JP6103882B2 - ハット形鋼 - Google Patents

Description

この発明は、建物の内部構造材（柱材、梁材、母屋、横桟等）の屋外側に固定され、外壁パネル、屋根パネル（デッキプレート含む。）などの各種面材を取り付けるために用いられる下地材の技術分野に属し、更にいえば、断面形状に工夫を施したハット形鋼に関する。

従来、外壁パネル等の面材を取り付けるために用いられる下地材（胴縁）に関する発明は、種々開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

ところで、このような胴縁等の下地材に外壁パネルを取り付けてなる外壁パネルの取付構造に求められる性能としては、例えば、火災時の非損性や遮熱性、雨水などに対する気密性の他に、風荷重が作用する時の外壁パネルの耐力や胴縁等の下地材と外壁パネルとの接合耐力を保有していることが知られている。ここで、胴縁等の下地材と外壁パネルとの接合耐力を向上させるには、胴縁等の下地材と外壁パネルとを接合する接合部材であるドリリングタッピンねじ等の定着具の本数を増やすこと、該定着具の大きさを大きくすること、胴縁等の下地材の設置間隔を密にすることが挙げられる。特に、地上からの建物高さ３１ｍを超える部分に外壁パネルを取り付ける場合には、風荷重が大きくなるため、踏み込んだ対策が必要となる。

特許文献１には、図１、図２、及び図１０に示すように、鋼製胴縁（構造材６６）に、対向する金属外皮１、２間に断熱材３が充填された断熱パネル（外壁パネル）Ａを取り付けてなる建物外壁構造が開示されている（同文献１の段落［００３３］〜［００３６］等を参照）。
図１では、構造材６６である柱（角形鋼管）の両側面に、一対の断面Ｌ字状の固定金具（アングル材）６７を、該柱の一側面部と面一となるように接合した鋼製胴縁が開示されている。また、図２では、角形鋼管からなる鋼製胴縁が開示されている。

特許文献２には、図１と図９に示すように、断熱パネル（外壁パネル）８を金属製の下地材３と接続金具４で電気的に接続すると共に、金属製の下地材３を接地してなる建物の避雷構造が開示されている（請求項２等を参照）。
図１では、角形鋼管からなる鋼製胴縁が開示され、図９では、パネル長さ方向に長い矩形角形鋼管からなる鋼製胴縁が開示されている。

前記特許文献１にかかる建物外壁構造は、図１では、角形鋼管の両側面に設けられた一対のアングル材と外壁パネルとの当接面に、ドリリングタッピンねじ等の定着具６５を左右に２本貫通させることにより鋼製胴縁に外壁パネルが取り付けられている。図２では、角形鋼管の一側面と外壁パネルとの当接面に、ドリリングタッピンねじ等の定着具を左右に２本貫通させることにより鋼製胴縁に外壁パネルが取り付けられている。
前記特許文献２にかかる建物の避雷構造は、図１では、角形鋼管の一側面と外壁パネルとの当接面に、ドリリングタッピンねじ等の定着具５７を左右に２本貫通させることにより鋼製胴縁に外壁パネルが取り付けられている。図９では、矩形角形鋼管の一側面と外壁パネルとの当接面に、ドリリングタッピンねじ等の定着具を左右に２本貫通させることにより鋼製胴縁に外壁パネルが取り付けられている。

なお、前記特許文献１、２にかかる鋼製胴縁は、図示例では、水平方向に隣接する外壁パネルの端部同士の接合部位（縦目地部）に跨るように配設しているが、外壁パネルの中間部でも同様に、鋼製胴縁と外壁パネルとの当接面にドリリングタッピンねじ等の定着具を左右に２本貫通させることにより鋼製胴縁に外壁パネルが取り付けられる。

ちなみに、前記特許文献１、２で用いる外壁パネルは共通して、対向する金属外皮（金属板）間に断熱材（パネル芯材）が充填されてなり、その上端部のみを、水平方向へ配設した定着具で取り付ける構成で実施している（同文献１の図１０、同文献２の図７を参照）。
その他の外壁パネルとして、例えば特許文献３には、対向する金属製表面材１と裏面材（非金属製でも可）２との間に合成樹脂発泡体よりなるパネル芯材３が充填された建築用パネルＡが開示されている。この建築用パネル（外壁パネル）Ａもまた、上記特許文献１、２に係る外壁パネルと同様に、その上端部のみを、水平方向へ配設した固定具（定着具）βで取り付ける構成で実施している（同文献３の図３、図７〜図１１を参照）。

特許第４８０１４０１号公報 特開２００８−２８０７８８号公報 特開２０１２−１２２２２５号公報

上記特許文献１、２に係る鋼製胴縁は、１本の鋼製胴縁毎に２本の定着具をバランスよく取り付けて実施しているので、外壁パネルに求められる鋼製胴縁への所定の取付強度は達成できる。
しかし、前記外壁パネルは、定着具の取付部位が上端部のみと制限されているので（前記段落[０００８]参照）、外壁パネルの鋼製胴縁への取付強度を効率よく向上させることができれば、風圧力が強い地域、又は高層建物で実施する場合などを考慮すると、有益であることは明らかである。もとより、定着具を上端部のみならず下端部でも取付可能な構成の外壁パネルにおいても、有益であることは明らかである。

そこで特許文献１について検討すると、図１にかかる鋼製胴縁は、図２にかかる角形鋼管で形成した鋼製胴縁と比し、角形鋼管の両側面に一対のアングル材を接合することにより、左右の定着具の設置間隔を広く設定できるので、該定着具の取付強度、ひいては外壁パネルの鋼製胴縁への取付強度を向上させてはいる。
しかし、一対のアングル材を角形鋼管の軸方向の所要部位に複数接合する必要があるので、部材点数、及び接合作業（溶接作業）を行う加工コストが嵩み、部材単価が高騰する。よって、鋼製胴縁は建物の外周に沿って多数用いられることを勘案すると、効率がよいとは云えず、改善の余地が認められる。

また、特許文献２について検討すると、図９にかかる鋼製胴縁は、図１にかかる角形鋼管で形成した鋼製胴縁と比し、パネル長さ方向に長い矩形角形鋼管を用いて左右の定着具の設置間隔を広く設定できるので、該定着具の取付強度、ひいては外壁パネルの鋼製胴縁への取付強度を向上させてはいる。
しかし、パネル長さ方向に長い矩形角形鋼管は、角形鋼管と比し、断面積が大きくなり、部材単価も嵩む。よって、鋼製胴縁は建物の外周に沿って多数用いられることを勘案すると、やはり効率がよいとは云えず、改善の余地が認められる。

そこで、本発明は、上述した背景技術の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、外壁パネル、屋根パネル（デッキプレート含む。）などの各種面材を取り付けるために用いられる下地材（例えば、胴縁）について、効率的にコスト改善を図ることを可能とすることにある。
具体的に、本発明の目的は、断面形状において、ウエブの傾斜部の下フランジ面に対する傾斜角度に工夫を施すことにより、角形鋼管で形成した場合と比し、部材単価を抑えつつ前記各種面材の取付強度を効率よく向上させることができる、経済的かつ合理的なハット形鋼を提供することにある。

上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るハット形鋼は、面材を取り付けるために用いられるハット形鋼であって、
建物の内部構造材の屋外側に当接する上フランジと、該上フランジの両端部から屋外側へほぼ直角に屈曲連設され所定の部位から幅広に傾斜する一対のウエブと、該一対のウエブの先端から外方へ屈曲連設され前記面材の内側面に当接する一対の下フランジとで断面ハット状に形成されていることを特徴とする。

請求項２記載した発明は、請求項１に記載したハット形鋼において、板厚が２．３〜４．５ｍｍ、上フランジ幅が７５〜２００ｍｍ、ウエブ長が全体で、５０〜１５０ｍｍ、該ウエブの傾斜部の下フランジ面に対する傾斜角度が５〜８１度、下フランジ幅が３０〜１００ｍｍであることを特徴とする。

本発明に係るハット形鋼によれば、以下の効果を奏する。
１）左右一対のウエブの下端部（脚部）を傾斜させた断面ハット状に形成して実施するので、傾斜面を形成することによって面材（例えば、外壁パネル）取付部に作用する曲げモーメントの流れを分散させることができ、該取付部に生じる応力を低減させ得る。そのため、ハット形のごとく開口断面に形成したことによる前記取付部の強度低下が抑制され、安定した取付強度を発揮することができる。
よって、従来の角形鋼管からなる鋼製胴縁、或いは角形鋼管と一対のアングル材とを組み合わせてなる鋼製胴縁と比し、部材単価を抑えつつ前記外壁パネル等の面材のハット形鋼への取付強度を効率よく向上させることができる。
２）これに伴い、前記ハット形鋼を用いて構築した面材（例えば、外壁パネル）の取付構造は、従来の鋼製胴縁を用いた外壁パネル（面材）の取付構造と比し、経済的かつ合理的に強度および剛性を高めることができる。かくして、従来実施化が懸念されていた、風圧力が強い地域、又は高層建物でも実施することが可能となった。
３）付随的効果として、前記面材（例えば、外壁パネル）の下地材（例えば、胴縁）への取付強度を補強するべく、ワンサイドリベット（図示略）を用いることがあるが、このワンサイドリベットの取付位置には通常、アングル材が介在物として用いられ、該アングル材は下地材（例えば、胴縁）に添設する必要があった。本発明にかかるハット形鋼は、前記アングル材に相当する下フランジが予め備わっているので、下準備なしで経済的かつ合理的にワンサイドリベットの打ち込み作業を行うことができる。

本発明に係るハット形鋼を用いた外壁パネルの取付構造の実施例を概略的に示した斜視図である。 図１の要部（外壁パネル中間部の取付構造）を拡大して示した平面図である。 図１の要部（外壁パネル端部の取付構造）を拡大して示した平面図である。 ハット形鋼を示した平面図である。 外壁パネルの取付構造のバリエーションを示した平面図である。 （Ａ）は、固定点Ｘにおける傾斜角度（θ）を変数とし、ハット形鋼に作用する曲げモーメントを表したモデル図であり、（Ｂ）は、前記モデル図をもとに傾斜角度（θ）と曲げモーメントとの関係を表したグラフである。

次に、本発明に係るハット形鋼の実施例を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は、本発明に係るハット形鋼の実施例を示している。このハット形鋼２は、
外壁パネル、屋根パネル（デッキプレート含む。）などの各種面材(図示例では、外壁パネル１）を取り付けるための下地材(図示例では鋼製胴縁）として用いられ、建物の内部構造材（図示例では梁材）３の屋外側に当接する上フランジ２１と、該上フランジ２１の両端部から屋外側へほぼ直角に屈曲連設され所定の部位から幅広に傾斜する一対のウエブ２２、２２と、該一対のウエブ２２、２２の先端から外方へ屈曲連設され前記外壁パネル１等の面材の内側面に当接する一対の下フランジ２３、２３とで断面ハット状に形成されている。

図示例にかかる前記ハット形鋼２は、建物の内部構造材３の屋外側にピースアングル等の固定部材５で固定され、当接された一対の下フランジ２３、２３及び外壁パネル１の内側面に屋外側から屋内側へドリリングタッピンねじ等の定着具４が貫通されて外壁パネル１が取り付けられている。図１中の符号６は、縦目地部を示している。
ちなみに、前記定着具４は、ドリリングタッピンねじ（軸径４．８〜８．０ｍｍ程度）の他、ワンサイドリベット（軸径３．０〜７．７ｍｍ程度）で実施することもできる（両者の併用も可）。このワンサイドリベットは、屋内側から屋外側へ通して定着させる場合に好適に用いられる。

前記外壁パネル１は、一例として、対向する金属板の間に断熱材が充填されてなり、その上端部のみを、水平方向へ配設した定着具４で取り付ける構成で実施している。具体的な構成は、前記特許文献１、２に、より詳細に示されている。ただし、前記外壁パネル１は、金属板と非金属板とを対向させ、その間にパネル芯材を充填させた構成でも同様に実施できる。また、定着具４を上端部のみならず下端部でも取付可能な構成の外壁パネルでも同様に実施できる。

前記ハット形鋼２は、冷間成形等で、上述したように、左右一対のウエブ２２、２２の下端部（脚部）を傾斜させた断面ハット状に形成されている。本実施例にかかるハット形鋼２は、板厚が３．２ｍｍ程度、上フランジ２１の幅が１００ｍｍ程度、ウエブ２２の長さが傾斜部を含めて１００ｍｍ程度、該ウエブ２２の傾斜部の下フランジ２３面に対する傾斜角度（θ）が７１度程度、下フランジ２３の幅が３５ｍｍで実施されている（図４参照）。
なお、前記ハット形鋼２の形態はこれに限定されるものではなく、板厚が２．３〜４．５ｍｍ、上フランジ２１の幅が７５〜２００ｍｍで、ウエブ２２の長さが傾斜部を含めて５０〜１５０ｍｍ、該ウエブ２２の傾斜部の下フランジ２３面に対する傾斜角度が５〜８１度、下フランジ２３の幅が３０〜１００ｍｍ、の範囲内であればよい。
また、前記ハット形鋼２の上フランジ２１の端部から所定の部位までのウエブ２２の直線長さは、本実施例では８０ｍｍ程度で実施している。この数値は、該ウエブ２２の外面に当接する前記ピースアングル等の固定部材５の水平方向への突き出し長さより長く設定することを条件に適宜設計変更される。
ちなみに、本実施例にかかるピースアングル（固定部材）５は、前記梁材（Ｈ形鋼）３の下フランジの下面と前記ハット形鋼２の一側のウエブ２２の外面に均等に跨るように当てがわれ、溶接等の接合手段により接合して固定される。
上記構成のハット形鋼２は、左右一対のウエブ２２、２２の傾斜部の下フランジ２３面に対する傾斜角度（θ）の関係に比例して（該傾斜角度が大きくなるほど）、下フランジ２３の変形が小さくなる特徴がある。

前記建物の内部構造材３は、本実施例では梁材で実施しているがこれに限定されず、図５に示すように、柱材３’等の建物躯体であれば同様に実施できる。
ちなみに、前記柱材３’にハット形鋼２を固定する場合は、該柱材（Ｈ形鋼）３’のフランジ面の外面中央部にハット形鋼２の上フランジ２１を当接させ、該柱材３’のフランジ面とハット形鋼２の一側のウエブ２２とが形成するコーナー部に沿って鉛直方向にピースアングル等の固定部材５’を当てがい、溶接等の接合手段により接合して固定する。

かくして、前記ハット形鋼２は、前記建物の内部構造材（柱材）３’へ、ピースアングル等の固定部材５’を介して固定され、前記外壁パネル１は、前記ハット形鋼２へ、ドリリングタッピンねじ等の定着具４を介して固定される。
隣接する前記外壁パネル１、１の接合部は、図３に示すように、各外壁パネル１、１の端部から突き出た支持片１ａ、１ａ同士を突き合わせ、該突き合わせ部に屋外側からパッキン材７及びシーリング材８を充填する等して縦目地部６が形成される。

本発明は、部材単価を抑えつつ外壁パネル１（各種面材）に対する取付強度を向上させるべく、断面ハット状に形成した点、また、該断面ハット状の左右一対のウエブ２２、２２の下端部を傾斜させた点、さらには、前記段落［００２３］で説明した寸法範囲に基づいて形成（成形）した点、を主たる特徴点としている。
以下、これらの特徴点の意義について説明する。

前記断面ハット状に形成した意義は、前記定着具４を左右の２箇所止めで実施する場合、左右の定着具４、４の間隔は、狭いより広い方が、外壁パネル１に対する取付強度が向上することを考慮したからである。この点、前記特許文献１に係る鋼製胴縁は、角形鋼管の両側面に一対のアングル材を接合することにより、左右の定着具４の間隔を広く設定できるが、部材単価が高騰する。これに対し、断面ハット状に形成すると、部材単価（断面積）を抑えつつ、単一部材で左右の定着具４の間隔を広く設定できるので至極合理的である。

また、前記断面ハット状の左右一対のウエブ２２、２２の下端部を傾斜させた意義は、開口断面を有する断面ハット状に形成したが故に、左右の定着具４、４の取付部に作用する曲げモーメントにより該取付部の強度低下が懸念されるため、これをできるだけ抑制するためである。
本出願人が行った実験結果を図６に示す。図６（Ａ）は、固定点Ｘにおける傾斜角度（θ）を変数とし、ハット形鋼２に作用する曲げモーメントを表したモデル図である。図６（Ｂ）は、前記モデル図をもとに傾斜角度（θ）と取付部に作用する曲げモーメントとの関係を表したグラフである。該グラフの縦軸は、傾斜角度（θ）の傾斜付きハット形鋼を使用した場合のドリリングタッピンねじ取付部に作用する曲げモーメントの値（以下、単に傾斜値という。）を、傾斜角度０度の通常のハット形鋼を使用した場合のドリリングタッピンねじ取付部に作用する曲げモーメントの値（以下、単に通常値という。）で除した数値を示している。
図６（Ｂ）から明らかなように、傾斜角度（θ）を徐々に大きくすると、前記傾斜値は、前記通常値に対して徐々に低下していくことが分かる。これは、傾斜面を形成することによって前記取付部に作用する曲げモーメントの流れを分散させることができ、該取付部に生じる応力を低減させ得ることによる。そのため、前記取付部の強度低下（変形）が抑制され、安定した取付強度を発揮することができるのである。
ちなみに、前記ウエブ２２の下端部のみを傾斜させ、上端部を直線状とした（傾斜させない）のは、ピースアングル等の固定部材５を用いて建物の内部構造材へ安定した状態で固定できるようにした構造設計上の配慮による。

さらに、前記段落［００２３］で説明した寸法範囲に基づいて形成した意義は、経済性、加工容易性、使い勝手の良さ（軽量且つコンパクト）、及び構造設計等の諸条件を考慮した結果である。例えば、前記ウエブ２２の傾斜部の下フランジ２３面に対する傾斜角度を５〜８１度としたのは、５度より小さいと製品形状の誤差があり実質傾斜角度がない場合と同程度になることと、前記取付部の強度低下が懸念され、８１度より大きいと前記ピースアングル等の固定部材５との当接面を確保しづらいからである。

したがって、上記構成のハット形鋼２は、左右一対のウエブ２２、２２の下端部（脚部）を傾斜させた断面ハット状に形成しているので、従来の角形鋼管からなる鋼製胴縁、或いは角形鋼管と一対のアングル材とを組み合わせてなる鋼製胴縁と比し、部材単価を抑えつつ前記外壁パネル１のハット形鋼２への取付強度を効率よく向上させることができる。
よって、前記ハット形鋼２を用いて構築した外壁パネル１等（面材）の取付構造は、従来の鋼製胴縁を用いた外壁パネル１等（面材）の取付構造と比し、経済的かつ合理的に強度および剛性を高めることができる。かくして、従来実施化が懸念されていた、風圧力が強い地域、又は高層建物（建物高さ３１ｍ以上）でも実施することが可能となった。
また、付随的効果として、前記外壁パネル１の鋼製胴縁への取付強度（嵌合強度）を補強するべく、ワンサイドリベット（図示略）を用いることがあるが、このワンサイドリベットの取付位置には通常、アングル材が介在物として用いられ、該アングル材は胴縁に添設する必要があった。この点、前記ハット形鋼２は、前記アングル材に相当する下フランジが予め備わっているので、下準備なしで経済的かつ合理的にワンサイドリベットの打ち込み作業を行うことができる。

以上、実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
例えば、本発明にかかるハット形鋼２は、外壁パネル１を取り付けるための鋼製胴縁（下地材）に適用した場合について説明したが、これに限定されず、屋根パネル（デッキプレート含む。）などの各種面材を取り付けるための下地材として適用することもできる。

１ 外壁パネル
１ａ 支持片
２ ハット形鋼
３ 内部構造材（梁材）
３’ 内部構造材（柱材）
４ ドリリングタッピンねじ（定着具）
５ ピースアングル（固定部材）
５’ ピースアングル（固定部材）
６ 縦目地部
７ パッキン材
８ シーリング材
２１ 上フランジ
２２ ウエブ
２３ 下フランジ

Claims (2)

1. 面材を取り付けるために用いられるハット形鋼であって、
   建物の内部構造材の屋外側に当接する上フランジと、該上フランジの両端部から屋外側へほぼ直角に屈曲連設され所定の部位から幅広に傾斜する一対のウエブと、該一対のウエブの先端から外方へ屈曲連設され前記面材の内側面に当接する一対の下フランジとで断面ハット状に形成されていることを特徴とする、ハット形鋼。
2. 板厚が２．３〜４．５ｍｍ、上フランジ幅が７５〜２００ｍｍ、ウエブ長が全体で、５０〜１５０ｍｍ、該ウエブの傾斜部の下フランジ面に対する傾斜角度が５〜８１度、下フランジ幅が３０〜１００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載したハット形鋼。

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