JP6372235B2 - 耐力壁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、スチールハウスやプレハブハウスなどの構造物に使用される耐力壁に関する。

従来、構造物の壁や天井などの耐火性能を向上させるためには、壁や天井に使用される面材の目地から、火災時の熱、炎および煙が漏洩することを防止する必要がある。
このため、複数の面材を重ねて設ける場合に、それぞれの目地が面外方向に重ならないように、または重なる部分が少なくなるように面材を配置することが行われている。
例えば、特許文献１には、第１の耐火ボードの目地と、第１の耐火ボードと重なって設けられる第２の耐火ボードの目地とが、面外方向に重ならないように配置する形態が開示されている。
また、特許文献２には、下地面材は横目地となるように配置し、内装面材は縦目地となるように配置し、内装面材の縦目地に耐火目地材を挿入する形態が開示されている。

特開平９−００４０８８号公報 特開２００２−３６４１０４号公報

ところで、構造物の耐力壁には、孔部が形成された壁面材と、この壁面材に重なって設けられる耐火面材を有するものがある。このような耐力壁では、壁面材の孔部が耐火上の弱点となる虞がある。
また、このような耐力壁では、特許文献１および２のように、壁面材の目地と耐火面材の目地とを、面外方向に重ならないようにしたり、重なる部分が少なくなるようにしたりしても、耐火面材の目地と壁面材の孔部と重なる場合は、これらが重なる部分がさらに耐火上の弱点となる虞がある。

そこで本発明は、壁面材に孔部が形成されていても所望の耐火性能を有することができる耐火壁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る耐力壁は、孔部が形成された壁面材と、該壁面材に重ねて設けられる耐火面材と、を有する耐力壁において、前記孔部に、耐火材が充填され、前記壁面材には、前記孔部の縁部から面外方向の前記耐火面材が重ねて設けられている側と反対側に突出する筒状のリブが形成されていて、前記耐火材は、前記リブの内周面に接着されていることを特徴とする。

本発明では、孔部に耐火材が充填されていることにより、孔部の内側についても所望の耐火性能とすることができる。また、耐火面材の目地が壁面材の孔部と重なる場合も、これらが重なる部分から、火災時の熱、炎および煙が漏洩することを防止できる。
また、孔部に耐火材が充填されていることにより、耐力壁に地震力などの外力が作用した際の孔部の変形を防止し、壁面材が変形することを防止できる。
また、このような構成とすることにより、耐火材が孔部の内側に確実に保持され、地震などによる振動が生じても壁面材から離間することを防止できる。

また、本発明に係る耐力壁では、孔部が形成された壁面材と、該壁面材に重ねて設けられる耐火面材と、を有する耐力壁において、前記孔部に、耐火材が充填され、前記耐火材は、前記耐火面材に接着されていることを特徴としている。
本発明では、孔部に耐火材が充填されていることにより、孔部の内側についても所望の耐火性能とすることができる。また、耐火面材の目地が壁面材の孔部と重なる場合も、これらが重なる部分から、火災時の熱、炎および煙が漏洩することを防止できる。
また、孔部に耐火材が充填されていることにより、耐力壁に地震力などの外力が作用した際の孔部の変形を防止し、壁面材が変形することを防止できる。
また、このような構成とすることにより、耐火材と耐火面材との隙間がなくなるとともに、耐火材が孔部の内側に確実に保持され、地震などによる振動が生じても壁面材から離間することを防止できる。

また、本発明に係る耐力壁では、前記耐火材は、前記耐火面材に接着されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、耐火材と耐火面材との隙間がなくなるとともに、耐火材が孔部の内側に確実に保持され、地震などによる振動が生じても壁面材から離間することを防止できる。

また、本発明に係る耐力壁では、前記耐火材は、石膏体であることが好ましい。
このような構成とすることにより、火災が生じた際には、石膏体の加水分解による水分の蒸発熱により、温度の上昇を防止できる。

また、本発明に係る耐力壁では、前記耐火面材は、石膏ボードであり、前記孔部は、面外方向から見て円形に形成されているとともに、上下方向に等間隔をあけて１列に複数配置されていて、必要耐火時間に対して必要となる最小限の前記耐火材の厚さ寸法は、下記式（１）で表されることが好ましい。
耐火材の厚さ寸法（ｍｍ）＝{（必要耐火時間（分）＋６９．４）／４．７１−耐火面材の厚さ寸法（ｍｍ) }×壁面材の幅寸法（ｍｍ）×隣り合う孔部の間隔（ｍｍ) ／ (孔部の内径（ｍｍ）^２／４×π)・・・式（１）
このような構成とすることにより、耐火材の厚さを容易に算出できる。

また、本発明に係る耐力壁では、前記壁面材は、上下方向に延在し間隔をあけて配置された一対の枠材に接合されているとともに、前記孔部が上下方向に間隔をあけて１列に複数配置されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、耐力壁に外力が作用した場合に、壁面材に作用するせん断応力は、上下方向に隣り合う孔部の中心を結ぶ直線の中心部近傍に集中するとともに、孔部の中心を通る水平線よりも上側と下側とでは、互いに反対側となる水平方向のせん断応力が生じて互いに打ち消すため、壁面材の枠材側の周縁部近傍（枠材との接合部近傍）に作用するせん断応力は小さくなり、壁面材から枠材へ伝達される水平方向のせん断応力を減少させることができる。
これにより、従来では、壁面材から枠材に伝達する水平方向のせん断力に対応するために、枠材を中桟などで補強する必要があるが、本発明による耐力壁では、このような中桟などを設置しない構成とすることもできる。

本発明によれば、孔部に耐火材が充填されていることにより、孔部の内側についても所望の耐火性能とすることができるとともに、耐火面材の目地が壁面材の孔部と重なる場合も、これらが重なる部分から、火災時の熱、炎および煙が漏洩することを防止できるため、壁面材に孔部が形成されている耐力壁においても所望の耐火性能を有することができる。

本発明の実施形態による耐力壁の一例を示す分解斜視図である。 （ａ）は試験体を説明する斜視図、（ｂ）は試験体の孔部およびリブを説明する図である。 耐力壁に作用する荷重と変位角との関係を示すグラフである。 （ａ）は水平荷重が作用した際の従来の耐力壁の壁面材の様子を示す図、（ｂ）は水平荷重が作用した際の本発明の実施形態の耐力壁の壁面材の様子を示す図である。

以下、本発明の実施形態による耐力壁について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による耐力壁１は、上下方向に延びて幅方向に所定の間隔をあけて平行に配された一対の枠材２，２と、これらの一対の枠材２，２に接合されて、等間隔をあけて上下方向に１列に配列された複数の孔部３が形成された壁面材４と、壁面材４に重なるように設けられた耐火面材５と、壁面材４の孔部３に設置される石膏体（耐火材）６と、を備えている。

一対の枠材２，２は、例えば薄板軽量形鋼の溝形鋼や山形鋼などの形鋼で形成されている。
壁面材４は、平面視略矩形状の鋼板からなり、幅方向の一方の端部４ａが一対の枠材２，２のうちの一方の枠材２に接合され、幅方向の他方の端部４ｂが他方の枠材２に接合されている。
本実施形態では、壁面材４は、一方の面が一対の枠材２，２に接合されていて、他方の面に耐火面材５が貼りつけられている。

壁面材４に形成された複数の孔部３は、それぞれ面外方向から見て略同じ直径の円形状に形成されているとともに、隣り合う孔部３，３の中心軸間の距離（隣り合う孔部３，３の間隔）ｄが略同じ寸法となるように配置されている。
これらの孔部３は、壁面材４の幅方向の中心線上に沿って配列されている。

また、本実施形態では、壁面材４には、孔部３の縁部から一対の枠材２，２が接合されている側に突出する略円筒状のリブ（バーリング）７が形成されている。リブ７は、その板厚が壁面材４の孔部３が形成されていない部分の板厚と略同じ寸法となるように形成されている。
なお、リブ７は、略円筒状に形成されていてもよいし、孔部３の径方向の断面形状において、少なくとも基端側に、孔部３の中心軸側に凸となる円弧状で、先端側に向かうにつれて孔部３の中心軸に漸次近づくテーパ状となるテーパ部などが適宜形成されていてもよい。

耐火面材５は、例えば、石膏ボードやセメント板などの所定の耐火性能を有する面材で、壁面材４の一対の枠材２，２と接合されている側と反対側に貼りつけられて固定されている。本実施形態では、複数の耐火面材５が上下方向に配列されていて、上下方向に隣り合う耐火面材５，５の間には、目地５１が形成されている。

石膏体６は、例えば、石膏ボードをリブ７（孔部３）の内径と略同じ寸法の外径となるように円板状に形成した部材や、リブ７の内側に石膏ペーストを充填して硬化させた部材などで構成されている。そして、石膏体６は、その縁部がリブ７の内周面と隙間なく気密に当接していて、石膏体６がリブ７の内側に充填された状態となっている。また、石膏体６は、耐火面材５側の面が耐火面材５と隙間なく気密に当接している。
なお、石膏体６は、リブ７の内周面や、耐火面材５に接着剤などで接着されていてもよい。

このような石膏体６の厚さ寸法は、必要耐火性能（耐火時間）に合わせた寸法に設定されている。
必要耐火時間に対する石膏体６の最小限の厚さ寸法ｔは、例えば、下記の式（１）から算出できる。

石膏体６の厚さ寸法ｔ１（ｍｍ）＝{（必要耐火時間（分）＋６９．４）／４．７１−耐火面材５の厚さ寸法ｔ２（ｍｍ) }×壁面材４の幅寸法ｗ（ｍｍ）×隣り合う孔部３，３の間隔ｄ（ｍｍ) ／ (孔部３の内径ｒ（ｍｍ）^２／４×π)・・・式（１）
なお、式（１）を適用する場合は、耐火面材５は石膏ボードとしている。また、壁面材４の幅寸法ｗは、耐火面材５の幅寸法と等しいものとする。

上記の式（１）は、耐火実験をシミュレーションした解析から導出している。
この解析は、建築に用いられる実大の壁を対象に、耐火実験に適用される壁の大きさ（横３ｍ×縦３．１５４ｍ）の耐火実験シミュレーション解析である。
このとき、壁仕様としては、実際に使われる骨組み、枠材、面材、仕上げ材、断熱材等の仕様にてシミュレーションを行う。
一般に、耐火対象物の火災時の温度上昇は、石膏部材から放出される水蒸気による冷却効果にて抑えられるとされるため、今回の壁仕様についても同様に石膏部材の量にて性能を評価できる。
その評価結果を設計式にしたものが、上記の式（１）である。

下記の表１には、必要耐火時間、壁面材４の幅寸法ｗ、耐火面材５の厚さ寸法ｔ２、孔部３の内径ｒ、隣り合う孔部３，３の間隔ｄと、式（１）から算出された石膏体６の厚さｔ１が示されている。

そして、必要となる石膏体６の厚さ寸法ｔ１が算出されたら、この厚さ寸法ｔ１以上の厚さの石膏体６をリブ７の内側に設置する。
なお、石膏体６に石膏ボードを使用する場合は、算出された石膏体６の厚さ寸法以上となるように、リブ７の内側に複数の石膏ボードを隙間なく重ねて設置してもよい。
また、石膏体６に石膏ペーストを使用する場合は、算出された石膏体６の厚さ寸法ｔ１以上となるように、リブ７の内側に石膏ペーストを充填する。なお、算出された石膏体６の厚さ寸法ｔ１が、リブ７の高さ寸法よりも大きい場合は、リブ７の先端部に連続するように石膏ペーストを充填するための枠体などを設けてもよい。

続いて、本実施形態による耐力壁１のように孔部３（リブ７の内側）に石膏体６が設置された耐力壁と、従来の耐力壁のように孔部３に石膏体６が設置されていない耐力壁とについて、幅方向に荷重が作用した場合の、それぞれの荷重と、耐力壁の変位角との関係について説明する。
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、２つの耐力壁の試験体１Ａ，１Ｂは、それぞれ、壁面材４の高さ寸法が２６７０ｍｍ、幅寸法が４３３ｍｍ、厚さ寸法が１．２ｍｍに形成されている。そして、壁面材４には、上下方向に１列に配列された複数の孔部３およびリブ７が形成されている。そして、複数の孔部３は、それぞれ内径が１２０ｍｍに形成され、複数のリブ７は、それぞれ高さ寸法が１５ｍｍ、厚さ寸法が１．２ｍｍに形成されている。
これらの２つの試験体１Ａ，１Ｂのうち、一方の試験体１Ａには、孔部３に石膏体６（図１参照）が設置されていて、他方の試験体１Ｂには、孔部３に石膏体６が設置されていない。
そして、それぞれの試験体１Ａ，１Ｂの下端部を固定し、上端部に幅方向（水平方向）の一方側から荷重を作用させて、試験体１Ａ，１Ｂの変位角を測定した。

図３に示すように、孔部３に石膏体６が設置された試験体１Ａのほうが、孔部３に石膏体６が設置されていない試験体１Ｂと比べて、幅方向の荷重が作用した際の変位角が小さいことがわかる。
そして、孔部３に石膏体６が設置されていない耐力壁１Ｂでは、幅方向の荷重が作用すると、図４（ａ）に示すように、孔部３が幅方向に対して斜め方向に変形するが、孔部３に石膏体６が設置されている耐力壁では、図４（ｂ）に示すように、石膏体６が孔部３の試験体１Ｂのような変形を抑制するため、試験体１Ｂの変位角と比べると試験体１Ａの変位角が小さいことがわかる。

次に、上述した耐力壁１の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本実施形態による耐力壁１では、孔部３に石膏体６が設置されていることにより、孔部３の内側についても所望の耐火性能とすることができる。また、耐火面材５の目地５１が壁面材４の孔部３と重なる場合においても、耐火面材５の目地５１から、火災時の熱、炎および煙が漏洩することを防止できる。
また、孔部３に石膏体６が設置されていることにより、耐力壁１に外力が作用した際の孔部３の変形を防止できて壁面材４が変形することを防止できる。

また、石膏体６は、リブ７内周面に接着されていることにより、石膏体６を孔部３３の内側に確実に保持することができ、地震などによる振動が生じても石膏体６が壁面材４から離間することを防止できる。
また、石膏体６は、耐火面材５に接着されていることにより、石膏体６と耐火面材５との隙間がなくなるとともに、耐火面材５が石膏体６を孔部３の内側に確実に保持することができる。
また、石膏体６は、火災が生じた際に、加水分解による水分の蒸発熱により、温度の上昇を防止できるため、耐力壁１の耐火性能を向上させることができる。

また、壁面材４は、上下方向に延在し間隔をあけて配置された一対の枠材２，２に接合されているとともに、複数の孔部３が上下方向に間隔をあけて１列に配置されていることにより、耐力壁１に外力が作用した場合に、壁面材４に作用するせん断応力は、上下方向に隣り合う孔部３の中心を結ぶ直線の中心部近傍に集中するとともに、孔部３の中心を通る水平線よりも上側と下側とでは、互いに反対側となる水平方向のせん断応力が生じて互いに打ち消すため、壁面材４の枠材２，２側の周縁部近傍（枠材２，２との接合部近傍）に作用するせん断応力は小さくなり、壁面材４から枠材２，２へ伝達される水平方向のせん断応力を減少させることができる。
これにより、従来では、壁面材４から枠材２，２に伝達する水平方向のせん断力に対応するために、枠材２，２を中桟などで補強する必要があるが、本実施形態による耐力壁１では、このような中桟などを設置しない構成とすることもできる。

以上、本発明による耐力壁の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、耐火材を石膏体６としているが、例えば、ケイ酸カルシウム板、セメント板、火山性ガラス質複層板などの石膏以外の材料、または、石膏と石膏以外の材料の材料で形成された耐火材を用いてもよい。
また、上記の実施形態では、石膏体６は、リブ７の内周面および耐火面材５に接着されているが、接着されていなくてもよい。なお、石膏体６は、リブ７の内周面および耐火面材５と隙間なく気密に当接していることが好ましい。
また、石膏体６の厚さ寸法は、上記の式（１）を使用せずに算出（設定）してもよい。

また、上記の実施形態では、壁面材４には、リブ７が形成されているが、形成されていなくてもよい。この場合、石膏体（耐火材）６を孔部３の内側に設置するための保持部材を適宜設けてよい。
また、上記の実施形態では、孔部３は円形に形成されているが、円形以外に形成されていなくてもよい。
また、上記の実施形態では、複数の孔部３が上下方向に１列に配列されているが、孔部３の数や配置は、適宜設定されてよい。
また、上記の実施形態では、壁面材４が、上下方向に延びて互いに所定の間隔をあけて平行に配された一対の枠材２，２に接合されているが、壁面材４が接合される枠材の形状は適宜設定されてよい。また、一対の枠材２，２に代わって壁面材４が構造物の躯体などに接合されていてもよい。

１ 耐力壁
３ 孔部
４ 壁面材
５ 耐火面材
６ 石膏体
７ リブ

Claims (6)

1. 孔部が形成された壁面材と、該壁面材に重ねて設けられる耐火面材と、を有する耐力壁において、
   前記孔部に、耐火材が充填され、
   前記壁面材には、前記孔部の縁部から面外方向の前記耐火面材が重ねて設けられている側と反対側に突出する筒状のリブが形成されていて、
   前記耐火材は、前記リブの内周面に接着されていることを特徴とする耐力壁。
2. 前記耐火材は、前記耐火面材に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の耐力壁。
3. 孔部が形成された壁面材と、該壁面材に重ねて設けられる耐火面材と、を有する耐力壁において、
   前記孔部に、耐火材が充填され、
   前記耐火材は、前記耐火面材に接着されていることを特徴とする耐力壁。
4. 前記耐火材は、石膏体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の耐力壁。
5. 前記耐火面材は、石膏ボードであり、前記孔部は、面外方向から見て円形に形成されているとともに、上下方向に等間隔をあけて１列に複数配置されていて、
   必要耐火時間に対して必要となる最小限の前記耐火材の厚さ寸法は、下記式（１）で表されることを特徴とする請求項４に記載の耐力壁。
   耐火材の厚さ寸法（ｍｍ）＝{（必要耐火時間（分）＋６９．４）／４．７１−耐火面材の厚さ寸法（ｍｍ) }×壁面材の幅寸法（ｍｍ）×隣り合う孔部の間隔（ｍｍ) ／ (孔部の内径（ｍｍ）２／４×π)・・・式（１）
6. 前記壁面材は、上下方向に延在し間隔をあけて配置された一対の枠材に接合されているとともに、前記孔部が上下方向に間隔をあけて１列に複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の耐力壁。

Images