(57)【要約】【課題】枠材へ十分な固定が行えるとともに、高い面内せん断剛性を確保することができる断面形状を有する建築構造用折板材を提供する。【解決手段】略水平の平面部を有する上フランジ１１及び下フランジ１２がウェブ１３を介して形成されている建築構造用折板材であって、フランジ１１、１２とウェブ１３との交差部１４を所定の曲率をもって折り曲げ、フランジ１１、１２表面における折曲開始点から、フランジ１１、１２表面とウェブ１３表面との延長線上の交点までの長さＲＦは、フランジ１１、１２両端に位置する交点間の長さＷＦの１０％以上とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平の平面部を有する上フランジ及び下フランジがウェブを介して形成されている建築構造用折板材において、
上記フランジと上記ウェブとの交差部は、所定の曲率をもって折り曲げられてなり、
上記フランジ表面における折曲開始点から、上記フランジ表面と上記ウェブ表面との延長線上の交点までの長さＲＦは、上記フランジ両端に位置する上記交点間の長さＷＦの１０％以上であること
を特徴とする建築構造用折板材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平な上下フランジがウェブを介して形成されているいわゆるデッキプレートや折板屋根やサイディング等に代表される建築構造用折板材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にデッキプレートや折板屋根やサイディング等に用いられる折板は、水平な上フランジ及び下フランジと、この上フランジ及び下フランジの間に連なる傾斜部としてのウェブとから構成されている。
【０００３】
従来において、この折板におけるフランジとウェブが交差する角部の形状については、非特許文献１においてその内容が開示されている。この非特許文献１では、角部を折り曲げる際の板厚中心における曲率半径Ｒを板厚の１．５倍以上とする旨が記載されている。しかし、これは、加工された折板材の角部の品質を確保（塑性加工による割れの防止など）するために定められた規定であり、実際は、製品加工精度のバラつきを考慮して若干の余裕を持たせ、板厚の２．０倍程度の板厚中心における曲率半径がとられている。
【０００４】
上述した非特許文献１に示される板厚中心における曲率半径Ｒを板厚の１．５倍以上とする旨の規定を踏まえた上で、実際では、板厚の２．０倍程度の板厚中心における曲率半径（外法では板厚の２．５倍の曲率半径）が採用されている。その理由として、折板を床や屋根に用いた場合には、コンクリート自重、積雪や積載物等による鉛直荷重、折板を屋根や壁に用いた場合に加わる風圧力等、折板表面に対して直交する荷重が負荷されることになり、これに抵抗するための面外曲げ剛性と耐力の確保を重視するためである。
【０００５】
すなわち、従来の折板では、角部の曲率半径を小さく抑え、上下フランジの平面部の幅をできるだけ大きくとることにより、折板の面外曲げ変形に対抗するための剛性（抵抗）を支配する断面二次モーメントを確保している。
【０００６】
従来のデッキプレート等に代表される折板の形状の例を図１３に示す。この折板７は、水平な上フランジ７１と下フランジ７２がウェブ７３を介して形成され、上フランジ７１とウェブ７３との交差部７４は、所定の曲率をもって折り曲げられている。また下フランジ７２は、枠材７５に対して固定部７６において、ビス、溶接、ボルト等により固着されている。
【０００７】
この折板７の高さＨは５０ｍｍであり、上下フランジ７１、７２の幅ＷＦは１００ｍｍであり、板厚ｔは１．２ｍｍであり、交差部７４における曲率半径（板厚中心）Ｒは、板厚ｔの関数によって表され、Ｒ＝２．０ｔである。ここで板厚ｔが１．２ｍｍであることから、Ｒ＝２．４ｍｍ（外法曲率半径：Ｒo＝２．５ｔ＝３．０ｍｍ）である。また、フランジ７１、７２とウェブ７３の角度θを６０°とした場合に、図１３(b)に示すように、交差部７４における折曲げが開始する折曲開始点ｂｓから、フランジ７１、７２表面とウェブ７３表面との延長線上の交点ｂｅまでの長さＲＦは、１．７ｍｍとなる。
【０００８】
また、フランジ７１、７２両端に位置する交点間の長さをフランジ７１、７２の幅ＷＦとしたとき、ＲＦとＷＦの比は、ＲＦ／ＷＦ＝０．０１７であり、このフランジの幅ＷＦに対して、ＲＦをより小さな値に抑え、フランジ７１、７２の平面部の幅ＦＦを大きくとっていることが分かる。
【０００９】
一方、建築物が地震力や風圧力を受けると、上述した鉛直荷重や面圧荷重に加え、床や屋根や壁の面内方向にはせん断力が作用する。これらのせん断力に抵抗するために、床や屋根や壁の面内方向にブレース等の付加的な構造部材を配置する設計手法もあるが、床や屋根や壁に配置される面材そのものをせん断力に抵抗させることで、ブレース等の付加的な構造部材を必要としない合理的な設計手法もある。後者の設計手法に則り、床や屋根や壁の構造材として折板を用いる場合には、折板の面内せん断剛性（抵抗）を確保することが重要となる。
【００１０】
しかしながら、従来技術の折板においては、折板の面外曲げ剛性の確保に主眼を置き、フランジ表面における折曲開始点から、上記フランジ表面と上記ウェブ表面との延長線上の交点までの長さＲＦをできるだけ小さく抑えた断面形状としているため、却って面内せん断剛性を確保することができないという問題がある。
【００１１】
また、他の従来技術として、図１４に示すように、鋼板を連続した曲率を有する波形に成形した波板８がある。この波板８の断面形状は、前述の折板７におけるフランジ７１、７２の平面部がなくなるまで曲率半径を大きくした断面形状とみなすことができる。しかし、この波板８には平面部が形成されていないため、板を枠材に固定する際に、山の頂点８１、谷の頂点８２しか枠材８５に接触せず、十分な固定度が確保できない。また、固定度確保のため無理に波板８と枠材８５とを接触させると波板８が変形してしまうおそれもある。更に、この波板８の変形を防止するため、波板８と枠材８５の隙間を特殊な金物で埋める等の手法も考えられるが、部品数や施工手間が増大し、コストの増加につながるという問題点がある。
【非特許文献１】JIS G 3352 デッキプレート
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、枠材へ十分な固定が行えるとともに、高い面内せん断剛性を確保することができる断面形状を有する建築構造用折板材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上述した課題を解決するために、略水平の平面部を有する上フランジ及び下フランジがウェブを介して形成されている建築構造用折板材において、上記フランジと上記ウェブとの交差部を、所定の曲率をもって折り曲げ、上記フランジ表面における折曲開始点から、上記フランジ表面と上記ウェブ表面との延長線上の交点までの長さＲＦを、フランジ両端に位置する交点間の長さＷＦとの関係において調整した建築構造用折板材を発明した。
【００１４】
即ち、本願請求項１に係る発明は、略水平の平面部を有する上フランジ及び下フランジがウェブを介して形成されている建築構造用折板材において、上記フランジと上記ウェブとの交差部は、所定の曲率をもって折り曲げられてなり、上記フランジ表面における折曲開始点から、上記フランジ表面と上記ウェブ表面との延長線上の交点までの長さＲＦは、上記フランジ両端に位置する上記交点間の長さＷＦの１０％以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上述した構成からなる本発明において、フランジ表面とウェブ表面との延長線上の交点までの長さＲＦを、フランジ両端に位置する交点間の長さＷＦの１０％以上とすることにより、折板の面内せん断剛性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、水平な上下フランジがウェブを介して接合されている建築構造用折板材について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明を適用した建築構造用折板材１は、例えば図１に示すように水平な上フランジ１１及び下フランジ１２と、この上フランジ１１及び下フランジ１２の間に形成されているウェブ１３とを備えている。フランジ１１、１２とウェブ１３とは交差部１４を介して連続するように形成されている。
【００１７】
この建築構造用折板材１は、鋼ストリップ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。この建築構造用折板材１は、建築構造物における屋根や床や壁等に適用される。
【００１８】
図２(a)は、本発明を適用した建築構造用折板材１の断面図を示している。上フランジ１１及び下フランジ１２は、それぞれ平面部１５を有し、上下フランジ１１、１２とウェブ１３が交差する交差部１４は、所定の曲率を有している。ここで建築構造用折板１の高さをＨとし、上フランジ１１とウェブ１３との角度、並びに下フランジ１２とウェブ１３との角度をθとする。
【００１９】
図２(b)に上フランジを例とした拡大図を示す。ここで、交差部１４における折曲げが開始する折曲開始点ｂｓから、上フランジ１１表面とウェブ１３表面との延長線上の交点ｂｅまでの長さをＲＦとし、上フランジ１１両端に位置する交点間の長さをＷＦとする。上フランジ１１における平面部の幅をＦＦとする。
このＦＦは、上フランジ１１における折曲開始点ｂｓ間の長さに相当する。また、このＦＦは、建築構造用折板材１の形状に関わらず、ビス、溶接、ボルト等により、図示しない枠材や非構造材（断熱材や防水材）を固定するのに支障がない長さで構成されていることが望ましく、具体的には、このＦＦは５〜２０ｍｍ程度以上で構成されていることが望ましい。以上は上フランジを例に説明したが、下フランジについても同様である。
【００２０】
本発明を適用した建築構造用折板材１は、このフランジ幅としてのＷＦに対するＲＦの比率を最適化したところに特徴がある。以下、このＷＦに対するＲＦの比率の限定理由について説明をする。
【００２１】
図３は、建築構造用折板材１に代表される折板２を、内枠４の内部に設けた外枠３に配設する例を示している。せん断変形量Δは、折板２のせん断変形と折板２の周囲の接合部で生じる変形からなる。折板２そのものの変形は、図４(a)に示す板要素の純粋なせん断変形Ａと、図４(b)に示す折板の断面がゆがむ変形Ｂに分類することができる。前者の純粋なせん断変形Ａの変形量と比較して、後者の断面がゆがむ変形Ｂの変形量は著しく大きい。即ち、この変形Ｂが折板そのもののせん断変形を支配するため、変形Ｂを抑制することが、折板の面内せん断剛性（抵抗）の向上を図る上で重要となる。
【００２２】
断面がゆがむ変形Ｂについて、断面がゆがむ際の変形性状と断面形状との関係は、折板の断面を対象とした平面骨組解析により概ね把握することができる。
【００２３】
図５(a)は、交差部１４を角張らせることによりその曲率を無くし、ＲＦを０ｍｍとした解析サンプルＰを示している。この解析サンプルＰでは、各サイズにつき、Ｈ＝１００ｍｍ、ＷＦ＝１００ｍｍ、ＲＦ＝０ｍｍ、θ＝６０°、ｔ＝１ｍｍとしている。また図５(b)では、交差部１４について、所定の曲率を設けた解析サンプルＱについて示している。この解析サンプルＱでは、各サイズについて、Ｈ＝１００ｍｍ、ＷＦ＝１００ｍｍ、ＲＦ＝３０ｍｍ、θ＝６０°、ｔ＝１ｍｍとしている。
【００２４】
解析モデルには、単位幅（1ｍｍ）の厚みを持つ断面を想定し、1ｍｍ（板厚）×1ｍｍ（単位幅）の梁要素を用いた。解析においては、下フランジ１２における中央２１を枠材に固定する状況を想定し、上フランジ１１の両側に位置する下フランジ１２の中央２１の点をピン支持し、上フランジ１１の中央２２に断面をゆがめようとする荷重Ｐを加え、この加力点における負荷方向の変形δを求めた。
【００２５】
図６に、図５の平面骨組を対象とした弾性解析より得られた荷重Ｐ−変形δの関係を示す。同じ荷重レベルで比較すると、ＲＦ＝０ｍｍである解析サンプルＰより、ＲＦ＝３０ｍｍである解析サンプルＱの方が生じる変形は小さく、ＲＦを大きくすることで断面がゆがむ変形に対する剛性が向上することが分かる。
【００２６】
図７(a),(b)は、解析により得られた曲げモーメント分布を示している。図７(a),(b)ともに、上下フランジ１１、１２の両端部で曲げモーメントが大きくなっている。解析サンプルＱでは、解析サンプルＰと比較して、ＲＦを大きくすることで、フランジ１１、１２両端部における曲げモーメントが大きくなる領域において集中的に梁の長さが短くなり、断面のゆがみによる変形を効率的に抑制していることが分かる。
【００２７】
次に、交差部１４におけるＲＦを長くすることがせん断剛性の向上に与える影響を実際に生じる３次元的な変形挙動で検証するために行ったＦＥＭ解析について述べる。図８は、このＦＥＭ解析に用いた解析モデルを示しており、図８(a)は、この解析モデルを正面から視認した形であり、図８(b)は、この解析モデルを上から視認した形である。
【００２８】
このＦＥＭ解析においては、下フランジ１２における中央２１を枠材に固定する状況を想定し、下フランジ１２の一の中央２１ａをピン支持し、他の中央２１ｂをピンローラと仮定している。このＦＥＭ解析においては、図中ｙ方向、即ち図８(a)では紙面奥行き方向、図８(b)では、上方向に向けて荷重Ｐを加え、その負荷方向へのせん断変形δを求めた。さらに、解析で得られた荷重Ｐを変形δで除してせん断剛性Ｐ／δを求めた。
【００２９】
このＦＥＭ解析においては、図９に示すように、Ｈ＝５０ｍｍ、ＷＦ＝５８ｍｍ、θ＝６０°、ｔ＝１ｍｍは共通とした上で、解析サンプルＣ１ではＲＦ＝０ｍｍとし、解析サンプルＣ２ではＲＦ＝１４．５ｍｍとし、更に解析サンプルＣ３ではＲＦ＝２９ｍｍとしている。その結果、各解析サンプルＣ１〜Ｃ３は、それぞれ図９(a)〜(c)に示すような形状で表現されることになる。なお、解析サンプルＣ１のＲＦ／ＷＦは０であり、解析サンプルＣ２のＲＦ／ＷＦは０．２５であり、解析サンプルＣ３のＲＦ／ＷＦは０．５である。
【００３０】
図１０に、このＦＥＭ解析の結果を示す。図１０の横軸はＲＦ／ＷＦ、縦軸は剛性比を表す。ここでの剛性比は、ＲＦ／ＷＦ＝０としている解析サンプルＣ１の剛性Ｐ／δを基準としたときの、他の解析サンプルＣ２、Ｃ３の剛性の比率である。
【００３１】
図１０から、ＲＦ／ＷＦが大きくなるにつれて、剛性比が大きくなる、即ち、ＲＦ／ＷＦが大きくなるにつれてせん断剛性が向上することが分かる。
【００３２】
ＲＦ／ＷＦが折板のせん断剛性向上に与える影響をより詳細に確認するために、図５に示す平面骨組解析モデルを利用し、断面形状を構成するパラメータを変更し、その解析結果を比較することとした。図１１(a)は、ＷＦを０．５Ｈとし、θをそれぞれ３０°、４５°、６０°、９０°とした場合における、ＲＦ／ＷＦ（横軸）に対する剛性比（縦軸）の関係を示している。ちなみに、ここでいう剛性比とは、各θにおいて、ＲＦ／ＷＦ＝０とした場合を基準として求めたものである。図１１(b)は、ＷＦをＨとし、θをそれぞれ３０°、４５°、６０°、９０°とした場合における、ＲＦ／ＷＦ（横軸）に対する剛性比（縦軸）の関係を示している。図１１(c)は、ＷＦを２Ｈとし、θをそれぞれ３０°、４５°、６０°、９０°とした場合における、ＲＦ／ＷＦ（横軸）に対する剛性比（縦軸）の関係を示している。図１１(d)は、ＷＦを３Ｈとし、θをそれぞれ３０°、４５°、６０°、９０°とした場合における、ＲＦ／ＷＦ（横軸）に対する剛性比（縦軸）の関係を示している。
【００３３】
断面の形状により、剛性比が若干変動するものの、ＲＦ／ＷＦ≧０．１の範囲において剛性比が大きくなることが示されている。図１１（a）〜（d）に示す「ＷＦ＝０．５Ｈ〜３Ｈ」で「θ＝３０°〜９０°」のケース全体でみると、ＲＦ／ＷＦ＝０．１における剛性比の平均は約１．１であり、平均的に１０％程度の剛性向上となっている。同様に、ＲＦ／ＷＦ＝０．２における剛性比の平均は約１．２５であり、平均的に２５％程度の剛性向上となっている。すなわち、ＲＦ／ＷＦ≧０．２とすれば、より顕著な剛性向上の効果が得られることが分かる。
【００３４】
なお、図１１(b)に示すＷＦ＝Ｈ、θ＝６０°のケースにおける断面形状は、図９に示すＦＥＭ解析モデルの断面と概ね対応するが、平面骨組解析の結果である図１１(b)のθ＝６０°のグラフと、ＦＥＭ解析の結果である図１０のグラフとは良好に対応していることから、上述した平面骨組解析による検討結果は、建築構造用折板材１の３次元的な変形挙動を妥当に評価しているといえる。
【００３５】
以上、フランジ幅ＷＦに対する折り曲げ部の幅ＲＦの比率についての限定理由について説明した。建築構造用折板材１のその他の断面形状については、概ね、高さＨ＝１０〜２００ｍｍ、ＷＦ＝１５〜３００ｍｍ、θ＝３０〜９０°、板厚ｔ＝０．５〜３．０ｍｍ、折板の長さＬ＝３００〜６０００ｍｍ程度の範囲とし、対象構造に適した任意の寸法とすればよい。また、フランジ幅ＷＦに対する折り曲げ部の幅ＲＦの比率を大きくすることで、折板の面外曲げ剛性が若干低下することとなるが、設計条件に応じて適宜、その低下程度を調整しながら折板の断面形状を決定すればよい。
【００３６】
なお、図１２は、図１１に示す検討で用いた断面を対象に、ＷＦを０．５Ｈ〜３Ｈ、θを３０°〜９０°の範囲において、各θにおいてＲＦ／ＷＦ＝０を比較基準として求めた面外曲げ剛性（断面二次モーメント）の比であり、ＲＦ／ＷＦ（横軸）と面外曲げの剛性比（縦軸）の関係を示している。各ケースにおいて、ＲＦ／ＷＦ≦０．４の範囲では、面外曲げの剛性比が概ね０．８を上回っており、面外曲げ剛性の低下程度を適度に抑制できている。したがって、０．１≦ＲＦ／ＷＦ≦０．４、さらには、０．２≦ＲＦ／ＷＦ≦０．４の範囲としておくと、面内せん断剛性と面外曲げ剛性の双方をバランス良く兼ね備えた建築構造用折板材とすることができる。
【００３７】
本発明では、上フランジ１１側と下フランジ１２側で寸法形状が等しい断面を例示したが、上下フランジ１１、１２の長さやフランジ幅ＷＦに対する交差部の幅ＲＦの比率などは、上フランジ１１と下フランジ１２で異なる形状とする、また、上フランジおよび下フランジのいずれか一方のみに本発明を適用するなど、任意の変更を加えてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用した建築構造用折板材の斜視図である。
【図２】本発明を適用した建築構造用折板材の断面図である。
【図３】建築構造用折板材に代表される折板を、内枠を内部に設けた外枠に配設する例を示す図である。
【図４】(a)は、折板が純粋にせん断変形する状況を、(b)は折板がゆがみ変形する状況を示す図である。
【図５】平面骨組解析モデルについて説明するための図である。
【図６】平面骨組を対象とした弾性解析より得られた荷重Ｐ−変形δの関係を示す図である。
【図７】解析により得られた曲げモーメント分布を示す図である。
【図８】ＦＥＭ解析モデルについて説明するための図である。
【図９】ＦＥＭ解析モデルにおける各解析サンプルを示す図である。
【図１０】ＦＥＭ解析の結果を示す図である。
【図１１】θをそれぞれ３０°、４５°、６０°、９０°とした場合における、ＲＦ／ＷＦ（横軸）に対する剛性比（縦軸）の関係を示す図である。
【図１２】θをそれぞれ３０°、４５°、６０°、９０°とした場合における、ＲＦ／ＷＦ（横軸）に対する面外曲げの剛性比（縦軸）の関係を示す図である。
【図１３】従来のデッキプレート等に代表される折板の形状を示す図である。
【図１４】鋼板を連続した曲率を有する波形に成形した波板を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  建築構造用折板材
１１  上フランジ
１２  下フランジ
１３  ウェブ
１４  交差部
１５  平面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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