薄板軽量形鋼造用の壁パネル
【課題】折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保可能な壁パネルを提供する。
【解決手段】間隔をおいて対向するように配置された少なくとも一対の枠材２と、これら一対の枠材２に渡って固定される薄鋼板の折板３からなる面材とを少なくとも備え、面材は一対の枠材２間に渡る方向に延びる山部６と谷部７とを有した折板３であり、折板３の谷部７と枠材２とがねじで固定されると共に、構面内せん断力が作用した際にねじ周りの折板３が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネル１において、面材（折板３）と枠材２のねじ接合部は、面材の支圧変形時にねじ軸部が傾斜可能に接合されている。
【解決手段】間隔をおいて対向するように配置された少なくとも一対の枠材２と、これら一対の枠材２に渡って固定される薄鋼板の折板３からなる面材とを少なくとも備え、面材は一対の枠材２間に渡る方向に延びる山部６と谷部７とを有した折板３であり、折板３の谷部７と枠材２とがねじで固定されると共に、構面内せん断力が作用した際にねじ周りの折板３が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネル１において、面材（折板３）と枠材２のねじ接合部は、面材の支圧変形時にねじ軸部が傾斜可能に接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板軽量形鋼造建築物等の建築物に用いられる薄板軽量形鋼造用の壁パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄板軽量形鋼造用の耐力壁における壁パネルとして、枠材の片面または両面に面材としての折板を接合した壁パネルが用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１、２に記載された耐力壁では、折板が枠材に溶接されたり、補強部材を介して枠材に固定されたりなど、折板と枠材とが剛に接合されるとともに、枠材自体も剛なフレームとされて梁などの建物躯体に固定されている。このような耐力壁では、地震等の水平力が建物に作用した際に、折板がせん断力を負担することで建物の水平耐力を確保するように構成されており、折板のせん断耐力に基づいて建物の保有水平耐力が決定されるようになっている。
【０００４】
また、特許文献３には、縦枠に折板をねじ止めし、折板を縦枠の補強材と兼用することが提案されている。また、特許文献３では、薄板軽量形鋼からなる枠材を変形させない鋼板面材として折板が有効であり、しかも目地を枠材と直交方向とすることで耐力と変形性能に優れた耐力壁にできることが知られていると記載されている。
【０００５】
なお、本出願人により、特許文献４には、折板耐力壁の変形性能を更に高めるため、ねじ接合部における面材の支圧変形を起こさせるよう、面材の全体座屈および局部座屈を回避する折板形状にすること、および、ねじ接合部では、ねじの抜け出し、枠材の支圧破壊、ねじの破断等を回避する部材の組み合わせとすることが提案され、また、ねじ孔の支圧変形により形成された長孔からねじが抜け出さないよう、ねじ頭を大きくするとともに、ねじ孔周辺の局所変形（皺）が起きないようねじ軸径はあまり大きくしないことが必要であることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平２―４９４４９号公報
【特許文献２】特開平９―２２８５２０号公報
【特許文献３】特開２００７―３０３２６９号公報
【特許文献４】特開２００９―２０９５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の耐力壁では、折板のせん断耐力に基づいて建物が設計されているため、折板と枠材との接合部分や耐力壁と建物躯体との接合部分が剛接合とされ、これらの接合強度が折板のせん断耐力以上となるように設定されている。このため、接合構造が大掛かりになり、製造や現場施工の手間やコストが増大してしまうという問題がある。また、特許文献４に記載の壁パネルでは、折板の機械的特性（降伏比あるいは破断伸び等）について明確に示唆されていないため、折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保できず、最大耐力発揮後の耐力低下が大きい場合が生じる可能性もあるという問題がある。
【０００８】
本発明は前記の課題を解決し、折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保可能で変形性能に優れた壁パネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の壁パネルにおいては、間隔をおいて対向するように配置された少なくとも一対の枠材と、これら一対の枠材に渡って固定される薄鋼板の折板からなる面材とを少なくとも備え、前記面材は前記一対の枠材間に渡る方向に延びる山部と谷部とを有した折板であり、前記折板の谷部と前記枠材とがねじで固定されると共に、構面内せん断力が作用した際にねじ周りの前記折板が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネルにおいて、前記面材と前記枠材のねじ接合部は、前記面材の支圧変形時にねじ軸部が傾斜可能に接合されていることを特徴とする。
【００１０】
第２発明では、第１発明の壁パネルにおいて、前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が０．７以上であることを特徴とする。
【００１１】
第３発明では、第１発明または第２発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が１．６以下であることを特徴とする。
【００１２】
第４発明では、第１発明〜第３発明の壁パネルにおいて、前記面材として、その破断伸びが１％以上〜１６％未満である、破断伸びが小さい面材を用いたことを特徴とする。
【００１３】
第５発明では、第２発明の壁パネルにおいて、前記面材の少なくとも外周および縦枠に接合するねじにワッシャを挿入し、前記ねじの軸径に対する前記ワッシャの外径の比が３．０以上であることを特徴とする。
【００１４】
第６発明では、第５発明の壁パネルにおいて、前記ワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比が、０．１〜０．６であることを特徴とする。
【００１５】
第７発明では、第１発明〜第６発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記ねじ接合部におけるねじのねじ山のピッチを、前記枠材の板厚寸法以下としたことを特徴とする。
【００１６】
第８発明では、第１発明〜第７発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材として、降伏比が７７％〜９６％である、降伏比が高い面材を用いたことを特徴とする。
【００１７】
第９発明では、第１発明〜第８発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の谷部におけるねじ接合部の少なくとも片側に、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するリブを設けたことを特徴とする。
【００１８】
第１０発明では、第１発明〜第８発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分を設けたことを特徴とする。
【００１９】
第１１発明では、第１発明〜第８発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の強度よりも強度を低下させた部分を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、耐力壁に構面内せん断力が作用した際に面材におけるねじ接合部の面材を支圧変形する場合に、ねじ周りの局所座屈を抑制し、ねじ接合部の面材を安定的に塑性変形させて、エネルギー吸収することができ、また、面材の変形性能を高めた上で、従来の耐力壁に比べて、耐力壁の急激な耐力低下を防止することができ、変形性能に優れた壁パネルとすることができる。また、ねじ孔付近に集まる塑性化されたねじ孔周りの面材を、ねじの傾斜を利用して、ねじ孔から掻き出すことができる効果が得られる。
【００２１】
第２発明によると、ねじが傾斜する前にねじの先端が枠材から抜けてしまうのを防ぐことができる。
【００２２】
第３発明によると、ねじ頭部が面材に潜り込むことなく、面材支圧耐力とねじ抜け出し耐力とのバランスにおいて、ねじを傾斜させることができる。
【００２３】
また、高伸び性能の面材の場合には、ねじ軸部に塑性化されたねじ孔近傍の面材がまとわり付くため、ねじの負担が増えて、耐力壁の耐力上昇あるいは、ねじのねじ孔からの抜け出しを生じる恐れがあるが、低伸び性能（脆い性能）の面材と組み合わせると、ねじ孔近傍の塑性化された面材は、容易に切り屑となって排除することができるため、ねじ軸部の負担が極端に高まることがなく、耐力壁の耐力が安定した耐力と変形性能を発揮できる効果が得られる。すなわち、第４発明によると、ねじ接合部におけるねじにより、これに支圧されるねじ孔周りの面材の塑性化部が、ねじに接触するねじ孔先端部に集まるようになる場合に、集まった面材が粉砕されて排除され易くなるため、ねじ孔周りの面材の塑性化を、集まった面材における鋼板により抵抗させることなく、安定して塑性変形させることができ、安定した耐力と変形性能を発揮させることができる。
【００２４】
第５発明によると、ねじ周りの大きな応力が作用する範囲にワッシャを配置することにより、ねじ頭部が面材に潜り込むことなく、ねじが傾斜することができる。
【００２５】
第６発明によると、ワッシャ内径とねじ軸部とのクリアランスにより、ねじの傾斜の適正な範囲を制限できる。
【００２６】
第７発明では、ねじ接合部におけるねじが傾斜するような場合でも、枠材からのねじの抜け出しを防止して、安定した耐力を発揮させることができる。
【００２７】
第８発明によると、ねじ軸周りの面材を塑性変形させる場合に、面材として低ＹＲ鋼を使用した場合に比べて、高ＹＲ鋼を使用しているので、ねじ軸部の支圧によりねじ孔周りの面材を塑性変形させる場合に、ねじ孔周りの面材の塑性化領域を狭くすることができ、ねじ孔の孔幅が極端に広がることがないので、耐力壁が大きくせん断変形しても、耐力壁の耐力を安定させることができる。
【００２８】
第９発明によると、折板における塑性化させる方向と直交する方向における面材の局部座屈を防止することができ、耐力壁における所定の方向に面材を塑性化させることができる効果が得られる。
【００２９】
第１０発明によると、折板におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、薄板部分に場所を特定して塑性化させることができる効果が得られる。
【００３０】
第１１発明によると、折板におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、強度を低下させた部分に場所を特定して塑性化させることにより、大変形時も耐力壁の耐力を安定させることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の耐力壁に適用される壁パネルを示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１のＡ―Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す壁パネルの概略斜視図である。
【図５】図１に示す壁パネルの端部の一部を示す拡大斜視図である。
【図６】ねじ接合部における破壊モードを示す説明図である。
【図７】折板ねじ接合部の要素試験の説明図である。
【図８】折板の単位形態を示す断面図である。
【図９】図７の折板ねじ接合部の要素試験によって得られた荷重―変形関係の包絡線を比較した図である。
【図１０】ねじと折板における面材の塑性化部との関係を示す図であり、（ａ）はねじが傾斜せず、ねじ頭が面材に潜り込み、鋼板に生じたねじ孔からねじ頭が出た場合の説明図、（ｂ），（ｃ）は、破断伸びが大きな折板に対してねじが塑性化させる場合にねじが傾斜した場合の説明図、（ｄ），（ｅ）は、破断伸びが小さな折板に対してねじが塑性化させる場合にねじが傾斜した場合の説明図である。
【図１１】枠材と面材とを接合しているねじ接合部を示し、（ａ）はねじが傾いた状態の説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ―Ａ断面におけるねじ径と面材最外縁のひずみとの関係について示した説明図である。
【図１２】日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図―ＩＩ．５．１２に掲載の、ボルト孔周辺の応力分布を示す説明図である。
【図１３】日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図―ＩＩ．５．１２に掲載の、ボルト心からの距離による応力分布を示すグラフである。
【図１４】ワッシャ内径とねじ軸部とのクリアランスによるボルトとワッシャの傾きを説明する断面図であり、（ａ）はクリアランスが小さい場合、（ｂ）はクリアランスが大きい場合である。
【図１５】折板ねじ接合部の異なる要素試験の説明図である。
【図１６】折板の単位形態を示す断面図である。
【図１７】図１５の折板ねじ接合部の要素試験によって得られた荷重―変形関係の包絡線を比較した図である。
【図１８】壁耐力試験の試験体を示す正面図である。
【図１９】図１８の壁耐力試験によって得られた荷重―変形角関係図である。
【図２０】ねじのねじ山ピッチとねじの傾斜抜け出しとの関係を説明するための説明図である。
【図２１】先端が先鋭なねじを枠材に取り付けた場合を示す断面図である。
【図２２】壁パネルを載荷試験装置にセットして載荷試験をしている状況を示す図である。
【図２３】図２２の載荷試験装置によって得られた荷重―変形角関係の包絡線を比較した図である。
【図２４】枠材と面材とを接合しているねじ接合部に、枠材と面材との構面内においてずらす方向の力が働いている場合の力の作用および変形の状態を示す説明図であり、（ａ）はねじ軸部から低ＹＲの面材に支圧力が作用している状態を示す一部縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の状態から枠材と面材とがずれた状態で面材が塑性変形している状態を示す一部縦断正面図、（ｃ）は（ａ）に対応した図であり高ＹＲの面材に支圧力が作用している状態を示す一部縦断正面図、（ｄ）は（ｃ）の状態から枠材と面材とがずれた状態で面材が塑性変形している状態を示す一部縦断正面図である。
【図２５】枠材と面材とを接合しているねじ接合部を示し、（ａ）はねじが傾く前の状態の説明図であり、（ｂ）は面材の降伏比ＹＲと面材の塑性化領域の関係について示した説明図である。
【図２６】本発明の他の実施形態の壁パネルを示す図であり、（ａ）は部分正面図、（ｂ）は部分平面図、（ｃ）は（ａ）の側面図である。
【図２７】本発明のさらに他の実施形態の壁パネルを示す図であり、（ａ）は部分正面図、（ｂ）は部分平面図、（ｃ）は（ａ）の側面図、（ｄ）は折板における薄板部分を拡大して示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係る壁パネル１を示す正面図、図２は側面図、図３は図１のＡ―Ａ線断面図である。図４は、壁パネル１を示す斜視図、図５は、壁パネル１の一部を拡大して示す斜視図である。
【００３４】
壁パネル１は、枠組壁工法建築物に耐力壁として用いられるもので、例えば、基礎上に設置されて下端部がアンカーボルトと連結され、上端部が建物の梁や床パネルと連結されたり、あるいは上下の端部が上下の梁や床パネルに連結されたりして設置される。壁パネル１は、薄板軽量形鋼（リップ溝形鋼）からなる枠材２と、この枠材２を四周枠組みした一方の面に接合される薄板鋼板からなる面材としての折板３とで構成されている。ここで、枠組壁工法建築物としては、例えば、２階建て〜４階建て程度の比較的小規模な建物が好適であり、壁パネル１の他に、柱、梁、床パネル、屋根、外装材、内装材等を有して構成されている。
【００３５】
壁パネル１の枠材２は、ウェブ４と、このウェブ４の両端部に連続する一対のフランジ５とを有し、断面略コ字形（Ｃ字形）に形成されている。そして、枠材２のうち、両側端縁に設けられる縦の枠材２は、２つの溝形鋼がウェブ４同士で接合されて形成されている。また、折板３は、縦の枠材２間に渡る方向に延びて交互に設けられる山部６と谷部７とを有して形成され、谷部７がねじ８で枠材２に接合されている。ねじ８は、タッピングビスなどであり、枠材２と反対側から折板３の谷部７を貫通したねじ８が枠材２に螺合することで、枠材２と折板３とが接合されるようになっている。
【００３６】
壁パネル１のねじ８の頭部径Ｄと軸部径ｄ１と折板３の板厚ｔ１について、以下の式（１）で設定されている。
（Ｄ―ｄ１）＞α１・ｔ１ …（１）
【００３７】
ここで、α１はねじ軸部の支圧により鋼板に生じたねじ孔からねじ頭が抜け出さないための条件を表す係数であり、α１は７．０以上であることが望ましい。このような構成によれば、折板３のねじ周りが支圧変形し、繰り返し荷重によりねじ孔が大きくなっていっても、ねじ頭部が折板３に引っ掛かることで折板３からねじ８が脱落することが防止でき、変形性能を確保することができる。
【００３８】
また、壁パネル１のねじ８の軸部径ｄ１と折板３の板厚ｔ１について、以下の式（２）で設定されている。
ｄ１＜α２・ｔ１ …（２）
【００３９】
ここで、α２はねじ軸部により鋼板に生じた局所座屈によりねじ孔の成長が阻害されないための条件を表す係数であり、α２は１３以上であることが望ましい。このような構成によれば、ねじ軸部の支圧により折板３にはねじ孔を起点とする長孔が形成され、ねじ周りに皺がよる支圧変形に比べてより高い変形性能を確保できる。
【００４０】
上記の変形（破壊モ―ド）を実現するには、他の破壊モードを起こさない条件を設定することが必要となる。これはねじ接合部において設定する必要があり、また壁パネル１全体でも設定する必要がある。
【００４１】
まず壁パネル１における枠材２と折板３とのねじ接合部を設定する。ここでは、例えば、社団法人日本鉄鋼連盟著「ドリルねじ接合 設計施工指針」によるねじ接合部の許容せん断耐力（Ｒａｓ）の算定式を利用し、次の式（３〉のように設定する。
Ｒａｓ＝Ｒａｓ３―１＜ｍｉｎ（α３・Ｒａｓ２，α４・Ｒａｓ３―２，α５・Ｒａｓ４） …（３）
【００４２】
式（３）において、Ｒａｓ２は、図６（ａ）に示すねじ８の抜け出し耐力（ｋＮ）であり、以下の式（４）で算出され、Ｒａｓ３―１は、図６（ｂ）に示す折板３のねじ周り支圧耐力（ｋＮ）であり、式（５）で算出され、Ｒａｓ３―２は、図６（ｃ）に示す枠材２のねじ周り支圧耐力（ｋＮ）であり、式（６）で算出され、Ｒａｓ４は、図６（ｄ）に示すねじ８の軸部せん断耐力（ｋＮ）であり、式（７）で算出される。各式（４）〜（７）において、ｔ１は、折板３の設計用板厚（ｍｍ）、ｔ２は、枠材２の設計用板厚（ｍｍ）、Ｆｕ１は、折板３の引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）、Ｆｕ２は、枠材２の引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）、ｄ１は、ねじ８の軸部径（ｍｍ）、Ａｄは、ねじ８の軸部断面積（ｍｍ２）、Ｄは、ねじ８の頭部径（ｍｍ）である。
【００４３】
ねじの抜け出し耐力Ｒａｓ２（ｋＮ）は、次式（４）により求めることができる。
Ｒａｓ２＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ１×ｔ２×Ｆｕ２ …（４）
Ｃｓ＝１．３―０．３×（ｄ１／５）
Ｃｅ＝０．２８×３．９５×ξ０．５×（ｔ２／ｄ１）０．５
ここで、ξは影響係数であり、次式で算出される。
ξ＝３．１―５．６（ｔ１／ｔ２）＋３．５（ｔ１／ｔ２）２
Ｃｓは、ねじ径を考慮する係数である。また、Ｃｅは、ねじ径と枠材板厚を考慮する係数である。
【００４４】
折板のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―１（ｋＮ）は、次式（５）により求めることができる。
Ｒａｓ３―１＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ１×ｔ１×Ｆｕ１ …（５）
Ｃｅ＝ｍｉｎ（Ｃｅ１，Ｃｅ２）
Ｃｅ１＝０．２８×｛０．４７１＋９．４２×ｔ２／ｄ１｝
Ｃｅ２＝０．９５９
ここで、Ｃｅ１は、ねじ径と折板板厚を考慮する係数である。また、Ｃｅ２は、定数である。
【００４５】
枠材のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―２（ｋＮ）は、次式（６）により求めることができる。
Ｒａｓ３―２＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ１×ｔ２×Ｆｕ２ …（６）
Ｃｅ＝ｍｉｎ（Ｃｅ１，Ｃｅ２）
Ｃｅ１＝０．２８×｛１．１８＋５．２６×ｔ１／ｄ１｝
Ｃｅ２＝０．６７７
ここで、Ｃｅ１は、ねじ径と枠材板厚を考慮する係数である。また、Ｃｅ２は、定数である。
【００４６】
ねじ８の軸部せん断耐力Ｒａｓ４（ｋＮ）は、次式（７）により求めることができる。
Ｒａｓ４＝ｆｓ×Ａｄ≒１２０×Ａｄ …（７）
ここで、ｆｓはドリルねじの基準強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【００４７】
以上のように枠材２と折板３との接合部分のせん断耐力Ｒａｓが設定されていることで、接合部分における破断モードは、折板３のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―１により決定され、壁パネル１にせん断力が作用した際には、図示を省略するが、ねじ８で貫通された部分の折板３が支圧変形し、ねじ８の抜け出し（ねじ８の抜け出し耐力Ｒａｓ２）や、枠材２のねじ周り支圧変形（枠材２のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―２）、ねじ８の軸部破断（ねじ８の軸部せん断耐力Ｒａｓ４）等は発生しないようになっている。なお、式（３）の根拠となった式は最初に発現する破壊モードで耐力を定める式であったが、本発明においては初めから折板３のねじ周り支圧モードが発現しなくともよく、他のモードが発現した後で発現してもよいため、α３〜α５は１．０である必要はない。α４〜α５には上限はなく、下限は０．５以上が望ましい。α３は、小さすぎるとねじが抜け出しやすく、大きすぎるとねじが傾かない可能性があるので、０．７〜４．０の範囲が望ましい。
【００４８】
次に、壁パネル１の条件を設定する。壁パネル１全体におけるせん断耐力ＱＵは、次の式（８）を満足するように設定する。式（８）において、Ｑｂは式（９）に示す前記接合部分の許容せん断耐力Ｒａｓに基づくせん断耐力（ｋＮ）であり、Ｑｙは式（１０）に示す折板３のせん断降伏耐力（ｋＮ）であり、ＱＧは式（１１）に示す折板３の全体座屈強度τｅｃｒ，Ｇに基づくせん断降伏耐力（ｋＮ）であり、ＱＬは式（１２）に示す折板３の谷部７の局部座屈強度τｅｃｒ，Ｌに基づくせん断降伏耐力（ｋＮ）である。なお、式（１１）と式（１２）については、例えば、波形鋼ウェブ合成構造研究会著「波形鋼板ウェブＰＣ橋計画マニュアル、１９９８年１２月発行」にある式を利用している。
【００４９】
Ｑｕ＝Ｑｂ＜ｍｉｎ（α６・Ｑｙ，α７・ＱＧ，α８・ＱＬ） …（８）
【００５０】
Ｑｂ＝α９・Ｒａｓ・ｈ／ｐ …（９）
【００５１】
式（９）において、Ｒａｓはねじ接合部の長期許容せん断耐力で、最大耐力はその約３倍であるが、ねじが全て均等に荷重を負担することは困難なので、α９は３．０〜２．０とする。なお、ｈは壁パネルの幅（ｍｍ）、ｐはねじピッチ（ｍｍ）である。
【００５２】
Ｑｙ＝Ｆ１／√３・ｈ・ｔ１ …（１０）
【００５３】
式（１０）において、ｈは壁パネルの幅（ｍｍ）、ｔ１は折板３の厚さ（ｍｍ）、Ｆ１は折板３のＦ値（Ｎ／ｍｍ２）ある。
【００５４】
ＱＧ＝τｅｃｒ，Ｇ・ｈ・ｔ１＝３６β｛（ＥＩｙ）１／４×（ＥＩＸ）３／４｝ｈ／ｈd２ …（１１）
Ｉｘ＝ｔ１３（δ２十１）／（６η） …（１１ａ）
Ｉｙ＝ｔ１３／｛１２（１―μ２）｝ …（１１ｂ）
【００５５】
式（１１）において、βは、材端の固定度を示す係数で、ここではピンの場合のβ＝１．０であり、Ｅは、折板３のヤング係数（Ｅ＝２００（ｋＮ／ｍｍ２））であり、Ｉｘは、折板３の折り筋方向に対して直交する方向中立軸に関する単位長さ当たりの断面２次モーメントであり、式（１１ａ）で算出される。この式（１１ａ）において、ｔ１は、折板３の厚さ（ｍｍ）であり、δは、山高板厚比であり、ｄを山高とした場合に、δ＝ｄ／ｔ１となり、ηは、長さ減少率である。ｈdは折板の幅方向支点間距離で、中桟が１本の場合はｈd＝ｈ／２である。また、式（１１）において、Ｉｙは、折板３の折り筋方向に対して並行する方向中立軸に関する単位長さ当たりの断面２次モーメントであり、式（１１ｂ）で算出される。この式（１１ｂ）において、μは、折板３のポアソン比（μ＝０．３）である。
【００５６】
このような式（１１）で決定される折板３の全体座屈強度としては、図示を省略するが、複数の山部６および谷部７を跨いで座屈が折板３全体に発生するような破壊モードを示すものである。そして、全体座屈強度を決定する大きな要因が山高ｄであり、この山高ｄを所定値以上に設定することで、全体座屈強度が確保できる。
【００５７】
ＱＬ＝τｅｃｒ，Ｌ・ｈ・ｔ１＝ｋ（π２Ｅ）／｛１２（１一μ２）｝・γ２・ｈ・ｔ１…（１２）
【００５８】
式（１２）において、ｋは、せん断座屈係数（ｋ＝４．００＋５．３４／α２）である。ここで、αは、縦横比（α＝ａ／ｈ）であり、ａは、折板３の谷幅（ｍｍ）、ｈは、壁パネルの幅（ｍｍ）である。また、式（１２）において、πは、円周率であり、γは、折板３の幅厚比（γ＝ｔ１／ｈ）である。このような式（１２）で決定される折板３の谷部７の局部座屈強度としては、図示を省略するが、個々の谷部７で座屈が発生するような破壊モードを示すものであり、局部座屈強度を決定する大きな要因が谷部７の幅厚比γであり、すなわち谷部７の谷幅を所定値以下に設定することで、局部座屈強度が確保できる。
【００５９】
なお、式（８）については、ねじ接合部破壊モードが、他のモードが発現した後で発現してもよいため、α６〜α８は１．０である必要はなく、０．５以上が望ましい。
【００６０】
このような構成によれば、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力が、折板３のせん断降伏耐力よりも小さく設定されているので、折板３がせん断降伏するよりも前に折板３のねじ周りが支圧変形し、その負担荷重を保持することとなり、壁パネル１のせん断降伏が防止できる。従って、脆性的なせん断降伏を防止するとともに、折板３のねじ周りの支圧変形によって靭性が確保でき、壁パネル１のエネルギー吸収性能を高めることができる。すなわち、折板３の全体座屈や局部座屈などの座屈が発生すると、せん断応力が保持できずに、急激に耐力が低下して変形が増大するような脆性破壊に至ってしまうため、このような座屈を防止することで、壁パネル１の変形性能を向上させることができる。この際、折板３の全体座屈により決定されるせん断降伏耐力としては、折板３の山高寸法の影響が大きく、山高寸法を所定値以上に大きく設定することで、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力を上回ることができる。また、折板３の局部座屈により決定されるせん断降伏耐力としては、折板３の谷幅寸法の影響が大きく、谷幅寸法を所値以下に抑えて設定することで、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力を上回ることができる。
【００６１】
また、以上の壁パネル１によれば、折板３と枠材２とのねじ８による接合部における接合耐力が、折板３のねじ周りの支圧耐力により決定され、外力が作用した際に折板３のねじ周りが支圧変形するように構成されているので、折板３の全体座屈、局部座屈、枠材２の変形などにより急激に耐力低下することなく、負担荷重を保持することができる。従って、比較的大きな変形角（例えば、層間変形角で１／３０ｒａｄ程度）まで壁パネル１の耐力が低下せずに荷重を保持する、つまり変形性能を高めることができるので、構造特性係数を小さく設定することが可能になり、これにより耐力壁の枚数（壁長）を少なくし、枠材板厚や接合金物の耐力を抑えることにより、経済的かつ建築計画上の自由度を高めることができる。そして、ねじ止めによって枠材２と折板３とを接合することで、接合構造が簡単になり、製造および施工の手間やコストを低減させることができる。
【００６２】
そして、ねじ接合部におけるねじ８による折板３の支圧変形を確実に安定して起こさせることを探求するために、折板３の機械的な性質と、ねじ接合部付近の塑性化について、試験および検討して、本発明を完成させた。
【００６３】
試験および検討の条件として、押し引きによる支圧力をねじ接合部に作用させ、ねじ接合部を支圧変形させた場合のねじ接合部の破壊モードとして下記（ｉ）〜（ｉｖ）のパターンが考えられるが、（ｉ）、（ｉｉ）のパターンであることを前提とした。
（ｉ）折板におけるねじ接合部付近の支圧変形時に、ねじ先が抜けることにより接合部が破壊される場合。
（ｉｉ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、折板（面材）が支圧変形して、接合部が破壊される場合。
（ｉｉｉ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、枠材が支圧変形して、接合部が破壊される場合。
（ｉｖ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、ねじ軸部が破断する接合部が破壊される場合。
【００６４】
先ず、折板３のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―１に対するねじ８の抜け出し耐力Ｒａｓ２（Ｒａｓ２／Ｒａｓ３―１）に関しては、Ｒａｓ２／Ｒａｓ３―１が１．０を下回ると、ねじ８の抜け出し耐力Ｒａｓ２が小さすぎてねじ先端が枠材から抜け出しやすくなる。また、逆にＲａｓ２／Ｒａｓ３―１の値が大きすぎると、ねじが動かず、ねじ頭部が面材に潜り込んでしまう。これらの場合、いずれも、ねじ軸部の傾斜を確保できず、ねじ接合部の面材を安定的に塑性変形させてエネルギー吸収し耐力壁の急激な耐力低下を防止することができなくなる。したがって、Ｒａｓ２／Ｒａｓ３―１は、０．７〜１．６の範囲とすることが望ましい。ただし、後述のワッシャを用いた場合には、０．７〜４．０の範囲であればよい。
【００６５】
壁パネルとしての耐力および変形性能を推定するために、ねじ接合部についての要素試験を行った。
【００６６】
図７には、ねじ接合部の要素試験の状況が示され、要素の載荷試験装置１４は、一方に二股状の取り付けアーム１５を有する第１加力治具１６を備えていると共に、他方に厚板連結鋼板を有する第２加力治具１７を備えている。
【００６７】
前記二股状の取り付けアーム１５に渡って折り筋が向くように折板３の一部である折板片３ａの両端部を配置すると共に、その折り筋方向の谷部面材を、それぞれ３つの座金１８を介して固定ボルト１９により固定し、折板片３ａの中央部下面に、枠材２の一部である枠材片２ａの一端側のウェブ４をビスなどのねじ８により接合し、枠材片２ａの他端部を厚板連結鋼板２０の一端部に重合させて３本のボルト１９により固定し、その厚板連結鋼板２０の他端部を前記第２加圧治具１７に重合させて座金および３本のボルト１９により固定している。
【００６８】
折板片３ａの試験体の形状および板厚が異なる４種類の折板の要素片を製作して試験を行った。折板片３ａに対する載荷は、図７に矢印で示すように、図示省略の油圧ジャッキ等により正負漸増繰り返し荷重を負荷した。
【００６９】
試験にあたって、折板片３ａと、枠材片２ａと、ねじ８の条件としては、下記の通りである。
（ｉ）断面形状は図８に示す形状とした。
（ｉｉ）枠材片２ａはＳＧＣＣ４００を使用し、枠材の板厚を１．６ｍｍのものを使用し、ウェブ幅寸法が８９ｍｍで、フランジ幅が４４．５ｍｍのものを使用した。
（ｉｉｉ）折板３と枠材片２ａを１箇所で接合するねじ８は、六角頭ねじを使用し、呼び径が４．８ｍｍのものを使用し、折板３と枠材片２ａとに渡って、折板３の谷部７に六角頭が接触するまでねじ込んで接合した。
【００７０】
折板片３ａの各試験体は、表１に示すような４種の鋼材を用いた試験体である。この試験で得られた荷重―変形関係を図９に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
鋼材Ｂの試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が０．６８で十分な変形性能を発揮していることから、請求項２に記載した面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の下限を０．７とした。また、鋼材Ｂ２の試験体は、鋼材Ｂの試験体と面材およびねじ径は同一であるが、枠材を２枚重ねしてねじの抜け出し耐力を高め、ねじを傾きにくくした試験体である。鋼材Ｂ２の試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．６６であり、変形性能に乏しく、鋼材Ａの試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．４４で、十分な変形性能を発揮していることから、請求項３に記載した面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の上限を１．６とした。なお、この上限は、市販のねじを用いた場合の数値であり、後述の、大径ワッシャを用いた場合は上限が高くなる。
【００７３】
鋼材Ｄの試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が鋼材Ｂの試験体よりも高いにもかかわらず、変形性能が乏しかった。これは、鋼材Ｂは特殊な低破断伸び鋼で、破壊メカニズムが違うためであり、一般的な鋼材Ｄのみを考えた場合は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の下限は高くなると考えられる。
【００７４】
一般的には、たとえば、Ｒａｓ３―１＜＜Ｒａｓ２であってねじ接合部でねじが傾かない場合、図１０（ａ）に示すように、ねじ接合部におけるねじ８による支圧により、ねじ孔周辺の折板３における鋼板部分が、押しのけられて、前面側あるいは側面側に屈曲部２２を形成するようにして小さく集まるようになり、この屈曲部２２が抵抗になり耐力が上昇するようになる。そして、鋼板は面外方向に浮き上がり（ねじ頭が面材に潜り込み）、折板３の耐力、ひいては壁パネルの耐力が安定しないようになる。
【００７５】
なお、前述のごとく、ねじ抜け出し耐力が、面材支圧破壊耐力よりも小さい場合でも、面材が支圧変形する場合があることがわかった。
【００７６】
そして、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、載荷されて、ねじ８により面材（折板３）におけるねじ孔周囲の面材を支圧変形している場合に、ねじ８が傾くようになると、ねじ軸部８ａに接触しているねじ孔側の支圧されている面材は、ねじ８の傾斜に沿ってめくれ上がるようになり、高破断伸びの面材（折板３）では、めくれ上がった部分の頂部に亀裂２３が入りねじが抜け出すようになり、また、低破断伸びでは、めくれ上がった部分の裾に亀裂２３が入り切り屑２６となって除去されるようになることがわかった。
【００７７】
また、前記のように、ねじ８が傾斜している場合に、折板３が、高破断伸びの材料であると、ねじ８軸部により支圧変形されている場合に、塑性化されている部分２１がねじ軸部にまとわり付くため、ねじ軸部の負担が増えるようになり、面材の耐力が上昇し、壁パネルの耐力が上昇するが、ねじ８が枠材５から抜け出すようになる。反対に、折板３が、低破断伸びの材料である場合には、脆いため、図１０（ｄ）（ｅ）に示すように、ねじ軸部８ａに支圧変形されている部分（特に、先端側）は、粉砕されて切り屑２６となって、ねじ８に作用している支圧力（負荷）は、不変で安定化するようになり、壁パネル１の耐力が安定するようになる。
【００７８】
具体的には、前記の表１における鋼材Ｂのように、破断伸びが１５．９％より小さい場合には、図１０（ｄ）に示すように、ねじ接合部におけるねじ８により、これに支圧されるねじ孔周りの面材における面材の塑性化部２１が、ねじに接触するねじ孔先端部に集まることはなく、集まった面材における鋼板を粉砕して排除され易くなるため、面材におけるねじ孔周り面材の塑性化を、集まった面材における鋼板により抵抗させることなく、安定して塑性変形させることができ、安定した耐力を発揮させることができた。
【００７９】
前記面材としての折板３として、鋼板を用いた場合の破断伸びの影響について、図１１に示すモデルより検討する。
【００８０】
ねじ軸部に乗りあげた鋼板が砕けて切り屑になるためには、鋼板の板厚中心に対して外周面の伸びが材料の破断伸びＥｌ以上となればいいので、下式（１３）を満たす必要がある。
（ｄ１／２＋ｔ１）／（ｄ１／２＋ｔ１／２）＞Ｅｌ …（１３）
【００８１】
例えば、上記実験から、ｄ１を４．８ｍｍ、ｔ１を０．６ｍｍとした場合、Ｅｌは１１％以下にする必要があることがわかる。
【００８２】
式（１３）によれば、ねじ径ｄ１は小さく、鋼板の板厚ｔ１は厚くすることで、破断伸びの上限を上げることができる。３階建て以下程度のスチールハウスであれば、ｄ１は４．２ｍｍ以上、ｔ１は０．８ｍｍ以下となるので、破断伸びの上限は下式で求められる。
（ｄ１／２＋ｔ１）／（ｄ１／２＋ｔ１／２）＝１．１６＞Ｅｌ
【００８３】
式（１３）により数値計算解析した結果、折板３は、その破断伸びが１６％未満である、破断伸びが小さい面材を用いるのが望ましい。その理由は、ねじ軸部により支圧されるねじ軸周りの面材の塑性化した場合に、ねじ軸の傾斜に沿って上昇する場合に粉砕されて除去され易くなるためであり、面材の破断伸びが１％を下回ると、折板加工時に割れが発生しやすくなるため、望ましくなく、また面材の破断伸びが１６％を上回ると粉砕しにくくなるため、望ましくない。
【００８４】
したがって、折板３を構成する鋼材の破断伸びを、１６％未満とすることで、ねじ軸部によりねじ孔周りの折板３の鋼板が塑性化される時に、ねじ孔先端に集まる折板３の鋼材が粉砕され、ねじ軸にまとわりつかないため、ねじ軸による支圧方向に細長いねじ孔の形成に対する抵抗を排除し、折板３および壁パネルの耐力を安定さえながら変形性能を確保することができる。
【００８５】
次に、接合部のねじにワッシャを用いた場合の効果について文献調査し、日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図−ＩＩ．５．１２から有効な情報を得た。図１２にボルト孔周辺の応力分布、図１３にボルト心からの距離による応力値を示す。図１３に示すように、ボルト心からの距離がボルト半径の３倍以内の範囲では、応力の変化勾配が大きく、この範囲にワッシャを用いることにより、ねじ頭部が面材に潜り込むのを抑制できる。また、図１３に示すように、鋼板の降伏比ＹＲ（図１３中にはβで表記）が高いほど応力の変化勾配が大きく、塑性化領域が狭いことが分かる。ワッシャの外径Ｄｗ／ねじの軸径ｄ１の値は３．０以上で十分な効果が得られると考えられるが、実際に、軸径ｄ１が４．２ｍｍのねじに対し、ねじの軸径ｄ１の５倍である外径２１ｍｍのワッシャを用いて、図７に示すねじ接合部の要素試験および後述する図２２の壁パネル載荷試験を行ったところ、ワッシャを挿入しない場合はねじ頭部が面材に潜り込んで耐力が保持できず、耐力壁の劣化が激しかったのに対し、ワッシャを挿入した場合には、各々のねじが耐力を保持し、耐力壁全体の大変形時にも耐力を保持することができた。
【００８６】
さらに、ワッシャ内径とねじの軸部とのクリアランスによる接合部のねじの傾きについて説明する。図１４（ａ）に示すように、クリアランスが小さいと、僅かな変形でねじ８とワッシャ３３が一体化し、ワッシャ３３の浮き上がりが抑えられるため、折板３の谷部の局部座屈の折れ曲がり線が、ワッシャ３３の外縁から発生する。これに対し、図１４（ｂ）に示すように、クリアランスが大きいと、ねじ８とワッシャ３３は、大変形時までそれぞれ独立して傾き、ワッシャ３３の浮き上がりが抑制されないため、折板３の谷部の局部座屈の折れ曲がり線が、ねじ心から発生する。つまり、折板谷部の端（斜面の麓）までの距離を座屈長さとすると、クリアランスが大きい場合には、折板谷部の局部座屈が早期に起こりやすくなる。したがって、ワッシャ３３の厚さｔｗに対するクリアランス（ワッシャ内径ｄｗとねじの軸径ｄ１の差）、すなわち（ｄｗ―ｄ１）／ｔｗの値は、０．１〜０．５が望ましい。実際に、（ｄｗ―ｄ１）／ｔｗの値が０．１３のワッシャ（Ｄｗ＝１８ｍｍ，ｄｗ＝５．５ｍｍ，ｔｗ＝２．０ｍｍ）と０．６５のワッシャ（Ｄｗ＝２１ｍｍ，ｄｗ＝４．５ｍｍ，ｔｗ＝２．３ｍｍ）を用いて、図１５に示すねじ接合部の要素試験および後述する図２２の壁パネル載荷試験を行ったところ、クリアランスが小さい方は、ワッシャ外周縁から折板のしわが発生し、折板谷部の局部座屈が抑制されたのに対し、クリアランスが大きい方は、ねじ心から折板のしわが発生し、折板谷部の局部座屈が早期に発生した。
【００８７】
図１５は、ねじ接合部の要素試験の状況を示す。これは、図７に対し、ねじと固定ボルトの位置を交換した治具である。
【００８８】
折板片３ａの試験体の形状および板厚が異なる５種類の折板の要素片を製作して、試験を行った。
【００８９】
試験にあたって、折板片３ａと、枠材片２ａと、ねじ８の条件としては、下記の通りである。
（ｉ）面材の断面形状は図１６に示す形状とし、０．５５ｍｍのＳＧＣ４００（降伏点３７３Ｎ／ｍｍ２、引張強さ５０５Ｎ／ｍｍ２、破断伸び３２％）とした。
（ｉｉ）枠材片２ａはＳＧＣＣ４００を使用し、枠材の板厚を１．６ｍｍのものを使用し、ウェブ幅寸法が８９ｍｍで、フランジ幅が４４．５ｍｍのものを使用した。
（ｉｉｉ）折板３と枠材片２ａを１箇所で接合するねじ８は、六角頭ねじを使用し、呼び径が４．２ｍｍのものを使用し、折板３と枠材片２ａとに渡って、折板３の谷部７に六角頭が接触するまでねじ込んで接合した。
【００９０】
折板片３ａの各試験体は、表２に示すような５種の鋼材を用いた。この試験で得られた荷重―変形関係を図１７に示す。
【００９１】
【表２】
【００９２】
鋼材Ｅ１の試験体は面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．３２で、十分な変形性能を発揮しているが、枠材を２枚重ねた鋼材Ｅ２の試験体は面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が３．１６と高くなり、変形性能が乏しくなった。一方、鋼材Ｅ２の試験体に対し、ワッシャ外径２１ｍｍ、ワッシャ内径とねじ軸径とのクリアランスが０．３ｍｍのＥ３の試験体は十分な変形性能を発揮したことから、適切なワッシャを用いることにより、請求項３の上限は緩和できることがわかった。なお、ワッシャ内径と軸径とのクリアランスが無い（ワッシャには小さな先孔しかあけず、ワッシャ自体をねじでねじ切りしてねじと一体化した）鋼材E５の試験体については、クリアランスが０．３ｍｍのE４の試験体に較べて小さな変形でねじの軸部が破断し、変形性能が乏しかった。この結果より、変形性能を確保するには適度なクリアランスが必要で、実験ではワッシャ厚さに対するクリアランスは０．１５（＝０．３／２．０）であったことから、請求項６に記載したワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比の下限値を、０．１とした。
【００９３】
図１８は、ワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比の上限値を設定した根拠となる壁耐力試験体を、図１９は、図２２の載荷試験装置を用いて得られた荷重―変形角関係を示す。なお、図１８に示すように、耐力壁には、外周の左右両端辺のみにワッシャ付きねじを用いて、それ以外はワッシャ無しねじを用いた。鋼材Ｅ６の試験体と鋼材Ｅ７の試験体の面材は同一で、０．５５ｍｍのＳＧＣ４００（降伏点３７３Ｎ／ｍｍ２、引張強さ５０５Ｎ／ｍｍ２、破断伸び３２％）、ワッシャの外径は１８ｍｍ、厚み２．０ｍｍでクリアランスのみを実験変数としており、Ｅ６は０．３ｍｍ、Ｅ７は１．３ｍｍとした。載荷の結果、２体とも耐力はほぼ同一だが、クリアランスの大きなＥ７の方が剛性が低く、変形角１／１００ｒａｄの前で折板谷部のねじ周りに局所座屈（皺）が発生し、耐力を失った。この実験から、Ｅ７のワッシャ厚さに対するクリアランスは０．６５（＝１．３／２．０）であったことから、請求項６に記載したワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比の上限値を０．６とした。
【００９４】
ドリリングタッピングねじなどのねじ８により、折板３裏面側の枠材２に固定する場合に、ドリリングタッピングねじなどのねじ８のねじ山ピッチＰが、折板３裏面側の枠材２におけるフランジ５の板厚寸法よりも超えていると、ねじ山が枠材に全周３６０度引っ掛からないため、図２０に示すように、ねじ８が傾斜した場合に抵抗力を発揮できず、ねじ８が抜け出す恐れが高くなる。
【００９５】
したがって、ねじ接合部におけるねじのねじ山のピッチを、枠材２の板厚寸法以下とすると、ねじ接合部におけるねじ８が傾斜するような場合でも、枠材２からのねじ８の抜け出しを防止し、安定した耐力を発揮させることができる。
【００９６】
なお、ドリリングタッピングねじで、呼び径が４．８ｍｍ、６．０ｍｍ、８．０ｍｍのものが知られているが、そのねじ山ピッチは、呼び径が４．８ｍｍのもので１．６ｍｍ、呼び径が６．０ｍｍのもので１．８ｍｍ、呼び径が８．０ｍｍのもので１．０ｍｍ、と呼び径とピッチは比例していないため、枠材２のフランジ５の板厚により、これらの板厚寸法よりも、小さいねじ山ピッチのねじ８を用いるようにするとよい。
【００９７】
なお、図２１に示すように、先端８ｂが先鋭に形成されたねじ８を用いた場合、ねじ８の先端８ｂにより円筒状に押し出し成形された部分の枠材２が、折れ曲がってねじ軸部８ａに沿うため、ねじ軸部８ａに対する枠材２の掛り部が大きくなる（ねじ山の掛かり数が増える）。したがって、ねじ山のピッチが枠材２の板厚よりも大きくても、ねじ８の抜け出しを防止できるので、殊に枠材２の板厚が薄い場合に有効である。
【００９８】
ねじ接合部におけるねじによる折板３の支圧変形について、３種類の鋼材からなる折板を用いた壁パネルについて、図２２に示すように、押し引き用の載荷試験による比較試験をおこなった。
【００９９】
各壁パネル１は、その下部両側にそれぞれ接合したホールダウン金物２６を介して下部側の加力治具２７に接合し、壁パネル１の上部は、上部側の加力治具２８に取り付けた載荷梁２９に接合し、載荷梁に接合した加力ジャッキ３０の押し引きにより載荷した。試験体の形状および折板の形状は図１８と同様であるが、折板を枠材に接合したねじはすべてワッシャ無しねじである。載荷より得られた荷重―変形角関係を図２３に示す。なお、図２３の変形角は図２２中にある２つの変形計３２より算出した壁パネル１の傾きである。
【０１００】
鋼材強度および降伏比ＹＲの大小により、耐力壁としての壁パネル１の影響について、試験を行った結果、下記表３の結果を得た。なお、下記表３における鋼材Ａ、Ｂは、前記の表１に属する形態としている。また、表３中の終局変形角Ｒｕは最大耐力の８０％まで低下した耐力時の変形角である。
【０１０１】
【表３】
【０１０２】
鋼材Ａ、Ｂを用いた壁パネルの終局変形角Ｒｕは、鋼材Ｃを用いた壁パネルの終局変形角Ｒｕの１．３倍以上と大きかった。
【０１０３】
前記のような高降伏比鋼（高ＹＲ鋼）の面材と、低降伏比鋼（低ＹＲ鋼）の面材の試験結果から、図２４に示すように、降伏比の高い鋼材の折板のほうが、ねじ孔周辺の鋼材の塑性化領域の広がりを抑え、安定した支圧変形を確保できる可能性があることを知見した。
【０１０４】
この結果より、面材として折板３の鋼材の降伏比ＹＲを高め、例えば、降伏比ＹＲを７７％以上（鋼材の降伏比を少なくとも７７％）とすることで、ねじ軸部によりねじ軸周りの面材が塑性化する場合に、ねじ孔周りの塑性化領域を抑え、ねじ頭が抜けないで、ねじ孔周辺が塑性化しても、幅の狭いねじ孔を形成することができ、耐力を安定させることができる。
【０１０５】
前記面材としての折板３として、鋼板を用いた場合の降伏比の影響について、図２５に示すモデルより検討する。
【０１０６】
図２５より、ねじ軸部に接した部分の面材（折板３の谷部７）が耐力を負担できる範囲を角度θとし、最大耐力時に形成される降伏領域の幅をＢと仮定すると、下式が成り立つ。
ｄ１／２・θ・Ｆｕ１＝Ｂ・Ｆ１
Ｂ＝ｄ１／２・θ・Ｆｕ１／Ｆ１
【０１０７】
ねじ軸部がねじ孔から抜け出さないようにするには、降伏領域の幅Ｂをねじの直径以下とすればよいので、下式を満たす必要がある。
ｄ１＞Ｂ
ｄ１＞Ｂ＝ｄ１／２・θ・Ｆｕ１／Ｆ１
θ／２＜Ｆ１／Ｆｕ１ …（１４）
ここで、θ＝９０゜とすると
π／４＜Ｆ１／Ｆｕ１
０．７８５＜Ｆ１／Ｆｕ１
【０１０８】
式（１４）により数値計算解析した結果、折板の降伏比（Ｆ１／Ｆｕ１）は７９％以上であることが望ましい。ただし、実験では７７％未満の鋼材Ａでも壁パネルの変形性能はあった。これは、ねじに接した部分の面材が均一に応力を負担していると仮定していること、および面材が耐力を負担できる範囲の角度θを９０゜と仮定していること等によるものと考えられる。よって、実験値を踏まえ、降伏比は７７％以上とするとよいことが分かる。７７％未満の降伏比の折板３では、塑性化領域が広くなり孔幅が広がるため、折板の塑性化時に耐力が安定しないので、折板３の降伏比は７７％以上とするとよいことが分かる。また、上限は特にないが、実験値で確認しているのは９６％までなので、９６％程度が望ましい。
【０１０９】
前記面材としての折板３として、７７％〜９６％の降伏比の高い面材を用いると、ねじ接合部におけるねじにより支圧される折板３の谷部の鋼板が塑性化されて変形する時に、塑性化領域がねじ孔径程度になり、ねじ孔の孔幅が広がらないため、変形しても耐力が安定化し、変形しても耐力が安定した壁パネルとすることができる。
【０１１０】
また、前記のような試験から、ねじ接合部でのねじ軸部８ａによる折板の支圧変形（塑性化）、換言すると、ねじ孔の長孔化を安定的に形成できることを確保するためには、塑性化させる部分以外でその近傍部分の剛性を高めて、塑性化させる部分を限定させると共に周囲にしわ１３の発生を防止する方法が有効であると考えられるので、この形態について、図２６を参照して説明する。
【０１１１】
図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す形態では、ねじ孔９の周囲で、面材としての折板３の谷部７におけるねじ接合部の両側に、折板３の折り筋方向に対して直交する方向に延長するリブ２４を設けることにより、折板３における塑性化させる方向と直交する方向における折板における谷部７の面材にしわ１３が発生するなどの局部座屈を防止することができ、また、耐力壁における所定の方向に面材を塑性化させることができるようになる。
【０１１２】
また、前記のリブ２４を形成する手段としては、折板３のプレス成形時に同時に形成するようにしてもよく、折板３をロール加工した後、リブ２４部分のみをプレス加工により形成するようにしてもよい。リブ２４の加工長さとして、ねじ孔の直径以上で、山部近傍付近まで形成してもよい。リブ２４は、塑性化時に、しわが発生すると想定される片側あるいは両側に設ける。
【０１１３】
図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す形態では、折板３の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分２５を設けると、その部分の強度が低下した低強度部となるため、折板３におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、薄板部分２５に場所を特定して塑性化させることができ、耐力壁１の耐力が安定化させる効果が得られる。図示の形態では、ねじ孔に接続するように薄板部分２５が形成されている前記の薄板部分２５の形成する手段としては、折板３のプレス成形と同時に形成するようにしてもよく、例えば、折板３をロール加工した後、薄板部分２５のみを加工して形成するようにしてもよい。加工方法としてはプレス加工や切削加工等が適していると考えられる。薄板部分２５の加工幅として、幅がねじ孔の直径の幅程度で、長さは山部近傍付近まで形成してもよい。
【０１１４】
薄板部分２５は、谷部７の表面側に切削等により凹部を設けることにより形成するようにしても、谷部７の裏面側に切削等により凹部を設けることにより形成するようにしてもよく、谷部７の表裏両面に凹部を切削等により設けることにより形成するようにしてもよい。薄板部分２５が谷部７の表面側に形成された凹部であると、ねじのねじ込み時に凹部を、ねじ８のねじ込み時の位置決め用に利用することができる。
【０１１５】
なお、前記のように、ねじ軸部により支圧変形させて塑性化させる部分を薄板部分２５として、強度を低下させるようにしてもよく、板厚を変えずに、熱処理あるいは薬品処理により材質強度を低下させて、低強度部を形成するようにしてもよい。
【０１１６】
前記のように、面材の谷部７におけるねじ接合孔付近に、折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部７の強度よりも強度を低下させた部分を設けると、折板３におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、強度を低下させた部分に場所を特定して塑性化させることができる等の効果が得られる。なお、薄板部分２５にねじ用の先孔２７を設けておくとよい。
【０１１７】
前記のスチールハウスは、普通、板厚０．４ｍｍ以上、２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼による枠材と、この枠材に構造用面材を組み合わせて構成される鉄鋼系パネル構造の建物と定義される。
【０１１８】
なお、折板３または枠材２として、高降伏点（高ＹＰ）鋼を使用すると、軽量化を図ることができ、前記のように、高降伏比（高ＹＲ）の鋼材を折板３に使用すると、ねじ接合部における支圧変形時に、載荷される荷重に対して耐力が安定し、急激な耐力低下あるいは急激な耐力上昇が起こらないので、耐力壁としての壁パネルは、ねじ接合部で安定した耐力を発揮することができる。また、低破断伸び（低Ｅｌ）である鋼材による折板３であると、急激な耐力低下を伴うことなく細長いねじ孔が形成されるので、壁パネルの変形性能を確保しやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、薄板軽量形鋼造建築物等の建築物に用いられる薄板軽量形鋼造用の壁パネルに適用できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 壁パネル
２ 枠材
２ａ 枠材片
３ 折板
３ａ 折板片
４ ウェブ
５ フランジ
６ 山部
７ 谷部
８ ねじ
８ａ ねじ軸部
８ｂ 先端
９ ねじ孔
１０ 長孔
１１ 破断線
１２ 破断線
１３ しわ
１４ 載荷試験装置
１５ アーム
１６ 第１加力治具
１７ 第２加力治具
１８ 座がね
１９ ボルト
２０ 厚板連結鋼板
２１ 塑性化部
２２ 屈曲部
２３ 亀裂
２４ リブ
２５ 薄板部分
２６ ホールダウン金物
２７ 下部側の加力治具
２８ 上部側の加力治具
２９ 載荷梁
３０ 加力ジャッキ
３１ 先孔
３２ 変位計
３３ ワッシャ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板軽量形鋼造建築物等の建築物に用いられる薄板軽量形鋼造用の壁パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄板軽量形鋼造用の耐力壁における壁パネルとして、枠材の片面または両面に面材としての折板を接合した壁パネルが用いられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
特許文献１、２に記載された耐力壁では、折板が枠材に溶接されたり、補強部材を介して枠材に固定されたりなど、折板と枠材とが剛に接合されるとともに、枠材自体も剛なフレームとされて梁などの建物躯体に固定されている。このような耐力壁では、地震等の水平力が建物に作用した際に、折板がせん断力を負担することで建物の水平耐力を確保するように構成されており、折板のせん断耐力に基づいて建物の保有水平耐力が決定されるようになっている。
【０００４】
また、特許文献３には、縦枠に折板をねじ止めし、折板を縦枠の補強材と兼用することが提案されている。また、特許文献３では、薄板軽量形鋼からなる枠材を変形させない鋼板面材として折板が有効であり、しかも目地を枠材と直交方向とすることで耐力と変形性能に優れた耐力壁にできることが知られていると記載されている。
【０００５】
なお、本出願人により、特許文献４には、折板耐力壁の変形性能を更に高めるため、ねじ接合部における面材の支圧変形を起こさせるよう、面材の全体座屈および局部座屈を回避する折板形状にすること、および、ねじ接合部では、ねじの抜け出し、枠材の支圧破壊、ねじの破断等を回避する部材の組み合わせとすることが提案され、また、ねじ孔の支圧変形により形成された長孔からねじが抜け出さないよう、ねじ頭を大きくするとともに、ねじ孔周辺の局所変形（皺）が起きないようねじ軸径はあまり大きくしないことが必要であることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平２―４９４４９号公報
【特許文献２】特開平９―２２８５２０号公報
【特許文献３】特開２００７―３０３２６９号公報
【特許文献４】特開２００９―２０９５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の耐力壁では、折板のせん断耐力に基づいて建物が設計されているため、折板と枠材との接合部分や耐力壁と建物躯体との接合部分が剛接合とされ、これらの接合強度が折板のせん断耐力以上となるように設定されている。このため、接合構造が大掛かりになり、製造や現場施工の手間やコストが増大してしまうという問題がある。また、特許文献４に記載の壁パネルでは、折板の機械的特性（降伏比あるいは破断伸び等）について明確に示唆されていないため、折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保できず、最大耐力発揮後の耐力低下が大きい場合が生じる可能性もあるという問題がある。
【０００８】
本発明は前記の課題を解決し、折板におけるねじ接合部の支圧変形を安定的に確保可能で変形性能に優れた壁パネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明の壁パネルにおいては、間隔をおいて対向するように配置された少なくとも一対の枠材と、これら一対の枠材に渡って固定される薄鋼板の折板からなる面材とを少なくとも備え、前記面材は前記一対の枠材間に渡る方向に延びる山部と谷部とを有した折板であり、前記折板の谷部と前記枠材とがねじで固定されると共に、構面内せん断力が作用した際にねじ周りの前記折板が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネルにおいて、前記面材と前記枠材のねじ接合部は、前記面材の支圧変形時にねじ軸部が傾斜可能に接合されていることを特徴とする。
【００１０】
第２発明では、第１発明の壁パネルにおいて、前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が０．７以上であることを特徴とする。
【００１１】
第３発明では、第１発明または第２発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が１．６以下であることを特徴とする。
【００１２】
第４発明では、第１発明〜第３発明の壁パネルにおいて、前記面材として、その破断伸びが１％以上〜１６％未満である、破断伸びが小さい面材を用いたことを特徴とする。
【００１３】
第５発明では、第２発明の壁パネルにおいて、前記面材の少なくとも外周および縦枠に接合するねじにワッシャを挿入し、前記ねじの軸径に対する前記ワッシャの外径の比が３．０以上であることを特徴とする。
【００１４】
第６発明では、第５発明の壁パネルにおいて、前記ワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比が、０．１〜０．６であることを特徴とする。
【００１５】
第７発明では、第１発明〜第６発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記ねじ接合部におけるねじのねじ山のピッチを、前記枠材の板厚寸法以下としたことを特徴とする。
【００１６】
第８発明では、第１発明〜第７発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材として、降伏比が７７％〜９６％である、降伏比が高い面材を用いたことを特徴とする。
【００１７】
第９発明では、第１発明〜第８発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の谷部におけるねじ接合部の少なくとも片側に、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するリブを設けたことを特徴とする。
【００１８】
第１０発明では、第１発明〜第８発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分を設けたことを特徴とする。
【００１９】
第１１発明では、第１発明〜第８発明のいずれかの壁パネルにおいて、前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の強度よりも強度を低下させた部分を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、耐力壁に構面内せん断力が作用した際に面材におけるねじ接合部の面材を支圧変形する場合に、ねじ周りの局所座屈を抑制し、ねじ接合部の面材を安定的に塑性変形させて、エネルギー吸収することができ、また、面材の変形性能を高めた上で、従来の耐力壁に比べて、耐力壁の急激な耐力低下を防止することができ、変形性能に優れた壁パネルとすることができる。また、ねじ孔付近に集まる塑性化されたねじ孔周りの面材を、ねじの傾斜を利用して、ねじ孔から掻き出すことができる効果が得られる。
【００２１】
第２発明によると、ねじが傾斜する前にねじの先端が枠材から抜けてしまうのを防ぐことができる。
【００２２】
第３発明によると、ねじ頭部が面材に潜り込むことなく、面材支圧耐力とねじ抜け出し耐力とのバランスにおいて、ねじを傾斜させることができる。
【００２３】
また、高伸び性能の面材の場合には、ねじ軸部に塑性化されたねじ孔近傍の面材がまとわり付くため、ねじの負担が増えて、耐力壁の耐力上昇あるいは、ねじのねじ孔からの抜け出しを生じる恐れがあるが、低伸び性能（脆い性能）の面材と組み合わせると、ねじ孔近傍の塑性化された面材は、容易に切り屑となって排除することができるため、ねじ軸部の負担が極端に高まることがなく、耐力壁の耐力が安定した耐力と変形性能を発揮できる効果が得られる。すなわち、第４発明によると、ねじ接合部におけるねじにより、これに支圧されるねじ孔周りの面材の塑性化部が、ねじに接触するねじ孔先端部に集まるようになる場合に、集まった面材が粉砕されて排除され易くなるため、ねじ孔周りの面材の塑性化を、集まった面材における鋼板により抵抗させることなく、安定して塑性変形させることができ、安定した耐力と変形性能を発揮させることができる。
【００２４】
第５発明によると、ねじ周りの大きな応力が作用する範囲にワッシャを配置することにより、ねじ頭部が面材に潜り込むことなく、ねじが傾斜することができる。
【００２５】
第６発明によると、ワッシャ内径とねじ軸部とのクリアランスにより、ねじの傾斜の適正な範囲を制限できる。
【００２６】
第７発明では、ねじ接合部におけるねじが傾斜するような場合でも、枠材からのねじの抜け出しを防止して、安定した耐力を発揮させることができる。
【００２７】
第８発明によると、ねじ軸周りの面材を塑性変形させる場合に、面材として低ＹＲ鋼を使用した場合に比べて、高ＹＲ鋼を使用しているので、ねじ軸部の支圧によりねじ孔周りの面材を塑性変形させる場合に、ねじ孔周りの面材の塑性化領域を狭くすることができ、ねじ孔の孔幅が極端に広がることがないので、耐力壁が大きくせん断変形しても、耐力壁の耐力を安定させることができる。
【００２８】
第９発明によると、折板における塑性化させる方向と直交する方向における面材の局部座屈を防止することができ、耐力壁における所定の方向に面材を塑性化させることができる効果が得られる。
【００２９】
第１０発明によると、折板におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、薄板部分に場所を特定して塑性化させることができる効果が得られる。
【００３０】
第１１発明によると、折板におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、強度を低下させた部分に場所を特定して塑性化させることにより、大変形時も耐力壁の耐力を安定させることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の耐力壁に適用される壁パネルを示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１のＡ―Ａ線断面図である。
【図４】図１に示す壁パネルの概略斜視図である。
【図５】図１に示す壁パネルの端部の一部を示す拡大斜視図である。
【図６】ねじ接合部における破壊モードを示す説明図である。
【図７】折板ねじ接合部の要素試験の説明図である。
【図８】折板の単位形態を示す断面図である。
【図９】図７の折板ねじ接合部の要素試験によって得られた荷重―変形関係の包絡線を比較した図である。
【図１０】ねじと折板における面材の塑性化部との関係を示す図であり、（ａ）はねじが傾斜せず、ねじ頭が面材に潜り込み、鋼板に生じたねじ孔からねじ頭が出た場合の説明図、（ｂ），（ｃ）は、破断伸びが大きな折板に対してねじが塑性化させる場合にねじが傾斜した場合の説明図、（ｄ），（ｅ）は、破断伸びが小さな折板に対してねじが塑性化させる場合にねじが傾斜した場合の説明図である。
【図１１】枠材と面材とを接合しているねじ接合部を示し、（ａ）はねじが傾いた状態の説明図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ―Ａ断面におけるねじ径と面材最外縁のひずみとの関係について示した説明図である。
【図１２】日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図―ＩＩ．５．１２に掲載の、ボルト孔周辺の応力分布を示す説明図である。
【図１３】日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図―ＩＩ．５．１２に掲載の、ボルト心からの距離による応力分布を示すグラフである。
【図１４】ワッシャ内径とねじ軸部とのクリアランスによるボルトとワッシャの傾きを説明する断面図であり、（ａ）はクリアランスが小さい場合、（ｂ）はクリアランスが大きい場合である。
【図１５】折板ねじ接合部の異なる要素試験の説明図である。
【図１６】折板の単位形態を示す断面図である。
【図１７】図１５の折板ねじ接合部の要素試験によって得られた荷重―変形関係の包絡線を比較した図である。
【図１８】壁耐力試験の試験体を示す正面図である。
【図１９】図１８の壁耐力試験によって得られた荷重―変形角関係図である。
【図２０】ねじのねじ山ピッチとねじの傾斜抜け出しとの関係を説明するための説明図である。
【図２１】先端が先鋭なねじを枠材に取り付けた場合を示す断面図である。
【図２２】壁パネルを載荷試験装置にセットして載荷試験をしている状況を示す図である。
【図２３】図２２の載荷試験装置によって得られた荷重―変形角関係の包絡線を比較した図である。
【図２４】枠材と面材とを接合しているねじ接合部に、枠材と面材との構面内においてずらす方向の力が働いている場合の力の作用および変形の状態を示す説明図であり、（ａ）はねじ軸部から低ＹＲの面材に支圧力が作用している状態を示す一部縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の状態から枠材と面材とがずれた状態で面材が塑性変形している状態を示す一部縦断正面図、（ｃ）は（ａ）に対応した図であり高ＹＲの面材に支圧力が作用している状態を示す一部縦断正面図、（ｄ）は（ｃ）の状態から枠材と面材とがずれた状態で面材が塑性変形している状態を示す一部縦断正面図である。
【図２５】枠材と面材とを接合しているねじ接合部を示し、（ａ）はねじが傾く前の状態の説明図であり、（ｂ）は面材の降伏比ＹＲと面材の塑性化領域の関係について示した説明図である。
【図２６】本発明の他の実施形態の壁パネルを示す図であり、（ａ）は部分正面図、（ｂ）は部分平面図、（ｃ）は（ａ）の側面図である。
【図２７】本発明のさらに他の実施形態の壁パネルを示す図であり、（ａ）は部分正面図、（ｂ）は部分平面図、（ｃ）は（ａ）の側面図、（ｄ）は折板における薄板部分を拡大して示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係る壁パネル１を示す正面図、図２は側面図、図３は図１のＡ―Ａ線断面図である。図４は、壁パネル１を示す斜視図、図５は、壁パネル１の一部を拡大して示す斜視図である。
【００３４】
壁パネル１は、枠組壁工法建築物に耐力壁として用いられるもので、例えば、基礎上に設置されて下端部がアンカーボルトと連結され、上端部が建物の梁や床パネルと連結されたり、あるいは上下の端部が上下の梁や床パネルに連結されたりして設置される。壁パネル１は、薄板軽量形鋼（リップ溝形鋼）からなる枠材２と、この枠材２を四周枠組みした一方の面に接合される薄板鋼板からなる面材としての折板３とで構成されている。ここで、枠組壁工法建築物としては、例えば、２階建て〜４階建て程度の比較的小規模な建物が好適であり、壁パネル１の他に、柱、梁、床パネル、屋根、外装材、内装材等を有して構成されている。
【００３５】
壁パネル１の枠材２は、ウェブ４と、このウェブ４の両端部に連続する一対のフランジ５とを有し、断面略コ字形（Ｃ字形）に形成されている。そして、枠材２のうち、両側端縁に設けられる縦の枠材２は、２つの溝形鋼がウェブ４同士で接合されて形成されている。また、折板３は、縦の枠材２間に渡る方向に延びて交互に設けられる山部６と谷部７とを有して形成され、谷部７がねじ８で枠材２に接合されている。ねじ８は、タッピングビスなどであり、枠材２と反対側から折板３の谷部７を貫通したねじ８が枠材２に螺合することで、枠材２と折板３とが接合されるようになっている。
【００３６】
壁パネル１のねじ８の頭部径Ｄと軸部径ｄ１と折板３の板厚ｔ１について、以下の式（１）で設定されている。
（Ｄ―ｄ１）＞α１・ｔ１ …（１）
【００３７】
ここで、α１はねじ軸部の支圧により鋼板に生じたねじ孔からねじ頭が抜け出さないための条件を表す係数であり、α１は７．０以上であることが望ましい。このような構成によれば、折板３のねじ周りが支圧変形し、繰り返し荷重によりねじ孔が大きくなっていっても、ねじ頭部が折板３に引っ掛かることで折板３からねじ８が脱落することが防止でき、変形性能を確保することができる。
【００３８】
また、壁パネル１のねじ８の軸部径ｄ１と折板３の板厚ｔ１について、以下の式（２）で設定されている。
ｄ１＜α２・ｔ１ …（２）
【００３９】
ここで、α２はねじ軸部により鋼板に生じた局所座屈によりねじ孔の成長が阻害されないための条件を表す係数であり、α２は１３以上であることが望ましい。このような構成によれば、ねじ軸部の支圧により折板３にはねじ孔を起点とする長孔が形成され、ねじ周りに皺がよる支圧変形に比べてより高い変形性能を確保できる。
【００４０】
上記の変形（破壊モ―ド）を実現するには、他の破壊モードを起こさない条件を設定することが必要となる。これはねじ接合部において設定する必要があり、また壁パネル１全体でも設定する必要がある。
【００４１】
まず壁パネル１における枠材２と折板３とのねじ接合部を設定する。ここでは、例えば、社団法人日本鉄鋼連盟著「ドリルねじ接合 設計施工指針」によるねじ接合部の許容せん断耐力（Ｒａｓ）の算定式を利用し、次の式（３〉のように設定する。
Ｒａｓ＝Ｒａｓ３―１＜ｍｉｎ（α３・Ｒａｓ２，α４・Ｒａｓ３―２，α５・Ｒａｓ４） …（３）
【００４２】
式（３）において、Ｒａｓ２は、図６（ａ）に示すねじ８の抜け出し耐力（ｋＮ）であり、以下の式（４）で算出され、Ｒａｓ３―１は、図６（ｂ）に示す折板３のねじ周り支圧耐力（ｋＮ）であり、式（５）で算出され、Ｒａｓ３―２は、図６（ｃ）に示す枠材２のねじ周り支圧耐力（ｋＮ）であり、式（６）で算出され、Ｒａｓ４は、図６（ｄ）に示すねじ８の軸部せん断耐力（ｋＮ）であり、式（７）で算出される。各式（４）〜（７）において、ｔ１は、折板３の設計用板厚（ｍｍ）、ｔ２は、枠材２の設計用板厚（ｍｍ）、Ｆｕ１は、折板３の引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）、Ｆｕ２は、枠材２の引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）、ｄ１は、ねじ８の軸部径（ｍｍ）、Ａｄは、ねじ８の軸部断面積（ｍｍ２）、Ｄは、ねじ８の頭部径（ｍｍ）である。
【００４３】
ねじの抜け出し耐力Ｒａｓ２（ｋＮ）は、次式（４）により求めることができる。
Ｒａｓ２＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ１×ｔ２×Ｆｕ２ …（４）
Ｃｓ＝１．３―０．３×（ｄ１／５）
Ｃｅ＝０．２８×３．９５×ξ０．５×（ｔ２／ｄ１）０．５
ここで、ξは影響係数であり、次式で算出される。
ξ＝３．１―５．６（ｔ１／ｔ２）＋３．５（ｔ１／ｔ２）２
Ｃｓは、ねじ径を考慮する係数である。また、Ｃｅは、ねじ径と枠材板厚を考慮する係数である。
【００４４】
折板のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―１（ｋＮ）は、次式（５）により求めることができる。
Ｒａｓ３―１＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ１×ｔ１×Ｆｕ１ …（５）
Ｃｅ＝ｍｉｎ（Ｃｅ１，Ｃｅ２）
Ｃｅ１＝０．２８×｛０．４７１＋９．４２×ｔ２／ｄ１｝
Ｃｅ２＝０．９５９
ここで、Ｃｅ１は、ねじ径と折板板厚を考慮する係数である。また、Ｃｅ２は、定数である。
【００４５】
枠材のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―２（ｋＮ）は、次式（６）により求めることができる。
Ｒａｓ３―２＝Ｃｓ×Ｃｅ×ｄ１×ｔ２×Ｆｕ２ …（６）
Ｃｅ＝ｍｉｎ（Ｃｅ１，Ｃｅ２）
Ｃｅ１＝０．２８×｛１．１８＋５．２６×ｔ１／ｄ１｝
Ｃｅ２＝０．６７７
ここで、Ｃｅ１は、ねじ径と枠材板厚を考慮する係数である。また、Ｃｅ２は、定数である。
【００４６】
ねじ８の軸部せん断耐力Ｒａｓ４（ｋＮ）は、次式（７）により求めることができる。
Ｒａｓ４＝ｆｓ×Ａｄ≒１２０×Ａｄ …（７）
ここで、ｆｓはドリルねじの基準強度（Ｎ／ｍｍ２）である。
【００４７】
以上のように枠材２と折板３との接合部分のせん断耐力Ｒａｓが設定されていることで、接合部分における破断モードは、折板３のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―１により決定され、壁パネル１にせん断力が作用した際には、図示を省略するが、ねじ８で貫通された部分の折板３が支圧変形し、ねじ８の抜け出し（ねじ８の抜け出し耐力Ｒａｓ２）や、枠材２のねじ周り支圧変形（枠材２のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―２）、ねじ８の軸部破断（ねじ８の軸部せん断耐力Ｒａｓ４）等は発生しないようになっている。なお、式（３）の根拠となった式は最初に発現する破壊モードで耐力を定める式であったが、本発明においては初めから折板３のねじ周り支圧モードが発現しなくともよく、他のモードが発現した後で発現してもよいため、α３〜α５は１．０である必要はない。α４〜α５には上限はなく、下限は０．５以上が望ましい。α３は、小さすぎるとねじが抜け出しやすく、大きすぎるとねじが傾かない可能性があるので、０．７〜４．０の範囲が望ましい。
【００４８】
次に、壁パネル１の条件を設定する。壁パネル１全体におけるせん断耐力ＱＵは、次の式（８）を満足するように設定する。式（８）において、Ｑｂは式（９）に示す前記接合部分の許容せん断耐力Ｒａｓに基づくせん断耐力（ｋＮ）であり、Ｑｙは式（１０）に示す折板３のせん断降伏耐力（ｋＮ）であり、ＱＧは式（１１）に示す折板３の全体座屈強度τｅｃｒ，Ｇに基づくせん断降伏耐力（ｋＮ）であり、ＱＬは式（１２）に示す折板３の谷部７の局部座屈強度τｅｃｒ，Ｌに基づくせん断降伏耐力（ｋＮ）である。なお、式（１１）と式（１２）については、例えば、波形鋼ウェブ合成構造研究会著「波形鋼板ウェブＰＣ橋計画マニュアル、１９９８年１２月発行」にある式を利用している。
【００４９】
Ｑｕ＝Ｑｂ＜ｍｉｎ（α６・Ｑｙ，α７・ＱＧ，α８・ＱＬ） …（８）
【００５０】
Ｑｂ＝α９・Ｒａｓ・ｈ／ｐ …（９）
【００５１】
式（９）において、Ｒａｓはねじ接合部の長期許容せん断耐力で、最大耐力はその約３倍であるが、ねじが全て均等に荷重を負担することは困難なので、α９は３．０〜２．０とする。なお、ｈは壁パネルの幅（ｍｍ）、ｐはねじピッチ（ｍｍ）である。
【００５２】
Ｑｙ＝Ｆ１／√３・ｈ・ｔ１ …（１０）
【００５３】
式（１０）において、ｈは壁パネルの幅（ｍｍ）、ｔ１は折板３の厚さ（ｍｍ）、Ｆ１は折板３のＦ値（Ｎ／ｍｍ２）ある。
【００５４】
ＱＧ＝τｅｃｒ，Ｇ・ｈ・ｔ１＝３６β｛（ＥＩｙ）１／４×（ＥＩＸ）３／４｝ｈ／ｈd２ …（１１）
Ｉｘ＝ｔ１３（δ２十１）／（６η） …（１１ａ）
Ｉｙ＝ｔ１３／｛１２（１―μ２）｝ …（１１ｂ）
【００５５】
式（１１）において、βは、材端の固定度を示す係数で、ここではピンの場合のβ＝１．０であり、Ｅは、折板３のヤング係数（Ｅ＝２００（ｋＮ／ｍｍ２））であり、Ｉｘは、折板３の折り筋方向に対して直交する方向中立軸に関する単位長さ当たりの断面２次モーメントであり、式（１１ａ）で算出される。この式（１１ａ）において、ｔ１は、折板３の厚さ（ｍｍ）であり、δは、山高板厚比であり、ｄを山高とした場合に、δ＝ｄ／ｔ１となり、ηは、長さ減少率である。ｈdは折板の幅方向支点間距離で、中桟が１本の場合はｈd＝ｈ／２である。また、式（１１）において、Ｉｙは、折板３の折り筋方向に対して並行する方向中立軸に関する単位長さ当たりの断面２次モーメントであり、式（１１ｂ）で算出される。この式（１１ｂ）において、μは、折板３のポアソン比（μ＝０．３）である。
【００５６】
このような式（１１）で決定される折板３の全体座屈強度としては、図示を省略するが、複数の山部６および谷部７を跨いで座屈が折板３全体に発生するような破壊モードを示すものである。そして、全体座屈強度を決定する大きな要因が山高ｄであり、この山高ｄを所定値以上に設定することで、全体座屈強度が確保できる。
【００５７】
ＱＬ＝τｅｃｒ，Ｌ・ｈ・ｔ１＝ｋ（π２Ｅ）／｛１２（１一μ２）｝・γ２・ｈ・ｔ１…（１２）
【００５８】
式（１２）において、ｋは、せん断座屈係数（ｋ＝４．００＋５．３４／α２）である。ここで、αは、縦横比（α＝ａ／ｈ）であり、ａは、折板３の谷幅（ｍｍ）、ｈは、壁パネルの幅（ｍｍ）である。また、式（１２）において、πは、円周率であり、γは、折板３の幅厚比（γ＝ｔ１／ｈ）である。このような式（１２）で決定される折板３の谷部７の局部座屈強度としては、図示を省略するが、個々の谷部７で座屈が発生するような破壊モードを示すものであり、局部座屈強度を決定する大きな要因が谷部７の幅厚比γであり、すなわち谷部７の谷幅を所定値以下に設定することで、局部座屈強度が確保できる。
【００５９】
なお、式（８）については、ねじ接合部破壊モードが、他のモードが発現した後で発現してもよいため、α６〜α８は１．０である必要はなく、０．５以上が望ましい。
【００６０】
このような構成によれば、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力が、折板３のせん断降伏耐力よりも小さく設定されているので、折板３がせん断降伏するよりも前に折板３のねじ周りが支圧変形し、その負担荷重を保持することとなり、壁パネル１のせん断降伏が防止できる。従って、脆性的なせん断降伏を防止するとともに、折板３のねじ周りの支圧変形によって靭性が確保でき、壁パネル１のエネルギー吸収性能を高めることができる。すなわち、折板３の全体座屈や局部座屈などの座屈が発生すると、せん断応力が保持できずに、急激に耐力が低下して変形が増大するような脆性破壊に至ってしまうため、このような座屈を防止することで、壁パネル１の変形性能を向上させることができる。この際、折板３の全体座屈により決定されるせん断降伏耐力としては、折板３の山高寸法の影響が大きく、山高寸法を所定値以上に大きく設定することで、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力を上回ることができる。また、折板３の局部座屈により決定されるせん断降伏耐力としては、折板３の谷幅寸法の影響が大きく、谷幅寸法を所値以下に抑えて設定することで、折板３のねじ周りの支圧耐力で決定されるせん断耐力を上回ることができる。
【００６１】
また、以上の壁パネル１によれば、折板３と枠材２とのねじ８による接合部における接合耐力が、折板３のねじ周りの支圧耐力により決定され、外力が作用した際に折板３のねじ周りが支圧変形するように構成されているので、折板３の全体座屈、局部座屈、枠材２の変形などにより急激に耐力低下することなく、負担荷重を保持することができる。従って、比較的大きな変形角（例えば、層間変形角で１／３０ｒａｄ程度）まで壁パネル１の耐力が低下せずに荷重を保持する、つまり変形性能を高めることができるので、構造特性係数を小さく設定することが可能になり、これにより耐力壁の枚数（壁長）を少なくし、枠材板厚や接合金物の耐力を抑えることにより、経済的かつ建築計画上の自由度を高めることができる。そして、ねじ止めによって枠材２と折板３とを接合することで、接合構造が簡単になり、製造および施工の手間やコストを低減させることができる。
【００６２】
そして、ねじ接合部におけるねじ８による折板３の支圧変形を確実に安定して起こさせることを探求するために、折板３の機械的な性質と、ねじ接合部付近の塑性化について、試験および検討して、本発明を完成させた。
【００６３】
試験および検討の条件として、押し引きによる支圧力をねじ接合部に作用させ、ねじ接合部を支圧変形させた場合のねじ接合部の破壊モードとして下記（ｉ）〜（ｉｖ）のパターンが考えられるが、（ｉ）、（ｉｉ）のパターンであることを前提とした。
（ｉ）折板におけるねじ接合部付近の支圧変形時に、ねじ先が抜けることにより接合部が破壊される場合。
（ｉｉ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、折板（面材）が支圧変形して、接合部が破壊される場合。
（ｉｉｉ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、枠材が支圧変形して、接合部が破壊される場合。
（ｉｖ）ねじ接合部付近の支圧変形時に、ねじ軸部が破断する接合部が破壊される場合。
【００６４】
先ず、折板３のねじ周り支圧耐力Ｒａｓ３―１に対するねじ８の抜け出し耐力Ｒａｓ２（Ｒａｓ２／Ｒａｓ３―１）に関しては、Ｒａｓ２／Ｒａｓ３―１が１．０を下回ると、ねじ８の抜け出し耐力Ｒａｓ２が小さすぎてねじ先端が枠材から抜け出しやすくなる。また、逆にＲａｓ２／Ｒａｓ３―１の値が大きすぎると、ねじが動かず、ねじ頭部が面材に潜り込んでしまう。これらの場合、いずれも、ねじ軸部の傾斜を確保できず、ねじ接合部の面材を安定的に塑性変形させてエネルギー吸収し耐力壁の急激な耐力低下を防止することができなくなる。したがって、Ｒａｓ２／Ｒａｓ３―１は、０．７〜１．６の範囲とすることが望ましい。ただし、後述のワッシャを用いた場合には、０．７〜４．０の範囲であればよい。
【００６５】
壁パネルとしての耐力および変形性能を推定するために、ねじ接合部についての要素試験を行った。
【００６６】
図７には、ねじ接合部の要素試験の状況が示され、要素の載荷試験装置１４は、一方に二股状の取り付けアーム１５を有する第１加力治具１６を備えていると共に、他方に厚板連結鋼板を有する第２加力治具１７を備えている。
【００６７】
前記二股状の取り付けアーム１５に渡って折り筋が向くように折板３の一部である折板片３ａの両端部を配置すると共に、その折り筋方向の谷部面材を、それぞれ３つの座金１８を介して固定ボルト１９により固定し、折板片３ａの中央部下面に、枠材２の一部である枠材片２ａの一端側のウェブ４をビスなどのねじ８により接合し、枠材片２ａの他端部を厚板連結鋼板２０の一端部に重合させて３本のボルト１９により固定し、その厚板連結鋼板２０の他端部を前記第２加圧治具１７に重合させて座金および３本のボルト１９により固定している。
【００６８】
折板片３ａの試験体の形状および板厚が異なる４種類の折板の要素片を製作して試験を行った。折板片３ａに対する載荷は、図７に矢印で示すように、図示省略の油圧ジャッキ等により正負漸増繰り返し荷重を負荷した。
【００６９】
試験にあたって、折板片３ａと、枠材片２ａと、ねじ８の条件としては、下記の通りである。
（ｉ）断面形状は図８に示す形状とした。
（ｉｉ）枠材片２ａはＳＧＣＣ４００を使用し、枠材の板厚を１．６ｍｍのものを使用し、ウェブ幅寸法が８９ｍｍで、フランジ幅が４４．５ｍｍのものを使用した。
（ｉｉｉ）折板３と枠材片２ａを１箇所で接合するねじ８は、六角頭ねじを使用し、呼び径が４．８ｍｍのものを使用し、折板３と枠材片２ａとに渡って、折板３の谷部７に六角頭が接触するまでねじ込んで接合した。
【００７０】
折板片３ａの各試験体は、表１に示すような４種の鋼材を用いた試験体である。この試験で得られた荷重―変形関係を図９に示す。
【００７１】
【表１】
【００７２】
鋼材Ｂの試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が０．６８で十分な変形性能を発揮していることから、請求項２に記載した面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の下限を０．７とした。また、鋼材Ｂ２の試験体は、鋼材Ｂの試験体と面材およびねじ径は同一であるが、枠材を２枚重ねしてねじの抜け出し耐力を高め、ねじを傾きにくくした試験体である。鋼材Ｂ２の試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．６６であり、変形性能に乏しく、鋼材Ａの試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．４４で、十分な変形性能を発揮していることから、請求項３に記載した面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の上限を１．６とした。なお、この上限は、市販のねじを用いた場合の数値であり、後述の、大径ワッシャを用いた場合は上限が高くなる。
【００７３】
鋼材Ｄの試験体は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が鋼材Ｂの試験体よりも高いにもかかわらず、変形性能が乏しかった。これは、鋼材Ｂは特殊な低破断伸び鋼で、破壊メカニズムが違うためであり、一般的な鋼材Ｄのみを考えた場合は、面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比の下限は高くなると考えられる。
【００７４】
一般的には、たとえば、Ｒａｓ３―１＜＜Ｒａｓ２であってねじ接合部でねじが傾かない場合、図１０（ａ）に示すように、ねじ接合部におけるねじ８による支圧により、ねじ孔周辺の折板３における鋼板部分が、押しのけられて、前面側あるいは側面側に屈曲部２２を形成するようにして小さく集まるようになり、この屈曲部２２が抵抗になり耐力が上昇するようになる。そして、鋼板は面外方向に浮き上がり（ねじ頭が面材に潜り込み）、折板３の耐力、ひいては壁パネルの耐力が安定しないようになる。
【００７５】
なお、前述のごとく、ねじ抜け出し耐力が、面材支圧破壊耐力よりも小さい場合でも、面材が支圧変形する場合があることがわかった。
【００７６】
そして、図１０（ｂ）（ｃ）に示すように、載荷されて、ねじ８により面材（折板３）におけるねじ孔周囲の面材を支圧変形している場合に、ねじ８が傾くようになると、ねじ軸部８ａに接触しているねじ孔側の支圧されている面材は、ねじ８の傾斜に沿ってめくれ上がるようになり、高破断伸びの面材（折板３）では、めくれ上がった部分の頂部に亀裂２３が入りねじが抜け出すようになり、また、低破断伸びでは、めくれ上がった部分の裾に亀裂２３が入り切り屑２６となって除去されるようになることがわかった。
【００７７】
また、前記のように、ねじ８が傾斜している場合に、折板３が、高破断伸びの材料であると、ねじ８軸部により支圧変形されている場合に、塑性化されている部分２１がねじ軸部にまとわり付くため、ねじ軸部の負担が増えるようになり、面材の耐力が上昇し、壁パネルの耐力が上昇するが、ねじ８が枠材５から抜け出すようになる。反対に、折板３が、低破断伸びの材料である場合には、脆いため、図１０（ｄ）（ｅ）に示すように、ねじ軸部８ａに支圧変形されている部分（特に、先端側）は、粉砕されて切り屑２６となって、ねじ８に作用している支圧力（負荷）は、不変で安定化するようになり、壁パネル１の耐力が安定するようになる。
【００７８】
具体的には、前記の表１における鋼材Ｂのように、破断伸びが１５．９％より小さい場合には、図１０（ｄ）に示すように、ねじ接合部におけるねじ８により、これに支圧されるねじ孔周りの面材における面材の塑性化部２１が、ねじに接触するねじ孔先端部に集まることはなく、集まった面材における鋼板を粉砕して排除され易くなるため、面材におけるねじ孔周り面材の塑性化を、集まった面材における鋼板により抵抗させることなく、安定して塑性変形させることができ、安定した耐力を発揮させることができた。
【００７９】
前記面材としての折板３として、鋼板を用いた場合の破断伸びの影響について、図１１に示すモデルより検討する。
【００８０】
ねじ軸部に乗りあげた鋼板が砕けて切り屑になるためには、鋼板の板厚中心に対して外周面の伸びが材料の破断伸びＥｌ以上となればいいので、下式（１３）を満たす必要がある。
（ｄ１／２＋ｔ１）／（ｄ１／２＋ｔ１／２）＞Ｅｌ …（１３）
【００８１】
例えば、上記実験から、ｄ１を４．８ｍｍ、ｔ１を０．６ｍｍとした場合、Ｅｌは１１％以下にする必要があることがわかる。
【００８２】
式（１３）によれば、ねじ径ｄ１は小さく、鋼板の板厚ｔ１は厚くすることで、破断伸びの上限を上げることができる。３階建て以下程度のスチールハウスであれば、ｄ１は４．２ｍｍ以上、ｔ１は０．８ｍｍ以下となるので、破断伸びの上限は下式で求められる。
（ｄ１／２＋ｔ１）／（ｄ１／２＋ｔ１／２）＝１．１６＞Ｅｌ
【００８３】
式（１３）により数値計算解析した結果、折板３は、その破断伸びが１６％未満である、破断伸びが小さい面材を用いるのが望ましい。その理由は、ねじ軸部により支圧されるねじ軸周りの面材の塑性化した場合に、ねじ軸の傾斜に沿って上昇する場合に粉砕されて除去され易くなるためであり、面材の破断伸びが１％を下回ると、折板加工時に割れが発生しやすくなるため、望ましくなく、また面材の破断伸びが１６％を上回ると粉砕しにくくなるため、望ましくない。
【００８４】
したがって、折板３を構成する鋼材の破断伸びを、１６％未満とすることで、ねじ軸部によりねじ孔周りの折板３の鋼板が塑性化される時に、ねじ孔先端に集まる折板３の鋼材が粉砕され、ねじ軸にまとわりつかないため、ねじ軸による支圧方向に細長いねじ孔の形成に対する抵抗を排除し、折板３および壁パネルの耐力を安定さえながら変形性能を確保することができる。
【００８５】
次に、接合部のねじにワッシャを用いた場合の効果について文献調査し、日本鋼構造協会編「鋼構造接合資料集成」の図−ＩＩ．５．１２から有効な情報を得た。図１２にボルト孔周辺の応力分布、図１３にボルト心からの距離による応力値を示す。図１３に示すように、ボルト心からの距離がボルト半径の３倍以内の範囲では、応力の変化勾配が大きく、この範囲にワッシャを用いることにより、ねじ頭部が面材に潜り込むのを抑制できる。また、図１３に示すように、鋼板の降伏比ＹＲ（図１３中にはβで表記）が高いほど応力の変化勾配が大きく、塑性化領域が狭いことが分かる。ワッシャの外径Ｄｗ／ねじの軸径ｄ１の値は３．０以上で十分な効果が得られると考えられるが、実際に、軸径ｄ１が４．２ｍｍのねじに対し、ねじの軸径ｄ１の５倍である外径２１ｍｍのワッシャを用いて、図７に示すねじ接合部の要素試験および後述する図２２の壁パネル載荷試験を行ったところ、ワッシャを挿入しない場合はねじ頭部が面材に潜り込んで耐力が保持できず、耐力壁の劣化が激しかったのに対し、ワッシャを挿入した場合には、各々のねじが耐力を保持し、耐力壁全体の大変形時にも耐力を保持することができた。
【００８６】
さらに、ワッシャ内径とねじの軸部とのクリアランスによる接合部のねじの傾きについて説明する。図１４（ａ）に示すように、クリアランスが小さいと、僅かな変形でねじ８とワッシャ３３が一体化し、ワッシャ３３の浮き上がりが抑えられるため、折板３の谷部の局部座屈の折れ曲がり線が、ワッシャ３３の外縁から発生する。これに対し、図１４（ｂ）に示すように、クリアランスが大きいと、ねじ８とワッシャ３３は、大変形時までそれぞれ独立して傾き、ワッシャ３３の浮き上がりが抑制されないため、折板３の谷部の局部座屈の折れ曲がり線が、ねじ心から発生する。つまり、折板谷部の端（斜面の麓）までの距離を座屈長さとすると、クリアランスが大きい場合には、折板谷部の局部座屈が早期に起こりやすくなる。したがって、ワッシャ３３の厚さｔｗに対するクリアランス（ワッシャ内径ｄｗとねじの軸径ｄ１の差）、すなわち（ｄｗ―ｄ１）／ｔｗの値は、０．１〜０．５が望ましい。実際に、（ｄｗ―ｄ１）／ｔｗの値が０．１３のワッシャ（Ｄｗ＝１８ｍｍ，ｄｗ＝５．５ｍｍ，ｔｗ＝２．０ｍｍ）と０．６５のワッシャ（Ｄｗ＝２１ｍｍ，ｄｗ＝４．５ｍｍ，ｔｗ＝２．３ｍｍ）を用いて、図１５に示すねじ接合部の要素試験および後述する図２２の壁パネル載荷試験を行ったところ、クリアランスが小さい方は、ワッシャ外周縁から折板のしわが発生し、折板谷部の局部座屈が抑制されたのに対し、クリアランスが大きい方は、ねじ心から折板のしわが発生し、折板谷部の局部座屈が早期に発生した。
【００８７】
図１５は、ねじ接合部の要素試験の状況を示す。これは、図７に対し、ねじと固定ボルトの位置を交換した治具である。
【００８８】
折板片３ａの試験体の形状および板厚が異なる５種類の折板の要素片を製作して、試験を行った。
【００８９】
試験にあたって、折板片３ａと、枠材片２ａと、ねじ８の条件としては、下記の通りである。
（ｉ）面材の断面形状は図１６に示す形状とし、０．５５ｍｍのＳＧＣ４００（降伏点３７３Ｎ／ｍｍ２、引張強さ５０５Ｎ／ｍｍ２、破断伸び３２％）とした。
（ｉｉ）枠材片２ａはＳＧＣＣ４００を使用し、枠材の板厚を１．６ｍｍのものを使用し、ウェブ幅寸法が８９ｍｍで、フランジ幅が４４．５ｍｍのものを使用した。
（ｉｉｉ）折板３と枠材片２ａを１箇所で接合するねじ８は、六角頭ねじを使用し、呼び径が４．２ｍｍのものを使用し、折板３と枠材片２ａとに渡って、折板３の谷部７に六角頭が接触するまでねじ込んで接合した。
【００９０】
折板片３ａの各試験体は、表２に示すような５種の鋼材を用いた。この試験で得られた荷重―変形関係を図１７に示す。
【００９１】
【表２】
【００９２】
鋼材Ｅ１の試験体は面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が１．３２で、十分な変形性能を発揮しているが、枠材を２枚重ねた鋼材Ｅ２の試験体は面材の支圧耐力に対するねじの抜け出し耐力の比が３．１６と高くなり、変形性能が乏しくなった。一方、鋼材Ｅ２の試験体に対し、ワッシャ外径２１ｍｍ、ワッシャ内径とねじ軸径とのクリアランスが０．３ｍｍのＥ３の試験体は十分な変形性能を発揮したことから、適切なワッシャを用いることにより、請求項３の上限は緩和できることがわかった。なお、ワッシャ内径と軸径とのクリアランスが無い（ワッシャには小さな先孔しかあけず、ワッシャ自体をねじでねじ切りしてねじと一体化した）鋼材E５の試験体については、クリアランスが０．３ｍｍのE４の試験体に較べて小さな変形でねじの軸部が破断し、変形性能が乏しかった。この結果より、変形性能を確保するには適度なクリアランスが必要で、実験ではワッシャ厚さに対するクリアランスは０．１５（＝０．３／２．０）であったことから、請求項６に記載したワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比の下限値を、０．１とした。
【００９３】
図１８は、ワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比の上限値を設定した根拠となる壁耐力試験体を、図１９は、図２２の載荷試験装置を用いて得られた荷重―変形角関係を示す。なお、図１８に示すように、耐力壁には、外周の左右両端辺のみにワッシャ付きねじを用いて、それ以外はワッシャ無しねじを用いた。鋼材Ｅ６の試験体と鋼材Ｅ７の試験体の面材は同一で、０．５５ｍｍのＳＧＣ４００（降伏点３７３Ｎ／ｍｍ２、引張強さ５０５Ｎ／ｍｍ２、破断伸び３２％）、ワッシャの外径は１８ｍｍ、厚み２．０ｍｍでクリアランスのみを実験変数としており、Ｅ６は０．３ｍｍ、Ｅ７は１．３ｍｍとした。載荷の結果、２体とも耐力はほぼ同一だが、クリアランスの大きなＥ７の方が剛性が低く、変形角１／１００ｒａｄの前で折板谷部のねじ周りに局所座屈（皺）が発生し、耐力を失った。この実験から、Ｅ７のワッシャ厚さに対するクリアランスは０．６５（＝１．３／２．０）であったことから、請求項６に記載したワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比の上限値を０．６とした。
【００９４】
ドリリングタッピングねじなどのねじ８により、折板３裏面側の枠材２に固定する場合に、ドリリングタッピングねじなどのねじ８のねじ山ピッチＰが、折板３裏面側の枠材２におけるフランジ５の板厚寸法よりも超えていると、ねじ山が枠材に全周３６０度引っ掛からないため、図２０に示すように、ねじ８が傾斜した場合に抵抗力を発揮できず、ねじ８が抜け出す恐れが高くなる。
【００９５】
したがって、ねじ接合部におけるねじのねじ山のピッチを、枠材２の板厚寸法以下とすると、ねじ接合部におけるねじ８が傾斜するような場合でも、枠材２からのねじ８の抜け出しを防止し、安定した耐力を発揮させることができる。
【００９６】
なお、ドリリングタッピングねじで、呼び径が４．８ｍｍ、６．０ｍｍ、８．０ｍｍのものが知られているが、そのねじ山ピッチは、呼び径が４．８ｍｍのもので１．６ｍｍ、呼び径が６．０ｍｍのもので１．８ｍｍ、呼び径が８．０ｍｍのもので１．０ｍｍ、と呼び径とピッチは比例していないため、枠材２のフランジ５の板厚により、これらの板厚寸法よりも、小さいねじ山ピッチのねじ８を用いるようにするとよい。
【００９７】
なお、図２１に示すように、先端８ｂが先鋭に形成されたねじ８を用いた場合、ねじ８の先端８ｂにより円筒状に押し出し成形された部分の枠材２が、折れ曲がってねじ軸部８ａに沿うため、ねじ軸部８ａに対する枠材２の掛り部が大きくなる（ねじ山の掛かり数が増える）。したがって、ねじ山のピッチが枠材２の板厚よりも大きくても、ねじ８の抜け出しを防止できるので、殊に枠材２の板厚が薄い場合に有効である。
【００９８】
ねじ接合部におけるねじによる折板３の支圧変形について、３種類の鋼材からなる折板を用いた壁パネルについて、図２２に示すように、押し引き用の載荷試験による比較試験をおこなった。
【００９９】
各壁パネル１は、その下部両側にそれぞれ接合したホールダウン金物２６を介して下部側の加力治具２７に接合し、壁パネル１の上部は、上部側の加力治具２８に取り付けた載荷梁２９に接合し、載荷梁に接合した加力ジャッキ３０の押し引きにより載荷した。試験体の形状および折板の形状は図１８と同様であるが、折板を枠材に接合したねじはすべてワッシャ無しねじである。載荷より得られた荷重―変形角関係を図２３に示す。なお、図２３の変形角は図２２中にある２つの変形計３２より算出した壁パネル１の傾きである。
【０１００】
鋼材強度および降伏比ＹＲの大小により、耐力壁としての壁パネル１の影響について、試験を行った結果、下記表３の結果を得た。なお、下記表３における鋼材Ａ、Ｂは、前記の表１に属する形態としている。また、表３中の終局変形角Ｒｕは最大耐力の８０％まで低下した耐力時の変形角である。
【０１０１】
【表３】
【０１０２】
鋼材Ａ、Ｂを用いた壁パネルの終局変形角Ｒｕは、鋼材Ｃを用いた壁パネルの終局変形角Ｒｕの１．３倍以上と大きかった。
【０１０３】
前記のような高降伏比鋼（高ＹＲ鋼）の面材と、低降伏比鋼（低ＹＲ鋼）の面材の試験結果から、図２４に示すように、降伏比の高い鋼材の折板のほうが、ねじ孔周辺の鋼材の塑性化領域の広がりを抑え、安定した支圧変形を確保できる可能性があることを知見した。
【０１０４】
この結果より、面材として折板３の鋼材の降伏比ＹＲを高め、例えば、降伏比ＹＲを７７％以上（鋼材の降伏比を少なくとも７７％）とすることで、ねじ軸部によりねじ軸周りの面材が塑性化する場合に、ねじ孔周りの塑性化領域を抑え、ねじ頭が抜けないで、ねじ孔周辺が塑性化しても、幅の狭いねじ孔を形成することができ、耐力を安定させることができる。
【０１０５】
前記面材としての折板３として、鋼板を用いた場合の降伏比の影響について、図２５に示すモデルより検討する。
【０１０６】
図２５より、ねじ軸部に接した部分の面材（折板３の谷部７）が耐力を負担できる範囲を角度θとし、最大耐力時に形成される降伏領域の幅をＢと仮定すると、下式が成り立つ。
ｄ１／２・θ・Ｆｕ１＝Ｂ・Ｆ１
Ｂ＝ｄ１／２・θ・Ｆｕ１／Ｆ１
【０１０７】
ねじ軸部がねじ孔から抜け出さないようにするには、降伏領域の幅Ｂをねじの直径以下とすればよいので、下式を満たす必要がある。
ｄ１＞Ｂ
ｄ１＞Ｂ＝ｄ１／２・θ・Ｆｕ１／Ｆ１
θ／２＜Ｆ１／Ｆｕ１ …（１４）
ここで、θ＝９０゜とすると
π／４＜Ｆ１／Ｆｕ１
０．７８５＜Ｆ１／Ｆｕ１
【０１０８】
式（１４）により数値計算解析した結果、折板の降伏比（Ｆ１／Ｆｕ１）は７９％以上であることが望ましい。ただし、実験では７７％未満の鋼材Ａでも壁パネルの変形性能はあった。これは、ねじに接した部分の面材が均一に応力を負担していると仮定していること、および面材が耐力を負担できる範囲の角度θを９０゜と仮定していること等によるものと考えられる。よって、実験値を踏まえ、降伏比は７７％以上とするとよいことが分かる。７７％未満の降伏比の折板３では、塑性化領域が広くなり孔幅が広がるため、折板の塑性化時に耐力が安定しないので、折板３の降伏比は７７％以上とするとよいことが分かる。また、上限は特にないが、実験値で確認しているのは９６％までなので、９６％程度が望ましい。
【０１０９】
前記面材としての折板３として、７７％〜９６％の降伏比の高い面材を用いると、ねじ接合部におけるねじにより支圧される折板３の谷部の鋼板が塑性化されて変形する時に、塑性化領域がねじ孔径程度になり、ねじ孔の孔幅が広がらないため、変形しても耐力が安定化し、変形しても耐力が安定した壁パネルとすることができる。
【０１１０】
また、前記のような試験から、ねじ接合部でのねじ軸部８ａによる折板の支圧変形（塑性化）、換言すると、ねじ孔の長孔化を安定的に形成できることを確保するためには、塑性化させる部分以外でその近傍部分の剛性を高めて、塑性化させる部分を限定させると共に周囲にしわ１３の発生を防止する方法が有効であると考えられるので、この形態について、図２６を参照して説明する。
【０１１１】
図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す形態では、ねじ孔９の周囲で、面材としての折板３の谷部７におけるねじ接合部の両側に、折板３の折り筋方向に対して直交する方向に延長するリブ２４を設けることにより、折板３における塑性化させる方向と直交する方向における折板における谷部７の面材にしわ１３が発生するなどの局部座屈を防止することができ、また、耐力壁における所定の方向に面材を塑性化させることができるようになる。
【０１１２】
また、前記のリブ２４を形成する手段としては、折板３のプレス成形時に同時に形成するようにしてもよく、折板３をロール加工した後、リブ２４部分のみをプレス加工により形成するようにしてもよい。リブ２４の加工長さとして、ねじ孔の直径以上で、山部近傍付近まで形成してもよい。リブ２４は、塑性化時に、しわが発生すると想定される片側あるいは両側に設ける。
【０１１３】
図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す形態では、折板３の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分２５を設けると、その部分の強度が低下した低強度部となるため、折板３におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、薄板部分２５に場所を特定して塑性化させることができ、耐力壁１の耐力が安定化させる効果が得られる。図示の形態では、ねじ孔に接続するように薄板部分２５が形成されている前記の薄板部分２５の形成する手段としては、折板３のプレス成形と同時に形成するようにしてもよく、例えば、折板３をロール加工した後、薄板部分２５のみを加工して形成するようにしてもよい。加工方法としてはプレス加工や切削加工等が適していると考えられる。薄板部分２５の加工幅として、幅がねじ孔の直径の幅程度で、長さは山部近傍付近まで形成してもよい。
【０１１４】
薄板部分２５は、谷部７の表面側に切削等により凹部を設けることにより形成するようにしても、谷部７の裏面側に切削等により凹部を設けることにより形成するようにしてもよく、谷部７の表裏両面に凹部を切削等により設けることにより形成するようにしてもよい。薄板部分２５が谷部７の表面側に形成された凹部であると、ねじのねじ込み時に凹部を、ねじ８のねじ込み時の位置決め用に利用することができる。
【０１１５】
なお、前記のように、ねじ軸部により支圧変形させて塑性化させる部分を薄板部分２５として、強度を低下させるようにしてもよく、板厚を変えずに、熱処理あるいは薬品処理により材質強度を低下させて、低強度部を形成するようにしてもよい。
【０１１６】
前記のように、面材の谷部７におけるねじ接合孔付近に、折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部７の強度よりも強度を低下させた部分を設けると、折板３におけるねじ接合部をねじにより塑性化させる場合に、強度を低下させた部分に場所を特定して塑性化させることができる等の効果が得られる。なお、薄板部分２５にねじ用の先孔２７を設けておくとよい。
【０１１７】
前記のスチールハウスは、普通、板厚０．４ｍｍ以上、２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼による枠材と、この枠材に構造用面材を組み合わせて構成される鉄鋼系パネル構造の建物と定義される。
【０１１８】
なお、折板３または枠材２として、高降伏点（高ＹＰ）鋼を使用すると、軽量化を図ることができ、前記のように、高降伏比（高ＹＲ）の鋼材を折板３に使用すると、ねじ接合部における支圧変形時に、載荷される荷重に対して耐力が安定し、急激な耐力低下あるいは急激な耐力上昇が起こらないので、耐力壁としての壁パネルは、ねじ接合部で安定した耐力を発揮することができる。また、低破断伸び（低Ｅｌ）である鋼材による折板３であると、急激な耐力低下を伴うことなく細長いねじ孔が形成されるので、壁パネルの変形性能を確保しやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、薄板軽量形鋼造建築物等の建築物に用いられる薄板軽量形鋼造用の壁パネルに適用できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 壁パネル
２ 枠材
２ａ 枠材片
３ 折板
３ａ 折板片
４ ウェブ
５ フランジ
６ 山部
７ 谷部
８ ねじ
８ａ ねじ軸部
８ｂ 先端
９ ねじ孔
１０ 長孔
１１ 破断線
１２ 破断線
１３ しわ
１４ 載荷試験装置
１５ アーム
１６ 第１加力治具
１７ 第２加力治具
１８ 座がね
１９ ボルト
２０ 厚板連結鋼板
２１ 塑性化部
２２ 屈曲部
２３ 亀裂
２４ リブ
２５ 薄板部分
２６ ホールダウン金物
２７ 下部側の加力治具
２８ 上部側の加力治具
２９ 載荷梁
３０ 加力ジャッキ
３１ 先孔
３２ 変位計
３３ ワッシャ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をおいて対向するように配置された少なくとも一対の枠材と、これら一対の枠材に渡って固定される薄鋼板の折板からなる面材とを少なくとも備え、前記面材は前記一対の枠材間に渡る方向に延びる山部と谷部とを有した折板であり、前記折板の谷部と前記枠材とがねじで固定されると共に、構面内せん断力が作用した際にねじ周りの前記折板が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネルにおいて、
前記面材と前記枠材のねじ接合部は、前記面材の支圧変形時にねじ軸部が傾斜可能に接合されていることを特徴とする壁パネル。
【請求項２】
前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
【請求項３】
前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が１．６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の壁パネル。
【請求項４】
前記面材として、その破断伸びが１％以上〜１６％未満である、破断伸びが小さい面材を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項５】
前記面材の少なくとも外周および縦枠に接合するねじにワッシャを挿入し、前記ねじの軸径に対する前記ワッシャの外径の比が３．０以上であることを特徴とする請求項２に記載の壁パネル。
【請求項６】
前記ワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比が、０．１〜０．６であることを特徴とする請求項５に記載の壁パネル。
【請求項７】
前記ねじ接合部におけるねじのねじ山のピッチを、前記枠材の板厚寸法以下としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の壁パネル。
【請求項８】
前記面材として、降伏比が７７％〜９６％である、降伏比が高い面材を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項９】
前記面材の谷部におけるねじ接合部の少なくとも片側に、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するリブを設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項１０】
前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項１１】
前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の強度よりも強度を低下させた部分を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項１】
間隔をおいて対向するように配置された少なくとも一対の枠材と、これら一対の枠材に渡って固定される薄鋼板の折板からなる面材とを少なくとも備え、前記面材は前記一対の枠材間に渡る方向に延びる山部と谷部とを有した折板であり、前記折板の谷部と前記枠材とがねじで固定されると共に、構面内せん断力が作用した際にねじ周りの前記折板が支圧変形して抵抗する耐力壁用の壁パネルにおいて、
前記面材と前記枠材のねじ接合部は、前記面材の支圧変形時にねじ軸部が傾斜可能に接合されていることを特徴とする壁パネル。
【請求項２】
前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の壁パネル。
【請求項３】
前記面材の支圧耐力に対する前記ねじの抜け出し耐力の比が１．６以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の壁パネル。
【請求項４】
前記面材として、その破断伸びが１％以上〜１６％未満である、破断伸びが小さい面材を用いたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項５】
前記面材の少なくとも外周および縦枠に接合するねじにワッシャを挿入し、前記ねじの軸径に対する前記ワッシャの外径の比が３．０以上であることを特徴とする請求項２に記載の壁パネル。
【請求項６】
前記ワッシャの厚さに対する、ワッシャ内径と前記ねじの軸径の差との比が、０．１〜０．６であることを特徴とする請求項５に記載の壁パネル。
【請求項７】
前記ねじ接合部におけるねじのねじ山のピッチを、前記枠材の板厚寸法以下としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の壁パネル。
【請求項８】
前記面材として、降伏比が７７％〜９６％である、降伏比が高い面材を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項９】
前記面材の谷部におけるねじ接合部の少なくとも片側に、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するリブを設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項１０】
前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の板厚よりも板厚寸法を小さくした薄板部分を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁パネル。
【請求項１１】
前記面材の谷部におけるねじ接合孔を中心とし、前記折板の折り筋方向に対して直交する方向に延長するように、谷部の強度よりも強度を低下させた部分を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁パネル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１０−１６８８９２（Ｐ２０１０−１６８８９２Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１２０５（Ｐ２００９−２９１２０５）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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