WO2024024189A1 - 無機系の耐力面材と耐力壁 - Google Patents

無機系の耐力面材と耐力壁 Download PDF

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bearing
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inorganic
bearing surface
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晃三 赤井
駿 塚本
崚平 小口
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吉野石膏株式会社
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2/00—Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
    • E04B2/56—Load-bearing walls of framework or pillarwork; Walls incorporating load-bearing elongated members
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/04—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of concrete or other stone-like material; of asbestos cement; of cement and other mineral fibres

Definitions

  • the present disclosure relates to an inorganic load-bearing surface material and a load-bearing wall.
  • the load-bearing facing materials mainly include wood-based load-bearing facing materials and inorganic-based stress-bearing facing materials.
  • Wood-based load-bearing surface materials include structural plywood, medium density fiberboard (MDF), oriented strand board (OSB), and the like.
  • inorganic load-bearing surface materials include cement boards, calcium silicate boards, and gypsum boards (including gypsum boards).
  • inorganic load-bearing facing materials have superior fire prevention performance, moisture permeability, and dimensional stability, and are therefore widely applied to the walls of wooden buildings.
  • inorganic load-bearing surface materials (board materials) with a high specific gravity of 1.0 or more are used to increase rigidity.
  • inorganic load-bearing surface materials with high specific gravity are heavy, making them difficult to handle, and they tend to break when nails or other fasteners are driven into posts or studs.
  • the maximum proof stress P max It has been determined that at the stage when the gypsum core is destroyed, there is no remaining strength. For example, it has been specified that the strength decreases early when the deformation angle is 20 ⁇ 10 ⁇ 3 rad or more, and the strength decreases to 0.8P max or less.
  • 0.8P max is the yield strength when the load-bearing surface material reaches the ultimate displacement ⁇ u .
  • the nail side resistance refers to the shear strength or shear strength of the nailed portion of the load-bearing face material, as measured by the nail side resistance test specified in JIS A 6901.
  • the width of a general inorganic load-bearing surface material is 910 mm or more, and more specifically, it is in the range of 910 mm to 1820 mm.
  • inorganic load-bearing surface materials having a typical width generally have high rigidity, but have low toughness, and as a result, tend to have low load-bearing performance as a load-bearing surface material.
  • face material width means the length of the short side in front view
  • “low toughness” means that the ultimate displacement ⁇ u is 30 ⁇ 10 ⁇ 3 It means a shear deformation angle of about 35 ⁇ 10 ⁇ 3 rad.
  • the frame length of a load-bearing wall (the length of the wall in the architectural plan) is generally used as an index indicating the strength of a wooden building to withstand short-term horizontal loads (earthquake force, wind pressure, etc.).
  • a wall magnification that is appropriate for the structure of the load-bearing wall is used.
  • the "wall magnification” is an index of the seismic performance or load-bearing performance of a load-bearing wall, and the larger the value, the greater the seismic strength.
  • the wall magnification is a value obtained by multiplying the proof strength P o by a predetermined reduction coefficient ( ⁇ ) (a coefficient for evaluating the cause of the decline in proof strength).
  • Yield strength P y (2) Ultimate proof stress correction value P u ' where the ultimate proof stress P u is corrected based on the plasticity ratio ⁇ (3) 2/3 of maximum proof stress P max (4) Yield strength when the shear deformation angle is 1/120 rad
  • the yield strength value is often determined by (1) above, whereas inorganic-based materials with low toughness For load-bearing surface materials, the load-bearing value is often determined by (2) above.
  • the ultimate proof stress P u is small and the plasticity ratio ⁇ is small, so the proof stress value is determined by the ultimate proof stress correction value P u '. is determined and the wall magnification is defined based on this proof stress value, so there is room for improvement in the wall magnification calculated based on the low proof stress value.
  • Patent Document 1 proposes a wooden exterior wall structure having a structure in which a facing material is constructed on the outdoor side surface of a wooden frame or wooden framework.
  • This wooden exterior wall structure has a gypsum board fixed as a load-bearing surface material to the outdoor side of the wooden frame member or wooden frame member, and the gypsum core part of the gypsum board is used as a load-bearing deterioration prevention agent to prevent load-bearing deterioration.
  • a wall containing a polysiloxane compound and fixed to a frame or frame using gypsum board as a load-bearing surface material has a wall magnification of 2.0 or more, which is the strength of a wooden exterior wall that can withstand short-term horizontal loads. There is.
  • the strength of the wooden exterior wall that can withstand short-term horizontal loads can have a wall magnification of 2.0 or more.
  • the present invention discloses a means that makes it possible to increase the wall magnification by increasing the ultimate strength correction value as much as possible by increasing the plasticity ratio. isn't it.
  • the present disclosure provides an inorganic load-bearing surface material that makes it possible to increase the ultimate strength correction value as much as possible and increase wall magnification by increasing the plasticity ratio, and this inorganic load-bearing surface material. Provide load-bearing walls with
  • the inorganic load-bearing surface material includes: The load-bearing surface material has a width of less than 910 mm when viewed from the front.
  • an inorganic load-bearing surface material includes: The proof stress value applied when calculating the wall magnification of the load-bearing face material is determined by the ultimate proof stress correction value in which the ultimate proof stress of the load-bearing face material is corrected based on the plasticity ratio among the following four types of proof stress. has been done.
  • an inorganic load-bearing surface material that makes it possible to increase the ultimate strength correction value as much as possible and increase wall magnification by increasing the plasticity ratio, and this inorganic load-bearing surface material. It is possible to provide load-bearing walls with materials.
  • FIG. 2 is a front view of an example of a load-bearing wall including an inorganic load-bearing surface material according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing both an envelope of a load-deformation angle curve obtained by an in-plane shear test of a wooden building, and a linear graph obtained by converting the envelope into a load-deformation angle characteristic of a perfect elastic-plastic model.
  • FIG. 1 is a front view of an example of a load-bearing wall provided with an inorganic load-bearing surface material according to an embodiment.
  • Figure 2 is a diagram showing both the envelope of the load-deformation angle curve obtained by an in-plane shear test of a wooden building, and a linear graph obtained by converting the envelope into the load-deformation angle characteristic of a perfect elastoplastic model. It is.
  • the load-bearing wall 70 shown in FIG. 1 is a load-bearing wall of a wooden framework construction method, which is formed by fixing a wooden framework on a cloth foundation 10 made of reinforced concrete.
  • a foundation 22 (an example of a lower horizontal member) extending laterally (for example, horizontally) is fixed onto the cloth foundation 10 via anchor bolts 11.
  • a frame 40 is formed by the base 22, the beam 21, and the plurality of vertical members 30.
  • the load-bearing wall 70 in the illustrated example is shown as an example formed within the structure of the first floor, but in the case of a load-bearing wall formed within the structure of the second or higher floors, the lower cross member Both the upper cross member and the upper cross member serve as beams for the upper floor.
  • the base 22, the vertical members 30, and the beams 21 are all formed of wood (square timber) that is used in ordinary wooden buildings.
  • the inorganic load-bearing surface material 50 fastened to the frame 40 is gypsum board.
  • Gypsum board includes structural gypsum board, reinforced gypsum board, ordinary gypsum board, etc. specified in JIS A 6901, but it is preferable to use structural gypsum board or reinforced gypsum board as the load-bearing surface material.
  • Gypsum board is a gypsum-based facing material in which the front and back surfaces of a plate-shaped core material made of a gypsum core (hardened gypsum body) are coated with base paper for gypsum board.
  • the dimensions of the applied gypsum board 50 are that the width t1 of the facing material is 600 mm, and the height t2 of the facing material is approximately 2800 mm (range of about 2730 mm to 3030 mm). Further, the thickness of the gypsum board 50 is 9.5 mm or 12.5 mm.
  • the face material width t1 of the gypsum board 50 is set to be narrower than the conventional range of 910 mm to 1820 mm.
  • the plurality of gypsum boards 50 in the illustrated example have the same facing material width t1, for example, three or more gypsum boards may all have different facing material widths, or the same surface It may be a form that includes a plurality of gypsum boards having different widths and other gypsum boards having different widths from these gypsum boards.
  • the face material width t1 can be set to 225 mm, 250 mm, 300 mm, 455 mm, 500 mm, 800 mm, etc. in addition to 600 mm as a width less than 910 mm.
  • the gypsum board 50 is fastened to each vertical member 30 with a plurality of nails 60 (an example of fasteners).
  • the nail 60 can be, for example, a plated iron round nail (NZ nail: JIS A 5508), among which NZ50 nail (length 50 mm, head diameter about 6.6 mm, shaft diameter about 2.5 mm). 75mm) may be applied.
  • the fastener 60 may be a screw (including a screw) or the like instead of a nail.
  • the fastening pitch t3 of the nails 60 can be set to 150 mm, for example, in the range of 50 mm to 300 mm.
  • the load-bearing wall 70 is formed by fixing two gypsum boards 50 having the same facing material width t1 to the frame 40, but three or more gypsum boards 50 may be fastened to the structure 40. A plurality of gypsum boards of different widths may be fastened together.
  • the face material width t1 of the gypsum board 50 forming the load-bearing wall 70 is less than 910 mm, the toughness of the gypsum board 50 and the load-bearing wall 70 is increased, and the wall magnification of the load-bearing wall 70 can be increased. The reason for this will be explained in detail below with reference to FIG.
  • Figure 2 is a diagram showing both the envelope of the load-deformation angle curve obtained by an in-plane shear test of a wooden building, and a linear graph obtained by converting the envelope into the load-deformation angle characteristic of a perfect elastoplastic model. .
  • the perfect elastic-plastic model is composed of a linear function straight line in a linear elastic region (elastic region) and a straight line in a plastic deformation region (plastic region) extending from the yield point ⁇ s in parallel to the X-axis.
  • the yield point ⁇ s indicates the elastic limit.
  • the method of converting the envelope into a complete elastic-plastic model is a known method described in documents such as "Wooden load-bearing walls and their magnification performance test/evaluation business method manual".
  • FIG. 2 shows the maximum proof stress P max , the 0.8P max load reduction region, the ultimate proof stress P u , the yield strength P y , the ultimate displacement ⁇ u , the yield point displacement ⁇ v , and the yield displacement ⁇ y .
  • the ultimate displacement ⁇ u and the yield point displacement ⁇ v are the shear deformation angles at the 0.8P max load reduction region and the yield point ⁇ s , respectively.
  • the yield displacement ⁇ y is the shear deformation angle when the yield strength P y is expressed.
  • the plasticity modulus ⁇ is the value of ⁇ u / ⁇ v .
  • the proof value that shows the smallest value is specified as the short-term standard shear proof stress Po
  • the short-term standard shear proof stress P The value obtained by multiplying o by a predetermined reduction coefficient ( ⁇ ) (a coefficient for evaluating the cause of a decrease in yield strength) is set as the short-term allowable shear strength P a .
  • the structural characteristic coefficient Ds 1/(2 ⁇ -1) 1/ It is 2 .
  • the above (4) is not the yield strength when the apparent shear deformation angle is 1/120 rad, but the yield strength when the true shear deformation angle is 1/300 rad. Then, among the three types of proof stress values (2) to (4) above, the proof stress value showing the smallest value is specified as the short-term standard shear proof stress Po .
  • the yield strength value is often determined by the above (1), whereas for the gypsum board 50 with low toughness, the yield strength value is determined by the above (2).
  • the ultimate proof stress P u is small and the plasticity ratio ⁇ is small, so the proof stress value is determined by the ultimate proof stress correction value P u ′, and this proof stress Since the wall magnification is determined based on the value, there is room for improvement in the wall magnification.
  • the present inventors have improved the toughness of the gypsum board by reviewing the dimensions of the gypsum board, rather than by developing the material for the gypsum board, and have decided to increase the toughness of the gypsum board by reviewing the strength value applied when calculating the wall magnification. This makes it possible to increase the ultimate strength correction value P u ', which is , and increase the wall magnification.
  • the toughness of the gypsum board 50 and the load-bearing wall 70 equipped with the same can be increased, and the wall This makes it possible to increase the magnification.
  • the final displacement ⁇ u of the gypsum board 50 is a maximum shear deformation angle of 66.7 ⁇ 10 ⁇ 3 rad, and the toughness is approximately twice that of conventional gypsum boards. There is.
  • a load-bearing wall equipped with a gypsum board 50 having a plurality of face material widths (225 mm, 300 mm, 455 mm, 600 mm, 800 mm, 847 mm) less than 910 mm is also available.
  • the wall magnification ratio of the wall 70 (the ratio of wall magnification to a conventional load-bearing wall) is in the range of 1.16 to 1.98, and it has been verified that the wall magnification of the load-bearing wall 70 is 3.0 or more. .
  • test specimens related to load-bearing walls are a load-bearing wall with a wall width of 1820 mm, which is equipped with two glass fiber-filled gypsum boards with a facing material width of 910 mm and a height of 2730 mm.
  • This test specimen consisted of a sawn cedar base with a cross section of 105 x 105 mm, two pillars, a stud with a cross section of 45 x 105 mm between the two pillars, and a sawn pine wood with a cross section of 180 x 105 mm supported by the pillars. It has a frame formed by beams. As test jigs, pulling hardware is placed at the joints between the foundation and columns, and at the joints between the beams and columns.
  • Reference Example 1 a test specimen was produced as Reference Example 1 in which particle board (two sheets of facing material width 910 mm) was applied as a load-bearing surface material instead of gypsum board.
  • Reference example 1 has the same specifications as the comparative example except for the material of the load-bearing face material.
  • the configurations of the examples other than the applied glass fiber-filled gypsum board are the same as the comparative example, and the face material widths of the glass fiber-filled gypsum boards of Examples 1 to 6 are 225 mm, 300 mm, 455 mm, and 455 mm, respectively. They are 600mm, 800mm, and 847mm.
  • Example 4 an experiment was conducted using three sheets of gypsum board and setting the wall width of the load-bearing wall to 1820 mm.
  • calculation results were obtained by performing linear interpolation using the measured values of the Comparative Example and Examples 4 and 6.
  • Reference Example 2 an experiment was also conducted on a test piece using two particle boards each having a face material width of 600 mm (one sheet in the width direction and two sheets connected in the vertical direction).
  • Table 1 shows the experimental results and calculation results.
  • Examples 1 to 6 calculate the ratio to the wall magnification of the comparative example
  • Reference Example 2 calculates the ratio to the wall magnification of the reference example 1.
  • Table 2 shows five types of yield strength values in each of Comparative Example, Examples 4 and 6, and Reference Examples 1 and 2.
  • both the comparative example and Examples 1 to 6, which are equipped with glass fiber-filled gypsum boards, have lower toughness than the wood-based load-bearing surface material, so the proof stress value is the ultimate proof stress correction value P u '
  • the wall magnification ratio of the example is 1.16 to 1.98 times compared to the wall magnification of the comparative example (the wall magnification of the inorganic standard load-bearing facing material with a standard width of 910 mm). It has been proven that it can be enhanced.
  • Example 6 in Table 2 although the value of yield strength P y is smaller than the ultimate yield strength correction value P u ', the yield strength value of Example 6 in Table 1 is It is assumed that the value is determined by the value P u '. This is due to the following reason. In other words, according to the evaluation method standards of the designated performance evaluation organization, if the yield displacement ⁇ y of the test specimen is smaller than the true shear deformation angle 1/300 rad, and there is no significant damage at the true shear deformation angle 1/300 rad. describes that the yield strength when the shear deformation angle is 1/120 rad is the yield strength when the true shear deformation angle is 1/300 rad, regardless of the test method.
  • the short-term standard shear strength P o is determined from three types of yield strength values: the ultimate strength correction value P u ', 2/3 of the maximum strength P max , and the strength at a true shear deformation angle of 1/300 rad. There is a description of. In both Comparative Example and Example 6 in Table 2, the yield displacement ⁇ y of the test specimen is smaller than the true shear deformation angle 1/300 rad, and there is no significant damage at the true shear deformation angle 1/300 rad. When applicable, (2) ultimate proof stress correction value P u ' where ultimate proof stress Pu is corrected based on plasticity ratio ⁇ , (3) 2/3 of maximum proof stress Pmax, (4) true shear deformation angle 1/300 rad The proof stress is determined by the smallest value. That is, the experimental results of Example 6 are valid for this standard, and the short-term standard shear strength P o is determined by the ultimate strength correction value P u ′.
  • the deformation performance (ultimate displacement ⁇ u ) is higher up to 66.7 ⁇ 10 ⁇ 3 rad, compared to 35.64 ⁇ 10 ⁇ 3 rad in the comparative example.

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Abstract

塑性率を大きくすることにより、終局耐力補正値を可及的に大きくして壁倍率を高めることを可能にした、無機系の耐力面材と、この無機系の耐力面材を備える耐力壁を提供する。無機系の耐力面材５０であり、耐力面材５０の正面視における面材幅が、９１０ｍｍ未満である。好ましくは、前記耐力面材の壁倍率の算定の際に適用される耐力値が、以下の４種の耐力のうち、前記耐力面材の終局耐力が塑性率に基づいて補正された終局耐力補正値によって決定されている。 （１）降伏耐力Ｐｙ （２）終局耐力Ｐｕが塑性率μに基づいて補正された終局耐力補正値Ｐｕ'（ここで、μ＝δｕ／δｖであり、δｕは終局変位、δｖは降伏点変位） （３）最大耐力Ｐｍａｘの２／３ （４）見かけのせん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力または真のせん断変形角が１／３００ｒａｄの時の耐力

Description

無機系の耐力面材と耐力壁
　本開示は、無機系の耐力面材と耐力壁に関する。
　外壁や間仕切壁等の壁が高壁倍率を有するには、壁を形成する耐力面材のせん断強度（もしくは剛性）を高める必要がある。ここで、耐力面材には、主として、木質系の耐力面材と、無機系の耐力面材がある。木質系の耐力面材には、構造用合板や中質繊維板（ＭＤＦ：Medium Density Fiberboard）、配向性ストランドボード（ＯＳＢ：Oriented Strand Board）等が含まれる。一方、無機系の耐力面材には、セメント板やケイ酸カルシウム板、石膏ボード（石膏板を含む）が含まれる。木質系の耐力面材に比べて、無機系の耐力面材は、防火性能と透湿性能、及び寸法安定性に優れていることから、木造建築物の壁に広く適用されている。
　そこで、従来の木造建築物では、剛性を高めるべく、比重が１．０以上の高比重の無機系の耐力面材（ボード材）を適用している。しかしながら、高比重の無機系の耐力面材は重いことからハンドリング性が悪く、柱や間柱に釘等の留め具を打ち込んで留め付ける際に割れ易いといった課題を有している。
　また、高壁倍率とするには、無機系の耐力面材の最大耐力Ｐｍａｘを増大させるための硬い耐力面材でなく、木質系のような強度残存の長い（終局変位δｕが大きい）耐力面材が有利である。しかしながら、例えば比重１．０の石膏ボード（無機系の耐力面材の一例で、石膏コア（芯材）の外面に石膏ボード用原紙が被覆している石膏系面材）では、最大耐力Ｐｍａｘを迎えた段階で、石膏コアが破壊されることにより強度残存が無くなることが特定されている。例えば、変形角が２０×１０－３ｒａｄ以降で早期に強度低下し、０．８Ｐｍａｘ以下に強度低下することが特定されている。ここで、０．８Ｐｍａｘとは、耐力面材が終局変位δｕに達した際の耐力のことである。
　そこで、石膏ボードの比重を下げていくと、今度は釘側面抵抗が低下し、最大耐力Ｐｍａｘが低くなることも特定されている。ここで、「釘側面抵抗」とは、ＪＩＳ　Ａ　６９０１に定められた釘側面抵抗試験により測定された、耐力面材の釘打部分のせん断耐力又はせん断強度のことである。石膏ボードの比重を下げることによってその靱性は多少向上するものの、石膏ボード自体の強度が低下することから、剛性が低下し、十分な耐力性能が得られなくなるといった課題に繋がる。
　一般の無機系の耐力面材の面材幅は９１０ｍｍ以上であり、より詳細には、９１０ｍｍ乃至１８２０ｍｍの範囲にある。このように一般的な面材幅を備えた無機系の耐力面材は、一般に高い剛性を有する一方で、靱性が低く、結果として耐力面材としての耐力性能が低い傾向にある。ここで、本明細書において、「面材幅」とは、正面視における短辺の長さのことを意味しており、「低い靱性」とは、終局変位δｕが、３０×１０－３乃至３５×１０－３ｒａｄ程度のせん断変形角のことを意味している。
　ところで、木造建築物の短期水平荷重（地震力、風圧等）に抗する強度を示す指標として、耐力壁の軸組長さ（建築平面図における壁の長さ）が一般に適用される。軸組長さの算定には、耐力壁の構造に相応した壁倍率が用いられる。ここで、「壁倍率」とは、耐力壁の耐震性能もしくは耐力性能の指標のことであり、その数値が大きいほど、耐震強度が大きいことを意味する。
　壁倍率の算定方法を概説すると、原則として以下の（１）乃至（４）の４種類の耐力値のうち、最も小さい値を示す耐力値を短期基準せん断耐力Ｐｏとして特定し、短期基準せん断耐力Ｐｏに対し、所定の低減係数(α)（耐力低下の要因を評価する係数）を乗じた値を壁倍率とするものである。
（１）降伏耐力Ｐｙ
（２）終局耐力Ｐｕが塑性率μに基づいて補正された終局耐力補正値Ｐｕ’
（３）最大耐力Ｐｍａｘの２／３
（４）せん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力
　靱性の高い木質系の耐力面材では、上記（１）で耐力値が決定されることが多いのに対して、靱性の低い無機系の耐力面材では、上記（２）で耐力値が決定されることが多い。すなわち、上記するように９１０ｍｍ以上の面材幅を備える一般の無機系の耐力面材では、終局耐力Ｐｕが小さく、塑性率μが小さいことから、終局耐力補正値Ｐｕ’にて耐力値が決定され、この耐力値に基づいて壁倍率が規定されることから、低い耐力値に基づいて算定される壁倍率には改善の余地がある。
　従って、無機系の耐力面材に関し、塑性率μを大きくすることにより、終局耐力補正値Ｐｕ’を可及的に大きくし、このことによって壁倍率を高めることのできる、無機系の耐力面材が望まれる。
　ここで、特許文献１には、木造枠組又は木造軸組の屋外側面に面材を施工した構造を有する木造外壁構造が提案されている。この木造外壁構造は、木造枠組部材又は木造軸組部材の屋外側面に耐力面材として固定された石膏板を有し、石膏板の石膏コア部分は、耐力劣化を防止する耐力劣化防止剤としてオルガノポリシロキサン化合物を含有し、石膏板を耐力面材として枠組又は軸組に固定してなる壁体は、短期水平荷重に抗する木造外壁の強度として、２．０以上の壁倍率を保有している。
特開２０１５－１６５０８７号公報
　特許文献１に記載の木造外壁構造によれば、短期水平荷重に抗する木造外壁の強度として、２．０以上の壁倍率を保有することができる。しかしながら、上記する課題、すなわち、無機系の耐力面材に関し、塑性率を大きくすることにより、終局耐力補正値を可及的に大きくして壁倍率を高めることを可能にした手段を開示するものではない。
　本開示は、塑性率を大きくすることにより、終局耐力補正値を可及的に大きくして壁倍率を高めることを可能にした、無機系の耐力面材と、この無機系の耐力面材を備える耐力壁を提供する。
　本開示の一態様による無機系の耐力面材は、
　前記耐力面材の正面視における面材幅が、９１０ｍｍ未満である。
　また、本開示の他の態様による無機系の耐力面材は、
　前記耐力面材の壁倍率の算定の際に適用される耐力値が、以下の４種の耐力のうち、前記耐力面材の終局耐力が塑性率に基づいて補正された終局耐力補正値によって決定されている。
（１）降伏耐力Ｐｙ
（２）終局耐力Ｐｕが塑性率μに基づいて補正された終局耐力補正値Ｐｕ’（ここで、μ＝δｕ／δｖであり、δｕは終局変位、δｖは降伏点変位）
（３）最大耐力Ｐｍａｘの２／３
（４）見かけのせん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力または真のせん断変形角が１／３００ｒａｄの時の耐力
　本開示によれば、塑性率を大きくすることにより、終局耐力補正値を可及的に大きくして壁倍率を高めることを可能にした、無機系の耐力面材と、この無機系の耐力面材を備える耐力壁を提供できる。
実施形態に係る無機系の耐力面材を備えた耐力壁の一例の正面図である。 木造建築物の面内せん断試験によって得られる、荷重－変形角曲線の包絡線と、包絡線を完全弾塑性モデルの荷重－変形角特性に変換した線形グラフをともに示す図である。
　以下、実施形態に係る無機系の耐力面材と耐力壁について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
　［実施形態に係る無機系の耐力面材と耐力壁］
　図１及び図２を参照して、実施形態に係る無機系の耐力面材と耐力壁の一例について説明する。尚、以下、無機系の耐力面材として石膏ボードを取り上げて説明するが、実施形態に係る無機系の耐力面材には、セメント板やケイ酸カルシウム板が適用されてもよい。ここで、図１は、実施形態に係る無機系の耐力面材を備えた耐力壁の一例の正面図である。また、図２は、木造建築物の面内せん断試験によって得られる、荷重－変形角曲線の包絡線と、包絡線を完全弾塑性モデルの荷重－変形角特性に変換した線形グラフをともに示す図である。
　図１に示す耐力壁７０は、鉄筋コンクリート製の布基礎１０の上に木造軸組が固定されることにより形成された、木造軸組構法の耐力壁である。
　布基礎１０の上に、横方向（例えば水平方向）に延設する土台２２（下横材の一例）がアンカーボルト１１を介して固定される。土台２２の上に、２本の柱３１（縦材の一例）と、これらの間にあって所定間隔を置いて配設されている複数本（図示例は３本）の間柱３２（縦材の他の例）が固定されており、これら複数の縦材３０の上端に横方向（例えば水平方向）に延設する梁２１（上横材の一例）が固定されている。そして、土台２２と梁２１、及び複数の縦材３０とにより、架構４０が形成される。ここで、図示例の耐力壁７０は、１階の構面内に形成される例として示しているが、２階以上の上階の構面内に形成される耐力壁においては、下横材と上横材がいずれも上階の梁となる。
　土台２２，縦材３０，梁２１はいずれも、通常の木造建築物において適用される木材（角材）により形成される。
　架構４０に留め付けられる無機系の耐力面材５０は、石膏ボードである。石膏ボードには、ＪＩＳ　Ａ　６９０１に規定される構造用石膏ボードや強化石膏ボード、普通石膏ボード等が含まれるが、耐力面材としては構造用石膏ボードや強化石膏ボードが適用されるのが好ましい。石膏ボードは、石膏コア（石膏硬化体）からなる板状の芯材の表裏面に、石膏ボード用原紙が被覆している石膏系面材である。
　適用される石膏ボード５０の寸法は、面材幅ｔ１が６００ｍｍ、面材高さｔ２が約２８００ｍｍ（２７３０ｍｍ乃至３０３０ｍｍ程度の範囲）である。また、石膏ボード５０の厚みは、９．５ｍｍや１２．５ｍｍである。
　すなわち、石膏ボード５０の面材幅ｔ１は、従来一般の９１０ｍｍ乃至１８２０ｍｍの範囲より狭い幅に設定されている。ここで、図示例の複数の石膏ボード５０は、同じ面材幅ｔ１を有する形態であるが、例えば３枚以上の石膏ボードが全て異なる面材幅を有する形態であってもよいし、同じ面材幅を有する複数の石膏ボードと、これらと異なる面材幅を有する他の石膏ボードを備える形態であってもよい。
　ここで、面材幅ｔ１は、９１０ｍｍ未満の幅として、６００ｍｍ以外にも、２２５ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍ、４５５ｍｍ、５００ｍｍ、８００ｍｍ等に設定できる。
　石膏ボード５０は、各縦材３０に対して、複数の釘６０（留め具の一例）により留め付けられる。ここで、釘６０には、例えば、めっき鉄丸釘（ＮＺ釘：ＪＩＳ Ａ ５５０８）が適用でき、その中のＮＺ５０釘（長さ５０ｍｍ、頭部径約６．６ｍｍ、軸部径約２．７５ｍｍ）を適用してよい。ここで、留め具６０は、釘の他にも、ビス（スクリュービスを含む）等であってもよい。
　釘６０の留め付けピッチｔ３は、５０ｍｍ乃至３００ｍｍの範囲で、例えば１５０ｍｍに設定できる。
　耐力壁７０は、面材幅ｔ１が等しい２枚の石膏ボード５０が架構４０に留め付けられることにより形成されているが、３枚以上の石膏ボード５０が留め付けられてもよいし、面材幅の異なる複数の石膏ボードが留め付けられてもよい。
　耐力壁７０を形成する石膏ボード５０の面材幅ｔ１が９１０ｍｍ未満に設定されていることにより、石膏ボード５０と耐力壁７０の靱性が高められ、耐力壁７０の壁倍率を高めることができる。以下、図２を参照しながらこの理由について詳述する。
　図２は、木造建築物の面内せん断試験によって得られる、荷重－変形角曲線の包絡線と、包絡線を完全弾塑性モデルの荷重－変形角特性に変換した線形グラフをともに示す図である。
　完全弾塑性モデルは、線形弾性域（弾性域）の一次関数直線と、降伏点σｓからＸ軸と平行に延びる塑性変形域（塑性域）の直線とから構成される。降伏点σｓは、弾性限界を示す。ここで、包絡線を完全弾塑性モデルに転換する手法は、「木造の耐力壁及びその倍率性能試験・評価業務方法書」等の文献に記載されている、公知の手法である。
　図２には、最大耐力Ｐｍａｘ、０．８Ｐｍａｘ荷重低下域、終局耐力Ｐｕ、降伏耐力Ｐｙ、終局変位δｕ、降伏点変位δｖ、及び降伏変位δｙが示されている。終局変位δｕと降伏点変位δｖはそれぞれ、０．８Ｐｍａｘ荷重低下域と降伏点σｓにおけるせん断変形角である。また、降伏変位δｙは、降伏耐力Ｐｙ発現時のせん断変形角である。また、塑性率μは、δｕ／δｖの値である。
　「木造軸組工法住宅の許容応力度設計[1]（2017年版）」、第６３頁及び第３００頁等の文献に記載される通り、図２に示す完全弾塑性モデルにより特定される耐力Ｐｍａｘ、Ｐｕ、Ｐｙ、及び変位δｕ、δｖ、δyに基づいて短期許容せん断耐力Ｐａを算定し、短期許容せん断耐力Ｐａを所定の耐力（壁長Ｌ（ｍ）×１．９６（ｋＮ／ｍ））で除すことにより、壁倍率が算定される。
　壁倍率の算定においては、原則として以下の（１）乃至（４）の４種類の耐力値のうち、最も小さい値を示す耐力値を短期基準せん断耐力Ｐｏとして特定し、短期基準せん断耐力Ｐｏに対し、所定の低減係数(α)（耐力低下の要因を評価する係数）を乗じた値を短期許容せん断耐力Ｐａとするものである。ここで、終局耐力補正値Ｐｕ’は、０．２Ｐｕ／Ｄｓ＝０．２Ｐｕ×（２μ－１）１／２で算定され、構造特性係数Ｄｓ＝１／（２μ－１）１／２である。
（１）降伏耐力Ｐｙ
（２）終局耐力Ｐｕが塑性率μに基づいて補正された終局耐力補正値Ｐｕ’
（３）最大耐力Ｐｍａｘの２／３
（４）特定変形時の耐力で見かけのせん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力（無載荷式もしくは載荷式）
　尚、すべての試験体において、試験体の降伏変位δｙが真のせん断変形角１／３００ｒａｄよりも小さく、かつ、真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時に著しい損傷がない場合には、上記（４）の特定変形時の耐力は、見かけのせん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力ではなく、真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時の耐力となる。そして、上記（２）乃至（４）の３種類の耐力値のうち、最も小さい値を示す耐力値が短期基準せん断耐力Ｐｏとして特定される。
　靱性の高い木質系の耐力面材では、上記（１）で耐力値が決定されることが多いのに対して、靱性の低い石膏ボード５０では、上記（２）で耐力値が決定されることが多い。すなわち、従来の９１０ｍｍ以上の一般の面材幅を備える石膏ボードでは、終局耐力Ｐｕが小さく、塑性率μが小さいことから、終局耐力補正値Ｐｕ’にて耐力値が決定され、この耐力値に基づいて壁倍率が決定されることから壁倍率に改善の余地がある。
　そこで、本発明者等は鋭意検討の結果、石膏ボードの材料開発によるアプローチではなく、石膏ボードの寸法の見直しによるアプローチによって石膏ボードの靱性を高め、壁倍率の算定の際に適用される耐力値である終局耐力補正値Ｐｕ’を増大させ、壁倍率を高めることを可能にした。
　すなわち、石膏ボード５０の面材幅ｔ１を、従来一般の９１０ｍｍ乃至１８２０ｍｍの範囲から９１０ｍｍ未満の範囲とすることにより、石膏ボード５０とこれを備えた耐力壁７０の靱性を高めることができ、壁倍率を高めることを可能にしている。面内せん断試験の内容については以下で詳説するが、従来一般の石膏ボードの終局変位δｕが、３０×１０－３乃至３５×１０－３ｒａｄ程度のせん断変形角であるのに対して、図示する石膏ボード５０の終局変位δｕは、４０×１０－３ｒａｄ以上のせん断変形角となり、靱性が高くなることが実証されている。
　より詳細には、石膏ボード５０の終局変位δｕは最大で６６．７×１０－３ｒａｄのせん断変形角となり、従来一般の石膏ボードの２倍程度にまで靱性が高くなることが検証されている。
　また、従来の石膏ボードを備えた耐力壁の壁倍率を基準とした際に、９１０ｍｍ未満の複数の面材幅（２２５ｍｍ、３００ｍｍ、４５５ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、８４７ｍｍ）の石膏ボード５０を備えた耐力壁７０の壁倍率比（従来の耐力壁に対する壁倍率の比率）は、１．１６乃至１．９８の範囲となり、耐力壁７０の壁倍率は、３．０以上となることが検証されている。
　[面内せん断試験とその結果]
　本発明者等は、「木造の耐力壁及びその倍率 性能試験・評価業務方法書」に記載される無載荷式もしくは載荷式での試験仕様（試験体、試験装置、及び試験方法）に即し、耐力壁に関する試験体を製作した。比較例は、面材幅が９１０ｍｍで高さ２７３０ｍｍのガラス繊維入り石膏ボードを２枚備えている、壁幅１８２０ｍｍの耐力壁である。
　この試験体は、断面１０５×１０５ｍｍのスギ製材の土台及び２本の柱と、２本の柱の間にある断面４５×１０５ｍｍの間柱と、柱により支持された断面１８０×１０５ｍｍのベイマツ製材の梁とにより形成される架構を備えている。試験用治具として、引き寄せ金物が、土台及び柱の接合部と、梁及び柱の接合部に配設される。
　ここで、比較例との比較のために、参考例１として、石膏ボードに代わり、耐力面材にパーティクルボード（面材幅９１０ｍｍを２枚）を適用した試験体を製作した。参考例１は、耐力面材の素材以外は比較例と同仕様である。
　一方、実施例は、適用されるガラス繊維入り石膏ボード以外の構成は比較例と同仕様であり、実施例１乃至６のガラス繊維入り石膏ボードの面材幅はそれぞれ、２２５ｍｍ、３００ｍｍ、４５５ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、８４７ｍｍである。実施例４は石膏ボードを３枚使用して耐力壁の壁幅を１８２０ｍｍとして実験した。また、他の実施例は、比較例と実施例４，６の各実測値を用いて、線形補完を行うことにより、算定結果を得た。また、参考例２として、面材幅が６００ｍｍのパーティクルボードを２枚使用した試験体（幅方向に１枚で縦方向に２枚繋いだ構成）についても実験を行った。
　以下、表１に実験結果及び算定結果を示す。ここで、壁倍率比に関し、実施例１乃至６は比較例の壁倍率に対する比率を算定し、参考例２は参考例１の壁倍率に対する比率を算定している。また、比較例、実施例４，６、及び参考例１，２のそれぞれにおける、５種類の耐力値を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１，２より、パーティクルボード（木質系の耐力面材）を備えた参考例１は、耐力面材と耐力壁の靱性が高いことから、耐力値は降伏耐力Ｐｙで決定され、面材幅を小さくした参考例２では、耐力値が終局耐力補正値Ｐｕ’で決定されることになり、面材幅を変化させることで耐力値決定項目が変化したものの、双方の間の壁倍率には大きな差異が生じないことが実証されている。
　これに対して、ガラス繊維入り石膏ボードを備えた比較例と実施例１乃至６はいずれも、木質系の耐力面材に比べて靱性が低いことから、耐力値は終局耐力補正値Ｐｕ’で決定され、比較例の壁倍率（面材幅の基準幅９１０ｍｍの無機系の基準耐力面材の壁倍率）に対して実施例は、壁倍率比が１．１６乃至１．９８倍にまで高められることが実証されている。
　ここで、表２における実施例６では、終局耐力補正値Ｐｕ’よりも降伏耐力Ｐｙの値が小さくなっているにも関わらず、表１における実施例６の耐力値は、終局耐力補正値Ｐｕ’で決定されることとしている。これは、次の理由によるものである。すなわち、指定性能評価機関における評価方法の基準において、試験体の降伏変位δｙが真のせん断変形角１／３００ｒａｄよりも小さく、かつ、真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時に著しい損傷がない場合には、せん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力を試験方法に関わらず、真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時の耐力とする旨の記載がある。そして、短期基準せん断耐力Ｐｏは、終局耐力補正値Ｐｕ’、最大耐力Ｐｍａｘの２／３、真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時の耐力の３種類の耐力値の中から決定する旨の記載がある。表２における比較例と実施例６はいずれも、試験体の降伏変位δｙが真のせん断変形角１／３００ｒａｄよりも小さく、かつ、真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時に著しい損傷がない場合に該当し、（２）終局耐力Ｐｕが塑性率μに基づいて補正された終局耐力補正値Ｐｕ’、（３）最大耐力Ｐｍａｘの２／３、（４）真のせん断変形角１／３００ｒａｄ時の耐力、のうち最も小さい値にて決定されている。すなわち、実施例６の実験結果は、この基準に妥当する結果となっており、短期基準せん断耐力Ｐｏが終局耐力補正値Ｐｕ’にて決定されている。
　また、変形性能（終局変位δｕ）は、比較例の３５．６４×１０－３ｒａｄに対して、最大で６６．７×１０－３ｒａｄまで高くなることが実証されている。
　すなわち、ガラス繊維入り石膏ボードの面材幅を小さくすることによって靱性が高まり、耐力値が終局耐力補正値Ｐｕ’で決定されることに変わりはないものの、終局耐力補正値Ｐｕ’が増大することにより、壁倍率が高められる結果となっている。
　ここで、比較例の壁倍率を算定すると、２．７程度であった。そこで、各実施例の壁倍率比をこの数値に乗じることにより、各実施例の壁倍率はいずれも３．０以上となることが実証されている。
　本検証により、石膏ボードの面材幅を従来の面材幅に比べて狭くすることによって、石膏ボードとこれを備えた耐力壁の靱性が高められ、壁倍率が高くなることが検証されている。
　尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本開示はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
　本国際出願は、２０２２年７月２６日に出願した日本国特許出願第２０２２－１１８７７６号に基づく優先権を主張するものであり、当該出願の全内容を本国際出願に援用する。
　１０：布基礎
１１：アンカーボルト
２１：梁（上横材）
２２：土台（下横材）
３０：縦材
３１：柱（縦材）
３２：間柱（縦材）
４０：架構
５０：耐力面材（無機系の耐力面材、石膏ボード）
６０：釘（留め具）
７０：耐力壁

Claims (10)

  1. 　無機系の耐力面材であって、
    　前記耐力面材の正面視における面材幅が、９１０ｍｍ未満である、無機系の耐力面材。
  2. 　前記耐力面材の壁倍率の算定の際に適用される耐力値が、以下の４種の耐力のうち、前記耐力面材の終局耐力が塑性率に基づいて補正された終局耐力補正値によって決定されている、請求項１に記載の無機系の耐力面材。
    （１）降伏耐力Ｐｙ
    （２）終局耐力Ｐｕが塑性率μに基づいて補正された終局耐力補正値Ｐｕ’（ここで、μ＝δｕ／δｖであり、δｕは終局変位、δｖは降伏点変位）
    （３）最大耐力Ｐｍａｘの２／３
    （４）見かけのせん断変形角が１／１２０ｒａｄの時の耐力または真のせん断変形角が１／３００ｒａｄの時の耐力
  3. 　せん断変形角に関する終局変位δｕの上限値が６６．７×１０－３ｒａｄである、請求項１又は２に記載の無機系の耐力面材。
  4. 　正面視における面材幅の基準幅９１０ｍｍを有する、無機系の基準耐力面材の壁倍率に対する壁倍率比が、１．１６乃至１．９８の範囲にある、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無機系の耐力面材。
  5. 　壁倍率が３．０以上である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無機系の耐力面材。
  6. 　前記面材幅が、２２５ｍｍ、３００ｍｍ、４５５ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、８４７ｍｍのいずれか一種である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無機系の耐力面材。
  7. 　石膏ボードにより形成されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無機系の耐力面材。
  8. 　複数の縦材と、複数の縦材の上端同士と下端同士をそれぞれ繋ぐ、上横材と下横材とを備える、架構と、
    　前記架構に対して、複数の留め具により固定されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無機系の耐力面材とを有する、耐力壁。
  9. 　複数の前記耐力面材の前記面材幅が同じである、請求項８に記載の耐力壁。
  10. 　複数の前記耐力面材には、前記面材幅が同じ耐力面材と異なる耐力面材が含まれている、請求項８に記載の耐力壁。
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