特集
鉄骨下地（リップ溝形鋼にふき材を留め付け）における「かん合形立平ぶき」の圧力箱試験 その３
一般社団法人 日本金属屋根協会 技術委員会

１. はじめに前報 1) に引き続き、各層の間の空気圧（以下、層間圧）なく、各層にはある程度の漏気があり、その漏気性はそれぞれの素材や構法によっても異なるため、それぞれの層間の測定結果および考察について詳報する。
平板ぶき構法における圧力箱試験の試験体は現実の圧も変動する。

平板ぶき屋根構造の構成を模倣し、「ふき材」、「下ぶき材」

3 つの層の構成と層間圧の測定に関しその概念図を図および「野地板」の 3 つの層によって構成される。これら

1 に示す。層間圧 1 および 2 はそれぞれビニルパイプをの各層はそれぞれ完全な気密性が確保されているわけでは経由し外部に導かれ、圧力計に接続される。

1. ふき材（かん合形立平ぶき）
2. 下ぶき材（ルーフィング、ビニルシート）
3. 野地板（高圧木毛セメント板、硬質木片セメント板）

層間圧2
ビニル
パイプ
大気圧

層間圧1
試験機
（減圧）

ビニル
パイプ

試験機内
設定減圧

試験機内
設定減圧

層間圧1
層間圧2大気圧

試験体フレーム（母屋含む）

図1

3 つの層の構成と層間圧の測定

1２. 層間圧の測定結果
各試験体のパラメータと層間圧など各部位の実測結果を

ここで今回の実測圧力計の最小計量値は≒ 12.5 [Pa]

表 1 に示す。ここでは最大荷重時における実測結果を示し程度であるため、1 の位の数値には基本的に意味はない。ている。

また圧力箱機器の運転設定圧と圧力箱内の実測値とではまた設定圧と各部位の実測圧のグラフを図 2 に示す。
横軸を設定圧、縦軸を実測圧とし、青は圧力箱内、赤が層わずかな差異がある。変動する流体の圧力測定なのでこの程度の測定誤差は含んでいるものと考えられる。

間圧 1、そして緑は層間圧 2 を示している。

表1

各試験体のパラメータと層間圧など各部位の実測結果
試験体のパラメータ

ふき材
試験体 No.
板厚[mm]

ホット
メルト
接着剤

s42

立平ぶき

s3

下ぶき材

通気孔

2021 年度
試験体の比較趣旨

90φ

実測圧
機器運転
設定圧
[Pa]

圧力箱内圧
[Pa]

層間圧 1[Pa]

層間圧 2[Pa]標準-9,000-8,975-2,550-12なし

s2 - s4
通気孔の有無-8,500-8.488-212-88

アスファルト
高圧木毛セメント板
ルーフィング
t=25 [mm]940なし

s2 - s3
野地板差異-8,000-7,975-438-50

硬質木片セメント板
t=18 [mm]90φs1- s4
下ぶき材差異-8,500-8,475-750

ビニルシート（気密用）
硬質木片セメント板
t=18 [mm]

かん合形（ふき材はC形鋼に留め付け）

s2

最大荷重時

野地板

s1

2021 年度
鉄骨下地試験結果

0.40なし特集●鉄骨下地（リップ溝形鋼にふき材を留め付け）における「かん合形立平ぶき」の圧力箱試験

実測圧 [Pa]

実測圧 [Pa]- 9,000- 9,000- 10,000

その３- 10,000- 8,000- 8,000- 7,000- 7,000- 6,000- 6,000- 5,000- 5,000- 4,000- 4,000- 3,000- 3,000- 2,000- 2,000- 1,000- 1,000- 6,000- 7,000- 8,000- 9,000- 10,000- 7,000- 8,000- 9,000- 10,000- 5,000- 4,000- 3,000- 2,0000s2

実測圧 [Pa]

実測圧 [Pa]- 9,000- 9,000- 10,000- 1,000- 10,000- 9,000

設定圧 [Pa]- 6,000

s1- 8,000- 7,000- 6,000- 5,000- 4,000- 3,000- 2,00000- 1,0000

設定圧 [Pa]- 10,000- 8,000- 8,000- 7,000- 7,000- 6,000- 6,000- 5,000- 5,000- 4,000- 4,000- 3,000- 3,000- 2,000- 2,000- 1,000- 1,000

s3- 5,000- 4,000- 3,0000- 2,000

設定圧 [Pa]- 1,000- 10,000- 9,000- 8,000- 7,000- 6,000- 5,000- 4,000- 3,000- 2,00000- 1,0000s4● 圧力箱 内圧

図2設定圧 [Pa]● 層間圧 1

● 層間圧 2設定圧と各部位の実測圧

3３. 各層の負担圧と差圧に関する考察
基本的に、各層の負担圧はその層を挟む両側の空間の材の負担圧をそれぞれ表 2 に示す。

圧力差（以下、「差圧」）である。ただし、下ぶき材（ルー試験体 s1 および s4 は野地板通気孔（90φ）ありなので、フィングおよびビニルシート）についてはそれ自身の剛性

野地板の負担圧は基本的にほぼ ”0 [Pa]” である。試験体 s1がほぼ ”0” であるため、テント状に突っ張るような張力がは野地板負担圧が ”-12 [Pa]” となってはいるが、実測圧力かからない限り、差圧を負担することができない。

計の最小計量値が≒ 12.5 [Pa] であるため、測定機器シス特にビニルシートにおいてはあえて張力がかからないよテムが最小値を拾った測定誤差と考えられる。

うに意図的な ” たるみ ” をあらかじめ十分に設けてある。

一方、試験体 s2 および s3 においては野地板通気孔がつまり下ぶき材は受けた圧力のままにふき材（かん合形ないため、野地板にもある程度の負担圧が発生するものと立平ぶき）にもたれかかり、圧をそのままふき材に伝え、予想していたにもかかわらず、野地板の負担圧は極めて結果的に下ぶき材の負担圧もふき材が負担しているものと小さく、ふき材の負担圧と比べると≒ 1/100 程度以下に考えられる。各層の負担圧と差圧の概念図を図 3 に示す。

過ぎない。

今回の試験結果においては、野地板の負担圧が「大気圧今回の試験においては野地板の通気孔の有無にかかわ（ここでは基準値 ”0”）– 層間圧 2」であり、ふき材の負担らず、機器設定圧のほとんどをふき材（かん合形立平ぶき）圧は「圧力箱内圧 – 層間圧 2」となる。野地板およびふきが負担していることが確認された。

α層空間A圧力：PA

空間B
圧力：PB

野地板

下ぶき材

ふき材

空間A
圧力：PA

空間B
圧力：PB

空間D
圧力：P D

ふき材の負担圧：（PB -PC) + (PC -P D）= PB -P D（= ΔPB-D：差圧 B-D）

空間C
圧力：PC

α 層の負担圧：PA-P B ( = ΔPA-B：差圧 A-B)
図3
表2

野地板の負担圧：PA - P B(= ΔPA-B：差圧 A-B)

各層の負担圧と差圧の概念

最大荷重時の野地板およびふき材の負担圧と有効開口面積比率

試験体のパラメータ
試験体
No.

s1

下ぶき材

ビニルシート
（気密用）

野地板
通気孔

2021 年度
試験体の比較趣旨

設定圧 [Pa]

90φ

標準なし

s44

アスファルトルーフィング940

高圧木毛セメント板
t=25 [mm]
硬質木片セメント板
t=18 [mm]負担圧

ふき材を ”1” とした時の有効開口面積比率

野地板 [Pa]

ふき材 [Pa]

野地板

下ぶき材

ふき材

-9,000-12-8,988

∞

1.6

1

s2 - s4
通気孔の有無-8,500-88-8,412

9.7

8.1

1なし

s2 - s3
野地板差異-8,000-50-7,950

12.3

4.4

190φ

s1- s4
下ぶき材差異-8,5000-8,500

∞

10.6

1

硬質木片セメント板
t=18 [mm]

s2s3

最大荷重時

特集●鉄骨下地（リップ溝形鋼にふき材を留め付け）における「かん合形立平ぶき」の圧力箱試験

その３４. 各層の漏気と有効開口面積に関する考察
建築環境工学において時間当たりの換気量：Q [㎥/s] は、差はせいぜい 100 [Pa] から大きくても 1,000 [Pa] 程度ま一般的に [1] 式で与えられることが広く知られている 。

でと考えられるが、これは標準大気圧（1,013.25 [hPa]）換気量の一般式と概念を図 4 に示す。この [1] 式の右辺の≒ 100,000 [Pa] に比べて極めて小さな値であるため、圧αA 項は有効開口面積とされ、通常の一般的な窓において力変動によるρ：流体密度の変化は十分無視できるものではα=0.60 ～ 0.70 程度の値が与えられる。窓の実面積：ある。

2)

A [㎡] に対し、有効開口面積 : αA [㎡] は 6 ～ 7 割低減する。

一方、今回の実験では圧力差が約 10,000 [Pa] 弱に達し、また、平方根の項は開口部を通過する空気の速度を表してこれは標準大気圧の≒ 1/10 であるため、ρ：流体密度もおり、これは図 5 に示すベルヌーイの定理の展開によって約 1 割程度は変動するものと考えられる。

[2] 式として導かれる。

つまり [1] 式を今回の実験にそのまま適用しようとした

この [1] 式を今回の実験に当てはめる時に考慮すべきは、場合、ρ：流体密度の変動分、約 1 割程度は誤差が出るも圧力差の桁の差異である。まず図 5 の [2] 式の導出においのと考えられるが、ここではこの誤差を含み置いた上で以て、ρ：流体密度（空気の場合は、約 1.2 [kg/㎥]）は圧力下の論を進めるものとする。の変動にかかわらず一定値と置いている。

今回の実験モデルと式の展開を図 6 に示す。定常状態

建築環境工学における日常的な風で発生する室内外圧力
屋外
Po [Pa]屋内

Q [㎥/s]Pi [Pa]

開口部
αA2ΔP
ρ

Q = αA（各部の測定圧が安定した状態）において各材の変形状態
ここに、

[1]

Q [㎥/s] ：時間当たり換気量

有効開口面積 [㎡]α [-]

開口部を通過する空気の速度 : v [m/s]

A [㎡]

：開口面積
ρ [kg/㎥] ：流体密度（空気の場合は、約 1.2 [kg/㎥]）
ΔP [Pa] ：室内外圧力差

ΔP=Po-Pi
図4

風速：vA=0

建築環境工学における換気量の一般式と概念

風速：vA=01層
空間A
圧力：PA：流量係数

空間B
圧力：PB

1
ρvA2
2PA -風速：v B
ΔPA-B：差圧 A-B
図5+

高さ方向（位置エネルギー）の差は”0”
ρghA

=

1
ρv B2 +2P B ( = ΔPA-B )

=

1
ρv B2
2PA+vB =2ΔPA-B
ρPB+

ρgh B

ベルヌーイの定理による
力学的エネルギー保存式[2]

ベルヌーイの定理から導かれる開口を通過する空気の速度の式

5

と層間空間の体積が安定している時、各層の時間当たりふき材（かん合形立平ぶき）の有効開口面積を ”1” としの通気量：QⅠ～Ⅲ [㎥/s] が全て等しくなるため、[3] 式がた場合、ビニルシートの同面積比率が ”1.6”、アスファル成り立つ。この式は、各層それぞれの有効開口面積の比トルーフィングが ”4.4 ～ 10.6”、野地板（通気口なし）が率が各層それぞれの差圧の平方根の逆数の比率に等しい”9.7 ～ 12.3” となった。ビニルシートはビス穴が開くためこと、つまり [4] 式が成り立つことを示している。ふき材完全気密は保たれてはいないにせよ、ふき材よりも有効開（かん合形立平ぶき）の有効開口面積を ”1” とした場合の口面積が大きい。ビス穴部分のビニルシートの破れが載荷各層の有効開口面積比率を [4] 式から算出し、表 2 に示す。の過程において漸増している可能性がある。また野地板

試験体 s1 は野地板負担圧が ”-12 [Pa]” を示していたが、（通気口なし）の有効開口面積は、ふき材の≒ 10 倍以上

野地板通気孔（90φ）ありの試験体なので、野地板負担圧程度もある。ふき材（かん合形立平ぶき）は極めて気密性を ”0[Pa]” として算出した。野地板負担圧を ”0 [Pa]” としが高いことがわかる。

た場合、計算上の有効開口面積比率は ” ∞ ” となる。
Ⅰ層
野地板
外部空間A
大気圧：PA

Ⅱ層
下ぶき材

層間空間B
層間圧 1：PB

層間空間C
層間圧 2：PC

圧力箱内部空間D
圧力箱内圧：PD

野地板の有効開口面積：αA Ⅰ

下ぶき材の有効開口面積：αA Ⅱ

ふき材の有効開口面積：αA Ⅲ

ΔP Ⅰ ：差圧 Ⅰ

ΔP Ⅱ ：差圧 Ⅱ

ΔP Ⅲ ：差圧 Ⅲ

Ⅰ 層の通気量Q Ⅰ = αA Ⅰ

2ΔP Ⅰ
ρ

Ⅱ 層の通気量Q Ⅱ = αA Ⅱ等しい

2ΔP Ⅰ
ρ

=αA Ⅱ

αA Ⅰ ： αA Ⅱ ： αA Ⅲ=αA Ⅰ

図66

Ⅲ層
ふき材

2ΔP Ⅱ
ρ

Ⅲ 層の通気量Q Ⅲ = αA Ⅲ
等しい

2ΔP Ⅱ
ρ

=11

ΔP Ⅰ：

ΔP Ⅱ

2ΔP Ⅲ
ραA Ⅲ

：

実験モデルと式の展開

1ΔP Ⅲ

[3]

[4]

2ΔP Ⅲ
ρ

特集●鉄骨下地（リップ溝形鋼にふき材を留め付け）における「かん合形立平ぶき」の圧力箱試験

写真 1

６. まとめ

写真 2

その３

試験体の製作、野地板の開孔とビニールシート試験中 圧力箱外部

写真 3

試験後の確認

今回の試験において、ふき材（かん合形立平ぶき）はただし、この有効開口面積比率の算出においては約 1 割程

野地板通気口の有無にかかわらず、機器設定圧のほとんど度の誤差が見込まれ、この誤差の発生要因を本稿に示した。

を負担していることを確認した。

【参考文献】

また、ふき材（かん合形立平ぶき）の有効開口面積を ”1”とした場合、ビニルシートの同面積比率が ”1.6”、アスファルトルーフィングが ”4.4 ～ 10.6”、野地板（通気口なし）が ”9.7 ～ 12.3” となった。

1) 一般社団法人 日本金属屋根協会・技術委員会「鉄骨下地（リップ溝形鋼にふき材を留め付け）における「かん合形立平ぶき」の圧力箱試験 その 2 - 圧力箱試験における層間圧の挙動の概要について- 」一般社団法人 日本金属屋根協会 機関紙「施工と管理 2022年5月 No.680」
2) 名古屋大学大学院環境学研究科 建築科学研究グループ「https://lee-lab.net/blog-contents-003/」

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