JP5895013B2

JP5895013B2 - 壁構造

Info

Publication number: JP5895013B2
Application number: JP2014059926A
Authority: JP
Inventors: 勝幸北川; 正美後藤
Original assignee: Japan Tsusyo YK
Current assignee: Japan Tsusyo YK
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: JP2015183413A

Description

本発明は、木造軸組工法で建築される建築物用の壁構造に関する。

従来の軸組構造は、鉛直方向に配設された一対の柱と、当該一対の柱の上端間および下端間を接続する土台、桁、梁などの横架材とを備える。しかし、このような軸組構造は、水平方向の抵抗力が十分ではなく、耐震性に問題がある。このため、軸組構造の強度向上を図るために、たとえば、柱と横架材とに囲まれた開口部分に、筋交いなどの補強材を設置する対策が施される。さらに、従来の軸組構造では、断熱性を高めるために、たとえば、構造用合板などのボード類に断熱材を組み合わせて設置する対策が必要となっている。

特開平１０−２１２７７５

上述したように、従来の軸組構造では、耐震性および断熱性を高めるために、補強材や断熱材の設置などを要する。このため、工事が複雑化し、施工に多大な時間を要し、ひいては、建設コストの増加を招くという課題が生じている。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐震性および断熱性を兼ね備え、簡便な工法で施工可能な壁構造の提供にある。

本発明のある態様は、壁構造である。当該壁構造は、軸組と、前記軸組の開口を塞ぐように配置され、圧縮強度が０．４Ｎ／ｍｍ^２以上かつ熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の硬質性樹脂材料で形成された面材と、前記軸組の内周面から前記軸組の開口内に向けて突出した棒状の支持体と、を備え、前記面材は、前記支持体の位置に合わせて、前記支持体が設けられた前記軸組の内周面に対向する前記面材の側面に開口を持つ中空部分を有し、前記支持体が前記中空部分に固定されずに挿入されていることを特徴とする。

上記態様の壁構造において、前記面材が硬質性発泡材料であってもよい。前記中空部分が前記面材の面方向に横断して設けられ、かつ、前記支持体が前記中空部分を貫通し、前記支持体の一方の端部が前記軸組の前記内周面に固定され、前記支持体の他方の端部が前記内周面と対向する前記軸組の他の内周面に固定されていてもよい。前記面材が、前記軸組の開口を分割する複数の区画毎のパーツとして配置されていてもよい。前記面材が厚み方向において一体成形されていてもよい。前記面材が厚み方向に積層され、積層された面材同士が固定されていてもよい。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明によれば、壁構造を簡便な工法にて施工可能とし、かつ、壁構造の耐震性および断熱性を高めることができる。

実施の形態１に係る壁構造を示す平面図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、それぞれ、図１に示すＡ−Ａ断面に沿った断面図、図１に示すＢ−Ｂ断面に沿った断面図である。実施の形態２に係る壁構造の平面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、それぞれ、図３に示すＡ−Ａ断面に沿った断面図、図３に示すＢ−Ｂ断面に沿った断面図である。変形例１に係る壁構造の平面図である。図５のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。変形例２に係る壁構造の支持体に沿った断面図である。変形例３に係る壁構造の平面図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、それぞれ、耐震性評価のための加力実験における、実施例１および実施例２の最大変形時の様子を示す写真である。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、それぞれ、耐震性評価のための加力実験における、実施例３および実施例４の最大変形時の様子を示す写真である。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、それぞれ、耐震性評価のための加力実験における、実施例５および実施例６の最大変形時の様子を示す写真である。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は、それぞれ、耐震性評価のための加力実験における、比較例１および比較例２の最大変形時の様子を示す写真である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る壁構造１０の平面図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、それぞれ、図１に示すＡ−Ａ断面に沿った断面図、図１に示すＢ−Ｂ断面に沿った断面図である。図１および図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、壁構造１０は、軸組２０、面材３０および支持体４０を備える。

軸組２０は、一対の横架材２２ａ、２２ｂおよび一対の鉛直材２４ａ、２４ｂを備える。軸組２０の材料は、軸組に一般的に用いられる材料であれば、特に限定されないが、たとえば、スギ、ヒノキ、ヒバなどの木材が挙げられる。

横架材２２ａは、たとえば、土台、梁、桁である。横架材２２ｂは、たとえば、梁、桁である。横架材２２ａ、２２ｂの長さは、特に限定されないが、通常９１０〜１８２０ｍｍ、横架材２２ａ、２２ｂの断面は、特に限定されないが、通常１５０〜４５０ｍｍである。

鉛直材２４ａ、２４ｂは、横架材２２ａまたは地面に対して垂直に立てられた柱である。鉛直材２４ａ、２４ｂの下端同士は横架材２２ａにより固定され、鉛直材２４ａ、２４ｂの上端同士は横架材２２ｂにより固定されている。鉛直材２４ａ、２４ｂおよび横架材２２ａ、２２ｂのみの状態では、鉛直材２４ａ、２４ｂおよび横架材２２ａ、２２ｂで囲まれる方形の開口部２６が形成される。

面材３０は、開口部２６を塞ぐように配置されている。本実施の形態では、開口部２６が下部、中央部、上部の３区画に分割され、各区画に面材３０がパーツとして設置されている。より具体的には、下部の区画に面材３０ａ、面材３０ａ’が厚み方向に積層され、中央部の区画に面材３０ｂ、面材３０ｂ’が厚み方向に積層され、上部の区画に面材３０ｃ、面材３０ｃ’が厚み方向に積層されている。面材３０は、圧縮強度が０．４Ｎ／ｍｍ^２以上で、かつ熱伝導率は、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の硬質性樹脂材料であれば特に限定されないが、ビーズ法ポリスチレンフォーム（ＥＰＳ）などの硬質性発泡材をコスト面や軽量化の点で好ましく用いることができる。

面材３０ａの厚さと面材３０ａ’の厚さを合わせた総厚は、６０〜１００ｍｍが好ましい。面材３０の総厚が６０ｍｍより薄いと、十分な強度を保つことができなくなる。面材３０の総厚が、１００ｍｍより厚いとコストや重量に見合うだけの強度が得られなくなる。

以下、下部の区画に設けられた面材３０ａ、面材３０ａ’を例にとって面材３０を説明する。面材３０ａおよび面材３０ａ’には、それぞれ対向面の中央部において水平方向に溝が設けられており、面材３０ａと面材３０ａ’を組み合わせたときに、当該一対の溝が合わさることにより中空部３２ａが形成される。言い換えると、面材３０には、水平方向に貫通する中空部３２ａが設けられている。中空部３２ａは、後述する支持体４０ａが設けられた軸組２０の内周面に対向する面材３０ａ、面材３０ａ’の両側面にそれぞれ開口を有する。

本実施の形態では、中空部３２ａの両側に沿って設置されたネジ５０により面材３０ａと面材３０ａ’とが固定されている。ネジ５０を固定する際に用いられるワッシャーとして、たとえば、パワーファスニング社製の樹脂ワッシャーを用いることが好ましい。これにより、ネジ５０部分における熱伝導を抑制し、壁構造１０の断熱性を高めることができる。

支持体４０は、軸組２０の内周面から軸組２０の開口部２６内に向けて突出した棒状の部材である。支持体４０の断面寸法は特に限定されないが、面材３０の厚み方向の長さは、面材３０の総厚に対して、８０％以下であることが好ましい。面材３０の厚み方向の支持体４０の長さが、面材３０の総厚の８０％を超えると、面材３０の強度を十分確保することができなくなる。

支持体４０の一方の端部は、鉛直材２４ａの内周面に設けられた凹部２３ａに填め込まれた状態で、たとえば楔を用いて固定されている。また、支持体４０の他方の端部は、鉛直材２４ｂの内周面に設けられた凹部２３ｂに填め込まれた状態で楔を用いて固定されている。本実施の形態では、支持体４０ａ、ｂ、ｃが、開口部２６の各区画にそれぞれ設置されている。

支持体４０ａは、中空部３２ａに固定されずに挿入されている。言い換えると、支持体４０ａは、中空部３２ａに直に接着または固着されない状態で、中空部３２ａに挿入されている。したがって、軸組２０が変形したときに、支持体４０ａは中空部３２ａ内でスライドし、面材３０ａ、面材３０ａ’に対する相対位置を変えることができる。これにより、軸組２０が変形した場合に、支持体４０が中空部３２内をスライドすることにより、面材３０ａ、面材３０ａ’にかかる応力を低減することができる。

本実施の形態に係る壁構造１０によれば、少なくとも以下に挙げる効果を得ることができる。

従来用いられていた、筋交いのような補強部材を用いることなく、簡便な構造にて耐震性を高めることができる。施工時において、軸組に応じた面材を填め込むだけで済むため、容易な作業にて壁構造を完成することができる。また、面材に熱伝導性の低い材料を用いることにより、壁構造１０に断熱性を付与することができ、断熱材などの設置が不要となるため、施工時間の短縮化および建設コストの低減を図ることができる。

また、本実施の形態のように、壁構造に用いる面材を複数の区画に分割して用意することにより、壁構造に必要な面材の持ち運びを容易にすることができる。

また、面材が樹脂材料で形成されているため、加工が容易であり、建築現場において、軸組の大きさに合わせて面材の大きさを容易かつ柔軟に調整することができる。

また、工場において面材を所定の規格に合わせて大量生産することで、建材コストの低減を図ることができる。

また、仮設住宅に上述した壁構造を採用することにより、断熱性能および耐震性能に優れた仮設住宅の建設を迅速かつ低コストで行うことが可能になると期待される。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る壁構造１０の平面図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、それぞれ、図３に示すＡ−Ａ断面に沿った断面図、図３に示すＢ−Ｂ断面に沿った断面図である。実施の形態２に係る壁構造１０の基本的な構造は、実施の形態１と同様である。また、実施の形態１の壁構造１０で得られる効果は、実施の形態２の壁構造１０においても得られる。以下、実施の形態２に係る壁構造１０の説明において、実施の形態１と同様な構成の説明を適宜省略する。

支持体４０の一方の端部は、鉛直材２４ａに設けられた切り欠き部２５ａに、ビスなどを用いて固定されている。また、支持体４０の他方の端部は、鉛直材２４ｂに設けられた切り欠き部２５ｂに、ビスなどを用いて固定されている。

軸組２０の開口を分割する各区画において、面材３０が厚み方向において一体成形されている点で実施の形態１と異なる。これにより、実施の形態１のように各区画において面材同士をネジなどで固定する必要がないため、建材コストの低減や工期の短縮を図ることができる。また、面材３０を一体成形した部材とすることにより、面材３０の強度が増すため、耐震性を高めることができる。

（変形例１）
図５は、変形例１に係る壁構造１０の平面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。変形例１の基本的な構造は、実施の形態２と同様である。以下、変形例１に係る壁構造１０の説明において、実施の形態２と同様な構成の説明を適宜省略する。

本変形例では、隣接する面材３０において、面材３０の当接部分が平板部３４および切り欠き部３５により断面Ｌ字状となっている。面材３０の厚さ方向における平板部３４と切り欠き部３５の位置関係は、隣接する面材３０で逆になっており、隣接する面材３０の平板部同士を当接させた状態で、隣接する面材が配置されている。これにより、面材間に隙間が生じることを抑制し、面材間の断熱性が低下することを抑制することができる。

（変形例２）
図７は、変形例２に係る壁構造の支持体に沿った断面図である。実施の形態１および２では、一本の支持体が面材の中空部分を貫通し、支持体の両端部がそれぞれ軸組に固定されているが、図７に示すように、支持体４０ａ、支持体４０ａ’が中空部３２ａ内で分離し、支持体４０ａ、支持体４０ａ’がそれぞれ鉛直材２４ａ、２４ｂに固定されていてもよい。これにより、鉛直材２４ａ、鉛直材２４ｂのいずれかが大きく変形した場合に、支持体４０ａ、支持体４０ｂのいずれかが中空部３２内をスライドすることにより、面材３０ａ、面材３０ａ’にかかる応力を低減することができる。

（変形例３）
図８は、変形例３に係る壁構造の平面図である。本変形例では、１枚の面材３０に対して、２本の支持体４０が設置されている。これによれば、各面材３０が軸組２０により確実に固定されるため、軸組２０が変形したときに、面材３０が軸組２０から外れることをより確実に抑制することができる。

上述の各実施の形態および各変形例では、いわゆる、真壁仕様の壁構造が例示されているが、真壁仕様には限定されず、大壁仕様としてもよい。また、一方の面を真壁仕様とし、他方の面を大壁仕様としてもよい（以下、このような仕様を「片寄せ真壁」とよぶ場合がある）

また、上述の各実施の形態および各変形例では、軸組２０の開口部２６を分割する複数の区画毎に面材がパーツとして用いられているが、軸組２０の開口部２６全体を実施の形態１のように２枚の面材３０を積層することで塞いだり、実施の形態２のように軸組２０の開口部２６全体を一体成形された面材３００で塞いだりしてもよい。

また、上述の各実施の形態および各変形例では、支持体４０が水平方向に設置されているが、支持体４０を鉛直方向に設置してもよい。

また、実施の形態１では、軸組の開口部２６を分割する各区画において、面材同士がビスにより固定されているが、固定方法はこれに限られず、面材同士を接着剤で固着してもよい。

以下、本発明の実施例を説明するが、これら実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。

実施例１〜６、比較例１〜２の壁構造の構造および寸法を表１に示す。表１中の硬質性発泡材は、熱伝導率が０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）のビーズ法ポリスチレンフォームである。また、表１中のスタイロフォーム（登録商標）の熱伝導率は０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

＜材料評価＞
実施例１〜６に用いた硬質性発泡材および比較例１に用いたスタイロフォームについて、縦横寸法５０×５０ｍｍ、厚さ１００ｍｍの試験片を作製した。各試験片について、圧縮試験機を用いて圧縮強度（Ｎ／ｍｍ^２）を測定した。得られた結果を表２に示す。

＜耐震性評価＞
実施例１〜６、比較例１〜２の壁構造について、以下の方法で耐震性を評価した。

反力フレームとしての溝型鋼に試験体の柱脚部をホールダウン金物を用いて固定し、試験体の桁にアクチュエータとロードセルを設置した。アクチュエータ先端に取り付けたロードセルにより水平荷重を計測し、反力フレームに取り付けた変位計により、桁および土台の水平変位、柱頭、柱脚部の引き抜け量を計測した。

目標変形角を、１／４５０、１／３００、１／２００、１／１５０、１／１００、１／７５、１／５０、１／３０、１／２０ｒａｄとして、正負交番加力を行った。加力時の載荷速度は、概ね１ｍｍ／ｓとした。１／２０ｒａｄの繰返し終了後、１／１５ｒａｄを超えるか、あるいは顕著な耐力低下が確認出来るまで一方向に単調載荷した。

実験から得られた荷重および各部の変位から試験体の荷重−変位関係を整理し、特定変形角における荷重を算出し包絡線を求めた。その際、３体の試験体の平均値を当該試験体の実験値として算出した。実験から得られた特定変形角における荷重−変形角関係を図９に示す。

荷重−変形角関係から木造軸組耐力壁の評価方法に従って、完全弾塑性にモデル化して壁倍率を算定した。壁倍率の算定結果および完全弾塑性にモデル化する際に求めた降伏耐力、終局耐力、最大耐力、塑性率を表３に示す。

表３に示すように、実施例２、４、６の壁構造では、比較例２と同様あるいはそれ以上の壁倍率が得られることが確認された。なお、実施例１、３、５の壁構造では、壁倍率という指標を用いると比較例２より下回るものの、下記に示すように、加力実験後の変形が比較例２に比べて顕著に抑制される。

図９〜図１２に、実施例１〜６、比較例１〜２の各試験体の耐震性評価のための加力実験における最大変形時の様子を示す。軸組のみの比較例１は、変形度合いが顕著であった。面材にスタイロフォームを用いた変形例２では、面材のずれ、軸組の隅角部への面材のめり込み、軸組の面外への面材のはらみが顕著であった。これに対して、実施例１〜６の試験体では、面材のずれ、軸組の隅角部への面材のめり込みが比較例２に比べて度合いが低減し、軸組の面外への面材のはらみについてが比較例２に比べて顕著に抑制されることが確認された。

＜断熱性評価＞
各試験体に対して、断熱性能試験を行い、熱貫流率を求めた。実施例１〜６の各試験体は、一般的な大壁タイプ（熱貫流率：０．４（Ｗ／ｍ^２・Ｋ））やコンクリート１５０ｍｍ壁タイプ（熱貫流率：０．６（Ｗ／ｍ^２・Ｋ））と同等もしくはそれ以上の断熱性能を持つことが確認された。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

１０壁構造、２０軸組、２２横架材、２４鉛直部材、３０面材、４０支持部材

Claims

軸組と、
前記軸組に固定されずに、前記軸組の開口を塞ぐように配置され、圧縮強度が０．４Ｎ／ｍｍ^２以上かつ熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の硬質性樹脂材料で形成された面材と、
前記軸組の内周面から前記軸組の開口内に向けて突出した棒状の支持体と、
を備え、
前記面材は、前記支持体の位置に合わせて、前記支持体が設けられた前記軸組の内周面に対向する前記面材の側面に開口を持つ中空部分を有し、
前記支持体が前記中空部分にスライド可能な状態で固定されずに挿入されていることを特徴とする壁構造。
前記面材が硬質性発泡材料である請求項１に記載の壁構造。
前記中空部分が前記面材の面方向に横断して設けられ、かつ、前記支持体が前記中空部分を貫通し、前記支持体の一方の端部が前記軸組の前記内周面に固定され、前記支持体の他方の端部が前記内周面と対向する前記軸組の他の内周面に固定されている請求項１または２に記載の壁構造。
前記面材が、前記軸組の開口を分割する複数の区画毎のパーツとして配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の壁構造。
前記面材が厚み方向において一体成形されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の壁構造。
前記面材が厚み方向に積層され、積層された面材同士が固定されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の壁構造。