(57)【要約】      （修正有）【課題】木造住宅にて地震時の水平力に抵抗する部材である耐力壁に関して、ダクト等を設置する為に現場にて開口を設けた際に、開口がない耐力壁と同等の剛性、耐力を保持することができるように補強された耐力壁およびその製造方法を提供する。【解決手段】複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、構造用合板に設けられた開口４の周囲に、シート状繊維補強プラスチック材５が接着固定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に設けられた開口の周囲に、シート状繊維補強プラスチック材が接着固定されてなることを特徴とする耐力壁。
【請求項２】
前記シート状繊維補強プラスチック材は、一方向に引き揃えられた補強繊維を有し、前記開口を中心に上下対称に、地面と略平行に前記補強繊維が配向するように固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の耐力壁。
【請求項３】
前記シート状繊維補強プラスチック材は、前記開口の上下縁端から鉛直方向に０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲で、前記構造用合板を支持する中柱間を跨いで固定されていることを特徴とする請求項２に記載の耐力壁。
【請求項４】
前記シート状繊維補強プラスチック材は、前記開口を囲うように斜め井型状に、互いの両端部が重なり合うように固定されてなることを特徴とする請求項１に記載の耐力壁。
【請求項５】
幅１〜２５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ以上からなる前記シート状繊維補強プラスチック材が、前記開口の周縁から０ｍｍ〜５０ｍｍ離隔した位置に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の耐力壁。
【請求項６】
複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に設けられた開口周囲に、予め成形された開口を有するプレート状繊維補強プラスチック材が固定されていることを特徴とする耐力壁。
【請求項７】
前記プレート状繊維補強プラスチック材は、３つ以上の辺を持つ多角形板材であり、中央部に前記構造用合板に設けた開口の直径以上の開口を有することを特徴とする請求項６に記載の耐力壁。
【請求項８】
前記プレート状繊維強化プラスチック材は、二方向以上に配向された補強繊維で構成されてなることを特徴とする請求項６または７に記載の耐力壁。
【請求項９】
前記プレート状繊維補強プラスチック材は、接着剤と固定具で固定されていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の耐力壁。
【請求項１０】
前記固定具が、釘、ボルト、コの字型クリップであることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の耐力壁。
【請求項１１】
複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に開口を設けた後に、前記開口の周りにプライマーを塗布し、その上に連続強化繊維シートを配置して、樹脂を含浸硬化させて接着することを特徴とする耐力壁の製造方法。
【請求項１２】
複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に開口を設けた後に、開口位置に合わせて、予め成形された開口を有するプレート状繊維補強プラスチック材を接着剤で貼付け、前記開口の端部を固定具で固定することを特徴とする耐力壁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造住宅用の開口を有する耐力壁およびその製造方法に関し、詳しくはシート状またはプレート状の繊維補強プラスチック材により開口部を補強した開口を有する耐力壁およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木造住宅の耐震構造化をなす手法として、地震による揺れや繰り返し作用する水平力（以下、地震力という）に抵抗する為の耐力壁を設置することがある。この耐力壁は、等間隔で配置される木柱に構造用合板を釘等で固定した構造となっている。この耐力壁を構成する構造用合板に排気ダクト等の開口を設ける際に、施工現場にて開口を設ける場合がある。その際、従来は、耐力壁の補強方法として、開口上下位置に、耐力壁を支持する柱間を繋ぐ木梁を設けていた。しかしながら、釘固定に必要なピッチに制約を受けて確実に木梁を固定できないことや、その設置に手間を要すること、そして開口部周囲に発生する応力集中を抑制しにくいこともあり、簡易で確実に開口補強できる方法が必要とされてきた。
【０００３】
開口部を補強する簡易な現場施工方法としては、例えば特許文献１のように、木造梁組の長手方向の亀裂等に対して、亀裂の進展方向に対して繊維方向が斜交する繊維シート補強材料で補強する構造が提案されている。しかし、この構造はあくまでクラックやひび割れを抑制するためのものであり、部材に開口を設けた際の部材の耐力を保持することを保証するものではなかった。
【０００４】
また、特許文献２に記載の方法では、開口部の補強対象部分の両側から補強板を貼り付ける構造が提案されているが、耐力壁の補強ではないため、地震時の水平剛性を補強するものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５７４３３号公報
【特許文献２】特開２００８−２６１２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、木造住宅の骨格となる梁を対象とした補強構造は提案されているものの、木造住宅において主に壁面として用いられる耐力壁に開口を設ける際に、当該耐力壁の有する耐力及び剛性を低減させることなく、現場にて簡易、短時間で補強できる木造住宅用の開口を有する耐力壁およびその製造方法は十分に検討されていなかった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、地震時の水平力に抵抗する部材の一つである耐力壁について、現場にて開口を設けた際に、開口がない無垢の耐力壁と同等の剛性、耐力を保持することができる木造住宅用の開口を有する耐力壁およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明は、以下の（１）〜（１２）の構成を特徴とするものである。
（１）複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に設けられた開口の周囲に、シート状繊維補強プラスチック材が接着固定されてなることを特徴とする耐力壁。
（２）前記シート状繊維補強プラスチック材は、一方向に引き揃えられた補強繊維を有し、前記開口を中心に上下対称に、地面と略平行に前記補強繊維が配向するように固定されてなることを特徴とする（１）に記載の耐力壁。
（３）前記シート状繊維補強プラスチック材は、前記開口の上下縁端から鉛直方向に０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲で、前記構造用合板を支持する中柱間を跨いで固定されていることを特徴とする（２）に記載の耐力壁。
（４）前記シート状繊維補強プラスチック材は、前記開口を囲うように斜め井型状に、互いの両端部が重なり合うように固定されてなることを特徴とする（１）に記載の耐力壁。
（５）幅１〜２５０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ以上からなる前記シート状繊維補強プラスチック材が、前記開口の周縁から０ｍｍ〜５０ｍｍ離隔した位置に固定されていることを特徴とする（４）に記載の耐力壁。
（６）複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に設けられた開口周囲に、予め成形された開口を有するプレート状繊維補強プラスチック材が固定されていることを特徴とする耐力壁。
（７）前記プレート状繊維補強プラスチック材は、３つ以上の辺を持つ多角形板材であり、中央部に前記構造用合板に設けた開口の直径以上の開口を有することを特徴とする（６）に記載の耐力壁。
（８）前記プレート状繊維強化プラスチック材は、二方向以上に配向された補強繊維で構成されてなることを特徴とする（６）または（７）に記載の耐力壁。
（９）前記プレート状繊維補強プラスチック材は、接着剤と固定具で固定されていることを特徴とする（６）から（８）のいずれかに記載の耐力壁。
（１０）前記固定具が、釘、ボルト、コの字型クリップであることを特徴とする（６）から（９）のいずれかに記載の耐力壁。
（１１）複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に開口を設けた後に、前記開口の周りにプライマーを塗布し、その上に連続強化繊維シートを配置して、樹脂を含浸硬化させて接着することを特徴とする耐力壁の製造方法。
（１２）複数立設された中柱と、隣接する前記中柱間に設置された構造用合板からなる木造住宅用の耐力壁において、前記構造用合板に開口を設けた後に、開口位置に合わせて、予め成形された開口を有するプレート状繊維補強プラスチック材を接着剤で貼付け、前記開口の端部を固定具で固定することを特徴とする耐力壁の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、木造住宅において主に壁面として用いられる耐力壁に開口を設ける際に、当該耐力壁の有する耐力及び剛性を低減させることなく、現場にて簡易、短期に補強できる、木造住宅用の開口を有する耐力壁およびその製造方法を提供することができる。具体的には、地震力による水平力が開口を有する耐力壁に働いた際に、開口部を補強することによって耐力壁の開口部周りに局所的に発生する応力集中から部材のせん断破壊や部分座屈を抑制することが可能となる。また、シート状やプレート状の繊維補強プラスチック材を用いることで、現場にて容易に施工することが可能となるとともに、補強部の厚みを薄くし、壁意匠への影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】木造住宅の一般的な耐力壁の斜視図である。
【図２】本発明に係わる、開口の上下にシート状繊維補強プラスチック材を貼り付けた開口を有する耐力壁の斜視図である。
【図３】図２に示す開口を有する耐力壁が連続する場合の斜視図である。
【図４】本発明の別の形態に係わる、開口周辺に斜め井型の状態にシート状繊維補強プラスチック材を貼り付けた開口を有する付き耐力壁の斜視図である。
【図５】本発明の別の形態に係わる、プレート状繊維補強プラスチック材を用いた開口を有する耐力壁の斜視図である。
【図６】本発明の別の形態に係わる、プレート状繊維補強プラスチック材をコの字型クリップを用いて固定した、開口を有する耐力壁の斜視図である。
【図７】図６で用いた固定箇所の部分断面拡大図である。
【図８】シート状繊維補強プラスチック材とプライマーの位置関係を示した断面図である。
【図９】プレート状繊維補強プラスチック材と接着剤の位置関係を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の開口を有する耐力壁は、例えば木造２×４住宅の耐力壁に適用される。木造２×４住宅に用いられる耐力壁１は、一般的に、図１に示すように、中柱２と構造用合板３とが釘で固定されて耐力壁１が形成されている。この耐力壁１に空調の排気ダクトを設ける場合、耐力壁１の上側位置または下側位置に直径１５０ｍｍ程度の開口４を設ける。本発明は、この開口４の周辺に、繊維補強プラスチック材５、５ａを固定して補強することを特徴とする。
【００１２】
第１の本発明の補強形態として、図２に示すように、開口４を有する耐力壁１に対して、開口４の上下にシート状繊維補強プラスチック材５を地面に対して略水平方向に貼り付けることが好ましい。シート状繊維補強プラスチック材５の貼付け範囲としては、鉛直方向は開口４の上下周縁から０〜５０ｍｍ離隔した位置を起点に、０〜２５０ｍｍとなる範囲とすることが好ましい。開口４を覆うように貼り付けると、ダクト設置時に支障が生じるため、余裕幅を設けておく方がよい。また、範囲が２５０ｍｍを越えると補強範囲が広がり、補強効果が薄れるほか、他の住宅梁などとの取り合いに支障が出る恐れがある。ここで、補強に用いるシート状繊維補強プラスチック材５の幅は、１〜２５０ｍｍであることが好ましい。この幅は、設置箇所の周辺の構造によって制約を受ける場合には、１ｍｍ〜数ｍｍ程度の補強繊維の繊維束状のものを接着固定してシート状繊維補強プラスチック材５としてもよく、設置面積の制約がなく補強を必要とされる箇所にはシート幅を大きくすることが好ましい。しかしながら、シート幅が大きすぎると、シート状繊維補強プラスチック材５自身の重量による影響も無視できないことから、２５０ｍｍ以内とすることが望ましい。
【００１３】
また、図３に示すように、多数配置した中柱２を介して、開口４を有する構造用合板３を連続して地面に水平方向に並べる場合、隣り合う中柱２の芯を越えて、１枚のシート状繊維補強プラスチック材５を連続的に貼り付けてもよい。このようにシート状繊維補強プラスチック材５を連続的に貼り付けることによって、地震力が開口を有する耐力壁１に働いた際に、構造用合板３に働くせん断力が分散され、すなわち弱体化した開口４付近に発生するせん断力を小さくすることができ、結果として住宅の倒壊を防止することが可能となる。
【００１４】
第２の本発明の補強形態として、図４に示すように、開口４の周辺に、斜め井型の状態にシート状繊維補強プラスチック材５を貼り付けることもできる。開口４を囲うように、４枚のシート状繊維補強プラスチック材５を斜め井型となるように、開口４の周縁から０〜５０ｍｍ離隔した位置を起点に、シート状繊維補強プラスチック材５の幅が１〜２５０ｍｍとなる範囲で、かつ長さ２５０ｍｍ以上のシート状繊維補強プラスチック材５を両脇が互いに重なるように貼り付けることが好ましい。このようにシート状繊維補強プラスチック材５を貼り付けることによって、地震力が開口４を有する耐力壁１に働いた際に、開口４の周囲に集中する応力を周囲へ分散させるとともに、構造用合板３に働くせん断破壊および局部座屈を防止し、結果として住宅の倒壊を防止することが可能となる。
【００１５】
第１、第２の本発明で使用するシート状繊維補強プラスチック材５としては、以下の構成からなることが好ましい。補強繊維については、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維および１００万以上の分子量からなるポリエチレン繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の連続繊維を、一方向に引き揃えた連続強化繊維シートを用いることが好ましい。この連続強化繊維シートを、後述するように施工現場で樹脂を含浸・硬化させることにより、シート状繊維補強プラスチック材５として構造用合板３に接着固定することができる。また、連続強化繊維シートに含浸させる樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂およびメタクリル（ＭＭＡ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種のマトリックス樹脂とで構成されるものが好ましい。なかでも、繊維自身の高弾性率や高剛性により補強効果が発現する炭素繊維とエポキシ樹脂組み合わせて得られたシート状繊維補強プラスチック材５とすることがより好ましい。また、シート状繊維補強プラスチック材５の幅、補強繊維の本数等は適宜選択することができるが、シート状繊維補強プラスチック材５の貼付け枚数は、開口に伴って欠損する耐力壁の剛性（ヤング係数Ｅ×断面積Ａ）を算出し、これと同等以上の剛性となる枚数とすることが好ましい。
【００１６】
第３の本発明の補強形態として、図５に示すように、予め工場でプレート状繊維補強プラスチック材５ａを成形し、この中央部に開口４を設けたプレート状繊維補強プラスチック材５ａを、構造用合板３に設けた開口４の位置にあわせて貼り付けることもできる。
【００１７】
プレート状繊維補強プラスチック材５ａの形状は、３つ以上の辺を持つ多角形とすればよく、好ましくは耐力壁１の形状に沿った四角形であるとよい。
【００１８】
プレート状繊維補強プラスチック材５ａの中央部には、耐力壁２に設けた開口４の直径以上の開口を設けることが好ましい。さらに、プレート状繊維補強プラスチック材５ａに含まれる補強繊維は、補強繊維が少なくとも２方向以上に配向されていることが好ましい。その繊維方向（配向角度）は、プレート状繊維補強プラスチック材５ａの水平固定方向に対して±３０〜±６０°内にあることが好ましく、耐力壁１の開口４周辺に発生する水平せん断力の緩和に鑑みると、±４５°に配向することがより好ましい。ここで、±４５°に配向するとは、補強繊維の９０％以上が±４５°の前後５°以内、すなわち、４０°〜５０°（−５０°〜−４０°）の範囲にあることをいう。
【００１９】
次に、プレート状繊維補強プラスチック材５ａの耐力壁１への固定方法としては、以下の手順で行う。最初に、プレート状繊維補強プラスチック材５ａの片側全面に接着剤８を塗布し、このプレート状繊維補強プラスチック材５ａに設けた開口と構造用合板３に設けた開口４とがほぼ一致するようにプレート状繊維補強プラスチック材５ａを貼り付け、開口４の略水平方向両端部に複数本の固定具６を使って固定する。ここで用いる接着剤８は、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、レゾルシノール系樹脂、レゾルシノール・フェノール系樹脂、水性高分子イソシアネート系樹脂、メラミン系樹脂があるが、補強繊維と樹脂の相性に鑑みるとエポキシ系樹脂が好ましい。固定具６としては、中柱２と構造用合板３を固定する釘やボルトとナットを使用することが好ましい。プレート状繊維補強プラスチック材５ａは構造用合板３のみと固定具６を介して固定してもよいが、プレート状繊維補強プラスチック材５ａの水平方向を長くして、中柱２、構造用合板３とプレート状繊維補強プラスチック材５ａとを固定具６で貫通させて固定できる位置にすることが好ましい。
【００２０】
さらに、別のプレート状繊維補強プラスチック材５ａの固定形態として、図６や図７に示すように、構造用合板３の開口４の位置にあわせてプレート状繊維補強プラスチック材５ａを接着剤８で固定し、コの字型クリップ７を開口４の内側から嵌め込んで、コの字型クリップ７を固定具６で固定することもできる。このように開口４を有するプレート状繊維補強プラスチック材５ａを用いることによって、第２の補強形態と同じ効果だけでなく、より簡単に固定でき、工期短縮になることや確実な補強効果が得られることが可能となる。
【００２１】
ここで、プレート状繊維補強プラスチック材５ａを構成する材料について、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維および１００万以上の分子量からなるポリエチレン繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の連続繊維と、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂およびメタクリル（ＭＭＡ）樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種のマトリックス樹脂とで構成されるものが好ましい。なかでも、繊維自身の高弾性率や高剛性により補強効果が発現する炭素繊維とエポキシ樹脂組み合わせて得られた繊維補強プラスチック材を用いることがより好ましい。また、プレート状繊維補強プラスチック材５ａの幅、補強繊維の本数等は適宜選択することができるが、プレート状繊維補強プラスチック材５ａの貼付け枚数は、開口に伴って欠損する耐力壁の剛性（ヤング係数Ｅ×断面積Ａ）を算出し、これと同等以上の剛性となる枚数とすることが好ましい。
【００２２】
プレート状繊維補強プラスチック材５ａは、一方向織物または二方向織物を用いた基材にマトリックス樹脂を後から含浸させたり、あらかじめマトリックス樹脂が含浸されたプリプレグを用いて製造することができる。
【００２３】
次に、第１から第３の補強形態をなす耐力壁１の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、第１および第２の補強形態をなす開口４を有する耐力壁１の製造方法を説明する。木造住宅用の耐力壁１として、複数の中柱２を立設した後、隣接する中柱２を介して構造用合板３を釘で固定する。この構造用合板３に開口４を設けた後に、図８に示すようにプライマー９を補強範囲に塗布し、プライマー９が硬化した後、開口４の周りにシート状繊維補強プラスチック材５の一部となるマトリックス樹脂を下塗りし、その上から連続補強繊維シートを配置し、連続補強繊維シート内にマトリックス樹脂をしごく等して含浸させ、さらにその上からマトリックス樹脂を上塗りして、硬化・接着させる。複数積層する場合は、下塗り、含浸、上塗り、硬化を繰り返して、開口４を有する耐力壁１に接着固定するシート状繊維補強プラスチック材５を製造する。
【００２５】
さらに、第３の補強形態をなす開口４を有する耐力壁１の製造方法として、図９に示すように予め工場で補強繊維にマトリックス樹脂を含浸硬化させたプラスチック材とし、開口４を設けたプレート状繊維補強プラスチック材５ａを準備しておく。現場で木造住宅用の耐力壁１の構造用合板３に開口４を設けた後に、工場で製造したプレート状繊維補強プラスチック材５ａと耐力壁１の接着面全面に接着剤８を塗布し、開口４の開口位置に合わせてプレート状繊維補強プラスチック材５ａを貼付け、固定具６で固定して、開口４を有する耐力壁１を製造する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明では、木造住宅の耐力壁を対象とした開口補強構造とするが、同様の部材を用いて水平剛性を得ている構造床の開口補強構造に対しても展開できる。また、木造住宅だけでなく、鉄筋コンクリートの壁について用いることも可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  耐力壁
２  中柱
３  構造用合板
４  開口
５  シート状繊維補強プラスチック材
５ａ  プレート状繊維補強プラスチック材
６  固定具
７  コの字型クリップ
８  接着剤
９  プライマー
【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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