(57)【要約】【課題】急激な耐力低下や耐力上昇のない安定したエネルギー吸収性能を示す折板パネル構造ならびにこれを壁、屋根、床等に用いた建築構造物を提供する。【解決手段】山部３１と谷部３２とが連続方向へ所定間隔で屈曲形成された折板３に枠材２を接合した折板パネル構造において、枠材２に対して面内せん断力が負荷された場合に、折板３をせん断座屈させた後に発生する張力場作用により、面内せん断力に対するエネルギー吸収を行う。このとき、せん断座屈におけるせん断座屈耐力Pcrに対する上記張力場作用における張力場耐力Ptの耐力比Pt／Pcrが０．７〜１．８とすることが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
山部と谷部とが連続方向へ所定間隔で屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造において、
上記枠材に対して面内せん断力が負荷された場合に、上記折板をせん断座屈させた後に発生する張力場作用により、面内せん断力に対するエネルギー吸収を行なうこと
を特徴とする折板パネル構造。
【請求項２】
上記せん断座屈におけるせん断座屈耐力Pcrに対する上記張力場作用における張力場耐力Ptの耐力比Pt／Pcrが０．７〜１．８であること
を特徴とする請求項１記載の折板パネル構造。
【請求項３】
上記せん断座屈耐力Pcrならびに上記張力場耐力Ptは、下記（１）、（２）式により表されること
を特徴とする請求項１又は２記載の折板パネル構造。
Pcr=36βDx1/4Dy3/4/b・・・・・・・・・・・（１）
Pt=bts/d・σy・sin(ηφ)・cos(ηφ)・・・・・・・・（２）
ここで、
b：上記折板における延長方向ｘにおける幅寸法（mm）
t：上記折板における板厚（mm）
d：上記折板の山部ならびに谷部における上記連続方向ｙへのピッチ（mm）
s：上記折板における１ピッチあたりの上記連続方向ｙへの展開長（mm）
Iy：上記折板の１ピッチあたりy軸まわりの断面二次モーメント（mm4）
Ｅ：上記折板を構成する材料のヤング係数（N/mm2）
σy：上記折板を構成する材料の降伏強度（N/mm2）
φ：φ=tan-1(Dx/11/Dy)1/4
Dx： Dx=Et3d/12/s
Dy： Dy=EIy/d
η：角度重み付け係数（η=1.5）
β：上記折板の上記枠材に対する支持条件により定まる係数（β＝1.0〜1.9）
【請求項４】
請求項１〜３のうち何れか１項記載の折板パネル構造を壁パネルに用いたことを特徴とする建築構造物。
【請求項５】
請求項１〜３のうち何れか１項記載の折板パネル構造を屋根パネルに用いたことを特徴とする建築構造物。
【請求項６】
請求項１〜３のうち何れか１項記載の折板パネル構造を床パネルに用いたことを特徴とする建築構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面凹凸状に屈曲形成された折板に枠材を接合した、建築構造用の壁、屋根、床等を構成する折板パネル構造、ならびにこれを用いた建築構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、デッキプレートやサイディングをはじめとする鋼板等からなる波板や折板は、柱・梁・母屋・胴縁などの枠材に接合され、自重や積雪や積載物等による鉛直荷重、風圧力など、板面に対して直交するような面外荷重に抵抗する構造材として利用されている。
【０００３】
一方、近年では、特許文献１、２、非特許文献１にみられるように、波板や折板を枠材に接合したパネル構造を、面内せん断力に抵抗させ、鋼板耐震壁のような構造材として利用する技術も提案されている。平板の場合は、面外曲げ剛性が低く座屈しやすいため格子型等の補強リブが必要となるが、波板や折板を用いることで、このような補強を省略できるといった特徴がある。
【特許文献１】特開２００６−０３７５８６号公報
【特許文献２】特開２００６−０３７６２８号公報
【非特許文献１】財団法人  日本建築総合試験所 「建築技術性能証明評価概要報告書」  GBRC性能証明第０６−２０号、２００７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら特許文献１、２ならびに非特許文献１の開示技術では、折板パネルを面内せん断力に対するエネルギー吸収構造として利用する上で、パネルを構成する板要素のせん断降伏でエネルギー吸収しているため、せん断降伏した後に板要素の剛性（接線係数）が低下することでパネルの全体座屈が誘起され、比較的小さな変形域で急激に耐力低下し、十分な変形性能を確保し難いという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、急激な耐力低下や耐力上昇のない安定したエネルギー吸収性能を示す折板パネル構造ならびにこれを壁、屋根、床等に用いた建築構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上述した課題を解決するために、折板パネルをせん断座屈させた後に発生する張力場作用により、面内せん断力に対するエネルギー吸収を可能とすることを見出した。
【０００７】
即ち、本発明を適用した折板パネル構造は、山部と谷部とが連続方向へ所定間隔で屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造において、上記枠材に対して面内せん断力が負荷された場合に、上記折板をせん断座屈させた後に発生する張力場作用により、面内せん断力に対するエネルギー吸収を行なうことを特徴とする。
【０００８】
特に、この折板パネル構造においては、せん断座屈におけるせん断座屈耐力Pcrに対する張力場作用における張力場耐力Ptの耐力比Pt／Pcrが０．７〜１．８であれば望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上述した構成からなる本発明によれば、せん断座屈させた後に発生する張力場作用によりエネルギー吸収を行なうことで、急激な耐力低下や耐力上昇を抑制した安定したエネルギー吸収性能を示す折板パネル構造とすることができる。急激な耐力低下を抑止することで構造の信頼性を確保でき、また、耐力上昇を抑止することでパネル周囲の構造の損傷を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、山部と谷部とが屈曲形成された折板に枠材を接合した折板パネル構造について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
本発明を適用した折板パネル構造は、建築構造物の壁、屋根、床等に適用される。この折板パネル構造１は、例えば、図１(a)に示すように、壁、屋根、床等の一部を構成する枠材２と、この枠材２に接合された折板３とを備えている。
【００１１】
枠材２は、形鋼や鋼板で構成されている。この枠材２は、平面図としてみたときに略矩形状となるように図示されているが、Ｈ形、Ｃ形、円形など、他の断面形状でもよい。
【００１２】
図１(b)は、この図１(a)におけるＡ−Ａ´断面を示している。折板３は、山部３１と谷部３２とが連続方向ｙへ所定間隔で屈曲形成されている。また、折板３は、山部３１と谷部３２が延長方向ｘに向けて延長されている。ちなみに、この延長方向ｘと連続方向ｙとは、互いに直交する関係にある。
【００１３】
即ち、この折板パネル構造１は、水平な上フランジおよび下フランジと、この上フランジおよび下フランジの間に形成されているウェブとが形成されるように折板を折り曲げることにより、上述した山部３１と谷部３２とが形成される。この山部３１を形成する上フランジの幅をufとし、谷部３２を形成する下フランジの幅をlfとする。ちなみに、この折板３は、鋼板をロール成形やプレス成形などにより折り曲げ加工することにより作製される。
【００１４】
図１では、折板３の谷部３２が枠材２に設けられた雌ネジに接合金物３６を介してボルト３７で接合された状況を示しているが、折板３と枠材２の接合はこれらの手段以外に、ボルトとナットによる接合、溶接、接着、ビス、鋲等を利用してもよく、山部３１および山部３１と谷部３２の両方を枠材２に接合しても良い。また、折板３の断面形状は、略長方形状で構成されているが、これ以外に正方形状や台形状、三角形状等で構成されていてもよい。
【００１５】
図２は、本発明を適用した折板パネル構造の他の実施形態を示しており、図２(a)は、その平面図を、また図２(b)はその側断面図を示している。即ち、この図２の構成によれば、立設された柱１７間において梁１８が架設されてなる建築構造物５に折板３を設ける構成を示している。柱１７にはプレート２０が、また梁１８にはプレート１９が取り付けられている。プレート１９、２０は、それぞれ鋼板等が適用される。折板３は、その周囲が山部３１および谷部３２においてプレート１９、２０に接合されている。柱１７、梁１８は、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート、等の構造からなり、構造種別に応じて、プレート１９、２０は、それぞれ柱１７、梁１８に対して、溶接又はボルト、スタッド等を介して取り付けられる。
【００１６】
図３は、立設された柱１７間において梁１８が架設されてなる建築構造物５に折板３を設ける他の例を示しており、図３(a)は、その正面図を、また図３(b)はその平面図を、更に図３(c)はその側断面図を示している。
【００１７】
梁１８間には形鋼６１が架け渡されている。また、この梁１８に沿って形鋼６２が取り
付けられてなり、形鋼６２の両端は、形鋼６１に狭持されるように接合されている。折板３は、その山部３１、谷部３２が形鋼６１、６２に接合されている。形鋼６１、６２は、それぞれ梁１８に対して、溶接又はボルト、スタッド等を介して取り付けられている。なお、形鋼６１、６２としては、Ｈ形鋼以外に、Ｔ形鋼、溝形鋼、Ｉ形鋼、その他断面矩形状の形鋼であってもよい。
【００１８】
次に、これら折板パネル構造に適用される折板３の詳細な構成について説明をする。
【００１９】
枠材２に対して面内せん断力が負荷された場合に、折板３をせん断座屈させた後に発生する張力場作用により、面内せん断力に対するエネルギー吸収を可能としている。
【００２０】
平板のせん断座屈挙動とせん断座屈耐力の評価、張力場作用と張力場耐力の評価は一般的に知られており、下記の非特許文献２などにまとめられている（非特許文献２：”Theory of Elastic Stability”, Stephen P. Timoshenko, 1961）。また、折板のせん断座屈耐力についても、非特許文献３などにより明らかにされている（非特許文献３：”Buckling Formulas for Corrugated Metal Shear Diaphramgs”,
J.T.Easlay, Proc.A.S.C.E., J.Struc.Div., pp.1403-1417, 1975.7）。
【００２１】
本発明における折板での張力場作用は、平板の時と同様に、せん断座屈が生じた後に、図４に示すような、座屈によって生じる波形の斜め方向のしわに沿って引張力が主に作用する応力場が形成される現象である。板の曲げ剛性に異方性のない平板の場合は、斜め方向のしわの角度は概ね４５°（φ≒0.79rad）方向となる。一方、剛性に異方性がある折板においては、曲げ剛性が大きく強軸方向となる延長方向ｘにしわの角度は傾き、せん断座屈の発生時においてしわの角度は５〜１０°程度（φ≒0.08〜0.18rad）となる。また、張力場作用の進展により、しわの角度は１０〜２０°程度（φ≒0.18〜0.35rad）まで変化していく。
【００２２】
本発明では、せん断座屈に対するせん断座屈耐力をPcrとし、張力場作用に対する張力場耐力をPtとしたとき、せん断座屈耐力Pcrに対する張力場耐力Ptの耐力比Pcr/Ptが０．７〜１．８としている。張力場耐力Ptの耐力比Pcr/Ptが０．７未満ではせん断座屈後の耐力低下が著しくなり、また、張力場耐力Ptの耐力比Pcr/Ptが１．８を超えてしまうとせん断座屈後の耐力上昇が顕著になってしまうため、安定したエネルギー吸収性能を発揮できなくなる。すわなち、耐力比Pcr/Ptを０．７〜１．８の間に設定することにより、せん断座屈後の急激な耐力低下や耐力上昇を抑えることができ、安定したエネルギー吸収性能を発揮させることが可能となる。
【００２３】
本発明者は、実際に折板３について、表１に一覧を示す試験体Ｎｏ.１〜９を作製し、図１に示すような折板せん断パネル構造を構成し、せん断力Ｐを加えた場合のせん断変形δを測定する載荷試験により、上述した耐力比Pcr/Ptの限定の意味を検証した。なお、載荷試験では、表１に諸量（形状、物性  等）を示す折板パネル３を、ピン間距離800mmとした枠材２（90mm×60mmの断面の鋼材で構成）にボルト締結している。なお、枠材２は相互に自己潤滑式のピン金物で接合されており、枠材２そのものは耐力を発揮しない仕様としている。表１に、試験板Ｎｏ.１〜９の形状と物性とあわせ、これらの諸量に基づき算出した計算耐力、ならびに載荷試験結果に基づく実験耐力を記す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
図５〜７は、表１に示す各試験体のせん断力Ｐ―せん断変形δ関係であり、図中の黒四角の記号（■）は実験耐力を表す。せん断座屈耐力実験値ePcrはせん断力Ｐ―せん断変形δが線形性を喪失した近傍の荷重値、張力場耐力実験値ePtはせん断座屈した後の耐力低下から再び耐力上昇に転じる荷重値、として定義した。
【００２６】
また、図５〜７において、図中の白丸の記号（○）はせん断座屈耐力計算値値cPcr、黒実線（―）は張力場耐力計算値cPtを表している。せん断座屈耐力cPcrおよび張力場耐力cPtは、下記（１）式および（２）式による。
cPcr=36βDx1/4Dy3/4/b・・・・・・・・・・・（１）
cPt=bts/d・σy・sin(ηφ)・cos(ηφ)・・・・・・・・（２）
ここで、
b：上記折板における延長方向ｘにおける幅寸法（mm）
t：上記折板における板厚（mm）
d：上記折板の山部ならびに谷部における上記連続方向ｙへのピッチ（mm）
s：上記折板における１ピッチあたりの上記連続方向ｙへの展開長（mm）
Iy：上記折板の１ピッチあたりy軸まわりの断面二次モーメント（mm4）
Ｅ：上記折板を構成する材料のヤング係数（N/mm2）
σy：上記折板を構成する材料の降伏強度（N/mm2）
φ：φ=tan-1(Dx/11/Dy)1/4
Dx： Dx=Et3d/12/s
Dy： Dy=EIy/d
η：角度重み付け係数（η=1.5）
β：上記折板の上記枠材に対する支持条件により定まる係数（β＝1.0〜1.9）
【００２７】
（１）式は非特許文献３に基づくものである。支持条件により定まる係数βについては、周辺支持部の回転が拘束され固定支持とみなせる場合はβ＝１．９、回転拘束がなくピン支持とみなせる場合はβ＝１．０となるが、βの値は周辺支持部のディテールに応じて適宜判断すればよい。なお、図１のように折板の谷部全幅をボルトで抑えつけたような場合は周辺支持部の回転が拘束されるので、表１に示す計算ではβ＝１．９としている。折板の谷部および山部の両方を枠に溶接したような場合においても、周辺支持部の回転が拘束されるので固定支持とみなせる。一方、谷部のみを枠に線的に溶接した場合や、谷部の一部のみをビスやボルトで枠に接合した場合などについては、周辺支持部の回転拘束は小さいため、ピン支持すなわちβ＝１．０とすればよい。
【００２８】
（２）式は、非特許文献２に示される平板の張力場耐力式を基本としながら、折板に対し適用可能なように新たに提案したものであり、ここでは、波形となることによる断面積の割増（s/d）、折板における張力場形成の角度（ηφ）を考慮している。なお、張力場形成の角度は、せん断座屈発生から張力場挙動に移行し変形が進展していく過程で、表１中のφを基準として１．０〜２．０倍（１．０φ〜２．０φ）程度まで角度が推移していくが、角度重み付け係数η=１．５を与えることで、実験結果に対して（２）式が良好な評価精度を確保することができる。これは、表１に示すように、図５〜７に基づき定義した実験耐力（No.３〜４試験体については、座屈後の耐力低下からの耐力上昇点が明確でないため張力場耐力実験値は定義できていない）と（１）〜（２）式に基づく計算耐力の比が、せん断座屈および張力場それぞれについて平均で１．１および０．９と良好に対応していることからも分かる。
【００２９】
なお、（１）式および（２）式におけるcPcrおよびcPtは、図１における延長方向ｘにおける幅寸法bの辺に対するせん断力Ｐ（＝Ｐ１）として与えられているが、連続方向ｙにおける幅寸法aの辺に対するせん断力Ｐ（＝Ｐ２）として与えることもできる。その場
合、幅寸法bと幅寸法aの比率を考慮し、Ｐ２＝Ｐ１×a／bとして求めればよい。また、幅寸法bと幅寸法aが異なる場合に、延長方向ｘと連続方向ｙは、折板パネル構造において、壁の場合は上下や左右、屋根や床の場合は左右や前後、いずれの方向となってもよい。
【００３０】
表１に示すように、実験値および計算値について、せん断座屈耐力Pcr（cPcrまたはePcr）に対する張力場作用における張力場耐力Pt（cPtまたはePt）の耐力比Pt／Pcr（cPt／cPcrまたはePt／ePcr）が０．７〜１．８であれば、図５(a),(b)、図６(c)〜７(c)に示すように、せん断座屈後の急激な耐力低下や耐力上昇を抑えることができ、安定したエネルギー吸収性能を発揮させることができる。一方、図５(c)〜６(b)に示すように、耐力比Pcr/Ptが０．７未満ではせん断座屈後の耐力低下が著しくなり、耐力比Pcr/Ptが１．８を超えてしまうとせん断座屈後の耐力上昇が顕著になってしまう。
【００３１】
ここで、図５〜７に基づき、各試験体Ｎｏ.１〜Ｎｏ.９について、それぞれの挙動と耐力比Pcr/Ptの関係について説明する。
【００３２】
試験体Ｎｏ.１では、計算値および実験値ともに耐力比Pcr/Ptが０．７である。図５(a)のグラフから、最大耐力到達後に若干の耐力低下はみられるが、せん断座屈後の急激な耐力低下や耐力上昇が抑えられていることがわかる。
【００３３】
試験体Ｎｏ.２では、耐力比Pcr/Ptが計算値で１．２、実験値で１．１である。図５(b)のグラフにおいて、せん断座屈耐力Pcrと張力場耐力Ptはほぼ一致しており、せん断座屈後に一定の荷重を維持したまま変形が進展する非常に安定的したエネルギー吸収性能を発揮していることが分かる。
【００３４】
試験体Ｎｏ.３および試験体Ｎｏ.４では、それぞれ耐力比Pcr/Ptが計算値として２．３および６．０である。図５(c)および図６(a)のグラフから、せん断座屈後に顕著な荷重上昇がみられることが分かる。
【００３５】
試験体Ｎｏ.５では、耐力比Pcr/Ptが計算値で０．５、実験値で０．６である。図６(b)のグラフから、最大耐力到達後に比較的急な耐力低下が見られることが分かる。
【００３６】
試験体Ｎｏ.６では、耐力比Pcr/Ptが計算値で１．０、実験値で０．９である。図６(c)のグラフから、せん断座屈耐力Pcrと張力場耐力Ptとはほぼ一致しており、せん断座屈後に一定の荷重を維持したまま変形が進展する非常に安定的したエネルギー吸収性能を発揮していることが分かる。
【００３７】
試験体Ｎｏ.７では、計算値に対する実験値の比率が、せん断座屈耐力については大きく、張力場耐力については小さくなっていることに起因し、計算値の耐力比Pcr/Ptが若干大きな値を与える傾向にあるが、耐力比Pcr/Ptが計算値で１．８、実験値で１．２である。図７(a)のグラフから、せん断座屈後に若干の荷重上昇はみられるが、急激な耐力低下や耐力上昇が抑えられていることがわかる。
【００３８】
試験体Ｎｏ８では、耐力比Pcr/Ptが計算値で１．０、実験値で０．９である。図７(b)のグラフから、せん断座屈後の急激な耐力低下や耐力上昇が抑えられていることがわかる。
【００３９】
試験体Ｎｏ９では、耐力比Pcr/Ptが計算値で０．９、実験値で０．８である。図７(c)のグラフから、せん断座屈後の急激な耐力低下や耐力上昇が抑えられていることがわかる。
【００４０】
上述した検証により、本発明所期の効果を奏するのは、試験体Ｎｏ.１〜Ｎｏ.２、試験体Ｎｏ.６〜Ｎｏ.９であることが分かる。耐力比Pcr/Ptを０．７〜１．８とすることにより、せん断座屈後において急激な耐力低下や耐力上昇を起すことなく、折板３をせん断座屈させた後に発生する張力場作用により、面内せん断力に対するエネルギー吸収を行なうことが可能となる。
【００４１】
なお、本発明の実施例では、建築構造物の壁を対象に例示したが、屋根、床等に適用する場合も、本発明に含まれる。
【００４２】
その他、本発明を実施するための構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
【００４３】
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用した折板パネル構造の構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した折板パネル構造の他の実施形態を示す図である。
【図３】立設された柱間において梁が架設されてなる建築構造物に折板を設ける他の例を示す図である。
【図４】折板がせん断座屈を発生した後、張力場挙動に移行した状態を示す図である。
【図５】(a)は、試験体Ｎｏ.１の、(b)は、試験体Ｎｏ.２の、(c)は、試験体Ｎｏ.３のせん断力Ｐ―せん断変形δ関係を示す図である。
【図６】(a)は、試験体Ｎｏ.４の、(b)は、試験体Ｎｏ.５の、(c)は、試験体Ｎｏ.６のせん断力Ｐ―せん断変形δ関係を示す図である。
【図７】(a)は、試験体Ｎｏ.７の、(b)は、試験体Ｎｏ.８の、(c)は、試験体Ｎｏ.９のせん断力Ｐ―せん断変形δ関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  折板パネル構造
２  枠材
３  折板
５  建築構造物
１７  柱
１８  梁
１９、２０  プレート
３１  山部
３２  谷部
３６  接合金物
３７  ボルト
６１、６２  形鋼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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