JP4975384B2

JP4975384B2 - 建築構造用折板材

Info

Publication number: JP4975384B2
Application number: JP2006176730A
Authority: JP
Inventors: 信孝清水; 公司半谷; 良道河合; 忠義岡田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: JP2008007960A

Description

本発明は、水平な上下フランジがウエブを介して形成されているいわゆるデッキプレートや折板屋根材等に代表される建築構造用折板材に関する。

一般にデッキプレートや折板屋根材等に用いられる折板は、水平な上フランジ及び下フランジと、この上フランジ及び下フランジの間に連なる傾斜部としてのウエブとから構成されている。

従来において、この折板におけるウエブの傾斜角について言及されている特許文献１、２が開示されている。

特許文献１では、このウエブの傾斜角が約４５°である旨が記載されている。また、特許文献２では、ウエブの傾斜角が５５°〜６５°である旨が記載されている。
特開２０００−２８２６０２号公報特開昭６０−１７３２３９号公報

上述した特許文献１、２で折板におけるウエブの傾斜角の傾きを４５°以上に設定しているのは、折板を床や屋根に用いた場合に加わるコンクリートや積雪や積載物等による鉛直荷重、折板を屋根や壁に用いた場合に加わる風圧力等による面圧荷重に対する、折板の面外曲げ剛性（抵抗）の確保を重視しているためである。

一方、建築物が地震力や風圧力を受けると、上述した鉛直荷重や面圧荷重に加え、床や屋根や壁の面内方向にはせん断力が作用する。これらのせん断力に抵抗するために、床や屋根や壁の面内方向にブレース等の付加的な構造部材を配置する設計手法もあるが、床や屋根や壁そのものをせん断抵抗要素とみなしてブレース等の付加的な構造部材を必要としない合理的な設計手法もある。後者の設計手法に則り、床や屋根や壁の構造材として折板を用いる場合には、折板の面内せん断剛性を確保することが重要となる。

しかしながら、折板の面外せん断剛性の確保のみを重視した４５°以上のウエブの傾斜角では、却って面内せん断剛性を確保することができないという問題点があった。

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、面外曲げ剛性（たわみ剛性）低下させることなく、面内せん断剛性をより向上させることが可能な建築構造用折板材を提供することにある。

本発明に係る建築構造用折板材は、上述した問題点を解決するために、水平な上下フランジがウエブを介して形成され、面外への面圧荷重および面内せん断力を受ける建築構造用折板材において、上記面内せん断力を受けた場合には上記折板の形をゆがみ変形させ、上記ウエブは、水平方向に対して上方に１０°以上４５°未満傾斜されていることを特徴とする。

このとき、上記ウエブは、水平方向に対して上方に３５°以下（３５°を除く）傾斜されているようにしてもよい。また上記ウエブは、水平方向に対して上方に３０°以上３５°以下（３５°を除く）傾斜されていてもよい。さらに、本発明に係る建築構造用折板材は、鋼製とされていてもよい。

傾斜角度θを変化させると、せん断剛性とたわみ剛性において相反する特性を示すことになる。傾斜角度θは、折板に要求されるせん断剛性とたわみ剛性とを比較して、１０以上４５°未満の範囲にあることが望ましいが、特に傾斜角度θが３０°以上４０°以下の範囲において傾斜されたものであれば、たわみ剛性の減少を抑えつつ、せん断剛性の向上を期待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、水平な上下フランジがウエブを介して接合されている建築構造用折板材について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した建築構造用折板材１は、例えば図１に示すように水平な上フランジ１１及び下フランジ１２と、この上フランジ１１及び下フランジ１２の間に形成されているウエブ１３とを備えている。即ち、この上フランジ並びに下フランジ１２は、ウエブ１３を介して連続となるように形成されている。

この建築構造用折板材１は、鋼ストリップを折り曲げ加工することにより作製される。この建築構造用折板材１は、建築構造物における屋根や床や壁に適用される。

図２は、本発明を適用した建築構造用折板材１の側面図を示している。ウエブ１３は、水平方向に対して上方に角度θ°に亘り傾斜されている。

以下、このウエブ１３の傾斜角度θの限定理由について説明をする。因みに以下の算定式は、Steel Deck Institute発刊の「DIAPHRAGM DESIGN MANUAL 3rd EDITION」に基づいている（以下、技術文献１という。）。

図３は、建築構造用折板材１に代表される折板２を、内枠４の内部に設けた外枠３に配設する例を示している。折板２のせん断剛性Ｇ´は、以下の（１）式で与えられる。

折板のせん断変形Δは、折板が純粋にせん断変形することによる面内変形Δ_ｓ、折板の形がゆがむことで生じるゆがみ変形Δ_ｄ、そして折板と周囲の接合部で生じる変形Δ_ｃからなる。ここで、折板２の一部を抜き出して、折板が純粋にせん断変形する状況を図４(a)に、折板がゆがみ変形する状況を図４(b)に示す。これより、（１）式は、（２）式に置き換えることが可能となる。

（２）式の各項に、折板の形状、物性値、周囲の接合部の変形特性によって決まる値を代入すると（３）式で表される。なお、折板２の断面寸法を表す記号と断面形状の対応は、図５に示す。図５に示す折板２は、上フランジ１１の長さをｆ、下フランジ１２の二分の一に相当する長さをｅ、ウエブの長さをｗ、ウエブの水平成分の長さをｇ、ウエブの垂直成分の長さ（折板の高さ）をｈ、上フランジとその両脇にあるウェブ及び下フランジ二分の一相当の長さを加えた一山ピッチ分の長さをｄとしている。即ち、この１ピッチ分の長さｄは、２ｅ＋２ｇ＋ｆで表されることになる。

ここで、折板形状に着目し、折板周囲の接合部仕様に影響される接合部変形係数Ｃを除いて考えると、折板のせん断剛性Ｇ´は、面内変形係数Ｓ_ｉとゆがみ変形係数Ｄ_ｎにより定まる。ここで、面内変形係数Ｓ_ｉは、ゆがみ変形係数Ｄ_ｎと比較して著しく小さいため、せん断剛性Ｇ´は、実質的にゆがみ変形係数Ｄ_ｎに支配される。せん断剛性Ｇ´を与える（２）式においてゆがみ変形係数Ｄ_ｎは分母にあることから、このＤ_ｎが大きいほどせん断剛性Ｇ´は低くなる。また逆に、このゆがみ変形係数Ｄ_ｎが小さいほどせん断剛性Ｇ´は高くなる。

技術文献１によると、ゆがみ変形係数Ｄ_ｎは、（４）式により表される。

ここで、Ｄは折板の断面寸法及び枠材への固定の程度に応じて定められる値であり、例えば、山ピッチが３つ形成された状態にある折板を枠材に固定する場合においてＤは（５）式で表される。

ここで、ウエブ１３の傾斜角度θと、ゆがみ変形係数Ｄ_ｎに基づいて求めたθ＝４５°の場合を基準にした剛性比κを定義する。剛性比κは、図４(b)に示すゆがみ変形の剛性を表すゆがみ変形係数Ｄ_ｎから求めたせん断剛性の比として次の（６）式で与えられる。

ここで図６に示すように上フランジ１１とその両端に形成されるウエブ１３および下フランジ１２とにより構成される３つの山ピッチを対象とした場合において、断面の各部寸法を変化させた場合における傾斜角度θに対する剛性比κの関係について説明をする。なお、この図６において、折板２の断面寸法を表す記号と断面形状の対応は、図５と同様である。

このとき、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝２５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを図７(a)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝５０ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを図７(b)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝７５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを図７(c)に示す。

またｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、ｅ＝２５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを図８(a)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、ｅ＝５０ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを図８(b)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、ｅ＝７５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを図８(c)に示す。

ここで、固定値としたｄ、ｈ、ｅ以外の値であるｇ、ｆ、ｗは、傾斜角度θの増減に伴い変化させている。上述の結果より、ｅの寸法が変化し、上フランジ１１と下フランジ１２の長さのバランスが変化しても、傾斜角度θが４５°を下回る場合には、剛性比κが１を超えることになり、せん断剛性が向上する。即ち、面内せん断剛性のみに着目した場合には、傾斜角度θが小さければ小さいほど好ましいという結果が得られたことが示されている。

なお、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝５０ｍｍ、ｌ＝３０００ｍｍとした場合を例にとり、傾斜角度θに対する面内変形係数Ｓ_ｉとゆがみ変形係数Ｄ_ｎの挙動を図９に示す。上述したように面内変形係数Ｓ_ｉは、ゆがみ変形係数Ｄ_ｎと比較して著しく小さく、せん断剛性Ｇ´は、実質的にゆがみ変形係数Ｄ_ｎに支配されることが分かる。

上述した面内せん断剛性のみに着目して傾斜角度θを小さくしすぎると、図１２に示すように、面外力に対して折板が面外にたわむ際の折板のたわみ剛性の低下が懸念される。以下、せん断剛性と同様に、傾斜角度θが４５°を基準とし、図１２に示す折板がたわみ変形する剛性と比較したたわみ剛性比ηの傾斜角度θに対する関係について検討した結果について説明をする。

たわみ剛性比ηは、以下の（７）式で与えられる。

折板の断面二次モーメントＩは、長さｄの１山ピッチを対象とした場合に、以下の（８）式で表される。

ここで、ｘ_ｎは下フランジから中立軸までの距離であり、以下の（９）式で表される。

このとき、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝２５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを図１０(a)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝５０ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを図１０(b)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝５０ｍｍ、ｅ＝７５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを図１０(c)に示す。

またｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、ｅ＝２５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを図１１(a)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、ｅ＝５０ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを図１１(b)に示す。また、ｄ＝３００ｍｍ、ｈ＝２５ｍｍ、ｅ＝７５ｍｍとして傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを図１１(c)に示す。

ここで、固定値としたｄ、ｈ、ｅ以外の値であるｇ、ｆ、ｗは、傾斜角度θの増減に伴い変化させている。ｄ、ｈ、ｅの断面寸法のバランスにより、幾何学的に決まる傾斜角度θの下限は異なるが、図１１(a)に示すようにθ＝１０°程度まで傾斜部の角度を小さくしても、θ＝４５°の場合のたわみ剛性の１／２程度は確保することが可能となる。

以上のように、傾斜角度θを変化させると、せん断剛性とたわみ剛性において相反する特性を示すことになる。傾斜角度θは、折板に要求されるせん断剛性とたわみ剛性とを比較して、１０以上４５°未満の範囲にあることが望ましいが、特に傾斜角度θが３０以上４０°以下の範囲において傾斜されたものであれば、たわみ剛性の減少を抑えつつ、せん断剛性の向上を期待することが可能となる。

なお、フランジとウェブの交差する稜線における板の折り曲げ半径ｒは任意の値としてもよい。

本発明を適用した建築構造用折板材の構成図である。本発明を適用した建築構造用折板材の側面図である。建築構造用折板材に代表される折板を、内枠を内部に設けた外枠に配設する例を示す図である。 (a)は、折板が純粋にせん断変形する状況を、(b)は折板がゆがみ変形する状況を示す図である。折板の断面寸法を表す記号と断面形状の対応関係を示す図である。上フランジとその両端に形成されるウエブと下フランジにより構成される３つの山ピッチを対象とした場合の側面を示す図である。傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを示す図である。傾斜角度θの傾きを変化させた場合の剛性比κを示す他の図である。傾斜角度θに対する面内変形係数Ｓ_ｉとゆがみ変形係数Ｄ_ｎの挙動を示す図である。傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを示す図である。傾斜角度θの傾きを変化させた場合のたわみ剛性比ηを示す他の図である。折板が面外にたわみ変形する状況を示す図である。

符号の説明

１建築構造用折板材
２折板
１１上フランジ
１２下フランジ
１３ウエブ
１４折板と枠材の固定箇所

Claims

水平な上下フランジがウエブを介して形成され、面外への面圧荷重および面内せん断力を受ける建築構造用折板材において、
上記面内せん断力を受けた場合には上記折板の形をゆがみ変形させ、上記ウエブは、水平方向に対して上方に１０°以上４５°未満傾斜されていること
を特徴とする建築構造用折板材。
上記ウエブは、水平方向に対して上方に３５°以下（３５°を除く）傾斜されていること
を特徴とする請求項１記載の建築構造用折板材。
上記ウエブは、水平方向に対して上方に３０°以上３５°以下（３５°を除く）傾斜されていること
を特徴とする請求項１記載の建築構造用折板材。
鋼製からなること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載の建築構造用折板材。