WO2011077604A1

WO2011077604A1 - 壁パネル

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Publication number: WO2011077604A1
Application number: PCT/JP2010/004150
Authority: WO
Inventors: 田中浩史; 河合良道
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2012-06-22
Also published as: TWI465626B; JP2010168892A; CN102959161A; JP4580458B2; CN102959161B; TW201122190A; MY184597A

Abstract

　本発明の壁パネルは、互いに間隔をおいて対向配置された一対の枠材２と；これら枠材２に固定され、一方から他方に向かって山部６及び谷部７が交互に形成された薄鋼板の折板である面材３と；この面材３の谷部７を各枠材２に対して固定するねじ８と；を備え、各枠材２に対して構面内せん断力が作用した場合に、面材３の、ねじ８の周囲部分が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネル１であって、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が、面材３の支圧変形時に、ねじ８の軸部８Ｂが傾斜する所定値に設定されている。

Description

壁パネル

　本発明は、薄板軽量形鋼造建築物等の建築物に用いられる壁パネルに関する。
　本願は、２００９年１２月２２日に、日本に出願された特願２００９－２９１２０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、薄板軽量形鋼造用の耐力壁における壁パネルとして、枠材の片面または両面に面材としての折板を接合した壁パネルが用いられている（例えば、特許文献１～３参照）。

　特許文献１、２に記載された耐力壁では、折板が、枠材に溶接されたり、補強部材を介して枠材に固定されたりなど、折板と枠材とが剛に接合される。枠材自体も剛なフレームをなし、梁などの建物躯体に固定されている。このような耐力壁は、地震等の水平力が建物に作用した際に、折板がせん断力を負担することで建物の水平耐力を確保するように構成されている。したがって、折板のせん断耐力に基づいて建物の保有水平耐力が決定される。

　特許文献３には、縦枠に折板をねじ止めし、折板を縦枠の補強材と兼用することが提案されている。さらに、特許文献３には、薄板軽量形鋼からなる枠材を変形させないための鋼板面材として折板が有効であり、さらには、枠材に対して目地を直交方向に配置させることにより、耐力壁が耐力と変形性能に優れると記載されている。

　本出願人により、特許文献４では、折板耐力壁の変形性能を更に高めるため、ねじ接合部における面材の支圧変形を起こさせるように、面材の全体座屈および局部座屈を回避する折板形状となっている。また、ねじ接合部において生じるねじの抜け出しと、枠材の支圧破壊と、ねじの破断等を回避する折板と、枠材と、ねじとを組み合わせることが提案されている。さらに、特許文献４には、ねじ孔の支圧変形により形成された長孔からねじが抜け出さないよう、ねじ頭を大きくし、かつ、ねじ孔周辺の局所変形（皺）が起きないように、ねじ軸径はあまり大きくしないことが提案されている。

実開平２－４９４４９号公報特開平９－２２８５２０号公報特開２００７－３０３２６９号公報特開２００９－２０９５８２号公報

　前記従来の耐力壁では、折板のせん断耐力に基づいて建物が設計されているため、折板と枠材との接合部分や耐力壁と建物躯体との接合部分が剛接合とされている。すなわち、これらの接合強度が、折板のせん断耐力以上となるように設定されている。このため、接合構造が大掛かりになり、製造や現場施工の手間やコストが増大してしまうという問題がある。
　また、特許文献４に記載の壁パネルでは、折板の機械的特性（降伏比あるいは破断伸び等）について明確に示唆されていない。これにより、折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保できず、最大耐力発揮後の耐力低下が大きい場合が生じる可能性もあるという問題がある。

　本発明は、前記の課題を解決し、折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保可能で変形性能に優れた壁パネルの提供を目的とする。

　本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
　すなわち、
（１）本発明の壁パネルは、互いに間隔をおいて対向配置された一対の枠材と；これら枠材に固定され、の一方から他方に向かって山部及び谷部が交互に形成された薄鋼板の折板である面材と；この面材の谷部を各枠材に対して固定するねじと；を備え、各枠材に対して構面内せん断力が作用した場合に、面材の、ねじの周囲部分が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネルであって、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が、面材の支圧変形時に、ねじの軸部が傾斜する所定値に設定されていることを特徴とする。

　（２）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、所定値が０．７以上であってもよい。

　（３）上記（１）または（２）に記載の本発明の壁パネルでは、所定値が１．６以下であってもよい。

　（４）上記（１）または（２）に記載の本発明の壁パネルでは、ねじが挿入されるワッシャをさらに備え、このワッシャの外径寸法をねじの軸部の軸径寸法で除算した比が、３．０以上であってもよい。
　（５）上記（４）に記載の本発明の壁パネルでは、所定値が４．０以下であってもよい。

　（６）上記（４）に記載の本発明の壁パネルでは、枠材が、谷部の延在方向に配置された第１の枠材と、谷部の延在方向に直交する方向に配置された第２の枠材とを備え、第１の枠材と第２の枠材とにより四角枠を形成し、面材の谷部に第１の枠材を固定するねじにのみワッシャが挿入されていてもよい。
　（７）上記（４）に記載の本発明の壁パネルでは、ワッシャの孔とねじの軸部との間に隙間が形成されていてもよい。
　（８）上記（４）に記載の本発明の壁パネルでは、ワッシャの内径寸法からねじの軸部の軸径寸法を差し引いた差をワッシャの厚さ寸法で除算した比が、０．１～０．６であってもよい。

　（９）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、面材の破断伸びが１％以上かつ１６％未満であってもよい。

　（１０）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、ねじのねじ山のピッチが、各枠材の板厚寸法以下であってもよい。

　（１１）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、面材の降伏比が７７％～９６％であってもよい。

　（１２）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、面材の、ねじの軸部が挿通されるねじ孔を中心として、谷部の延在方向に沿った少なくとも片側に、谷部の延在方向に直交するリブがさらに設けられていてもよい。

　（１３）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、面材の、ねじの軸部が挿通されるねじ孔を中心として、谷部の延在方向に直交する方向に沿った両側に、部分的に板厚が薄い薄肉部が形成されていてもよい。

　（１４）上記（１）に記載の本発明の壁パネルでは、面材の、ねじの軸部が挿通されるねじ孔を中心として、谷部の延在方向に直交する方向に沿った両側に、部分的に機械的強度が周囲よりも低い低強度部が形成されていてもよい。

　耐力壁に構面内せん断力が作用した場合、面材の周囲部分が支圧変形する。このとき、上記（１）に記載の本発明の壁パネルによれば、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が、所定値に設定されているため、ねじの抜け出しによる急激な耐力低下を抑制することができる。これにより、面材のねじ周りを安定的に塑性変形させて、構面内に発生したエネルギーを吸収することができる。また、面材の変形性能を高めた上で、従来の耐力壁に比べて、耐力壁の急激な耐力低下を防止することができる。その結果、変形性能に優れた壁パネルとなる。また、ねじの軸部の傾斜を利用して、ねじ付近に集まる塑性化された面材が、ねじ孔の先端部に集まり、粉砕されて排除され易くなる。

　上記（２）に記載の本発明の壁パネルによれば、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が０．７以上であるため、ねじが傾斜する前にねじの先端が枠材から抜けてしまうのを防ぐことができる。

　上記（３）に記載の本発明の壁パネルによれば、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．６以下であるため、ねじ（特に、ねじの頭部）が面材の下に潜り込むことなく、ねじを傾斜させることができる。

　上記（４）に記載の本発明の壁パネルによれば、ねじ周りの応力が大きく作用する範囲と重なるようにワッシャを配置することにより、ねじ（特に、ねじの頭部）が面材の下に潜り込むことなく、ねじを傾斜させることができる。さらには、ワッシャの外径寸法をねじの軸部の軸径寸法で除算した比が、３．０以上となるワッシャ及びねじを用いることにより、ねじ頭部が面材の下に潜り込まないため、変形が進んでも面材が安定した支圧耐力を発揮することができる。
　上記（５）に記載の本発明の壁パネルによれば、ワッシャを用いることにより、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の上限を緩和することができる。すなわち、上記所定値が４．０以下で、ねじが耐力を保持することができ、ねじが面材の下に潜り込むことなく、ねじを傾斜させることができる。
　また、第１の枠材と第２の枠材とにより四角枠が形成される場合、第２の枠材に固定された面材の支圧変形に比べて、第１の枠材に固定された面材の支圧変形の方が大きい。そこで、上記（６）に記載の本発明の壁パネルによれば、第１の枠材に対して面材を固定するねじにのみワッシャが挿入されているため、ねじ（特に、ねじの頭部）が面材の下に潜り込むのを抑制しながら、組立工程及び部品点数を削減することができる。すなわち、面材におけるねじ周囲の支圧変形を安定的に確保しつつ、全体的な生産コストを抑えることができる。

　上記（７）に記載の本発明の壁パネルによれば、ワッシャの孔とねじの軸部との間に隙間が形成されているため、この隙間を利用してねじが傾斜する。これにより、面材のねじ周囲が支圧変形したときに、ねじの傾斜範囲が制限されるので、ねじの抜けだしによる急激な耐力低下を抑制させることができる。
　上記（８）に記載の本発明の壁パネルによれば、ワッシャの内径寸法、ねじの軸部の軸径寸法及びワッシャの厚さ寸法を規定することにより、適正な傾斜角度でねじを傾斜させることができる。

　また、破断伸びが大きい面材の場合には、塑性化されたねじ孔近傍の面材が、ねじ軸部にまとわり付くため、ねじの軸部の負担が増えて、耐力壁の耐力上昇あるいは、ねじのねじ孔からの抜け出しを生じる恐れがある。しかしながら、破断伸びが小さい（脆い）面材と壁パネルとを組み合わせると、ねじ孔近傍の塑性化された面材は、容易に切り屑となって排除される。これにより、ねじ軸部の負担が極端に高まることがないため、耐力壁の耐力が安定し、優れた変形性能を発揮することができる。
　そこで、上記（９）に記載の本発明の壁パネルによれば、面材の破断伸びが１％以上かつ１６％未満である。このように、破断伸びが小さい面材を用いることにより、ねじによって支圧されるねじ周りの面材の塑性化部が、粉砕されて排除され易くなる。これにより、ねじ周りに集まった塑性化された面材が、ねじに抵抗することがないので、面材を安定して塑性変形させることができる。さらには、安定した耐力と変形性能とを発揮させることができる。

　上記（１０）に記載の本発明の壁パネルによれば、ねじが傾斜した状態でも、ねじ山が枠材に全周３６０度引っ掛かるため、枠材からのねじの抜け出しをより確実に防止して、安定した耐力を発揮させることができる。

　上記（１１）に記載の本発明の壁パネルによれば、面材として、低ＹＲ（降伏比）鋼ではなく、降伏比が７７％～９６％である高ＹＲ鋼を使用する。この結果、ねじ軸部の支圧により、面材のねじ孔周りが塑性変形する場合の塑性化領域を狭くすることができる。したがって、ねじが挿入されているねじ孔の孔幅が極端に広がることがないので、ねじ（特に、ねじの頭部）が面材に潜り込むのを抑制させることができ、耐力壁が大きくせん断変形しても、耐力壁の耐力を安定させることができる。

　上記（１２）に記載の本発明の壁パネルによれば、リブにより、折板が塑性化する方向に対して直交する方向に局部座屈するのを防止することができ、耐力壁の所定の方向に面材を塑性化させることができる。

　上記（１３）に記載の本発明の壁パネルによれば、ねじにより折板のねじ周囲を塑性化させる場合に、薄板部分が塑性化する。このように、塑性化させる範囲を特定の場所に限定することにより、面材にしわが発生するのを抑えることができる。しわとは、例えば、局所的な面外座屈を示す。

　上記（１４）に記載の本発明の壁パネルによれば、ねじにより折板のねじ周囲を塑性化させる場合に、強度低下部が塑性化する。このように、塑性化させる範囲を特定の場所に限定することにより、面材が大きく変形した時も耐力壁の耐力を安定させることができる。

本発明の第１実施形態の耐力壁に適用される壁パネルを示す正面図である。図１の同壁パネルの側面図である。図１の同壁パネルのＡ－Ａ線断面図である。図１に示す同壁パネルの概略斜視図である。図１に示す同壁パネルの端部の部分拡大斜視図である。同壁パネルのねじ接合部における破壊モードを示す説明図である。同壁パネルのねじ接合部における破壊モードを示す説明図である。同壁パネルのねじ接合部における破壊モードを示す説明図である。同壁パネルのねじ接合部における破壊モードを示す説明図である。折板のねじ接合部の要素試験の説明図である。同要素試験で用いられる折板の正面図である。同要素試験で用いられる同折板の側面図である。同要素試験で用いられる枠材片の側面図である。同折板の部分的な寸法形状を示す断面図である。図７Ａに示した折板のねじ接合部の要素試験によって得られた荷重－変位関係の包絡線を比較した図である。図７Ａに示した折板のねじ接合部の要素試験によって得られた荷重－変位関係の包絡線を比較した図である。ねじが面材に潜り込んだ状態を示す断面図である。破断伸びが大きな折板に対してねじが傾斜した場合の部分断面図である。図１０Ｂにおける折板の塑性化部の斜視図である。破断伸びが小さな折板に対してねじが傾斜した場合の部分断面図である。図１０Ｄにおける折板の塑性化部の斜視図である。ねじが傾いた状態における、枠材と面材とを接合しているねじ接合部の断面図である。図１１ＡのＢ－Ｂ断面における、ねじ径と面材最外縁の厚み寸法との関係を示す断面図である。日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図－ＩＩ．５．１２に掲載の、ボルト孔周辺の応力分布を示す説明図である。日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図－ＩＩ．５．１２に掲載の、ボルト心からの距離による応力分布を示すグラフである。クリアランスが小さい場合における、ワッシャ内径とねじ軸部との間のクリアランスと、ねじ及びワッシャの傾きとの関係を説明する断面図である。クリアランスが大きい場合における、ワッシャ内径とねじ軸部との間のクリアランスと、ねじ及びワッシャの傾きとの関係を説明する断面図である。ねじ接合部の位置が異なる折板の要素試験を示す説明図である。同要素試験で用いられる折板の正面図である。同要素試験で用いられる折板の側面図である。同要素試験で用いられる枠材片の側面図である。折板の部分的な寸法形状を示す断面図である。図１５Ａ～図１５Ｄに示した要素試験で得られた荷重－変位関係の包絡線を比較したグラフである。図１５Ａ～図１５Ｄに示した同要素試験で得られた荷重－変位関係の包絡線を比較したグラフである。壁パネルの耐力試験で用いる試験体の寸法形状を示す正面図である。図１８に示した試験体を用いた耐力試験によって得られた荷重－変形角関係を示すグラフである。ねじが傾斜したときの、ねじのねじ山ピッチとねじの抜け出しとの関係を説明するための断面図である。先端が先鋭なねじを枠材に取り付けた場合を示す断面図である。壁パネルを載荷試験装置にセットして載荷試験をしている状況を示す正面図である。同載荷試験によって得られた荷重－変形角関係の包絡線を比較したグラフである。ねじ軸部から低ＹＲの面材に支圧力が作用している状態を示す正面図であって、一部が断面視されている。図２４Ａの状態から枠材と面材とがずれた状態で面材が塑性変形している状態を示す正面図であって、一部が断面視されている。図２４Ａに対応した図であり、高ＹＲの面材に支圧力が作用している状態を示す正面図であって、一部が断面視されている。図２４Ｃの状態から枠材と面材とがずれた状態で面材が塑性変形している状態を示す正面図であって、一部が断面視されている。ねじが傾く前の状態における、枠材と面材とを接合しているねじ接合部の断面図である。面材の降伏比ＹＲと面材の塑性化領域との関係について示した説明図である。本発明の他の実施形態の壁パネルを示す部分正面図である。図２６ＡのＣ－Ｃ線より見た場合における、同壁パネルの部分断面図である。同壁パネルを図２６ＡのＤ－Ｄ線より見た場合の部分側面図である。本発明のさらに他の実施形態の壁パネルを示す部分正面図である。同壁パネルを図２７ＡのＥ－Ｅ線より見た場合の部分図２７Ａの側面図である。図２７Ａに対応する図であって、ねじが取り付けられていない状態を示す壁パネルの部分正面図である。同壁パネルの折板における薄板部分を拡大して示す図であって、図２７ＣのＦ－Ｆ線より見た場合の部分断面図である。

　以下、本発明の各実施の形態を、図を参照して説明する。なお、以下の説明及びこの説明で用いられる図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することによりそれらの重複説明を省略する。

　図１は、本発明の一実施形態に係る壁パネル１を示す正面図である。図２は、壁パネル１の側面図である。図３は、壁パネル１の、図１のＡ－Ａ線で見た断面図である。図４は、壁パネル１の斜視図である。図５は、壁パネル１の一部を拡大して示す斜視図である。

　壁パネル１は、枠組壁工法建築物に耐力壁として用いられる。例えば、壁パネル１は、基礎上に設置された後、この壁パネル１の下端部がアンカーボルトと連結される一方、壁パネル１の上端部が建物の梁や床パネルと連結される。あるいは、壁パネル１の上下の端部が、上下の梁や床パネルに連結されて設置される。壁パネル１は、図１に示すように、枠材２と、折板３との組合せで構成されている。折板３は、薄板鋼板からなる面材であり、図２に示すように、一方から他方に向かって複数の山部６と複数の谷部７とが交互に形成された面材である。
　枠材２は、薄板軽量形鋼（溝形鋼）からなり、図１に示すように、折板３の谷部７の延在方向に配置された一対の縦枠材（第１の枠材）２Ａと、折板３の谷部７の延在方向に直交する方向に沿って配置された一対の横枠材（第２の枠材）２Ｂとにより、例えば長方形の四角枠を形成している。さらに、縦枠材２Ａの間には、枠材２Ｃが設けられている。また、折板３は、枠材２Ａ及び枠材２Ｂにより構成された四周枠組みの一方の面に接合されている。
　枠組壁工法建築物としては、例えば、２階建て～４階建て程度の比較的小規模な建物が好適であり、壁パネル１の他に、柱、梁、床パネル、屋根、外装材、内装材等を有して構成されている。

　壁パネル１の枠材２は、図３に示すように、ウェブ４と、このウェブ４の両端部に連続する一対のフランジ５とを有し、断面略Ｃ字形に形成されている。そして、両側端縁に設けられる縦枠材２Ａは、ウェブ４同士で互いに接合された２つの溝形鋼からなる。
　ねじ８は、タッピングビスなどであり、枠材２の反対側から折板３の谷部７を貫通したねじ８が、枠材２に螺合することで、枠材２に対して折板３の谷部７を固定する。

　図２の拡大部分に示す、壁パネル１のねじ８の頭部８Ａの外径Ｄと軸部８Ｂの軸径ｄ_１と折板３の板厚ｔ_１との関係は、以下の式（１）で設定されている。
（Ｄ－ｄ_１）＞α_１・ｔ_１　…（１）

　ここで、α_１は、軸部８Ｂの支圧により折板３に生じたねじ孔９からねじ８の頭部８Ａが抜け出さないための条件を表す係数である。α_１は、７．０以上であることが望ましい。このような構成によれば、ねじ８が、繰り返して荷重を受けて、折板３の軸部８Ｂ周りが支圧変形し、ねじ８のねじ孔９が大きくなった場合でも、ねじ８のねじ頭部８Ａが折板３に引っ掛かる。これにより、折板３からねじ８が脱落することが防止でき、変形性能を確保することができる。

　また、壁パネル１のねじ８の軸部８Ｂの軸径ｄ_１と折板３の板厚ｔ_１との関係は、以下の式（２）で設定されている。
ｄ_１＜α_２・ｔ_１　…（２）

　ここで、α_２は、ねじ８の軸部８Ｂにより折板３に生じた局所座屈により、ねじ孔９の成長が阻害されないための条件を表す係数である。α_２は、１３以上であることが望ましい。このような構成によれば、ねじ８の軸部８Ｂの支圧により、折板３には、ねじ孔９を起点とする長孔が形成されるので、軸部８Ｂ周りに皺がよる支圧変形に比べて、より高い変形性能を確保できる。

　上記の変形（破壊モード）を実現するには、他の破壊モードを起こさない条件を設定することが必要となる。すなわち、折板２のねじ８の周囲部分（ねじ接合部８Ｃ）において、図６Ａに示すように、ねじ８が抜け出たり、図６Ｂに示すように、面材３にしわ１３が発生したり、図６Ｃに示すように、枠材２が切断されたり、図６Ｄに示すように、ねじ８が切断されたりする破壊モードを起こさない条件を設定する必要がある。また、しわ１３とは、局所的な面外座屈を指す。さらには、壁パネル１全体でも、全体座屈や局部座屈を起こさない条件を設定する必要がある。

　まず、壁パネル１における枠材２と折板３とのねじ８との接合部である、ねじ接合部８Ｃの上記条件を設定する。ここでは、例えば、社団法人日本鉄鋼連盟著「ドリルねじ接合　設計施工指針」に記載の、ねじ接合部の許容せん断耐力（Ｒａｓ）の算定式を利用し、次式（３）のように設定する。
Ｒ_ａｓ＝Ｒ_{ａｓ３－１}＜ｍｉｎ（α_３・Ｒ_ａｓ２，α_４・Ｒ_{ａｓ３－２}，α_５・Ｒ_ａｓ４）　…（３）

　式（３）において、Ｒ_ａｓ２は、図６Ａに示すねじ８の抜け出し耐力（ｋＮ）であり、以下の式（４）で算出される。Ｒ_{ａｓ３－１}は、図６Ｂに示す折板３のねじ周り支圧耐力（ｋＮ）であり、下式（５）で算出される。Ｒ_{ａｓ３－２}は、図６Ｃに示す枠材２のねじ周り支圧耐力（ｋＮ）であり、下式（６）で算出される。Ｒ_ａｓ４は、図６Ｄに示すねじ８の軸部せん断耐力（ｋＮ）であり、下式（７）で算出される。各式（４）～（７）において、ｔ_１は、折板３の設計用板厚（ｍｍ）であり、ｔ_２は、枠材２の設計用板厚（ｍｍ）であり、Ｆ_ｕ１は、折板３の引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）であり、Ｆ_ｕ２は、枠材２の引張強さ（Ｎ／ｍｍ^２）であり、ｄ_１は、ねじ８の軸部８Ｂの軸径（ｍｍ）であり、Ａ_ｄは、ねじ８の軸部断面積（ｍｍ^２）であり、Ｄは、ねじ８の頭部径（ｍｍ）である。

　ねじ８の抜け出し耐力Ｒ_ａｓ２（ｋＮ）は、次式（４）により求めることができる。
Ｒ_ａｓ２＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ_１×ｔ_２×Ｆ_ｕ２　…（４）
Ｃｓ＝１．３－０．３×（ｄ_１／５）
Ｃｅ＝０．２８×３．９５×ξ^０．５×（ｔ_２／ｄ_１）^０．５
ここで、ξは影響係数であり、次式で算出される。
ξ＝３．１－５．６（ｔ_１／ｔ_２）＋３．５（ｔ_１／ｔ_２）^２
Ｃｓは、ねじ径を考慮する係数である。また、Ｃｅは、ねじ径と枠材板厚を考慮する係数である。

　折板のねじ周り支圧耐力Ｒ_{ａｓ３－１}（ｋＮ）は、次式（５）により求めることができる。
Ｒ_{ａｓ３－１}＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ_１×ｔ_１×Ｆ_ｕ１　…（５）
Ｃｅ＝ｍｉｎ（Ｃｅ_１，Ｃｅ_２）
Ｃｅ_１＝０．２８×｛０．４７１＋９．４２×ｔ_２／ｄ_１｝
Ｃｅ_２＝０．９５９
　ここで、Ｃｅ_１は、ねじ径と折板板厚を考慮する係数である。また、Ｃｅ_２は、実験結果に基づく定数である。

　枠材２のねじ周り支圧耐力Ｒ_{ａｓ３－２}（ｋＮ）は、次式（６）により求めることができる。
Ｒ_{ａｓ３－２}＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ_１×ｔ_２×Ｆ_ｕ２　…（６）
Ｃｅ＝ｍｉｎ（Ｃｅ_１，Ｃｅ_２）
Ｃｅ_１＝０．２８×｛１．１８＋５．２６×ｔ_１／ｄ_１｝
Ｃｅ_２＝０．６７７
　ここで、Ｃｅ_１は、ねじ径と枠材板厚を考慮する係数である。また、Ｃｅ_２は、実験結果に基づく定数である。

　ねじ８の軸部せん断耐力Ｒ_ａｓ４（ｋＮ）は、次式（７）により求めることができる。
Ｒ_ａｓ４＝ｆｓ×Ａ_ｄ≒１２０×Ａ_ｄ　…（７）
　ここで、ｆｓはドリルねじの基準強度（Ｎ／ｍｍ^２）である。

　以上のように、枠材２と折板３との接合部分のせん断耐力Ｒ_ａｓが設定されていることで、この接合部分における破断モードは、折板３のねじ周り支圧耐力Ｒ_{ａｓ３－１}により決定される。これにより、壁パネル１にせん断力が作用した際には、図示を省略するが、ねじ８で貫通された部分の折板３が支圧変形し、ねじ８の抜け出し（ねじ８の抜け出し耐力Ｒ_ａｓ２）、枠材２のねじ周り支圧変形（枠材２のねじ周り支圧耐力Ｒ_{ａｓ３－２}）及びねじ８の軸部破断（ねじ８の軸部せん断耐力Ｒ_ａｓ４）等は発生しない。なお、式（３）の根拠となった式は最初に発現する破壊モードで耐力を定める式であったが、本実施形態においては初めから折板３のねじ周り支圧モードが発現しなくともよい。他のモードが発現した後で発現してもよいため、α_３～α_５は１．０である必要はない。α_４～α_５に上限はなく、下限は０．５以上が望ましい。α_３は、小さすぎるとねじが抜け出しやすく、大きすぎるとねじが傾かない可能性があるので、０．７～４．０の範囲が望ましい。

　次に、壁パネル１の上記条件を設定する。壁パネル１全体におけるせん断耐力Ｑ_Ｕは、次の式（８）を満足するように設定する。式（８）のＱ_ｂは、下式（９）に示す前記接合部分の許容せん断耐力Ｒ_ａｓに基づくせん断耐力（ｋＮ）であり、Ｑ_ｙは、式（１０）に示す折板３のせん断降伏耐力（ｋＮ）であり、Ｑ_Ｇは、下式（１１）に示す折板３の全体座屈強度τ^ｅ _ｃｒ，Ｇに基づくせん断降伏耐力（ｋＮ）であり、Ｑ_Ｌは、下式（１２）に示す折板３の谷部７の局部座屈強度τ^ｅ _ｃｒ，Ｌに基づくせん断降伏耐力（ｋＮ）である。なお、式（１１）と式（１２）とについては、例えば、波形鋼ウェブ合成構造研究会著「波形鋼板ウェブＰＣ橋計画マニュアル、１９９８年１２月発行」にある式を利用している。

　Ｑ_ｕ＝Ｑ_ｂ＜ｍｉｎ（α_６・Ｑ_ｙ，α_７・Ｑ_Ｇ，α_８・Ｑ_Ｌ）　…（８）

　Ｑ_ｂ＝α_９・Ｒ_ａｓ・ｈ／ｐ　…（９）

　式（９）において、Ｒ_ａｓは、ねじ接合部の長期許容せん断耐力で、最大耐力はその約３倍である。しかしながら、ねじ８が全て均等に荷重を負担することは困難なので、α_９は３．０～２．０とする。なお、図４に示すように、ｈは壁パネル１の幅（ｍｍ）であり、ｐはねじ８のねじピッチ（ｍｍ）である。

　Ｑ_ｙ＝Ｆ_１／√３・ｈ・ｔ_１　…（１０）

　式（１０）において、ｈは図４に示す壁パネル１の幅（ｍｍ）であり、ｔ_１は図５に示す折板３の厚さ（ｍｍ）であり、Ｆ_１は折板３のＦ値（Ｎ／ｍｍ^２）ある。

　Ｑ_Ｇ＝τ^ｅ _ｃｒ，Ｇ・ｈ・ｔ_１＝３６β｛（ＥＩ_ｙ）^１／４×（ＥＩ_Ｘ）^３／４｝ｈ／ｈ_d ^２　　…（１１）
　Ｉ_ｘ＝ｔ_１ ^３（δ_２十１）／（６η）　…（１１ａ）
　Ｉ_ｙ＝ｔ_１ ^３／｛１２（１－μ^２）｝　…（１１ｂ）

　式（１１）において、βは、面材３の端部の固定度を示す係数で、ここではピンの場合のβ＝１．０である。Ｅは、折板３のヤング係数（Ｅ＝２０５（ｋＮ／ｍｍ^２））である。Ｉ_ｘは、折板３の折り筋方向に対して直交する方向の中立軸に関する単位長さ当たりの断面２次モーメントであり、式（１１ａ）で算出される。この式（１１ａ）において、ｔ_１は、折板３の厚さ（ｍｍ）であり、δは、山高板厚比であり、図５に示すように、折板３の山部６の山高部分の高さをｄとした場合に、δ＝ｄ／ｔ_１となる。また、ηは、図５に示す折り筋方向に直交する方向の山部の展開したときの長さ寸法Ｌ１に対する、山部の実寸法（投影長さ）Ｌの比（Ｌ／Ｌ１）、すなわち、折板３の山部の長さの減少率である。ｈ_dは折板３の幅方向の支点間距離で、中桟が１本の場合はｈ_d＝ｈ／２である。また、式（１１）において、Ｉ_ｙは、折板３の折り筋方向に対して並行する方向の中立軸に関する単位長さ当たりの断面２次モーメントであり、式（１１ｂ）で算出される。この式（１１ｂ）において、μは、折板３のポアソン比（μ＝０．３）である。

　図示を省略するが、このような式（１１）で決定される折板３の全体座屈強度とは、折板３全体が複数の山部６および谷部７を跨いで座屈する破壊モードが発生したときの強度である。そして、全体座屈強度を決定する大きな要因が山部６の山高部分の高さｄであり、この山高部分の高さｄを所定値以上に設定することで、全体座屈強度が確保できる。

　Ｑ_Ｌ＝τ^ｅ _ｃｒ，Ｌ・ｈ・ｔ_１＝ｋ（π^２Ｅ）／｛１２（１一μ^２）｝・γ^２・ｈ・ｔ_１…（１２）

　式（１２）において、ｋは、せん断座屈係数（ｋ＝４．００＋５．３４／α^２）である。ここで、αは、縦横比（α＝ａ／ｈ）であり、図４に示すように、ａは、折板３の谷幅（ｍｍ）であり、ｈは、壁パネルの幅（ｍｍ）である。また、式（１２）において、πは、円周率であり、γは、折板３の幅厚比（γ＝ｔ_１／ｈ）である。図示を省略するが、このような式（１２）で決定される折板３の谷部７の局部座屈強度とは、個々の谷部７が座屈する破壊モードが発生したときの強度である。局部座屈強度を決定する大きな要因が、谷部７の幅厚比γである。すなわち、谷部７の谷幅ａを所定値以下に設定することで、局部座屈強度が確保できる。

　なお、式（８）については、ねじ接合部の破壊モードが、他のモードが発現した後で発現してもよいため、α_６～α_８は１．０である必要はなく、０．５以上であることが望ましい。

　このような構成によれば、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力が、折板３のせん断降伏耐力よりも小さく設定されているので、折板３がせん断降伏するよりも前に折板３のねじ周りが支圧変形し、ねじ８が傾斜する。このとき、壁パネル１に加えられた負担荷重の一部が、ねじ８を傾斜させる力に変えられる。そして、折板３がその負担荷重を保持することとなり、折板３のせん断降伏が防止できる。従って、脆性的なせん断降伏を防止するとともに、折板３のねじ周りの支圧変形によって靭性が確保でき、壁パネル１のエネルギー吸収性能を高めることができる。すなわち、折板３の全体座屈や局部座屈などの座屈が発生すると、せん断応力が保持できずに、急激に耐力が低下して変形が増大するような脆性破壊に至ってしまう。そこで、このような座屈を防止することで、壁パネル１の変形性能を向上させることができる。この際、折板３の全体座屈により決定されるせん断降伏耐力としては、折板３の山高寸法の影響が大きく、山高寸法を所定値以上に大きく設定することで、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力を上回ることができる。また、折板３の局部座屈により決定されるせん断降伏耐力としては、折板３の谷幅寸法の影響が大きく、谷幅寸法を所値以下に抑えて設定することで、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力を上回ることができる。

　以上説明の壁パネル１によれば、折板３と枠材２とねじ８とによる接合部における接合耐力が、折板３のねじ周りの支圧耐力により決定され、外力が作用した際に折板３のねじ周りが支圧変形するように構成されている。これにより、折板３の全体座屈、局部座屈、枠材２の変形などにより急激に耐力低下することなく、負担荷重を保持することができる。従って、比較的大きな変形角（例えば、層間変形角で１／３０ｒａｄ程度）まで、壁パネル１の耐力が低下せずに荷重を保持できる。つまり、折板３の変形性能を高めることができるので、構造特性係数を小さく設定することが可能になる。これにより、耐力壁の枚数（壁長）を少なくし、枠材板厚や接合金物の耐力を抑えることにより、経済的かつ建築計画上の自由度を高めることができる。つまり、ねじ止めによって枠材２と折板３とを接合することで、接合構造が簡単になり、製造および施工の手間やコストを低減させることができる。

　そして、ねじ接合部におけるねじ８による折板３の支圧変形を確実に安定して起こさせることを探求するために、折板３の機械的な性質と、ねじ接合部付近の塑性化について、試験および検討した。

　試験および検討の条件として、押し引きによる支圧力をねじ接合部に作用させ、ねじ接合部を支圧変形させた場合のねじ接合部の破壊モードとして下記（ｉ）～（ｉｖ）のパターンが考えられるが、（ｉ）、（ｉｉ）のパターンであることを前提とした。
（ｉ）折板３におけるねじ接合部付近の支圧変形時に、ねじ８のねじ先が抜けることにより接合部が破壊される場合。
（ｉｉ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、折板３（面材）が支圧変形して、接合部が破壊される場合。
（ｉｉｉ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、枠材２が支圧変形して、接合部が破壊される場合。
（ｉｖ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、ねじ８の軸部８Ｂが破断して、接合部が破壊される場合。

　先ず、折板３のねじ周り支圧耐力Ｒ_{ａｓ３－１}に対するねじ８の抜け出し耐力Ｒ_ａｓ２（Ｒ_ａｓ２／Ｒ_{ａｓ３－１}）に関しては、Ｒ_ａｓ２／Ｒ_{ａｓ３－１}が１．０を下回ると、ねじ８の抜け出し耐力Ｒ_ａｓ２が小さすぎてねじ８の先端が枠材２から抜け出しやすくなる。また、逆にＲ_ａｓ２／Ｒ_{ａｓ３－１}の値が大きすぎると、ねじ８が動かず、ねじ８の頭部８Ａが折板３に潜り込んでしまう。これらの場合、いずれも、ねじ８の軸部８Ｂの傾斜を確保できず、ねじ接合部８Ｃの折板３を安定的に塑性変形させてエネルギー吸収し、耐力壁の急激な耐力低下を防止することができなくなる。したがって、本発明の壁パネル１では、折板３の支圧耐力に対するねじ９の抜け出し耐力の比（Ｒ_ａｓ２／Ｒ_{ａｓ３－１}）が、折板３の支圧変形時に、ねじ８の軸部８Ａが傾斜する所定値に設定されている。これにより、ねじ８が枠材２から抜け出したり、ねじ８（特に、頭部８Ａ）が折板３に潜り込んだりするのを防止できる。また、折板３の支圧耐力に対するねじ９の抜け出し耐力の比は、０．７以上であることが好ましい。これにより、ねじ８が傾斜する前に、ねじ８の先端が枠材２から抜けてしまうのを防ぐことができる。また。折板３の支圧耐力に対するねじ９の抜け出し耐力の比は、１．６以下であることが好ましい。これにより、ねじ８が折板３に潜り込むことなく、ねじ８を傾斜させることができる。
　ただし、後述のワッシャを用いた場合には、折板３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比は、０．７～４．０の範囲であればよい。

　壁パネル１としての耐力および変形性能を推定するために、ねじ接合部についての要素試験を行った。

　図７Ａには、ねじ接合部の要素試験の状況が示され、要素の載荷試験装置１４は、一方に二股状の取り付けアーム１５を有する第１加力治具１６と、他方に厚板連結鋼板を有する第２加力治具１７とを備えている。

　前記アーム１５の二股間方向に沿って折り筋が向くように、折板３の一部である折板片３ａの両端部を配置する。その折り筋方向の谷部７の面材３を、それぞれ３つの座金１８を介して固定ボルト１９により固定する。折板片３ａの中央部下面に、枠材２の一部である枠材片２ａの一端側のウェブ４を、ビスなどのねじ８により接合する。枠材片２ａの他端部を厚板連結鋼板２０の一端部に重合させて３本のボルト１９により固定する。さらに、厚板連結鋼板２０の他端部を、前記第２加圧治具１７に重合させて座金および３本のボルト１９により固定している。

　折板片３ａの試験体の形状および板厚が異なる４種類の折板の要素片を製作して試験を行った。折板片３ａに対する載荷は、図７Ａに矢印で示すように、図示省略の油圧ジャッキ等により正負漸増繰り返し荷重を負荷した。

　試験にあたっての、折板片３ａと、枠材片２ａと、ねじ８とに対する条件は、下記の通りである。
（ｉ）折板片３ａの断面形状は図８に示す形状とした。
（ｉｉ）枠材片２ａは、ＳＧＣ４００でかつ板厚が１．６ｍｍのものを使用し、ウェブ幅寸法が８９ｍｍで、フランジ幅が４４．５ｍｍとした。
（ｉｉｉ）折板３と枠材片２ａとを１箇所で接合するねじ８は、六角頭ねじでかつ呼び径が４．８ｍｍのものを使用し、折板３と枠材片２ａとに渡って、折板３の谷部７に六角頭が接触するまでねじ込んで接合した。

　折板片３ａの各試験体は、表１に示すような４種の鋼材を用いた試験体である。この試験で得られた荷重－変位関係を図９Ａ及び図９Ｂに示す。

　鋼材Ｂの試験体は、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が０．６８であり、十分な変形性能を発揮している。これにより、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比の下限を０．７とした。また、鋼材Ｂ２の試験体は、鋼材Ｂの試験体と面材３およびねじ径は同一であるが、枠材２を２枚重ねしてねじ８の抜け出し耐力を高め、ねじ８を傾きにくくしている。鋼材Ｂ２の試験体は、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が１．６６であり、変形性能に乏しい。鋼材Ａの試験体は、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が１．４４であり、十分な変形性能を発揮している。これにより、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比の上限を１．６とした。この上限は、市販のねじを用いた場合の数値であり、後述の、大径ワッシャを用いた場合は上限が高くなる。

　鋼材Ｄの試験体は、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が鋼材Ｂの試験体よりも高いにもかかわらず、変形性能が乏しかった。これは、鋼材Ｂは特殊な低破断伸び鋼で、破壊メカニズムが違うためである。一般的な鋼材Ｄのみを考えた場合は、面材３の支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比の下限は高くなると考えられる。

　一般的には、たとえば、Ｒ_{ａｓ３－１}＜＜Ｒ_ａｓ２であってねじ接合部でねじ８が傾かない場合、図１０Ａに示すように、ねじ接合部におけるねじ８による支圧により、ねじ孔９の周辺の折板３における鋼板部分が、押しのけられる。すなわち、この鋼板部分が、前面側あるいは側面側に屈曲部２２を形成するようにして小さく集まるようになり、この屈曲部２２が抵抗になって耐力が上昇する。そして、鋼板は面外方向に浮き上がり（ねじ８の頭部８Ａが面材３に潜り込み）、その結果、折板３の耐力及び壁パネル１の耐力が安定しないようになる。

　前述したように、ねじ抜け出し耐力が、面材支圧破壊耐力よりも小さい場合でも、面材３が支圧変形する場合があることがわかった。

　そして、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、載荷されて、ねじ８により面材（折板３）におけるねじ孔９の周囲の面材３が支圧変形している場合に、ねじ８が傾くようになると、ねじ８の軸部８Ｂに接触しているねじ孔側の支圧されている面材３は、ねじ８の軸部８Ｂの傾斜に沿ってめくれ上がる。高破断伸びの面材（折板３）では、めくれ上がった部分の頂部に亀裂２３が入り、ねじ８が抜け出すようになる。また、低破断伸びでは、めくれ上がった部分の裾に亀裂２３が入り、図１０Ｄに示すように、切り屑２６となって除去されることがわかった。

　また、前記のように、ねじ８が傾斜している場合に、折板３が、高破断伸びの材料であると、図１０Ｂに示すように、ねじ８の軸部８Ｂにより支圧変形すると、塑性化されている部分２１が軸部８Ｂにまとわり付く。これにより、ねじ８の８Ｂ軸部の負担が増えるようになり、面材３の耐力が上昇し、壁パネル１の耐力が上昇するが、ねじ８が枠材５から抜け出すようになる。反対に、折板３が、低破断伸びの材料である場合には、脆いため、図１０Ｄ及び図１０Ｅに示すように、ねじ８の軸部８Ｂに支圧変形されている部分（特に、ねじ８の先端側の折板３）は、粉砕されて切り屑２６となる。その結果、ねじ８に作用している支圧力（負荷）は、不変で安定化するようになり、壁パネル１の耐力が安定するようになる。

　具体的には、前記の表１における鋼材Ｂのように、破断伸びが１５．９％より小さい場合には、図１０Ｄに示すように、ねじ接合部８Ｃにおいて、支圧されるねじ孔９周りの面材３の塑性化部２１が、ねじ８に接触するねじ孔９の先端部に集まることはない。すなわち、集まった鋼板の面材３が粉砕されて排除され易くなるため、ねじ孔９の周りに集まった、塑性化された面材３が、ねじ８に抵抗することがない。これにより、面材３を安定して塑性変形させることができ、安定した耐力を発揮させることができる。

　折板３として鋼板を用いた場合の破断伸びの影響について、図１１Ａ及び１１Ｂに示すモデルに基づいて検討する。

　図１１Ａに示すように、ねじ８の軸部８Ｂに乗りあげた鋼板が砕けて切り屑になるためには、鋼板の板厚中心に対して外周面の伸びが材料の破断伸びＥｌ以上となればいいので、下式（１３）を満たす必要がある。
（ｄ_１／２＋ｔ_１）／（ｄ_１／２＋ｔ_１／２）－１＞Ｅｌ　…（１３）

　例えば、上記実験から、ねじ８の軸部８Ｂの軸径ｄ_１を４．８ｍｍとし、鋼板の板厚ｔ_１を０．６ｍｍとした場合、Ｅｌは１１％以下にする必要があることがわかる。

　式（１３）によれば、ねじ８の軸径ｄ_１は小さく、鋼板の板厚ｔ_１は厚くすることで、破断伸びの上限を上げることができる。３階建て以下程度のスチールハウスであれば、ｄ_１は４．２ｍｍ以上、ｔ_１は０．８ｍｍ以下となるので、破断伸びの上限は下式（１３ａ）で求められる。
（４．２／２＋０．８）／（４．２／２＋０．８／２）－１＝０．１６＞Ｅｌ　…（１３ａ）

　式（１３）により数値計算解析した結果、折板３の破断伸びは、１６％未満であることが望ましい。破断伸びが小さい折板３を用いることにより、ねじ８の軸部８Ｂにより支圧されるねじ８の軸部８Ｂ周りの面材３が塑性化した場合に、ねじ８の軸部８Ｂの傾斜に沿って上昇する場合に粉砕されて除去され易くなる。一方、面材３の破断伸びが１％を下回ると、折板加工時に割れが発生しやすくなるため、望ましくない。面材３の破断伸びが１６％を上回ると粉砕しにくくなるため、望ましくない。

　したがって、折板３を構成する鋼材の破断伸びが１６％未満であると、ねじ８の軸部８Ｂによりねじ孔９周りの折板３の鋼板が塑性化される時に、ねじ８の先端に集まる折板３の鋼材が粉砕され、ねじ８の軸部８Ｂにまとわりつかない。これにより、ねじ８の軸部８Ｂによる支圧方向に細長いねじ孔９の形成に対する抵抗を排除し、折板３および壁パネル１の耐力を安定させながら変形性能を確保することができる。

　次に、ねじにワッシャを用いた場合の効果について文献調査し、日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図－ＩＩ．５．１２から有効な情報を得た。図１２にボルト孔周辺の応力分布、図１３にボルト心からの距離による応力値を示す。図１３に示すように、ボルト心からの距離がボルト半径の３倍以内の範囲では、応力の変化勾配が大きい。そこで、この範囲にワッシャを用いることにより、ねじ頭部が面材に潜り込むのを抑制できる。また、図１３に示すように、鋼板の降伏比ＹＲ（図１３中にはβで表記）が高いほど応力の変化勾配が大きく、塑性化領域が狭いことが分かる。
　図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、ワッシャ３３の外径Ｄｗをねじ８の軸部８Ｂの軸径ｄ_１で除算した比（外径Ｄｗ／ねじ８の軸部８Ｂの軸径ｄ_１）の値は３．０以上となり、十分な効果が得られると考えられる。実際に、軸部８Ｂの軸径ｄ_１が４．２ｍｍのねじ８に対し、ねじ８の軸部８Ｂの軸径ｄ_１の５倍である外径２１ｍｍのワッシャ３３を用いて、図７Ａに示す装置によるねじ接合部の要素試験と、後述する図２２の装置による壁パネル載荷試験とを行った。その結果、ワッシャ３３を挿入しない場合、図１０Ａに示すように、ねじ８の頭部８Ａが面材３の下に潜り込んで耐力が保持できず、耐力壁１の劣化が激しかった。これに対し、ワッシャ３３を挿入した場合には、各々のねじ８が耐力を保持し、耐力壁１全体が大きく変形した時にも耐力を保持することができた。
　また、横枠材２Ｂに比べて、両端側に配置された縦枠材２Ａに固定された面材３の支圧変形の方が大きい。そこで、ワッシャ３３は、図１に示す縦枠材２Ａを面材３の谷部７に固定するねじ８にのみ挿入されていても良い。これにより、面材３におけるねじ８周囲の支圧変形を安定的に確保しつつ、全体的な製造コストを抑えることができる。

　さらに、ワッシャ３３の孔３３ａとねじ８の軸部８Ｂとの隙間（クリアランス）によるねじ８の傾きについて説明する。すなわち、図１４Ａに示すように、ワッシャ３３の孔３３ａとねじ８の軸部８Ｂとの間に隙間が形成されていることが好ましい。この構成によれば、この隙間を利用してねじ８が傾斜するため、面材３のねじ８周囲が支圧変形したときに、ねじ８の傾斜角度範囲が制限される。これにより、ねじ８が枠材２から抜け出すことを抑制することができる。
　また、図１４Ａに示すように、前記クリアランスが小さいと、面材３が僅かに変形しただけで、ねじ８とワッシャ３３が一体化し、ワッシャ３３の浮き上がりが抑えられる。これにより、折板３の谷部７の局部座屈の折れ曲がり線が、図１４Ａの黒点で示すように、ワッシャ３３の外縁から発生する。これに対し、図１４Ｂに示すように、クリアランスが大きいと、ねじ８とワッシャ３３は、折板３が大きく変形するまで、それぞれ独立して傾き、ワッシャ３３の浮き上がりが抑制されない。これにより、折板３の谷部７の局部座屈の折れ曲がり線が、図１４Ｂの黒点で示すように、ねじ８の中心から発生する。つまり、折板３の谷部７の端（斜面の麓）までの距離を座屈長さとすると、クリアランスが大きい場合には、折板３の谷部７の局部座屈が早期に起こりやすくなる。したがって、ワッシャ３３の厚さｔｗに対するクリアランス（ワッシャ３３の内径ｄｗとねじ８の軸部８Ｂの軸径ｄ_１との差）、すなわち、ワッシャ３３の内径寸法からねじ８の軸部８Ｂの軸径寸法を差し引いた差をワッシャ３３の厚さ寸法で除算した比である（ｄｗ－ｄ_１）／ｔｗの値は、０．１～０．６であることが望ましい。実際に、（ｄｗ－ｄ_１）／ｔｗの値が０．１３のワッシャ３３（Ｄｗ＝１８ｍｍ，ｄｗ＝５．５ｍｍ，ｔｗ＝２．０ｍｍ）と０．６５のワッシャ３３（Ｄｗ＝２１ｍｍ，ｄｗ＝４．５ｍｍ，ｔｗ＝２．３ｍｍ）とを用いて、図１５Ａに示す装置によるねじ接合部８Ｃの要素試験と、後述する図２２に示す装置による壁パネル載荷試験とを行った。その結果、クリアランスが小さい方は、ワッシャ３３の外周縁から折板３のしわが発生し、折板３の谷部７の局部座屈が抑制された。これに対し、クリアランスが大きい方は、ねじ孔から折板３のしわが発生し、折板３の谷部７の局部座屈が早期に発生した。

　図１５Ａは、ねじ接合部の要素試験の状況を示す。同図に示す装置は、図７Ａで示した装置に対し、ねじと固定ボルトの位置を交換している。

　折板片３ａとして、形状および板厚が異なる５種類の折板の要素片を製作して、試験を行った。

　試験にあたって、折板片３ａと、枠材片２ａと、ねじ８の条件は、下記の通りである。
（ｉ）面材である折板片３ａの断面形状は、図１６に示す形状とし、０．５５ｍｍのＳＧＣ４００（降伏点３７３Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ５０５Ｎ／ｍｍ^２、破断伸び３２％）とした。
（ｉｉ）枠材片２ａは、ＳＧＣ４００でかつ板厚が１．６ｍｍのものを使用した。ウェブ幅寸法は８９ｍｍとし、フランジ幅は４４．５ｍｍとした。
（ｉｉｉ）折板３と枠材片２ａとを１箇所で接合するねじ８としては、六角頭ねじでかつ呼び径が４．２ｍｍのものを使用した。そして、このねじ８を、折板３と枠材片２ａとに渡って、折板３の谷部７に六角頭が接触するまでねじ込んで接合した。

　折板片３ａの各試験体は、表２に示すような５種の鋼材を用いた。この試験で得られた荷重－変形関係を、図１７Ａ及び図１７Ｂに示す。

　図１７Ａに示すように、鋼材Ｅ１の試験体は、面材である折板片３ａの支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が１．３２であり、十分な変形性能を発揮している。これに対し、枠材片２ａを２枚重ねた鋼材Ｅ２の試験体は、面材である折板片３ａの支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比が３．１６と高くなり、変形性能が乏しかった。一方、鋼材Ｅ２の試験体に対し、ワッシャ外径２１ｍｍ、ワッシャ内径とねじ軸径とのクリアランスが０．３ｍｍの鋼材Ｅ３の試験体は、十分な変形性能を発揮した。この結果から、適切なワッシャを用いることにより、面材である折板片３ａの支圧耐力に対するねじ８の抜け出し耐力の比の上限は緩和できることがわかった。
　図１７Ｂに示すように、ワッシャ内径とねじ軸径とのクリアランスが無い（ワッシャには小さな先孔しかあけず、ワッシャ自体をねじでねじ切りしてねじと一体化した）鋼材Ｅ５の試験体については、クリアランスが０．３ｍｍの鋼材Ｅ４の試験体に較べて小さな変形でねじの軸部が破断し、変形性能が乏しかった。この結果より、変形性能を確保するには適度なクリアランスが必要で、実験ではワッシャ厚さに対するクリアランスは０．１５（＝０．３／２．０）であったことから、ワッシャの内径寸法からねじの軸部の軸径寸法を差し引いた差をワッシャの厚さ寸法で除算した比の下限値を、０．１とした。

　図１８は、ワッシャの内径寸法からねじの軸部の軸径寸法を差し引いた差をワッシャの厚さ寸法で除算した比の上限値を設定した根拠となる壁耐力試験体を示す。図１９は、図２２の載荷試験装置を用いて得られた荷重－変形角関係を示す。なお、図１８に示すように、耐力壁には、外周の左右両端辺のみにワッシャ付きねじを用いて、それ以外はワッシャ無しのねじを用いた。すなわち、上述したように、支圧変形が大きい面材３に縦枠材２Ａを固定するねじ８にのみワッシャ３３を挿入した。鋼材Ｅ６の試験体と鋼材Ｅ７の試験体の面材は同一であり、０．５５ｍｍのＳＧＣ４００（降伏点３７３Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ５０５Ｎ／ｍｍ^２、破断伸び３２％）、ワッシャの外径は１８ｍｍ、ワッシャの厚みは２．０ｍｍで、クリアランスのみを実験変数としており、鋼材Ｅ６のクリアランスは０．３ｍｍ、Ｅ７のクリアランスは１．３ｍｍとした。載荷の結果、２体とも耐力はほぼ同一だが、クリアランスの大きな鋼材Ｅ７の方の剛性が低く、変形角１／１００ｒａｄの前で折板谷部のねじ周りに局所座屈（皺）が発生し、耐力を失った。この実験から、鋼材Ｅ７のワッシャ厚さに対するクリアランスは０．６５（＝１．３／２．０）であったことから、ワッシャの内径寸法からねじの軸部の軸径寸法を差し引いた差をワッシャの厚さ寸法で除算した比の上限値を０．６とした。

　ドリリングタッピングねじなどのねじ８により、折板３をその裏面側にある枠材２に固定する場合に、ドリリングタッピングねじなどのねじ８のねじ山ピッチＰが、枠材２におけるフランジ５の板厚寸法よりも超えていると、ねじ山が枠材に全周３６０度において引っ掛からない。これにより、図２０に示すように、ねじ８が傾斜した場合に抵抗力を発揮できず、ねじ８が抜け出す恐れが高くなる。

　したがって、ねじ接合部８Ｃにおけるねじ８のねじ山のピッチが枠材２の板厚寸法以下であると、ねじ接合部８Ｃにおいて、ねじ８が傾斜するような場合でも、ねじ山が枠材２に全周３６０度において引っ掛かり、枠材２からのねじ８の抜け出しを防止し、安定した耐力を発揮させることができる。

　ドリリングタッピングねじで、呼び径が４．８ｍｍ、６．０ｍｍ、８．０ｍｍのものが知られているが、そのねじ山ピッチは、呼び径が４．８ｍｍのもので１．６ｍｍ、呼び径が６．０ｍｍのもので１．８ｍｍ、呼び径が８．０ｍｍのもので１．０ｍｍ、と呼び径とピッチは比例していない。そのため、枠材２のフランジ５の板厚の寸法よりも、小さいねじ山ピッチのねじ８を用いるようにするとよい。

　図２１に示すように、先端８Ｄが先鋭に形成されたねじ８を用いた場合、ねじ８の先端８Ｄにより円筒状に押し出し成形（バーリング）された部分の枠材２が、折れ曲がってねじ軸部８Ｂに沿う。これにより、ねじ軸部８Ｂに対する枠材２の掛り部が大きくなる（ねじ山の掛かり数が増える）。したがって、ねじ山のピッチが枠材２の板厚よりも大きくても、ねじ８の抜け出しを防止できるので、特に、枠材２の板厚が薄い場合には、先端８Ｄが先鋭に形成されたねじを用いると有効である。

　ねじ接合部におけるねじによる折板３の支圧変形について、３種類の鋼材からなる折板を用いた壁パネルについて、図２２に示すように、押し引き用の載荷試験による比較試験をおこなった。

　各壁パネル１は、その下部両側にそれぞれ接合したホールダウン金物２６を介して下部側の加力治具２７に接合した。壁パネル１の上部は、上部側の加力治具２８に取り付けた載荷梁２９に接合し、載荷梁に接合した加力ジャッキ３０の押し引きにより載荷した。試験体の形状および折板の形状は図１８と同様であるが、折板を枠材に接合したねじは、すべてワッシャ無しのねじである。載荷より得られた荷重－変形角関係を図２３に示す。なお、図２３の変形角は、図２２中にある２つの変位計３２より算出した壁パネル１の傾きである。

　鋼材強度および降伏比ＹＲの大小により、耐力壁としての壁パネル１の影響について、試験を行った結果、下記表３の結果を得た。なお、下記表３における鋼材Ａ、Ｂは、前記の表１に示した鋼材と同じである。また、表３中の終局変形角Ｒｕは最大耐力の８０％まで低下した耐力時の変形角である。

　鋼材Ａ、Ｂを用いた壁パネル１の終局変形角Ｒｕは、鋼材Ｃを用いた壁パネル１の終局変形角Ｒｕの１．３倍以上と大きかった。

　図２４Ａに、ねじ８の軸部８Ｂから低ＹＲの面材３に支圧力が作用しているときの、枠材２と面材３との構面内においてずらす方向の力が働いている場合の力の作用および変形の状態を示す。亀裂進展方向は、ねじ８を中心として広がる方向となる。この状態から枠材２と面材３とがずれると、図２４Ｂに示すように、亀裂進展方向と反対の方向に破断線１２が全体的に広がり、長孔１０が形成される。また、面材３が塑性変形し、亀裂進展方向にしわ１３が発生する。
　一方、高ＹＲの面材３に支圧力が作用した場合、図２４Ｃに示すように、亀裂進展方向は直進する。この状態から枠材２と面材３とがずれると、図２４Ｄに示すように、亀裂進展方向と反対の方向に破断線１１が直進的に広がる。このとき、低ＹＲの面材３を用いた場合に比べて、高ＹＲの面材３を用いた方が、形成される長孔１０が小さい。
　すなわち、前記のような高降伏比鋼（高ＹＲ鋼）の面材と、低降伏比鋼（低ＹＲ鋼）の面材との試験結果から、図２４Ｃ及び図２４Ｄに示すように、降伏比の高い鋼材の折板のほうが、ねじ孔周辺の鋼材の塑性化領域の広がりを抑え、安定した支圧変形を確保できる可能性がある。

　この結果より、面材として折板３の鋼材の降伏比ＹＲを高め、例えば、降伏比ＹＲを７７％以上（鋼材の降伏比を少なくとも７７％）にすることで、ねじ軸部によりねじ軸周りの面材が塑性化する場合に、ねじ孔周りの塑性化領域を抑えることができる。これにより、ねじの頭部が抜けないで、ねじ孔周辺が塑性化しても、幅の狭いねじ孔を形成することができ、耐力を安定させることができる。

　前記面材としての折板３として、鋼板を用いた場合の降伏比の影響について、図２５Ａに示すモデルより検討する。

　図２５Ｂより、ねじの軸部に接した部分の面材（折板３の谷部７）が耐力を負担できる範囲を角度θとし、最大耐力時に形成される降伏領域の幅をＢと仮定すると、下式（１４ａ）、（１４ｂ）が成り立つ。
ｄ_１／２・θ・Ｆ_ｕ１＝Ｂ・Ｆ_１　…（１４ａ）
Ｂ＝ｄ_１／２・θ・Ｆ_ｕ１／Ｆ_１　…（１４ｂ）

　ねじ８の軸部８Ｂがねじ孔９から抜け出さないようにするには、降伏領域の幅Ｂをねじの直径以下とすればよいので、下式（１４ｃ）～（１４ｇ）を満たす必要がある。
ｄ_１＞Ｂ　…（１４ｃ）
ｄ_１＞Ｂ＝ｄ_１／２・θ・Ｆ_ｕ１／Ｆ_１　…（１４ｄ）
θ／２＜Ｆ_１／Ｆ_ｕ１　…（１４ｅ）
　ここで、θ＝９０゜とすると
π／４＜Ｆ_１／Ｆ_ｕ１　…（１４ｆ）
０．７８５＜Ｆ_１／Ｆ_ｕ１　…（１４ｇ）

　式（１４ｅ）により数値計算解析した結果、折板の降伏比（Ｆ_１／Ｆ_ｕ１）は７９％以上であることが望ましい。ただし、実験では７７％未満の鋼材Ａでも壁パネルの変形性能はあった。これは、ねじ８に接した部分の面材が均一に応力を負担していると仮定していること、および面材が耐力を負担できる範囲の角度θを９０゜と仮定していること等によるものと考えられる。よって、実験値を踏まえ、降伏比は７７％以上とするとよいことが分かる。７７％未満の降伏比の折板３では、塑性化領域が広くなり孔幅が広がるため、ねじ（特に、ねじの頭部）が面材に潜り込み易くなる。したがって、折板３の降伏比は７７％以上とするとよいことが分かる。また、上限は特にないが、実験値で確認しているのは９６％までなので、９６％程度が望ましい。

　したがって、降伏比が高い面材としての折板（例えば、降伏比が７７％～９６％）３を用いると、ねじ接合部８Ｃにおけるねじ８により支圧される折板３の谷部の鋼板が塑性化されて変形する時に、塑性化領域がねじ孔径程度になる。すなわち、ねじ孔の孔幅が広がらないため、変形しても耐力が安定化し、変形しても耐力が安定した壁パネルとすることができる。

　また、前記のような試験から、ねじ接合部８Ｃでのねじ８の軸部８Ｂによる折板３の支圧変形（塑性化）、換言すると、ねじ孔の長孔化を安定的に形成できることを確保するためには、塑性化させる部分以外でその近傍部分の剛性を高めて、塑性化させる部分を限定させ、かつ、ねじ８の周囲に図２４Ｂに示すしわ１３の発生を防止する方法が有効であると考えられる。この形態について、図２６Ａ～図２６Ｃ及び図２７Ａ～図２７Ｄを参照して説明する。

　まず、図２６Ａ～図２６Ｃに示す形態では、ねじ８の周囲で、折板３の、ねじ８の軸部８Ｂが挿通されるねじ孔を中心として、谷部７の延在方向（折板３の折り筋方向に）に沿ったねじ接合部８Ｃの両側に、谷部７の延在方向に直交する方向に延びるリブ２４を設ける。これにより、折板３が塑性化する方向に対して直交する方向の面材に、しわ１３が発生するなどの局部座屈を防止することができる。また、耐力壁における所定の方向に面材を塑性化させることができるようになる。

　また、前記のリブ２４を形成する手段としては、折板３のプレス成形時に同時に形成するようにしてもよく、折板３をロール加工した後、リブ２４部分のみをプレス加工により形成するようにしてもよい。リブ２４の加工長さとして、ねじ孔の直径以上で、山部６近傍付近まで形成してもよい。リブ２４は、塑性化時に、しわが発生すると想定される片側あるいは両側に設ける。

　図２７Ａ～図２７Ｄに示す形態では、折板３の、ねじ８の軸部８Ｂが挿通されるねじ孔３１を中心とし、谷部７の延在方向に直交する方向に沿った両側に、谷部７の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分（薄肉部）２５を形成する。これにより、薄板部分２５の強度が低下し、低強度部となる。その結果、ねじ８により折板３のねじ８周囲を塑性化させる場合に、薄板部分２５が塑性化する。このように、塑性化させる範囲を特定の場所に限定することにより、折板３にしわが発生するのを抑えることができ、耐力壁１の耐力が安定化させる効果が得られる。図示の形態では、ねじ孔３１に接続するように薄板部分２５を形成する手段としては、折板３のプレス成形と同時に形成するようにしてもよい。例えば、折板３をロール加工した後、薄板部分２５のみを加工して形成するようにしてもよい。加工方法としてはプレス加工や切削加工等が適していると考えられる。薄板部分２５の加工幅は、ねじ孔３１の直径の程度で、長さは山部６近傍付近まで形成してもよい。

　薄板部分２５は、谷部７の表面側に切削等により凹部を設けることにより形成するようにしてもよい。また、谷部７の裏面側に切削等により凹部を設けることにより形成するようにしてもよい。さらに、谷部７の表裏両面に凹部を切削等により設けることにより形成するようにしてもよい。薄板部分２５が谷部７の表面側に形成された凹部であると、ねじのねじ込み時に凹部を、ねじ８のねじ込み時の位置決め用に利用することができる。

　ねじ８の軸部８Ｂにより支圧変形させて塑性化させる部分を薄板部分２５として、強度を低下させるようにしてもよく、板厚を変えずに、熱処理あるいは薬品処理により材質強度を低下させて、低強度部を形成するようにしてもよい。

　すなわち、折板３の、ねじ８の軸部８Ｂが挿通されるねじ孔３１を中心とし（折板３の谷部７のねじ孔３１付近）、谷部７の延在方向に直交する方向に沿った両側に、谷部７の強度よりも強度を低下させた強度低下部を設けても良い。この構成によれば、ねじ８により折板３のねじ８周囲を塑性化させる場合に、強度低下部が塑性化する。このように、塑性化させる範囲を特定の場所に限定することにより、折板３が大きく変形したときも、壁パネル１の耐力を安定させることができる。また、ねじ孔３１の位置は、図２７Ｃ及び図２７Ｄに示すように、薄板部分２５に設けておくことが好ましい。

　上述した前記のスチールハウスは、普通、板厚０．４ｍｍ以上、２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼による枠材に構造用面材を組み合わせて構成される鉄鋼系パネル構造の建物と定義される。

　なお、折板３または枠材２として、高降伏点（高ＹＰ）鋼を使用すると、軽量化を図ることができる。前記のように、高降伏比（高ＹＲ）の鋼材を折板３に使用すると、ねじ接合部８Ｃにおける支圧変形時に、載荷される荷重に対して耐力が安定し、急激な耐力低下あるいは急激な耐力上昇が起こらない。その結果、耐力壁としての壁パネル１は、ねじ接合部で安定した耐力を発揮することができる。また、低破断伸び（低Ｅｌ）である鋼材による折板３であると、急激な耐力低下を伴うことなく細長いねじ孔が形成されるので、壁パネル１の変形性能を確保しやすくなる。

　本発明は、例えば薄板軽量形鋼造建築物等の建築物を構成する薄板軽量形鋼造用の壁パネルに適用できる。

１　　壁パネル
２　　枠材
２ａ　枠材片
３　　折板（面材）
３ａ　折板片
４　　ウェブ
５　　フランジ
６　　山部
７　　谷部
８　　ねじ
８Ａ　頭部
８Ｂ　ねじ軸部
８Ｃ　ねじ接合部
８Ｄ　先端
９　　ねじ孔
１０　長孔
１１　破断線
１２　破断線
１３　しわ
１４　載荷試験装置
１５　アーム
１６　第１加力治具
１７　第２加力治具
１８　座金
１９　ボルト
２０　厚板連結鋼板
２１　塑性化部
２２　屈曲部
２３　亀裂
２４　リブ
２５　薄板部分
２６　ホールダウン金物
２７　下部側の加力治具
２８　上部側の加力治具
２９　載荷梁
３０　加力ジャッキ
３１　ねじ孔
３２　変位計
３３　ワッシャ
３３ａ　孔

Claims

　互いに間隔をおいて対向配置された一対の枠材と；
　これら枠材に固定され、一方から他方に向かって山部及び谷部が交互に形成された薄鋼板の折板である面材と；
　この面材の前記谷部を前記各枠材に対して固定するねじと；
を備え、前記各枠材に対して構面内せん断力が作用した場合に、前記面材の、前記ねじの周囲部分が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネルであって、
　前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が、前記面材の支圧変形時に、前記ねじの軸部が傾斜する所定値に設定されている
ことを特徴とする壁パネル。
　前記所定値が０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
　前記所定値が１．６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の壁パネル。
　前記ねじが挿入されるワッシャをさらに備え、
　このワッシャの外径寸法を前記ねじの前記軸部の軸径寸法で除算した比が、３．０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の壁パネル。
　前記所定値が４．０以下であることを特徴とする請求項４に記載の壁パネル。
　前記枠材が、前記谷部の延在方向に配置された第１の枠材と、前記谷部の延在方向に直交する方向に配置された第２の枠材とを備え、
　前記第１の枠材と前記第２の枠材とにより四角枠を形成し、
　前記面材の前記谷部に前記第１の枠材を固定する前記ねじにのみ前記ワッシャが挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の壁パネル。
　前記ワッシャの孔と前記ねじの前記軸部との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の壁パネル。
　前記ワッシャの内径寸法から前記ねじの前記軸部の軸径寸法を差し引いた差を前記ワッシャの厚さ寸法で除算した比が、０．１～０．６であることを特徴とする請求項４に記載の壁パネル。
　前記面材の破断伸びが１％以上かつ１６％未満であることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
　前記ねじのねじ山のピッチが、前記各枠材の板厚寸法以下であることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
　前記面材の降伏比が７７％～９６％であることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
　前記面材の、前記ねじの前記軸部が挿通されるねじ孔を中心として、前記谷部の延在方向に沿った少なくとも片側に、前記谷部の前記延在方向に直交するリブがさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
　前記面材の、前記ねじの前記軸部が挿通されるねじ孔を中心として、前記谷部の延在方向に直交する方向に沿った両側に、部分的に板厚が薄い薄肉部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
　前記面材の、前記ねじの前記軸部が挿通されるねじ孔を中心として、前記谷部の延在方向に直交する方向に沿った両側に、部分的に機械的強度が周囲よりも低い低強度部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。