Description
即ち、該耐力壁は、通常の枠組壁工法(2×4工法)による壁構造の枠体を薄板軽量形鋼によって構成したものである。そして、構造用面材としては木質合板が用いられている。
また、このような耐力壁を用いてスチールハウスを構成していた。
即ち、地震発生時において、上記耐力壁は、繰り返し荷重を受けることにより、強度が低下するおそれがある。そして、振動に充分に耐えることができなくなるおそれがある。例えば、繰り返し荷重を受けることにより耐力壁にひびが入ったとき、耐力壁の脱落を充分に防ぐことができないおそれがある。
上記構造用面材は、セメント系無機材料とケイ酸含有物質と軽量骨材と補強繊維とを水に分散させてスラリーとし、該スラリーを抄造脱水して単層マットをフォーミングし、該単層マットをメイキングロールに巻き取り、所定の厚みになるまで複数層積層して積層マットを形成し、該積層マットを上記メイキングロールから切り離し、プレス成形してプレスマットを作製し、該プレスマットを硬化養生することにより得られるセメント板からなり、
上記補強繊維の平均長さは、1〜2.5mmであり、
また、上記構造用面材は、下記の繰り返し荷重処理後の強度特性が、曲げ試験により得られる荷重−たわみ量曲線において、下記の第1最大破壊荷重の55±20%の荷重がかかる中荷重領域に、下記の第2最大破壊荷重がかかった後の傾きが変化する変曲点を有し、
上記繰り返し荷重処理は、上記構造用面材をたわませる方向に、上記第1最大破壊荷重の50%の荷重を、100mm/分の押圧速度にて、50〜100回かけることにより行う処理であり、
上記第1最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理前の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であり、
上記第2最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理後の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であることを特徴とする耐力壁にある(請求項1)。
上記構造用面材は、上記軽量骨材及び補強繊維を原料に混合させているため、上記単層マット1層あたりの強度を向上させることができる。特に、上記補強繊維の平均長さが1〜2.5mmであるため、上記単層マットの強度を充分に確保することができる。
また、上記構造用面材は、上記のごとく、単層マットを積層した積層マットを形成することにより得られる。即ち、上記構造用面材は、層状に形成されるため、せん断強度、靱性に優れる。
上記耐力壁は、かかるせん断強度及び靱性に優れた構造用面材を上記スチール枠体に固定してなるため、充分なせん断強度及び靱性を有する。そして靱性に優れていることにより上記耐力壁は比較的大きく撓むことができ、入力された振動エネルギーを充分に吸収することができる。
上記構造用面材は、セメント系無機材料とケイ酸含有物質と軽量骨材と補強繊維とを水に分散させてスラリーとし、該スラリーを抄造脱水して単層マットをフォーミングし、該単層マットをメイキングロールに巻き取り、所定の厚みになるまで複数層積層して積層マットを形成し、該積層マットを上記メイキングロールから切り離し、プレス成形してプレスマットを作製し、該プレスマットを硬化養生することにより得られるセメント板からなり、
上記補強繊維の平均長さは、1〜2.5mmであり、
また、上記構造用面材は、下記の繰り返し荷重処理後の強度特性が、曲げ試験により得られる荷重−たわみ量曲線において、下記の第1最大破壊荷重の55±20%の荷重がかかる中荷重領域に、下記の第2最大破壊荷重がかかった後の傾きが変化する変曲点を有し、
上記繰り返し荷重処理は、上記構造用面材をたわませる方向に、上記第1最大破壊荷重の50%の荷重を、100mm/分の押圧速度にて、50〜100回かけることにより行う処理であり、
上記第1最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理前の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であり、
上記第2最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理後の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であることを特徴とするスチールハウスにある(請求項5)。
従って、本発明によれば、せん断強度に優れ、かつ振動エネルギーを充分に吸収することができる、安価なスチールハウスを提供することができる。
また、上記形鋼としては、例えば、厚さ0.8〜1.6mmの薄板を用いた薄板軽量形鋼を用いることができる。
また、上記セメント系無機材料は、例えば、ポルトランドセメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、アルミナセメント、白色セメント等より選ばれる一種又は二種以上からなる。
上記軽量骨材は、例えば、パーライト、バーミキュライト、シラスバルーン、セメント板の廃材粉砕物等より選ばれる一種又は二種以上からなる。
この場合には、構造用面材にひびが入ったとしても、その後、建物を支えるのに充分な強度を保ちつつたわまさせることができ、振動エネルギーを充分に吸収することができる。
この場合には、耐力壁が建物を支えるのに充分な強度が得られなくなるまでに要するエネルギーが大きくなる。それ故、充分な耐力を有する耐力壁及びスチールハウスを得ることができる。
この場合には、より一層せん断強度に優れ、振動エネルギーを充分に吸収することができる耐力壁及びスチールハウスを得ることができる。
ここで、上記曲げ強度は、材料が曲げ荷重によって破断するときの最大応力であり、後述する式(1)により導き出される値である。
また、上記最大たわみ量は、上記第1最大破壊荷重がかかったときの構造用面材のたわみ量である。
また、上記曲げ強度が8N/mm2未満の場合には、充分なせん断強度を得ることが困難となるおそれがあり、また振動エネルギーを充分に吸収することが困難となるおそれがある。一方、上記曲げ強度が18N/mm2を超える場合には、耐力壁の最大耐力が大きくなりすぎ、これに合わせてスチール枠体等、他の部材の強度をも大きくする必要が生じ、コストアップにつながるおそれがある。
また、上記最大たわみ量が8mm未満の場合には、充分な靭性を得ることが困難となるおそれがある。一方、上記最大たわみ量が14mmを超える場合には、充分なせん断強度が得られない可能性がある。
本発明の実施例にかかる耐力壁及びこれを用いたスチールハウスにつき、図1〜図12を用いて説明する。
本例の耐力壁1は、図1〜図3に示すごとく、形鋼21を矩形状に枠組みしてなるスチール枠体2と、該スチール枠体2に固定された構造用面材3とからなる。
まず、セメント系無機材料とケイ酸含有物質と軽量骨材と補強繊維とを水に分散させてスラリー41とする。図7に示すごとく、該スラリー41を抄造脱水して単層マットをフォーミングする。該単層マットをメイキングロール51に巻き取り、所定の厚みになるまで複数層積層して積層マット43を形成する。該積層マット43を上記メイキングロール51から切り離し、プレス成形してプレスマットを作製し、該プレスマットを硬化養生する。
その後、外形加工等を行うことにより、図8に示すごとく、層構造を有するセメント板からなる構造用面材3を得る。
また、上記構造用面材3は、繰り返し荷重処理後の強度特性として、図11の荷重−たわみ量曲線M1、図12の荷重−たわみ量曲線M11、M12に示すような特性を有する。即ち、曲げ試験により得られる荷重−たわみ量曲線において、下記の第1最大破壊荷重の55±20%の荷重がかかる中荷重領域Aに、下記の第2最大破壊荷重がかかった後の傾きが変化する変曲点Bを有する。
上記第1最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理前の構造用面材3が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重である。また、上記第2最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理後の構造用面材3が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重である。
即ち、上記曲げ試験にあたっては、まず、図10に示すごとく、500mm×400mm、厚み約12mmの試験体(構造用面材3)の長手方向の端部を、一対の支持部材71によって支持する。2つの支持点間の距離(スパン)は400mmである。そして、押圧治具72により上記構造用面材3の中央部を押圧する。押圧治具72は、構造用面材3が破壊されるまで下降させる。これにより、上記構造用面材3をたわませていく。このときの押圧治具72による押圧荷重と、構造用面材3のたわみ量との関係を測定する。
上記たわみ量は、押圧治具72により押圧された構造用面材3の中央部の変位量を測定することにより得られる。また、押圧治具72の下降速度は、100mm/分である。
また、繰り返し荷重処理も、図10に示す構成において、上記構造用面材3が破壊されない範囲で、つまり第1最大破壊荷重の50%の荷重を、100分/mmの押圧速度で、押圧治具72を上下の繰り返し運動1往復を1回として、50〜100回かけることにより行う。
図11、図12にそれぞれ示す測定結果は、同じ条件であるが異なるロット(第1ロットと第2ロット)で製造した構造用面材3についての測定結果である。
図11の曲線M1及び図12の曲線M11は、繰り返し荷重処理を、繰り返し回数50回にて行った後、曲げ試験を行った場合の荷重−たわみ量曲線である。
また、図12の曲線M12は、繰り返し荷重処理を、繰り返し回数100回にて行った後、曲げ試験を行った場合の荷重−たわみ量曲線である。
図11、図12に示すごとく、繰り返し荷重処理を行った後の構造用面材3の荷重−たわみ量曲線(M1、M11、M12)は、いずれも上記中荷重領域Aに上記変曲点Bを有する。
また、図12に示す繰り返し荷重処理前(M10)の最長たわみ量は約13.0mmであり、繰り返し荷重処理後(M11、M12)の最長たわみ量はそれぞれ約13.5mm、約15.0mmである。
上記仕事量は、図11、図12において、荷重−たわみ量曲線が中荷重領域Aを最終的に通過するまでの間(点Cに達するまでの間、即ち最長たわみ量に達するまでの間)で、上記荷重−たわみ量曲線の下側に形成される領域の面積に相当する。
また、図12に示す繰り返し荷重処理前(M10)の仕事量は約12.9Jであり、繰り返し荷重処理後(M11、M12)の仕事量は約13.3J、約14.5Jである。
また、上記構造用面材3は、比重が0.8〜1.1、曲げ強度が8〜18N/mm2、最大たわみ量が8〜14mmである。
(曲げ強度)=(3/2)×(第1最大破壊荷重)×(スパン)/{(試験体の幅)×(試験体の厚み)2} ・・・式(1)
また、上記最大たわみ量は、上記第1最大破壊荷重がかかったときの構造用面材3のたわみ量である。
また、上記スチール枠体2の左右に関する略中央部には、縦材211(C形鋼)を配設している。
図1〜図3に示すごとく、上記スチール枠体2の片面に上記構造用面材3を固定することにより耐力壁1を得る。即ち、上記スチール枠体2の外形と略同形状の構造用面材3を、ビス12を用いて上記スチール枠体2に固定する。
まず、上記セメント系無機材料としてのポルトランドセメント35質量%、上記ケイ酸含有物質としてのスラグ25質量%とフライアッシュ10質量%、上記軽量骨材としてのパーライト10質量%、上記補強繊維31(図8参照)としての木質パルプ10質量%、及び軽量骨材としてのリジェクト10質量%を混合する。
この原料混合物を水に分散させて、固形分約12質量%のスラリー41とする。
上記古紙パルプは、繊維長0.1〜2mm、平均繊維長1mmであり、カナディアンスタンダードフリーネスが500csf以下である。なお、古紙パルプは、古紙再生パルプや古紙粉砕物等であり、例えば、新聞古紙粉砕物、ダンボール古紙再生パルプ等がある。また、カナディアンスタンダードフリーネスとは、解繊、叩解したパルプの濾水度を測る試験により得られる数値であり、数値が小さいほどパルプの濾水性がよく、パルプが細かいというものである。
その後、外形加工等を行うことにより、上記セメント板からなる構造用面材3を得る。該構造用面材3は、厚み10〜15mm、比重0.8〜1.1、曲げ強度8〜18N/mm2である。
上記構造用面材3は、上記軽量骨材及び補強繊維31を原料に混合させているため、上記単層マット1層あたりの強度を向上させることができる。特に、上記補強繊維31の平均長さが1〜2.5mmであるため、上記単層マットの強度を充分に確保することができる。
また、上記構造用面材3は、上記のごとく、単層マットを積層した積層マットを形成することにより得られる。即ち、上記構造用面材3は、層状に形成されるため、せん断強度、靱性に優れる。
上記耐力壁1は、かかるせん断強度及び靱性に優れた構造用面材3を上記スチール枠体2に固定してなるため、充分なせん断強度及び靱性を有する。そして靱性に優れていることにより上記耐力壁1は比較的大きく撓むことができ、入力された振動エネルギーを充分に吸収することができる。
そのため、耐力壁1が建物を支えるのに充分な強度が得られなくなるまでに要するエネルギーが大きくなる。それ故、充分な耐力を有する耐力壁1及びスチールハウス6を得ることができる。
上記構造用面材3は、上記のごとく積層構造となっているため、一旦大きな荷重がかかってひびなどが入っても、一気に強度が低下することを防ぐことができる。即ち、構造用面材3にひびが入っても、積層界面において、亀裂の進行をある程度止めることができるからであると考えられる。
これにより、繰り返し荷重を受けた後において、上記構造用面材3は、振動エネルギーを吸収して、建物を支えるのに充分な強度を保ちつつたわむことができると考えられる。
本例は、図13に示すごとく、構造用面材3を製造するに当り、いわゆるハチェック式の抄造機50を用いたものである。
該抄造機50は、メイキングロール51と、回転シリンダー53が配設された複数のインレットボックス54と、上記メイキングロール51と上記回転シリンダー53とに接触しながらこれらの間を循環するフェルト55とを有する。
以下、実施例1と同様の方法で構造用面材3を製造する。
また、その他は実施例1と同様であり、本例によっても実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
本例は、図14に示すごとく、従来の耐力壁に用いる構造用面材についての曲げ試験を行った例である。
本例においても、実施例1において示した繰り返し処理を行わずに曲げ試験を行った場合の荷重−たわみ量曲線W0と、上記繰り返し処理を行った後に曲げ試験を行った場合の荷重−たわみ量曲線W1とを比較した。
試験方法については実施例1と同様であり、上記繰り返し荷重処理は、繰り返し回数50回にて行った。
その他は、実施例1と同様である。
また、上記中荷重領域Aにおいて、繰り返し荷重処理後(W1)のほうが、繰り返し荷重処理前(W0)よりも、最長たわみ量が小さい。
具体的には、図14に示すごとく、繰り返し荷重処理前(W0)の最長たわみ量は約10.3mmであり、繰り返し荷重処理後(W1)の最長たわみ量は約9.2mmである。
具体的には、繰り返し荷重処理前(W0)の仕事量は約6.6Jであり、繰り返し荷重処理後(W1)の仕事量は約6.0Jである。
これらの結果より、従来の耐力壁は、繰り返し荷重を受けた後において、充分なせん断強度、振動エネルギーの吸収性を得ることが困難となるおそれがあることが分かる。
11、12 ビス
2 スチール枠体
21 形鋼
3 構造用面材
31 補強繊維
5、50 抄造機
6 スチールハウス
Claims (8)
- 形鋼を矩形状に枠組みしてなるスチール枠体と、該スチール枠体に固定された構造用面材とからなる耐力壁であって、
上記構造用面材は、セメント系無機材料とケイ酸含有物質と軽量骨材と補強繊維とを水に分散させてスラリーとし、該スラリーを抄造脱水して単層マットをフォーミングし、該単層マットをメイキングロールに巻き取り、所定の厚みになるまで複数層積層して積層マットを形成し、該積層マットを上記メイキングロールから切り離し、プレス成形してプレスマットを作製し、該プレスマットを硬化養生することにより得られるセメント板からなり、
上記補強繊維の平均長さは、1〜2.5mmであり、
また、上記構造用面材は、下記の繰り返し荷重処理後の強度特性が、曲げ試験により得られる荷重−たわみ量曲線において、下記の第1最大破壊荷重の55±20%の荷重がかかる中荷重領域に、下記の第2最大破壊荷重がかかった後の傾きが変化する変曲点を有し、
上記繰り返し荷重処理は、上記構造用面材をたわませる方向に、上記第1最大破壊荷重の50%の荷重を、100mm/分の押圧速度にて、50〜100回かけることにより行う処理であり、
上記第1最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理前の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であり、
上記第2最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理後の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であることを特徴とする耐力壁。 - 請求項1において、上記構造用面材は、繰り返し荷重処理後のほうが、繰り返し荷重処理前よりも、上記曲げ試験の上記中荷重領域における最長たわみ量が大きいか、同等であることを特徴とする耐力壁。
- 請求項1又は2において、上記構造用面材は、上記荷重−たわみ量曲線が上記中荷重領域を最終的に通過するまでに上記曲げ試験においてなされる仕事量が、繰り返し荷重処理前よりも繰り返し荷重処理後のほうが大きいか、同等であることを特徴とする耐力壁。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、上記構造用面材は、比重が0.8〜1.1、曲げ強度が8〜18N/mm2、最大たわみ量が8〜14mmであることを特徴とする耐力壁。
- 形鋼を矩形状に枠組みしてなるスチール枠体と、該スチール枠体に固定された構造用面材とからなる耐力壁を有するスチールハウスであって、
上記構造用面材は、セメント系無機材料とケイ酸含有物質と軽量骨材と補強繊維とを水に分散させてスラリーとし、該スラリーを抄造脱水して単層マットをフォーミングし、該単層マットをメイキングロールに巻き取り、所定の厚みになるまで複数層積層して積層マットを形成し、該積層マットを上記メイキングロールから切り離し、プレス成形してプレスマットを作製し、該プレスマットを硬化養生することにより得られるセメント板からなり、
上記補強繊維の平均長さは、1〜2.5mmであり、
また、上記構造用面材は、下記の繰り返し荷重処理後の強度特性が、曲げ試験により得られる荷重−たわみ量曲線において、下記の第1最大破壊荷重の55±20%の荷重がかかる中荷重領域に、下記の第2最大破壊荷重がかかった後の傾きが変化する変曲点を有し、
上記繰り返し荷重処理は、上記構造用面材をたわませる方向に、上記第1最大破壊荷重の50%の荷重を、100mm/分の押圧速度にて、50〜100回かけることにより行う処理であり、
上記第1最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理前の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であり、
上記第2最大破壊荷重は、上記繰り返し荷重処理後の上記構造用面材が、上記曲げ試験において破壊される際にかかる最大の荷重であることを特徴とするスチールハウス。 - 請求項5において、上記構造用面材は、繰り返し荷重処理後のほうが、繰り返し荷重処理前よりも、上記曲げ試験の上記中荷重領域における最長たわみ量が大きいか、同等であることを特徴とするスチールハウス。
- 請求項5又は6において、上記構造用面材は、上記荷重−たわみ量曲線が上記中荷重領域を最終的に通過するまでに上記曲げ試験においてなされる仕事量が、繰り返し荷重処理前よりも繰り返し荷重処理後のほうが大きいか、同等であることを特徴とするスチールハウス。
- 請求項5〜7のいずれか一項において、上記構造用面材は、比重が0.8〜1.1、曲げ強度が8〜18N/mm2、最大たわみ量が8〜14mmであることを特徴とするスチールハウス。
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