TW202319625A - 木結構耐力牆、木結構耐力牆的施工方法、木結構耐力牆的牆倍率增大方法、及石膏系耐力面材 - Google Patents

木結構耐力牆、木結構耐力牆的施工方法、木結構耐力牆的牆倍率增大方法、及石膏系耐力面材 Download PDF

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Abstract

在無需附加安裝加強材或加固材，也無需增大石膏系面材料之比重及/或板厚的條件下，可提高木結構耐力牆之牆倍率。石膏系耐力面材10由主材或芯材以及覆蓋主材或芯材的至少表背面的紙部件構成，且該主材或芯材由混合有無機纖維及有機系強度強化材的板狀石膏硬化體形成，可發揮500N以上的釘側面抵抗。該耐力面材具有6.5~8.9kg/m 2之範圍內的面密度以及6.5N/mm 2以上的壓縮強度，在耐力牆的面內剪切試驗中，發揮出大於20×10 -3rad的極限變位(δu)以及2.0kN/10 -3rad以上的初期剛性(K)，不僅是極限變位的增大，透過降伏點變位(δv)的降低，也能提高塑性率(μ)，從而可有效果或有效率地提高木結構耐力牆之牆倍率及短期基準剪切耐力(P0)。

Description

木結構耐力牆、木結構耐力牆的施工方法、木結構耐力牆的牆倍率增大方法、及石膏系耐力面材
本發明係關於木結構耐力牆(承重牆，load-bearing wall)、木結構耐力牆的施工方法、木結構耐力牆的牆倍率增大方法、及石膏系耐力面材。更詳細為，關於一種無需依賴於面材料本身的最大耐力的增大、極限變位的增大或者設置附加性的加強材或加固材等，亦能增大牆倍率(wall magnification)的木結構耐力牆、木結構耐力牆的施工方法、木結構耐力牆的牆倍率增大方法及石膏系耐力面材。
發明背景 一般而言，木結構建築物的施工方法大致可分為木造軸架工法(wooden framework construction method)及木造框架壁工法(wooden framework wall construction method)。因近年大規模地震等的影響，關於木結構建築物抗震性等的研究在我國(日本國)尤其受到關注。如專利文獻1(國際公開公報WO2019/203148A1)所述，在我國(日本國)的建築設計實務中，作為評價抵抗短期水平負荷(地震力、風壓等)的木結構建築物強度的指標，一般使用結構耐力(structural resistance)方面有效的耐力牆的軸架長度(建築平面圖中牆壁的長度)。計算軸架長度時，使用與耐力牆的結構相應的牆倍率。牆倍率係耐力牆的抗震性能或強度性能之指標，其數值越大，抗震強度也越大。牆倍率數值較大的壁結構有利於提高建築物整體之設計自由度及抗震性。
多年以來在我國(日本國)使用的通用的木結構耐力牆的牆倍率，其依據建築基準法實行令第46條、建設省公告第1100號(昭和56年6月1日)以及國土交通省公告第1541號(平成13年10月15日)的規定。另一方面，關於不屬於該通用的壁結構的近年多見的耐力牆，則需要根據同條第4項表1(八)規定之國土交通大臣的認定，規定牆倍率。因此，近年施工的較多的木結構耐力牆的牆倍率，需要根據指定的性能評價機關實施的性能試驗設定牆倍率，而該性能試驗的試驗方法等被詳細記載於各試驗･檢查機關公佈的“木造耐力牆及其倍率性能試驗･評價業務方法書”等中。
根據“木造耐力牆及其倍率性能試驗･評價業務方法書”等多個文獻中的記載，作為求出木結構耐力牆之牆倍率的性能試驗，進行耐力牆的面內剪切試驗。在該試驗中，對耐力牆試驗體反復施加規定的水平負荷，求出水平負荷與剪切變形角之間的関係等。
圖1係以包絡線(實線表示)例示透過面內剪切試驗所獲得的負荷-變形角曲線的線圖。在圖1中，以單點鏈線表示將負荷-變形角曲線的包絡線變換成完全彈塑性模式的負荷-變形角特性的線性圖。完全彈塑性模式由表示初期剛性K的線形彈性域的一次函數直線(Y=KX)、從降伏點σs平行於X軸延伸的塑性變形域(塑性域)的直線(Y=Pu)構成。降伏點σs表示彈性極限。初期剛性K是表示彈性域的一次函數直線(Y=KX)的傾斜的係數。由包絡線、X軸及X=δu之各線段所包圍的區域的線圖上的面積與由X軸、Y=KX、Y=Pu及X=δu之各線段所包圍的區域的線圖上的面積為等值。在此，將包絡線轉換成完全彈塑性模式的手法被記載於“木造耐力牆及其倍率性能試驗･評價業務方法書”等多個文獻中，屬於材料力學的公知事項，因此省略詳細說明。
圖1中表示了最大強度Pmax、0.8Pmax負荷降低域、極限耐力Pu、降伏強度Py、極限變位δu、降伏點變位δv及降伏變位δy。極限變位δu及降伏點變位δv分別是0.8Pmax負荷降低域及降伏點σs的變形角的值。降伏變位δy是降伏強度Py顯現時的變形角的值。另外，塑性率μ是極限變位δu/降伏點變位δv的值。
如“木造軸架工法住宅的容許應力度設計[1](2017年版)”的第63頁及第300頁(非專利文獻1)等多個技術文獻中所記載，牆倍率是基於由圖1所示的完全彈塑性模式確定的耐力Pmax、Pu、Py及變位δu、δv、δy算出短期容許剪切耐力(Pa)，並除以規定耐力(壁長L(m)×1.96(kN/m))的值。即，牆倍率是短期容許剪切耐力(Pa) 除以該基準數值(1.96L)並進行指數化的值。
關於這一點進一步進行說明，在算出牆倍率時，原則上以下述4種耐力的值中表示最小值的強度作為短期基準剪切耐力(P0)，並將短期基準剪切耐力(P0)乘以規定的降低係數(α)(reduction coefficient，評價耐力降低的要因的係數)的值。一般而言，石膏系耐力面材的情形，下述(1)或(2)的耐力，即，降伏強度(Py)或極限耐力(校正值)(Pu’)表示最小值。且，以下各耐力值(Py、Pu、Pmax)是各測定值乘以偏差係數(coefficient of variation)(β)的值。 (1)降伏強度(Py) (2)基於塑性率(μ)校正的極限耐力(Pu)的值(以下稱之為“極限耐力(校正值)(Pu’)”。) (3)最大耐力(Pmax)的2/3的值 (4)剪切變形角=1/120rad時的耐力(無負荷式或負荷式的情形)
作為適合用於木結構耐力牆的耐力面材的石膏系面材料，已知“結構用石膏板”。根據專利第5642948號公開公報(專利文獻2)中記載的本申請人的技術，“結構用石膏板”是對“強化石膏板”的釘側面的強度加以強化後的石膏系面材料。釘側面抵抗是指按照JIS A 6901中規定的釘側面抵抗試驗測定出的面材料的打釘部分的剪切耐力或剪切強度。關於釘側面抵抗，本申請人提出的PCT/JP2021/14227號(專利文獻3)中有較為詳細的記載，在此省略更詳細的說明，釘側面抵抗是本申請人在專利文獻2中提倡的作為石膏系耐力面材的耐力判定要素的物性，也是本申請人近年來尤為關注的耐力因素。
結構用石膏板是一種相較於(普通)石膏板而言可整體上提高作為耐力面材的耐力，且相較於強化石膏板而言可提高釘側面抵抗的石膏系面材料。結構用石膏板，按照當前JIS A 6901中的規定是指具有750N以上(A種)或500N以上(B種)的釘側面抵抗的石膏系面材料。以結構用石膏板作為耐力面材的木結構耐力牆，相較於以(普通)石膏板或強化石膏板作為耐力面材的木結構耐力牆而言，可發揮出較高的牆倍率。另一方面，結構用石膏板與強化石膏板同樣，必須具有12.5mm以上的厚度，及0.75以上的比重。因此，固定有結構用石膏板的木結構耐力牆，有必要至少具有大致9.4kg/m 2的面密度或面重量(牆面每單位面積的耐力面材的質量)。
一般而言，以固定部件將結構用石膏板固定在木結構壁基底而成的耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)，根據上述4種強度值中的降伏強度(Py)而確定(P0=β×Py)。牆倍率，如上所述，為短期基準剪切耐力(P0)乘以降低係數(α)，並除以規定的耐力(1.96L)的值，因此，以固定部件將結構用石膏板固定於木結構壁基底而成的耐力牆之牆倍率與降伏強度(Py)成比例。
專利文獻3中記載了一種可使耐力牆具有與結構用石膏板同等的短期基準剪切耐力(P0)，而面密度卻低於結構用石膏板的石膏系耐力面材。專利文獻3中記載的石膏系面材料由主材或芯材，以及覆蓋主材或芯材的至少表背面的紙部件構成，且具有6.5~8.9kg/m 2的範圍內的面密度或面重量(以下，稱為“面密度”)，主材或芯材由混配無機纖維及有機系強度強化材而成的、可發揮500N以上的釘側面抵抗的板狀的石膏硬化體形成。專利文獻3的石膏系面材料即使板厚未滿12mm時，也能夠使耐力牆具有較高的牆倍率。相較於結構用石膏板等歷來的石膏系耐力面材而言，該石膏系面材料是將意圖置於透過降低面密度實現面材料的輕量化，並利用較高的釘側面抵抗抑制降伏強度下降而開發的耐力面材(以下稱之為“低密度石膏系耐力面材”)，從兼顧到作為木結構耐力牆的理想的強度與輕量性及施工性等的觀點而言，實用上極為有利。
一般而言，以固定部件將低密度石膏系耐力面材固定於木結構壁基底而成的耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)，表示上述4種強度值中的極限耐力(校正值)(Pu’)最小的值，因此，用於算出牆倍率的短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率不同於結構用石膏板，與極限耐力(校正值)(Pu’)成比例。如專利文獻3所述，在低密度石膏系耐力面材中，作為其預期外效果，面密度降低會導致石膏系耐力面材潛在持有的韌性及變形追隨性的顯現化，由此，耐力牆之極限變位(δu)會增大，而可獲得大於20×10 -3rad的值的極限變位(δu)，其結果，將專利文獻3的低密度石膏系耐力面材固定於木結構壁基底而成的耐力牆可發揮出大於7.6kN的極限耐力(校正值)(Pu’)。從而，低密度石膏系耐力面材，如上所述，即使面密度相較於結構用石膏板有所降低，也能發揮出與結構用石膏板同等的強度。
極限耐力(校正值)(Pu’)是基於極限耐力(Pu)及塑性率(μ)，並利用下式求出的值，短期基準剪切耐力(P0)是基於極限耐力(校正值)(Pu’)及其測定值的偏差係數(β)，並利用下式求出的值。 Pu’=Pu×0.2×(2μ-1) 1/2P0=β×Pu’
若要進一步增大使用這種低密度石膏系耐力面材的耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)，以進一步增大牆倍率，從上式可顯然看出，需要進一步增大耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)，若要增大極限耐力(校正值)(Pu’)，則需要增大耐力牆的極限耐力(Pu)及/或塑性率(μ)。極限耐力(Pu)，一般而言具有隨著面內剪切試驗中面材料可承受的最大負荷(Pmax)的值，即耐力牆的最大耐力(Pmax)增大而增大的性質，因此，可以想到透過增大最大耐力(Pmax)，使極限耐力(Pu)隨之增大的牆倍率增大方法。然而，如後文所述，在現狀下，很難在維持低密度石膏系耐力面材的輕量性的同時進一步增大最大耐力(Pmax)。作為其他手段，如專利文獻3所述，可以想到透過增大塑性率(μ)的值，隨之間接性地增大極限耐力(Pu)的牆倍率增大方法。然而，為此需要進一步增大耐力牆的極限變位(δu)的值，如下文所述，在現狀下這也極為困難。
對此，作為透過增大耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)來提高牆倍率的對策，專利文獻1公開了一種在打釘部分配設金屬板等的加強材或加固材，以防止打釘部分的破損或斷裂等的面材料補強方法。然而，根據這種使用加強材或加固材的木結構耐力牆，被認為無需依賴上述性能試驗中面材料可承受的最大負荷的增大，可提高耐力面材的韌性及變形追隨性以使極限耐力(校正值)(Pu’)增大，能夠建成可發揮出較高牆倍率的木結構耐力牆。
在本說明書中，術語“石膏系耐力面材”，並非僅限於JIS A 6901(石膏板產品)中規定的(普通)石膏板、強化石膏板及結構用石膏板，還包括上述低密度石膏系耐力面材(專利文獻3)、專利第6412431號的公開公報(專利文獻4)中記載的石膏系耐力面材等，在以石膏作為主材的石膏芯部分(芯材部分)的外面或外層上覆蓋石膏板用原紙等紙部件而成的石膏系面材料。 ＜先前技術文件＞ ＜專利文獻＞
專利文獻1:國際公開公報WO2019/203148A1 專利文獻2:日本專利第5642948號公開公報 專利文獻3:PCT/JP2021/14227號說明書･附圖 專利文獻4:日本專利第6412431號公開公報 ＜非專利文獻＞
非專利文獻1:木造軸架工法住宅的容許應力度設計[1](2017年版)、第63頁及第300頁
＜發明所欲解決之問題＞ 根據具有使用上述加強材或加固材來增大極限耐力(校正值)(Pu’)的構造的耐力牆結構(專利文獻1)，必須在面材料製造程序中追加將加強材或加固材附加性地固定於耐力面材表面的工序，或，在木結構耐力牆的施工時附加性地實施該工序。而這種工序可能會成為石膏系面材料的製造程序複雜化，或，建設工程的作業性惡化的要因。
對此，若想在不依賴這種加強材或加固材的情形下，進一步提高作為耐力面材使用上述低密度石膏系耐力面材的木結構耐力牆的牆倍率，如上所述，被認為必須進一步增大耐力牆的極限耐力(Pu)及/或塑性率(μ)，以進一步增大耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)。極限耐力(Pu)，一般而言具有隨著耐力牆的最大耐力(Pmax)增大而增大的性質，因此，可以想到透過使最大耐力(Pmax)增大而使極限耐力(Pu)增大的牆倍率增大方法。然而，若增大最大耐力(Pmax)，塑性率(μ)會降低，而存在極限耐力(校正值)(Pu’)反而降低的風險。另外，最大耐力(Pmax)的增大，通常會伴隨耐力面材之面密度的增大。然而，石膏系耐力面材，一般而言，其標準尺寸(寬約910mm、高約3030mm)時的自重超過20kg，因此，考慮到由建築工作的作業人員以手工作業的方式將耐力面材固定到木結構耐力牆的壁基底的作業實情，從木結構耐力牆的施工性等的觀點而言，增大面材料的面密度被認為並非是實務上的理想方式。即，在塑性率(μ)及極限耐力(校正值)(Pu’)無實質性降低，且面密度無實質性增大的前提下使最大耐力(Pmax)實質上增大的方式，事實上很難實現。
另一方面，根據專利文獻3記載的技術，透過進一步增大耐力牆的極限變位(δu)的值以使塑性率(μ)的值增大，從而使極限耐力(Pu)增大的方式理論上有可能性。然而，透過降低面密度等的手段進一步增大極限變位(δu)的方式有其極限，且，現階段關於在不使釘側面抵抗、最大耐力(Pmax)或降伏強度(Py)顯著降低的前提下進一步增大極限變位(δu)值的有效手段尚缺乏知識，因此，若想透過進一步增大極限變位(δu)的值以使塑性率(μ)的值進一步增大，現階段極難實現。
本發明鑑於上述問題，其目的在於提供一種用於木結構耐力牆的石膏系耐力面材，在可維持較高的釘側面抵抗的同時降低面密度的上述低密度石膏系耐力面材中，無需附加安裝加強材或加固材，也無需增大面材料本身的面密度(比重及/或板厚)，且無需進一步增大耐力牆的極限變位(δu)，也能夠使耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)增大，並使耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率增大。
本發明之另一目的在於提供一種作為耐力面材使用上述石膏系面材料的木結構建築物的耐力牆結構及耐力牆施工方法。
本發明之另一目的還在於提供一種木結構耐力牆的牆倍率增大方法，關於使用上述低密度石膏系耐力面材的耐力牆，無需依賴石膏系面材料上附加安裝的加強材或加固材的加強或加固作用，也無需依賴石膏系面材料本身的面密度的增大，且無需進一步增大耐力牆的極限變位(δu)，也能夠使耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)增大，使耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率增大。 ＜用於解決問題之手段＞
為了實現上述目的，本發明提供一種以固定部件被固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底上的石膏系耐力面材，其特徵在於，該石膏系耐力面材由使用板狀的石膏硬化體形成的主材或芯材以及覆蓋該主材或芯材的至少表背面的紙部件構成，作為用於確定牆面每單位面積之質量的面密度具有6.5~8.9kg/m 2之範圍內的面密度，發揮出500N以上的釘側面抵抗且至少持有6.5N/mm 2的壓縮強度(compressive strength)，主材或芯材中混合有無機纖維及有機系強度強化材，作為對使用固定部件將耐力面材固定於木結構壁基底而成的牆的長度為1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗所求出的極限耐力(Pu)的校正值(Pu’)，能夠使耐力牆發揮出7.7kN以上的較大值的該極限耐力(Pu)的校正值(Pu’)。
根據本發明的石膏系耐力面材，透過混合無機纖維及有機系強度強化材以確保作為石膏系耐力面材的最低限度的物性(釘側面抵抗:500N以上)的同時，面材料的面密度反而會降低，可設定較低的值(6.5~8.9kg/m 2)。在以下本說明書的記載中，“作為石膏系耐力面材的最低限度的物性”表示500N以上的釘側面抵抗。
上述面密度的值(6.5~8.9kg/m 2)相較於結構用石膏板等歷來的石膏系耐力面材的面密度(約9.4kg/m 2)而言是很小的值。以這種面密度，可降低石膏系耐力面材之比重及/或板厚，從而，能夠減輕耐力牆的自重或減小壁厚。另一方面，這種面密度的降低是與耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率增大的歷來的牆倍率增大方法(即，比重及/或板厚的增大致使最大耐力(Pmax)的增大，從而短期基準剪切耐力(P0)增大的歷來的牆倍率增大方法)相反的條件。然而，如專利文獻3所述，當確保作為石膏系耐力面材的最低限度的物性(釘側面抵抗:500N以上)的同時降低面密度，而導致石膏系耐力面材所潛在持有的韌性及變形追隨性在塑性域顯現化的結果，耐力牆的極限變位(δu)及塑性率(μ)反而會增大，因而耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)會增大，並非一定使最大耐力(Pmax)增大，也能夠增大短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率。
根據本發明，為了在6.5~8.9kg/m 2的範圍內的面密度條件下發揮出500N以上的釘側面抵抗，上述主材或芯材包含規定量的無機纖維及有機系強度強化材。透過維持500N以上的釘側面抵抗，即使面密度降低，也能夠維持所期望的降伏強度。相對於每100重量部的燒石膏，無機纖維的混合量為0.3~5重量部，優選為2~4重量部。作為混合的無機纖維，例如可以舉出玻璃纖維、炭素纖維等。在使用玻璃纖維的情形下，適合使用直徑5~25μm、長度2~25mm的玻璃纖維。
另外，本發明者們經過多次實驗發現了石膏系耐力面材的壓縮強度增大時耐力牆的初期剛性(K)隨之增大的現象，基於該發現，反復進行銳意研究的結果表明，透過使石膏系耐力面材的壓縮強度增大至6.5N/mm 2以上的值而使耐力牆的初期剛性(K)增大，由此，無需使耐力牆的極限變位(δu)大幅降低，也能夠使其降伏點變位(δv)降低，從而可使塑性率(μ)有較大提高，完成了本發明。
即，根據本發明，透過使石膏系耐力面材的壓縮強度增大至6.5N/mm 2以上的值，以使耐力牆的初期剛性(K)增大至例如2.0kN/10 -3rad以上的值，從而使降伏點變位(δv)的值降低至例如7.2×10 -3rad以下的值，能夠獲得較高的極限變位(δu)值的同時，能夠使塑性率(μ)的值有較大提高，其結果，作為極限耐力校正值(Pu’)，能夠較容易地確保7.7kN以上的值。
另外，在採用專利文獻3的低密度石膏系耐力面材的耐力牆中，初期剛性(K)是小於2.0kN/10 -3rad的值(例如，1.9kN/10 -3rad)。且，上述結構用石膏板係出於防止施加振動時可能產生石膏系耐力面材與固定部件的相對位置變化而導致石膏系耐力面材被撕裂破損，著眼於釘側面抵抗這一強度因素，為了有如期望增大釘側面抵抗而開發出的石膏系耐力面材，上述專利文獻3的低密度石膏系耐力面材的意圖在於透過確保所期望的釘側面抵抗的同時降低面密度，以使石膏系耐力面材在塑性域的韌性及變形追隨性顯現化而使塑性率(μ)及極限耐力(校正值)(Pu’)增大，以上技術中均未將石膏系耐力面材的壓縮強度、或在彈性域產生的初期剛性作為強度增強因素付諸關注或考慮，也未對耐力牆的初期剛性與石膏系耐力面材的壓縮強度的結構關係進行探討或研究。
相對而言，根據本發明者們的實驗，面密度的增大可如願增大壓縮強度，然而隨著面密度增大不僅是面材料的自重會增大，還存在極限變位降低的傾向，因此，優選以利用有機系強度強化材的壓縮強度增大作用為主，將壓縮強度增大至適當的值。即，在本發明中，主要是透過適當的面密度設定以及混合有機系強度強化材而達成的壓縮強度增大作用，設定所期望的壓縮強度。相對於燒石膏的每100重量部，有機系強度強化材的混合量為0.3~15重量部，優選為1~13重量部。作為有機系強度強化材，例如可以使用澱粉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。作為澱粉，可以使用未加工澱粉及加工澱粉的任一種。作為加工澱粉，可以舉出經過物理處理、化學處理或酵素處理的澱粉。作為經過物理處理的澱粉，可以使用α澱粉。作為經過化學處理的澱粉，可以使用氧化澱粉、磷酸酯化澱粉、尿素磷酸酯化澱粉、羥丙基二澱粉磷酸酯(Hydroxypropyl distarch phosphate)、羥乙基澱粉(hydroxyethyl starch)、羥丙基澱粉(hydroxypropyl starch)、陽離子性澱粉(cationic starch)、乙醯酯化澱粉(acetylated starch)。
在此，作為可使石膏系耐力面材的壓縮強度發生變動的要因，已知有石膏漿(泥漿)的混煉狀態(混煉時間、混煉溫度等)、石膏原料中包含的不純物的種類與量、石膏芯的剖面性狀、緻密性及均勻性等、石膏芯包含的氣泡量、尺寸及分散狀態、石膏芯的含水率或含水量、石膏芯的比重等。這些要因可能被用為增大或降低壓縮強度的控制因素，不僅是與製造條件(石膏原料的種類、泡劑等添加劑的種類及使用量、混煉水的水溫、氣溫･濕度等)密切相關的控制因素，也與石膏芯的品質整體相關，在有較低的面密度(6.5~8.9kg/m 2的範圍內的面密度)時，可使石膏系耐力面材具有所期望的壓縮強度(6.5N/mm 2以上的壓縮強度)，且，並非是專用於與無機纖維協同作用以使石膏系耐力面材獲得所期望的釘側面抵抗(500N以上的釘側面抵抗)之特定用途的性質的控制因素。另一方面，上述有機系強度強化材可專用於這種用途，且，在製造過程中只需將其附加性地包含於石膏漿中，即可提供增大石膏芯的壓縮強度的實用且有效的手段。
優選為，上述耐力面材持有6.5N/mm 2以上的上述壓縮強度，以能夠在作為透過面內剪切試驗測定出的耐力牆之初期剛性(K)確保2.0kN/10 -3rad以上的值，或，作為透過面內剪切試驗測定出的耐力牆之降伏點變位(δv)確保7.2×10 -3rad以下的值，再者，作為上述初期剛性(K)確保2.0kN/10 -3rad以上的值，並作為上述降伏點變位(δv)確保7.2×10 -3rad以下的值。例如，在本發明的石膏系耐力面材中，若假設為降伏點變位(δv)=6.0×10 -3rad、初期剛性(K)=2.5kN/10 -3rad、極限耐力Pu=15.0kN、極限變位(δu)=30×10 -3rad、塑性率(μ)=5.0、偏差係數β=1.0，極限耐力(校正值)(Pu’)則為9.0kN。相對於此，倘若與上述低密度石膏系耐力面材同様，設定為初期剛性(K)=1.9kN/10 -3rad(＜2.0kN/10 -3rad)的情形下，即使極限耐力Pu=15.0、極限變位(δu)=30×10 -3rad、偏差係數β=1.0時，降伏點變位(δv)=7.8×10 -3rad、塑性率(μ)=3.8，極限耐力(校正值)(Pu’)不過大致7.7kN。即，藉由耐力面材的壓縮強度增大致使初期剛性(K)增大，極限耐力(校正值)(Pu’)會相對增大，能夠使短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率有較大提高。
在本發明中，上述壓縮強度可優選設定為7.5~13.0kN/mm 2的範圍內的值，更優選為8.0kN/mm 2以上的值。另外，在本發明中，上述初期剛性可優選設定為2.2kN/10 -3rad~4.0kN/10 -3rad的範圍內的值，更優選為2.4kN/10 -3rad以上的值。進而，根據本發明，上述降伏點變位(δv)可優選設定為3.5×10 -3rad~7.2×10 -3rad的範圍內的值，更優選為6.5×10 -3rad以下的值。適當地，根據具備本發明的石膏系耐力面材的耐力牆，作為透過面內剪切試驗測定出的塑性率(μ)可獲得4.2以上且10.0以下的值，優選為4.3以上的值，作為透過面內剪切試驗測定出的耐力牆的極限變位(δu)可獲得大於20×10 -3rad的值，優選為22×10 -3rad以上的值，作為透過面內剪切試驗測定出的降伏強度(Py)可獲得7.7kN以上且大於上述極限耐力(校正值)(Pu’)的值，優選為8.0kN以上的值。在此，根據本發明者們的實驗，存在初期剛性(K)增大時降伏強度(Py)也增大的傾向，因此，與上述低密度石膏系耐力面材同様，認為降伏強度(Py)一般而言大於極限耐力(校正值)(Pu’)。耐力牆的極限變位(δu)是表示在塑性域的耐力牆的韌性及變形追隨性的之指標。根據“木造耐力牆及其倍率性能試驗･評價業務方法書”，在面內剪切試驗中即使超過1/15 rad時負荷也不降低，無法獲得極限變位的值的情形下，將極限變位(δu)設定為1/15rad。因此，極限變位(δu)的最大值為1/15rad(66.7×10 -3rad)。
由此，根據使用本發明的石膏系耐力面材的耐力牆，確保作為石膏系耐力面材的最低限度的物性的同時，透過面密度的降低，提高塑性域的石膏系耐力面材的韌性及變形追隨性，增大極限耐力(校正值)(Pu’)，透過初期剛性(K)的增大及降伏點變位(δv)的降低，進一步增大極限耐力(校正值)(Pu’)，從而，無需附加安裝加強材或加固材，也無需增大石膏系耐力面材的面密度，也能夠使耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率有較大提高。另外，上述耐力面材與結構用石膏板或上述低密度石膏系耐力面材同様，主材或芯材的至少表背面被紙部件所覆蓋，能夠利用歷來的石膏板生產線簡單地製造。優選為，本發明的石膏系耐力面材具有芯材的表面或表層被石膏板用原紙覆蓋的疊層構造。在此，“表背面”是指除了面材料的端緣及側緣(即，四周外緣部)的端面或側面之外的面材料的表面及背面。
優選為，上述石膏系耐力面材的板厚為7.5mm以上且未滿12mm的值(更優選為8.5mm以上且10mm以下的值)，例如設定為9.5mm或9.0mm。這種板厚的石膏系耐力面材與需要12mm以上的板厚的結構用石膏板相比，有利於實現木結構耐力牆的壁厚降低等。根據所願，上述石膏硬化體具有980N以下的釘側面抵抗。
優選為，上述石膏系耐力面材，作為使用牆的長度1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗所測定出的耐力牆的極限變位(δu)，使耐力牆產生24×10 -3rad以上(優選為26×10 -3rad以上)的極限變位(δu)。被設定為較高值的極限變位(δu)的值，與耐力牆的初期剛性(K)的增大及降伏點變位(δv)的降低相互作用，能夠使塑性率(μ)的值有較大提高，對於提高短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率而言極為有利。
更優選為上述石膏系耐力面材的比重在0.65~0.96的範圍內，優選設定為0.7~0.9的範圍內的值(更優選為0.7~0.8的範圍內的值)。根據這種比重的石膏系耐力面材，例如，板厚未滿12mm，但具有1.0以上的比重，因此，與自重較大的專利文獻4的石膏系面材料的實施品(例如，吉野石膏(股)公司製造“EX板”(商品名)相比，能夠實現面材料的輕量化，因此，有利於木結構耐力牆的輕量化，或改善木結構耐力牆的施工性及其建設作業的作業性等。
另外，在本發明的優選實施方式中，石膏系耐力面材的芯材(石膏芯部分)中作為防止耐力劣化的耐力劣化防止劑，包含有機聚矽氧烷(Organopolysiloxane)化合物。根據這種耐力面材，與專利文獻4記載的石膏系耐力面材同様，能夠提供可在木造外壁的屋外牆面施工的上述耐力面材。
本發明還提供木結構耐力牆，其具有使用釘子或螺釘等固定部件將上述石膏系耐力面材固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底的結構。本發明還提供木結構耐力牆的施工方法，其特徵在於使用上述固定部件將上述石膏系耐力面材固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底。
根據這種木結構耐力牆及其施工方法，透過降低比重及/或板厚而使石膏系耐力面材的面密度降低，能夠減輕耐力牆的自重或降低壁厚。然而，根據這種木結構耐力牆，如上所述，不僅能夠透過石膏系面材料的低密度化而使石膏系面材料的(塑性域的)韌性及變形追隨性提高並使極限變位(δu)的值增大，亦能透過增大石膏系面材料的壓縮強度，使耐力牆的初期剛性(K)增大，從而使降伏點變位(δv)的值降低。其結果，透過較小的降伏點變位(δv)的值與較大的極限變位(δu)的值之相乘效果，可使塑性率(μ)的值有較大提高，且，作為木結構耐力牆的極限耐力(校正值)(Pu’)，能夠較容易地確保7.7kN以上的值。
從其他觀點而言，本發明提供以以固定部件將石膏系耐力面材固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底的方式進行施工的木結構耐力牆的牆倍率增大方法，其特徵在於，由使用板狀的石膏硬化體形成的主材或芯材、以及覆蓋該主材或芯材的至少表背面的紙部件構成該耐力面材，將無機纖維及有機系強度強化材混合於該主材或芯材以將用於確定牆面每單位面積的質量的該耐力面材的面密度降低至6.5~8.9kg/m 2的同時，發揮出500N以上的釘側面抵抗及6.5N/mm 2以上的壓縮強度，作為使用牆的長度1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗求出的極限耐力(Pu)的校正值(Pu’)，透過該耐力面材獲得7.7kN以上的該極限耐力(Pu)的校正值(Pu’)。
優選為，上述耐力面材具有6.5N/mm 2以上的上述壓縮強度，以能夠作為透過面內剪切試驗測定出的耐力牆的初期剛性(K)確保2.0kN/10 -3rad以上的值，或，作為透過面內剪切試驗測定出的耐力牆的降伏點變位(δv)確保7.2×10 -3rad以下的值，或者，作為上述初期剛性(K)確保2.0kN/10 -3rad以上的值，並作為上述降伏點變位(δv)確保7.2×10 -3rad以下的值。壓縮強度優選設定為7.5~13.0kN/mm 2的範圍內的值，更優選為8.0kN/mm 2以上的值。
上述初期剛性可優選設定為2.2kN/10 -3rad~4.0kN/10 -3rad的範圍內的值，更優選為2.4kN/10 -3rad以上的值。上述降伏點變位(δv)可優選設定為3.5×10 -3rad~7.2×10 -3rad的範圍內的值，更優選為6.5×10 -3rad以下的值。較佳為，在上述石膏系耐力面材所具備的耐力牆中，作為透過面內剪切試驗測定出的塑性率(μ)，獲得4.2以上且つ10.0以下的值，優選為4.3以上的值，作為透過面內剪切試驗測定出的耐力牆的極限變位(δu)，獲得大於20×10 -3rad的值，優選為22×10 -3rad以上的值，作為透過面內剪切試驗測定的降伏強度 (Py)，獲得7.7kN以上的值且大於上述極限耐力(校正值)(Pu’)的值，優選為8.0kN以上的值。
較佳為，上述石膏系耐力面材的板厚為7.5mm以上且未滿12mm的值(更優選為8.5mm以上且10mm以下的值)，例如，設定為9.5mm或9.0mm。更優選為，上述石膏系耐力面材之比重設定為0.65以上0.96以下，優選為0.7以上0.9以下的值(更優選為0.7以上0.8以下的值)。 ＜發明之功效＞
根據本發明的石膏系耐力面材，不僅可透過降低面密度，提高石膏系面材料的韌性及變形追隨性的同時，在以固定部件將該耐力面材固定於木結構壁基底而構成耐力牆時，可使其初期剛性(K)增大而使降伏點變位(δv)降低，由此，能夠使極限耐力(校正值)(Pu’)增大，以及使短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率增大。尤其對於不容易使極限變位(δu)的值增大的耐力牆，或已經可達到接近上限的極限變位(δu)的耐力牆而言，本發明的石膏系耐力面材可有效用於使短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率進一步增大的耐力面，且不會導致壁厚增大或壁體自重增大等。且，根據本發明，在可維持較高的釘側面抵抗的同時降低面密度的上述低密度石膏系耐力面材中，無需附加性地安裝加強材或加固材，也無需使石膏系面材料的面密度(比重及/或板厚)增大，也無需使極限變位(δu)的值更一部增大，也能夠使耐力牆的短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率進一步提高。且，本發明的石膏系耐力面材，其主材或芯材的至少表背面被紙部件所覆蓋，因此，能夠利用歷來的石膏板生產線簡單地製造。
另外，根據本發明的木結構建築物的耐力牆結構，透過將該石膏系耐力面材用為木結構耐力牆中的耐力面材，可有效提高短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率的同時，透過石膏系耐力面材的面密度降低，可減輕耐力牆的自重或降低壁厚。
且，根據本發明的木結構建築物的耐力牆施工方法，透過將上述結構的石膏系耐力面材用為木結構耐力牆中的耐力面材，不僅能夠有效提高短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率，並透過石膏系耐力面材的面密度降低，能夠減輕面材料的自重，改善耐力牆的施工性等。
另外，根據本發明的牆倍率增大方法，確保作為石膏系耐力面材的最低限度的物性(釘側面抵抗=500N以上)的同時，透過使面密度降低，以提高石膏系面材料的韌性及變形追隨性，並使初期剛性(K)增大而使降伏點變位(δv)降低，從而能夠增大極限耐力(校正值)(Pu’)，增大短期基準剪切耐力(P0)及牆倍率。根據這種牆倍率增大方法，在使用上述低密度石膏系耐力面材的耐力牆中，無需依賴石膏系面材料中附加性地設置的加強材或加固材的加強或加固作用，也無需依賴於石膏系面材料的比重及/或板厚的增大，且無需過大依賴於極限變位(δu)值的增大，亦能夠增大牆倍率。
較佳實施例之詳細說明 以下，參照附圖，詳細說明本發明的優選實施方式之耐力牆的結構。
圖2係概略表示本發明的實施方式的木結構建築物的耐力牆的結構的正面圖。
圖2所示之耐力牆1係木造軸架構法的木結構耐力牆，其透過將耐力面材10固定於鋼筋混凝土(RC)結構的連續基礎F上的木造軸架上而構成。耐力面材10的尺寸為厚度9.5mm、寬度910mm及高度大致2800~3030mm(例如，大致2900mm)，並具有6.5~8.9kg/m 2之範圍內的面密度(例如，面密度7.5kg/m 2)。面密度(亦可稱為面重量)，是牆面正面視下的牆面每單位面積的質量(重量)。耐力面材10是由混合有規定量的無機纖維(玻璃纖維)及有機系強度強化材(澱粉)的平板狀石膏芯(石膏芯材)、覆蓋石膏芯的兩面的石膏板用原紙(紙部件)構成的石膏系面材料。
耐力牆1具有利用錨螺栓(anchor bolt)B被固定在連續基礎F之上面的基座2。耐力牆1大致由該基座2、在基座2上隔開規定間距垂直配置的柱子3、中間柱4及接續中間柱4’、被柱子3的上端(或中間部)支撐的水平狀的橫構件(樑、橫樑、簷樑、橫側樑)5、上述耐力面材10構成。另外，構成軸架的基座2、柱子3、中間柱4、接續中間柱4’及橫構件5是通常的木造建築物中採用的部件剖面的木材(方形材)。
耐力面材10由釘子20固定在基座2、柱子3、中間柱4、接續中間柱4’及橫構件5上。釘子20例如是鍍層圓鐵釘(NZ釘子:JIS A 5508)。在本例中，作為釘子20，例如使用NZ50釘子(長度50mm、頭部徑約6.6mm、軸部徑約2.75mm)。釘子20彼此空出間距S1被配置在耐力面材10的四周外周帶域，且，彼此空出間距S2被配置在沿著垂直方向延伸的耐力面材10的中央帯域。優選為，間距S1被設定為50mm~200mm的範圍內的尺寸(例如，75mm)，間距S2被設定為50mm~300mm的範圍內的尺寸(例如，150mm)。
耐力面材10的石膏芯(芯材)包含規定量的無機纖維及有機系強度強化材，具有500N以上的釘側面抵抗。相對於燒石膏的每100重量部，無機纖維的混合量為0.3~5重量部，優選為2~4重量部。作為混合的無機纖維，例如可以舉出玻璃纖維、炭素纖維等。在使用玻璃纖維的情形下，可以適當使用直徑5~25μm、長度2~25mm的玻璃纖維。另外，相對於燒石膏的每100重量部，有機系強度強化材的混合量為0.3~15重量部，優選為1~13重量部。作為混合的有機系強度強化材，例如可以舉出澱粉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。在此，作為澱粉，可以使用未加工澱粉及加工澱粉的任一個。作為加工澱粉，可以舉出經過物理處理、化學處理或酵素的處理的澱粉。作為經過物理處理的澱粉，可以適當使用α澱粉。作為經過化學處理的澱粉，可以適當使用氧化澱粉、磷酸酯化澱粉、尿素磷酸酯化澱粉、羥丙基二澱粉磷酸酯、羥乙基澱粉、羥丙(hydroxypropyl)澱粉、陽離子性澱粉、乙醯酯化澱粉。
耐力面材10的組成及結構類似於JIS A 6901中規定的“結構用石膏板”的組成及結構。然而，耐力面材10的面密度是6.5~8.9kg/m 2的範圍內的值(例如、7.5kg/m 2)。因此，耐力面材10，如上所述，與要求9.4kg/m 2以上的面密度的JIS A 6901的“結構用石膏板”基本上不同。另外，現已有JIS A 6901中規定的“強化石膏板”，而“強化石膏板”也要求9.4kg/m 2以上的面密度，耐力面材10與“強化石膏板”也基本上不同。另外，耐力面材10與其他“石膏板”的不同點還在於，為了發揮出500N以上的釘側面抵抗，具有混合了無機纖維及有機系強度強化材的主材或芯材。即，耐力面材10不符合現行JIS A 6901中規定的任一種“石膏板”。本說明書中，依據上述意思，將耐力面材10特定或表現為“石膏系耐力面材”。
一般而言，使用通用的石膏板製造裝置，製造在由石膏硬化體形成的板狀主材或芯材的表背面覆蓋紙部件而成的石膏系耐力面材(包含“石膏板”、“強化石膏板”及“結構用石膏板”)。石膏板製造裝置，例如國際公開公報WO2019/058936中所記載，具有混合器，用於對燒石膏、黏合輔助劑、硬化促進劑、泡(或泡劑)等的原料、以及燒石膏的漿化所需要的混合水進行混合，調製成石膏漿。將石膏漿灌注在石膏板製造裝置的輸送帶上的石膏板原紙(底紙)上並鋪開，再將石膏板原紙(頂紙)疊放在石膏漿上。且，對該形成的帶狀3層結構的連續底層體，使用構成石膏板製造裝置的粗切斷裝置、強制乾燥裝置、裁斷裝置等的各裝置進行加工，形成規定尺寸的石膏製品，即石膏漿的硬化體(即，石膏芯)的兩面覆蓋有石膏板用原紙的石膏系面材料。石膏系面材料的比重，主要依靠石膏漿中的氣泡的混合量進行調節。
關於作為耐力面材採用JIS A 6901中規定的結構用石膏板、強化石膏板及(普通)石膏板的木結構耐力牆，若例示上述建設省公告第1100號中規定的木造軸架構造的大牆結構的面材料耐力牆的牆倍率，如下所述。 結構用石膏板(A種)               1.7 結構用石膏板(B種)               1.2 強化石膏板                            0.9 (普通)石膏板                          0.9
另外，如例示上述國土交通省公告第1541號規定的框架壁工法耐力牆的牆倍率(豎框間距超過50cm的耐力牆)，如下所示。 結構用石膏板(A種)               1.7 結構用石膏板(B種)               1.5 強化石膏板                            1.3 (普通)石膏板                          1.0
如上所述，建設省或國土交通省的公告中規定的牆倍率的值，是無需個別進行性能試驗即可採用的值。然而，作為耐力面材的有效性得以認準的結構用石膏板、強化石膏板及(普通)石膏板限定於板厚12mm以上的材料。因此，作為耐力面材若想有效使用新素材的面材料或板厚未滿12mm的石膏系面材料的情形下，或，採用與之不同的牆倍率的情形下，必須要實施上述性能試驗以確定牆倍率的值。
如上所述，JIS A 6901中規定的上述結構用石膏板及強化石膏板要求面密度9.4kg/m 2以上且比重0.75以上的物性。這一點被認為是為了增大面材料可承受的最大負荷，確保木結構耐力牆具有較高的短期容許剪切耐力(即，較高的牆倍率)的重要條件。尤其是，在以發揮出高於強化石膏板的釘側面抵抗作為條件的結構用石膏板中，被認為這種面密度及比重不會降低。即，確保面密度9.4kg/m 2以上、比重0.75以上的物性被認為是為了進一步提高上述面內剪切試驗中的耐力牆試驗體(木結構耐力牆)的牆倍率所必須的條件。然而，本發明者們近年的實驗表明，在透過添加無機系纖維或有機系強度強化材而達到可匹敵結構用石膏板之物性(釘側面抵抗)的石膏系面材料中，透過降低面材料的板厚或調節泡沫量來降低石膏芯的比重來降低面密度時，面材料本身潛在持有的韌性或變形追隨性會顯在化，其結果，能夠有效利用耐力牆的極限耐力的同時，增大耐力牆的塑性率，且，能夠進一步提高耐力牆的短期容許剪切耐力。關於這一點，可參照上述專利文獻3中的記載。
另外，本發明者們最近的實驗表明，石膏系耐力面材的壓縮強度的增大可使耐力牆的初期剛性增大，由此，可以在耐力牆的極限變位無大幅降低的情況下，使其降伏點變位降低，其結果，能夠使耐力牆的塑性率有較大提高。
如上所述，透過將澱粉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸等有機系強度強化材與無機纖維一同投進石膏漿混煉用混合器，使石膏漿含有適量的有機系強度強化材及無機纖維，能夠增大石膏系耐力面材的壓縮強度及釘側面抵抗。在石膏漿中混合上述有機系強度強化材是確保較低的面密度(6.5~8.9kg/m 2的範圍內的面密度)的同時使石膏系耐力面材具有所期望的壓縮強度(6.5N/mm 2以上的壓縮強度)，並透過與無機纖維的協同作用而使石膏系耐力面材具有所期望的釘側面抵抗(500N以上的釘側面抵抗)的有效手段，加之，從混合有機系強度強化材對於石膏系耐力面材的品質整體並無大影響這一點考慮，也不失為一種簡單且現實性或實務性的有效手段。
圖3是表示與圖2所示的耐力牆結構相關的面內剪切試驗中使用的耐力牆試驗體的結構的正面圖、橫剖面圖及側面圖。圖4及圖5是表示面內剪切試驗的試驗結果的圖表及線圖。另外，在圖3中，對於與圖2所示的結構要素或構成部件相同或相應的耐力牆試驗體的構成要素或構成部件，採用相同的參照符號。
本發明者們按照“木造耐力牆及其倍率性能試驗･評價業務方法書”中記載的試驗體規格，作為圖2所示的耐力牆結構的試驗體，製作了具有圖3所示的耐力牆結構的壁寬度1820mm、高度2730mm的耐力牆試驗體(以下，也簡稱為“試驗體”)，並使用無載苛式試驗裝置實施了面內剪切試驗。
圖3所示的試驗體具有由剖面105×105mm的杉製材的基座2及柱子3、被柱子3支撐的剖面180×105mm的花旗松製材的橫構件5構成的木造軸架的主要構造部。在柱子3間的中央部，立設有剖面45×105mm的杉製材的接續中間柱4’，在柱子3與接續中間柱4’之間，立設有剖面27×105mm的杉製材的中間柱4。杉製材或花旗松製材的胴連接件5’被架設在柱子3與中間柱4之間，並被架設在中間柱4與接續中間柱4’之間。作為試驗用治具，緊固金屬件40被配設在基座2及柱子3的接合部，並被配設在橫構件5及柱子3的接合部。基座2、柱子3、接續中間柱4’、中間柱4、橫構件5及胴連接件5’構成耐力牆結構的軸材，由這些部件(軸材)形成矩形狀的軸架。
在圖3所示的試驗體中，基座2及橫構件5的垂直分離距離h1、胴連接件5’的高度h2、橫構件5相對於胴連接件5’的相對高度h3分別被設定為h1=2625mm、h2=1790mm、h3=835mm，柱子3及接續中間柱4’的間距(柱子芯間距)w1被設定為w1=910mm，牆的長度L被設定為1.82m。面材料10被胴連接件5’上下分割，下側的面材料10a的尺寸為寬度910mm、高度1820mm，配置在上側的面材料10b的尺寸為寬度910mm、高度865mm。面材料10a、10b的重疊部分的尺寸h4、h5被設定為30mm。
在圖3所示的試驗體中，用於將面材料10a、10b固定於基座2、柱子3、接續中間柱4’、橫構件5及胴連接件5’上的釘子20，按等間距(間距S1=75mm)被排列在面材料10a、10b的緣部帯域全周。用於將面材料10a、10b固定於中間柱4的釘子20，按等間距(間距S2=150mm)被排列在面材料10a、10b的垂直中央帯域。作為釘子20，使用了NZ50釘子(長度50mm、頭部徑約6.6mm、軸部徑約2.75mm)。
本發明者們，作為試件製作了圖4所示的實施例1~4及比較例的石膏系耐力面材，並使用無載苛式試驗裝置實施了面內剪切試驗。實施例1~4及比較例的石膏系耐力面材，如上所述，是由混有規定量的無機纖維(玻璃纖維)及有機系強度強化材(澱粉)的平板狀石膏芯(石膏芯材)、及覆蓋石膏芯的兩面的石膏板用原紙(紙部件)構成的面材料，具有約7.4~約8.7kg/m 2的面密度。比較例的石膏系耐力面材具有比歷來的石膏系耐力面材(例如，專利文獻4中記載的石膏系耐力面材)混有更多無機纖維(玻璃纖維)及有機系強度強化材(澱粉)的平板狀石膏芯(石膏芯材)，將比較例的石膏系耐力面材固定在木結構軸架而成的試驗體相較於歷來的石膏系耐力面材，能夠使耐力牆1的極限變位δu增大而使耐力牆1的塑性率增大，達成較高的極限耐力(校正值)Pu’(7.62kN)。即，比較例的面材料是與專利文獻3的石膏系耐力面材等同的石膏系耐力面材。在此，圖4所示的無機纖維及有機系強度強化材的混合量表示相對於燒石膏的每100重量部的重量部。
對此，在本發明中，為了進一步增大極限耐力(校正值)Pu’，如上所述，還採用了透過增大面材料所具有的壓縮強度以使耐力牆1的初期剛性K增大，透過減低降伏點變位δu以使塑性率μ增大的結構。即，將本發明的實施例1~4的石膏系耐力面材固定於木造軸架而成的耐力牆1的試驗體(以下，稱為“實施例1~4的試驗體”)具有高於比較例的石膏系耐力面材的壓縮強度(6.0kg/m 2)及初期剛性K(1.94kN/10 -3rad)的壓縮強度(6.5~11.1kg/m 2)及初期剛性K(2.04~2.91kN/10 -3rad)。其結果，實施例1~4的試驗體的降伏點變位δu(6.04×10 -3rad~6.80×10 -3rad)相較於使用比較例的石膏系耐力面材的耐力牆試驗體(以下，稱為“比較例的試驗體”)的降伏點變位δu(7.26×10 -3rad)明顯減低。另外，實施例1~4的試驗體的塑性率μ(4.32~5.78)相較於比較例的試驗體的塑性率μ(4.15)顯著增大。
如圖4所示，實施例1~4的試驗體的極限耐力(校正值)Pu’及短期容許剪切耐力Pa為Pu’=7.8~11.9kN、Pa=5.85~8.92，該值相較於比較例的試驗體的極限耐力(校正值)(=7.62kN)及短期容許剪切耐力Pa(=5.72kN)而言顯著增大。另外，若假設為降低係數α=0.75、偏差係數β=1.0，實施例1~4的試驗體的牆倍率為1.64~2.50，相較於比較例的試驗體的牆倍率(1.60)而言顯著增大。
實施例1~4及比較例的各試驗體的試驗結果，在達到大致變形角=20×10 -3rad左右時達到最大負荷(最大強度)Pmax(圖1)之後，不會立即破損，此後經過反復施力，達到0.8Pmax負荷降低域的變形角，即，極限變位δu1~δu5(圖5)，而極限變位δu1~δu5是大致30×10 -3rad程度的變形角。這表示，實施例1~4及比較例的各試驗體達到最大負荷(最大強度)Pmax之後，直到產生相當於最大負荷Pmax時的變形角之大致1.5倍程度的變形角為止，透過反復施力以持續塑性變形。這種塑性變形的持續性，如上所述，起因於確保作為石膏系耐力面材之最低限度的物性(釘側面抵抗:500N以上)的同時使面密度降低，從而使石膏板本身所潛在持有的韌性或變形追隨性顯在化。
在圖5中，以完全彈塑性模式的負荷-變形角特性的線性圖之形式表示實施例1~4及比較例的各試驗體的試驗結果。且，圖5中，設定為初期剛性K=2.0kN/10 -3rad的線形彈性域的一次函數直線Y=KX，作為本發明中初期剛性K之基準線以二點鏈線表示。此外，圖5中，關於實施例1~4及比較例的各試驗體，示出線形彈性域的一次函數直線Y=K 1X~Y=K 5X、極限耐力Pu1~Pu5、降伏點σs1~σs5。如圖4所示，實施例1~4的各試驗體的初期剛性，最小值時K 4=2.04kN/10 -3rad，最大值時K3=2.91kN/10 -3rad。另一方面，比較例的試驗體的初期剛性為K 2=1.94kN/10 -3rad。初期剛性K作為Y=KX的一次函數直線之斜度顯現於圖5中，在表示初期剛性K為2.0kN/10 -3rad以上的值的實施例1~4的試驗體中，Y=K 1-4X的各一次函數直線作為斜度比初期剛性K=2.0kN/10 -3rad的基準線更為陡峭的直線顯示在圖5中，在初期剛性K 5表示未滿2.0kN/10 -3rad的值的比較例中，Y=K 5X的一次函數直線作為斜度比初期剛性K=2.0kN/10 -3rad的基準線更為平緩的直線顯示在圖5中。即，在壓縮強度被增大的實施例1~4的各試驗體中，初期剛性K 1-4表示2.0kN/10 -3rad以上的值，其結果，獲得較小的降伏點變位δv1~δv4，加之具有較大的極限變位δu1~δu4及極限耐力Pu1~Pu4，如圖4所示，相較於比較例而言可獲得較大的極限耐力(校正值)Pu’、短期容許剪切耐力Pa及牆倍率。
圖6中概略表示了石膏系耐力面材的壓縮強度測定方法。
本發明者們進行的石膏系耐力面材的壓縮強度測定的實施方式如下，如圖6所示，將各實施例及比較例的石膏系耐力面材切斷成尺寸為4cm×4cm的平板，並於各實施例及比較例中製作了複數個試驗片101，對複數個相同試驗片101並未進行黏接，而是將有4個試驗片疊層而成的試驗片底層體100插入到測定裝置的上下的載荷板102、103之間，由上下的載荷桿104向試驗片底層體100施加垂直方法的壓縮負荷Fv(及反作用力Rv)，造成由石膏硬化體構成的主材或芯材，即，試驗片101的石膏芯部分的破損，並測定破損時的壓縮負荷Fv。作為測定裝置，使用了精密萬能試驗機(島津製作所製造“Autograph”，型號:AG-10NKI)。本發明者們測定了構成試驗片底層體100的任一個試驗片101發生壓縮破損時的壓縮負荷Fv，並將該測定值除以試驗片100的面積(16cm 2)的值作為各石膏系耐力面材的壓縮強度。
以上述方式獲得的各實施例及比較例的石膏系耐力面材的壓縮強度如圖4所示。如圖4所示，各實施例及比較例的石膏系耐力面材的初期剛性K對應於壓縮強度之增減而發生變動，透過提高壓縮強度，能夠使初期剛性K的值增大。另外，如圖4所示，透過初期剛性K之增減可使塑性率μ變動，能夠使極限耐力(校正值)Pu’及短期容許剪切耐力Pa的值發生變化。根據本發明的實施例1~4的各物性，透過使石膏系耐力面材的壓縮強度增大至6.5N/mm 2以上的值，如圖4所示，可獲得7.8kN以上的值的極限耐力(校正值)Pu’。
如本文開頭所述，極限耐力(校正值)Pu’是基於塑性率μ對極限耐力Pu進行校正而獲得的值，短期容許剪切耐力Pa是將極限耐力(校正值)Pu’乘以規定的降低係數α及偏差係數β而獲得的值，牆倍率是將短期容許剪切耐力Pa除以規定的強度基準值(L×1.96)而獲得的值。因此，牆倍率及短期容許剪切耐力Pa，在與極限耐力Pu的之成比例的同時，會隨著塑性率μ的增大。塑性率μ是與極限變位δu成比例，並與降伏點變位δv成反比的值，因此，透過使極限變位δu增大，或使降伏點變位δv降低，能夠使牆倍率及短期容許剪切耐力Pa增大。
如圖4所示，實施例1~4的各試驗體的初期剛性K大於2.0kN/10 -3rad，比較例的試驗體的初期剛性K小於2.0kN/10 -3rad，實施例1~4的試驗體的降伏點變位δv1~δv4明顯小於比較例的試驗體的降伏點變位δv5。
如圖4所示，透過實施例1~4的試驗體獲得的牆倍率及短期容許剪切耐力Pa，明顯大於透過比較例的試驗體獲得的牆倍率及短期容許剪切耐力Pa的值。其理由被認為是降伏點變位δv之不同(由此塑性率μ會不同)對牆倍率及短期容許剪切耐力Pa的增大有較大貢獻的結果。
如上所述，根據具有上述結構的耐力牆1，耐力面材10由混合有無機纖維及有機系強度強化材而能夠發揮出500N以上的釘側面抵抗的板狀石膏硬化體形成的主材或芯材、覆蓋主材或芯材的至少表背面的紙部件構成，且，作為牆面每單位面積的質量而確定的耐力面材10的面密度被設定成6.5~8.9kg/m 2的範圍內的值，其結果，耐力牆1的極限變位δu例如為28.89×10 -3~34.98×10 -3rad，且，與使用歷來的石膏系耐力面材(例如，專利文獻4中記載的石膏系耐力面材)的耐力牆的極限變位δu為20×10 -3rad程度的值的情況相比，與比較例的試驗體(δu=30.10×10 -3rad)同樣，耐力牆1的極限變位δu顯著增大。且，實施例1~4的耐力牆1的降伏點變位δv1~δv4為6.04×10 -3~6.80×10 -3rad，與比較例的耐力牆的降伏點變位δv5=7.26×10 -3rad相比，有顯著降低。其結果，上述實施例1~4的耐力面材10，不僅使耐力牆1的極限變位δu1~δu4增大而使塑性率μ增大，耐力牆1的降伏點變位δv1~δv4的降低也能夠使塑性率μ增大，即使實施例1~4的極限耐力Pu及極限變位δu1~δu4的值與比較例的值同等，也能夠透過降伏點變位δu1~δu4的降低，使塑性率μ增大，使牆倍率及短期容許剪切耐力Pa增大。
以上，就本發明的優選實施方式及實施例進行了詳細說明，但本發明並不限定於上述實施方式及實施例，可以在申請專利範圍所記載的本發明的範圍內進行各種變形或變更。
例如，上述實施方式及實施例涉及木結構建築物的第1層水平的耐力牆，但本發明亦同樣可適用於第2層或第3層水平的耐力牆。若是第2層或第3層水平的耐力牆，耐力面材的下端部被固定在第2層的地板或第3層的地板水平的橫構件等。
另外，上述實施方式及實施例涉及木造軸架工法且大牆結構的耐力牆結構，也能夠適用於木造軸架工法的真牆結構或地板優先(地板先行法，floor preceding method)･大牆結構的耐力牆結構。作為變形例，本發明可適用於木造框架壁工法的耐力牆結構，在此情形下，取代基座、柱子及橫構件，可將耐力面材固定於縱框、下框、上框等。
另外，圖3所示的試驗體是將石膏板上下分割，並在高度方向的中間位置配設胴連接件的結構，此外，還可使用高度尺寸實質上與木造軸架的全高等同的石膏板，實施面內剪切試驗。後者的情況，認為能夠進一步增大短期基準剪切強度。
另外，在上述實施方式及實施例中，使用釘子將耐力面材固定於柱子及橫構件等的木造軸架上，此外也可以使用螺釘等其他種類的固定部件將耐力面材固定在木造軸架上。 ＜產業上的可利用性＞
本發明適用於木結構建築物的石膏系耐力面材。尤其是，本發明適用於以透過混合無機纖維及有機系強度強化材而發揮出500N以上的釘側面抵抗的板狀石膏硬化體作為主材或芯材的石膏系耐力面材。本發明也適用於使用此類石膏系耐力面材的木結構耐力牆的牆倍率增大方法。本發明還適用於將此類石膏系耐面材料固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底，由木結構壁基底保持耐力面材的結構性一體化的木結構建築物的耐力牆結構及耐力牆施工方法。根據本發明，無需附加安裝加強材或加固材，也無需增大石膏系面材料的比重及/或板厚，也無需進一步增大極限變位(δu)的值，也能夠使木結構耐力牆的牆倍率增大的，其實用性價值或效果顯著。
本國際申請基於2021年10月5日提出的日本國專利申請第2021-163783號主張優選權，本國際申請引用該日本專利申請的全內容。
1:耐力牆(木結構耐力牆) 2:基座 3:柱子 4:中間柱 4’:接續中間柱 5:橫構件(樑、橫樑、簷樑、橫側樑) 5’:胴連接件(g) 10,10a,10b:耐力面材(石膏系耐力面材) 20:釘子(固定部件)
圖1係例示木結構耐力牆透過面內剪切試驗所獲得的負荷-變形角曲線之包絡線(實線表示)之線圖，圖1中，以單點鏈線表示將負荷-變形角曲線之包絡線變換成完全彈塑性模式的負荷-變形角特性的線性圖。 圖2係概略表示採用本發明之木結構建築物的耐力牆的實施方式的正面圖。 圖3係表示圖2所示耐力牆結構的面內剪切試驗中使用的耐力牆試驗體的結構的正面圖、橫剖面圖及側面圖。 圖4係表示本發明之實施例及比較例所涉及的石膏系耐力面材的物性及混合等的圖表。 圖5係將實施例1~4及比較例之石膏系耐力面材被固定於木結構軸架而成的耐力牆結構體面內剪切試驗的試驗結果，表示為完全彈塑性模式的負荷-變形角特性的線圖。 圖6係概念性地表示用於測定壓縮強度的壓縮強度測定方法的試驗裝置之局部正面圖。

Claims (23)

  1. 一種具有以固定部件將石膏系耐力面材固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底之結構的木結構耐力牆，其特徵在於， 該耐力面材由主材或芯材及覆蓋該主材或該芯材之至少表背面的紙部件構成，且該主材或芯材由板狀的石膏硬化體形成， 該耐力面材，作為用於確定牆面每單位面積之質量的該耐力面材的面密度或面重量，具有6.5~8.9kg/m 2之範圍內的面密度或面重量的同時，發揮500N以上的釘側面抵抗，且具有至少6.5N/mm 2以上的壓縮強度， 該主材或該芯材中混合有無機纖維及有機系強度強化材， 作為透過使用牆的長度為1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗求出的極限耐力(Pu)的校正值(Pu')，透過該耐力面材能夠獲得7.7kN以上的該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')。
  2. 如請求項1的木結構耐力牆，其中， 為了作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的初期剛性(K)，確保2.0kN/10 -3rad以上的值，該耐力面材具有6.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  3. 如請求項2的木結構耐力牆，其中， 透過該面密度或面重量及該釘側面抵抗的設定，及該無機纖維及有機系強度強化材的混合， 作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的物性，確保以下諸物性中的至少1種物性， (1) 2.2kN/10 -3rad以上的初期剛性(K)， (2) 7.2×10 -3rad以下的降伏點變位(δv)， (3) 4.2以上的塑性值(μ)， (4) 大於20×10 -3rad的極限變位(δu)， (5) 7.7kN以上的值，且大於該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')的降伏耐力(Py)，及 (6) 7.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  4. 如請求項3的木結構耐力牆，其中， 該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')是8.0kN以上的值，該極限變位(δu)是大於22×10 -3rad的值，及/或該降伏耐力(Py)是8.0kN以上的值。
  5. 如請求項1至4中任一項的木結構耐力牆，其中， 該耐力面材具有未滿12mm的板厚，及/或0.96以下的比重。
  6. 一種將石膏系耐力面材固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底的木結構耐力牆的施工方法，其特徵在於， 使用固定部件將石膏系耐力面材固定於該木結構壁基底，該石膏系耐力面材由主材或芯材及覆蓋該主材或該芯材的至少表背面的紙部件構成，且該主材或該芯材由板狀的石膏硬化體形成， 該耐力面材，作為用於確定牆面每單位面積之質量的面密度或面重量，具有6.5~8.9kg/m 2之範圍內的面密度或面重量的同時，發揮500N以上的釘側面抵抗，且確保至少6.5N/mm 2以上的壓縮強度， 該主材或該芯材中混合有無機纖維及有機系強度強化材， 作為透過使用牆的長度為1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗求出的極限耐力(Pu)的校正值(Pu')，透過該耐力面材能夠獲得7.7kN以上的該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')。
  7. 如請求項6的木結構耐力牆的施工方法，其中， 為了作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的初期剛性(K)，確保2.0kN/10 -3rad以上的值，該耐力面材具有6.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  8. 如請求項7的木結構耐力牆的施工方法，其中， 透過該面密度或面重量及該釘側面抵抗的設定，及該無機纖維及有機系強度強化材的混合， 作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的物性，確保以下諸物性中的至少1種物性， (1) 2.2kN/10 -3rad以上的初期剛性(K)， (2) 7.2×10 -3rad以下的降伏點變位(δv)， (3) 4.2以上的塑性值(μ)， (4) 大於20×10 -3rad的極限變位(δu)， (5) 7.7kN以上的值，且大於該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')的降伏耐力(Py)，及 (6) 7.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  9. 如請求項8的木結構耐力牆的施工方法，其中， 該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')是8.0kN以上的值，該極限變位(δu)是大於22×10 -3rad的值，及/或該降伏耐力(Py)是8.0kN以上的值。
  10. 如請求項6至9中任一項的木結構耐力牆的施工方法，其中， 該耐力面材具有未滿12mm的板厚，及/或0.96以下的比重。
  11. 一種以使用固定部件將石膏系耐力面材固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底的方式進行施工的木結構耐力牆的牆倍率增大方法，其特徵在於， 由主材或芯材及覆蓋該主材或該芯材的至少表背面的紙部件構成該耐力面材，且該主材或芯材由板狀的石膏硬化體形成， 將用於確定牆面每單位面積之質量的該耐力面材的面密度或面重量降低至6.5~8.9kg/m 2的同時，發揮出500N以上的釘側面抵抗及6.5N/mm 2以上的壓縮強度，該主材或該芯材中混合有無機纖維及有機系強度強化材， 作為透過使用牆的長度為1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗求出的極限耐力(Pu)的校正值(Pu')，透過該耐力面材能夠獲得7.7kN以上的該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')。
  12. 如請求項11的木結構耐力牆的牆倍率增大方法，其中， 為了作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的初期剛性(K)，確保2.0kN/10 -3rad以上的值，使該耐力面材具有6.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  13. 如請求項12的木結構耐力牆的牆倍率增大方法，其中， 透過該面密度或面重量及該釘側面抵抗的設定，及該無機纖維及有機系強度強化材的混合， 作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的物性，確保以下諸物性中的至少1種物性， (1) 2.2kN/10 -3rad以上的初期剛性(K)， (2) 7.2×10 -3rad以下的降伏點變位(δv)， (3) 4.2以上的塑性值(μ)， (4) 大於20×10 -3rad的極限變位(δu)， (5) 7.7kN以上的值，且大於該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')的降伏耐力(Py)，及 (6) 7.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  14. 如請求項13的木結構耐力牆的牆倍率增大方法，其中， 該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')是8.0kN以上的值，該極限變位(δu)是大於22×10 -3rad的值，及/或該降伏耐力(Py)是8.0kN以上的值。
  15. 如請求項11至14中任一項的木結構耐力牆的牆倍率增大方法，其中， 該耐力面材具有未滿12mm的板厚，及/或0.96以下的比重。
  16. 一種由固定部件固定於木造軸架工法或木造框架壁工法的木結構壁基底的石膏系耐力面材，其特徵在於， 該石膏系耐力面材由主材或芯材以及覆蓋該主材或該芯材的至少表背面的紙部件構成，且該主材或芯材由板狀的石膏硬化體形成， 作為用於確定牆面每單位面積之質量的面密度或面重量，具有6.5~8.9kg/m 2之範圍內的面密度或面重量， 發揮500N以上的釘側面抵抗，並具有至少6.5N/mm 2的壓縮強度， 該主材或該芯材中混合有無機纖維及有機系強度強化材， 作為透過使用以固定部件將該耐力面材固定於木結構壁基底而成的、牆的長度為1.82m的耐力牆試驗體進行面內剪切試驗求出的極限耐力(Pu)的校正值(Pu')，能夠使耐力牆發揮出7.7kN以上的該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')。
  17. 如請求項16的石膏系耐力面材，其中， 為了作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的初期剛性(K)，確保2.0kN/10- 3rad以上的值，該耐力面材具有6.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  18. 如請求項17的石膏系耐力面材，其中， 透過該面密度或面重量及該釘側面抵抗的設定，及該無機纖維及有機系強度強化材的混合， 作為透過該面內剪切試驗測定的該耐力牆的物性，確保以下諸物性中的至少1種物性， (1) 2.2kN/10 -3rad以上的初期剛性(K)， (2) 7.2×10 -3rad以下的降伏點變位(δv)， (3) 4.2以上的塑性值(μ)， (4) 大於20×10 -3rad的極限變位(δu)， (5) 7.7kN以上的值，且大於該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')的降伏耐力(Py)，及 (6) 7.5N/mm 2以上的該壓縮強度。
  19. 如請求項18的石膏系耐力面材，其中， 該極限耐力(Pu)的校正值(Pu')是8.0kN以上的值，該極限變位(δu)是大於22×10 -3rad的值，及/或該降伏耐力(Py)是8.0kN以上的值。
  20. 如請求項16至19中任一項的石膏系耐力面材，其中， 該耐力面材具有未滿12mm的厚度，及/或0.96以下的比重。
  21. 如請求項16至20中任一項的石膏系耐力面材，其中， 具有以石膏板用原紙覆蓋該芯材之表面或表層而成的疊層結構。
  22. 如請求項16至21中任一項的石膏系耐力面材，其中， 該石膏系耐力面材的主材或芯材中，作為防止耐力劣化的耐力劣化防止劑，包含有機聚矽氧烷化合物。
  23. 如請求項16至22中任一項的石膏系耐力面材，其中， 該石膏系耐力面材具有980N以下的釘側面抵抗。
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