特開 2023-31148 パネルの接合構造及びパネルの設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023031148

(43)【公開日】2023-03-08

(54)【発明の名称】パネルの接合構造及びパネルの設計方法

(51)【国際特許分類】

   E04F 13/08 20060101AFI20230301BHJP

【ＦＩ】

E04F13/08 101B

E04F13/08 101W

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021136673

(22)【出願日】2021-08-24

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２１年７月２０日 一般社団法人日本建築学会発行の「２０２１年度大会（東海） 学術講演梗概集 建築デザイン発表梗概集」（ＤＶＤ）に発表

(71)【出願人】

【識別番号】303056368

【氏名又は名称】東急建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】591078929

【氏名又は名称】菊川工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】本田 宏武

(72)【発明者】

【氏名】富田 健司

(72)【発明者】

【氏名】中本 康

(72)【発明者】

【氏名】加藤 晃敏

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸山 春輝

(72)【発明者】

【氏名】横山 広大

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 秋雄

(72)【発明者】

【氏名】鷹羽 吉雄

【テーマコード（参考）】

2E110

【Ｆターム（参考）】

2E110AA21

2E110AA23

2E110AA47

2E110AB04

2E110AB22

2E110BA12

2E110BD03

2E110CA08

2E110CC04

2E110DA10

2E110DA16

2E110DB14

2E110DC12

2E110DD03

2E110EA06

2E110GA33W

2E110GB02W

2E110GB03W

2E110GB05W

2E110GB06W

2E110GB07W

(57)【要約】

【課題】大きな面外反力が縁部に発生するような強風を受けた場合でも、ねじによる接合部が破損することがない耐風圧性能に優れたパネルの接合構造を提供する。
【解決手段】略長方形の平面の周囲に断面視略Ｌ字形の縁部が形成されたパネル２をねじによって支持材に接合させるパネルの接合構造である。
そして、支持材に接触させる縁部に所定の間隔で設けられる複数の通常ねじ接合部３と、パネルの隅角部２１に設けられた通常ねじ接合部に隣接して設けられる補強ねじ接合部４とを備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

略長方形の平面の周囲に断面視略Ｌ字形の縁部が形成されたパネルをねじによって支持材に接合させるパネルの接合構造であって、
前記支持材に接触させる前記縁部に所定の間隔で設けられる複数の通常ねじ接合部と、
前記パネルの隅角部に設けられた前記通常ねじ接合部に隣接して設けられる補強ねじ接合部とを備えたことを特徴とするパネルの接合構造。

【請求項2】

前記補強ねじ接合部は、前記通常ねじ接合部の間隔の１／３から１／２の長さだけ隣接する前記通常ねじ接合部から離れて設けられることを特徴とする請求項１に記載のパネルの接合構造。

【請求項3】

前記補強ねじ接合部は、隣接する部材との間に架け渡された帯状の補強プレートの端部に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のパネルの接合構造。

【請求項4】

前記補強ねじ接合部は、前記縁部に穿孔された長孔に対して平座金又はフランジを有するねじをねじ込むことで形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパネルの接合構造。

【請求項5】

前記補強ねじ接合部は、前記パネルの一対の長辺側の縁部に設けられるものであって、一方の前記縁部には前記長孔が設けられるとともに、他方の前記縁部には丸孔が設けられることを特徴とする請求項４に記載のパネルの接合構造。

【請求項6】

略長方形の平面の周囲に断面視略Ｌ字形の縁部が形成されたパネルをねじによって支持材に接合させるパネルの設計方法であって、
風による作用荷重を設定するステップと、
前記パネルの仕様を設定するステップと、
前記パネルの隅角部に補強ねじ接合部を設けるか否かを設定するステップと、
前記縁部に作用する面外反力を算定するステップと、
前記隅角部の前記縁部に発生する応力と許容耐力とを比較するステップとを備えたことを特徴とするパネルの設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、略長方形の平面の周囲に断面視略Ｌ字形の縁部が形成されたパネルを、ねじによって支持材に接合させるパネルの接合構造及びパネルの設計方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されているように、正方形を含む長方形の平面のパネルを、壁面や天井などに複数並べて、建物の躯体や下地材などに固定することで、壁や天井を構築する工法が知られている。

【0003】

例えば、アルミニウム合金やステンレスなどの金属製の壁面パネルを、間柱や間柱間に架け渡される胴縁などの支持材に、所定の間隔（ピッチ）でねじ込まれるドリルねじによって接合させることで、建物や土木構造物などの外装が形成される。

【0004】

このようにして壁面パネルによって構成される外装は、風圧を受けることになる。特に、台風などの強風時には、強い面外方向の力を受けることになるので、壁面パネルの接合は、そのような外力に対して耐えうるように設計及び施工されている必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１７８５５３号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】「アルミニウム合金製橋梁用外装板設計・製作要領」（社団法人日本アルミニウム協会 土木製品開発委員会、平成17年1月）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、例えば非特許文献１には、詳細については後述するように、パネルの平面部分については大たわみ式を用いて、平板中央のたわみや応力度の検討が行われているが、支持材に接合させるパネルの縁部に作用する面外反力については、検討が行われていないのが現状である。

【0008】

そこで本発明は、大きな面外反力が縁部に発生するような強風を受けた場合でも、ねじによる接合部が破損することがない耐風圧性能に優れたパネルの接合構造、及びパネルの設計方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するために、本発明のパネルの接合構造は、略長方形の平面の周囲に断面視略Ｌ字形の縁部が形成されたパネルをねじによって支持材に接合させるパネルの接合構造であって、前記支持材に接触させる前記縁部に所定の間隔で設けられる複数の通常ねじ接合部と、前記パネルの隅角部に設けられた前記通常ねじ接合部に隣接して設けられる補強ねじ接合部とを備えたことを特徴とする。

【0010】

ここで、前記補強ねじ接合部は、前記通常ねじ接合部の間隔の１／３から１／２の長さだけ隣接する前記通常ねじ接合部から離れて設けられる構成とすることができる。また、前記補強ねじ接合部は、隣接する部材との間に架け渡された帯状の補強プレートの端部に設けられる構成とすることもできる。

【0011】

さらに、前記補強ねじ接合部は、前記縁部に穿孔された長孔に対して平座金又はフランジを有するねじをねじ込むことで形成されることが好ましい。また、前記補強ねじ接合部は、前記パネルの一対の長辺側の縁部に設けられるものであって、一方の前記縁部には前記長孔が設けられるとともに、他方の前記縁部には丸孔が設けられる構成とすることができる。

【0012】

また、パネルの設計方法の発明は、略長方形の平面の周囲に断面視略Ｌ字形の縁部が形成されたパネルをねじによって支持材に接合させるパネルの設計方法であって、風による作用荷重を設定するステップと、前記パネルの仕様を設定するステップと、前記パネルの隅角部に補強ねじ接合部を設けるか否かを設定するステップと、前記縁部に作用する面外反力を算定するステップと、前記隅角部の前記縁部に発生する応力と許容耐力とを比較するステップとを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

このように構成された本発明のパネルの接合構造は、略長方形の平面のパネルの縁部をねじによって支持材に接合させるに際して、所定の間隔で設けられる複数の通常ねじ接合部を設けるうえに、さらにパネルの隅角部には、通常ねじ接合部に隣接して補強ねじ接合部を設ける。

【0014】

このようにパネルの隅角部に補強ねじ接合部を追加することで、大きな面外反力が縁部に発生するような強風を受けた場合でも、応力が補強ねじ接合部に分散され、ねじによる接合部が破損することがない耐風圧性能に優れたパネルの接合構造にすることができる。

【0015】

こうした補強ねじ接合部は、通常ねじ接合部の間隔の１／３から１／２の長さだけ隣接する通常ねじ接合部から離れたパネルの隅角部に設けると、特に効果的である。また、補強ねじ接合部を、隣接する部材との間に架け渡された帯状の補強プレートの端部に設けることで、支圧面積が広くなって風圧力による応力を分散させることができる。

【0016】

さらに、補強ねじ接合部を長孔に対して設けるのであれば、熱伸縮時や地震時などにパネルの面内方向に発生する層間変位にも追従させることができる。この場合、パネルの一方の縁部に長孔を設け、それに重ねる他方の縁部は大きめの丸孔にすることで、層間変位が作用しても補強ねじ接合部に過大な面内力が作用することを防ぐことができる。

【0017】

また、パネルの設計方法の発明は、パネルの縁部に作用する面外反力を算定し、許容耐力のチェックを行うので、ねじによる接合部が破損することがない耐風圧性能に優れたパネルにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態のパネルの接合構造が設けられた外壁の正面図である。

【図2】パネルとそれを接合させる支持材の構成を説明する斜視図である。

【図3】パネルの隅角部を拡大して示した説明図である。

【図4】パネルを設置する工程を示した説明図である。

【図5】本実施の形態のパネルの接合構造を説明する図であって、（ａ）は隅角部周辺を拡大して示した正面図、（ｂ）は比較のために示した従来の隅角部周辺の正面図である。

【図6】本実施の形態のパネルの接合構造を曲げパネルで説明する断面図である。

【図7】本実施の形態のパネルの接合構造をカットパネルで説明する断面図である。

【図8】従来の大たわみ式を説明するための説明図である。

【図9】パネルに作用する面外反力を確認するために行った数値解析の結果を説明する図であって、（ａ）は大たわみ式の条件である四周ピン支持モデルの解析結果、（ｂ）は300mm間隔支持モデルの解析結果である。

【図10】パネルの端部に増打ち補強を行った場合の効果を確認するために行った耐風圧試験を説明する図であって、（ａ）は供試体の説明図、（ｂ）は試験結果をミーゼス応力と圧力との関係で示した図である。

【図11】パネルの端部に増打ち補強を行った場合の効果を確認するために行った数値解析のモデルを説明する図であって、（ａ）は無補強パネルの説明図、（ｂ）は端部増打ち補強パネルの説明図である。

【図12】数値解析の結果を説明する図であって、（ａ）は無補強パネルの解析結果、（ｂ）は端部増打ち補強パネルの解析結果である。

【図13】実施例１のパネルの設計方法の処理の流れを説明するフローチャートである。

【図14】実施例１のパネルの設計方法を導き出すために行った検討を説明する図であって、（ａ）は解析結果を変位と圧力との関係で示した図、（ｂ）は解析結果を応力と圧力との関係で示した図である。

【図15】解析結果をミーゼス応力と圧力との関係で示した説明図である。

【図16】実施例１のパネルの設計方法で使用する各種係数を説明する図であって、（ａ）は変位倍率α1と補強低減係数α2の説明図、（ｂ）はそれらを使って算出される中央変位と端部応力との関係を示した図である。

【図17】実施例１のパネルの設計方法で使用する反力倍率γ1と補強低減係数γ2の説明図である。

【図18】実施例１のパネルの設計方法で使用する曲げパネル設計式による算出値と実験値とを、変位と圧力との関係で比較した説明図である。

【図19】実施例１のパネルの設計方法で使用する曲げパネル設計式による算出値と実験値とを、応力と圧力との関係で比較した説明図である。

【図20】実施例２のパネルの接合構造のパネルの隅角部を拡大して示した説明図である。

【図21】実施例２のパネルを設置する工程を示した説明図である。

【図22】実施例２のパネルの接合構造を隅角部周辺を拡大して説明する正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態のパネルの接合構造が設けられた外壁１の正面図である。また、図２は、パネル２とそれを接合させる支持材となる胴縁１２などの構成を説明する斜視図である。さらに、図３は、パネル２の隅角部２１を拡大して示した説明図である。

【0020】

本実施の形態のパネルの接合構造は、図１に示すように、例えば正面視略長方形のパネル２を複数並べて外壁１を構築する場合に適用される。パネル２の適用箇所は、外壁１などの鉛直な壁面を形成する場合に限定されるものではなく、屋根、軒天井、斜壁などを形成する場合にも適用できる。

【0021】

例えば建物や橋梁などの土木構造物の外装材となる外壁１を構築する場合に、図２に示すように、支持材となる胴縁１２にパネル２を固定する。胴縁１２は、例えば構造物の外面に沿って間隔を置いて鉛直に建てられる間柱１１に対して、直交する水平方向に向けて架け渡される。ここで、パネル２を間柱１１に固定する場合は、間柱１１が支持材となる。また、既設のコンクリート外壁面などに、あと施工アンカーを打設してファスナ１３を取り付け、そのファスナ１３に胴縁１２を取り付けて支持材にすることもできる。

【0022】

図２では、間柱１１の外側面に、鉛直方向に所定の間隔を置いてＬ字状のファスナ１３が取り付けられている。ファスナ１３は、図４に示すように、ボルトとナットで構成される接合部１３１を介して間柱１１に固定され、ファスナ１３の上面には、胴縁１２が載せられて接合部１３２によって固定される。本実施の形態では、この胴縁１２の水平方向に延びる側面にパネル２を接合させる。

【0023】

パネル２は、図２に示すように、正面視略長方形の平面に形成され、周囲に縁部（２２Ａ，２２Ｂ，２３）が設けられる。本実施の形態では、長辺と短辺との比が２：１の長方形のパネル２を例に説明するが、長辺と短辺の比はこれに限定されるものではなく、任意に設定することができる。また、１：１の正方形であってもよい。

【0024】

ここで、パネル２の長辺側で対向する一対を縁部２２Ａ，２２Ｂとし、短辺側を短辺側縁部２３とする。縁部（２２Ａ，２２Ｂ，２３）は、いずれも断面視略Ｌ字形に形成される。

【0025】

ここでは、アルミニウム合金板、ステンレス鋼板、スチール鋼板、チタン合金板、銅合金板などの金属板を折り曲げ加工して製作される曲げパネルを例に説明する。例えば、厚さ2mm以上の金属板が使用できる。

【0026】

詳細には、図３に示すように、アルミニウム合金などの金属板の側縁をＬ字形になるように折り曲げ加工することで、縁部（２２Ａ，２２Ｂ，２３）を形成する。すなわち、パネル２の上側の縁部２２Ａは、起立部２２２とそれに直交する平坦部２２１ＡとによってＬ字形に形成され、下側の縁部２２Ｂは、起立部２２２とそれに直交する平坦部２２１ＢとによってＬ字形に形成される。

【0027】

短辺側縁部２３も、縁部２２Ａ，２２Ｂと同様に、金属板の側縁をＬ字形になるように折り曲げ加工することで形成し、短辺側縁部２３と縁部２２Ａ，２２Ｂとが接するコーナーは、溶接によって接合される。

【0028】

本実施の形態で説明するパネル２は、長辺側の縁部２２Ａ，２２Ｂのみを胴縁１２に接合させることで固定を行う。すなわち、パネル２を２辺支持させる。そして、支持材となる胴縁１２に接触させる縁部２２Ａ，２２Ｂには、図１に示すように、通常ねじ接合部３と補強ねじ接合部４とが設けられる。

【0029】

通常ねじ接合部３は、縁部２２Ａ，２２Ｂの延伸方向に所定の間隔で設けられる。例えば、短辺が900mm以下で、長辺が1800mm以下のパネル２であれば、縁部２２Ａ，２２Ｂの全長に亘って、230mmから300mmの間隔（ピッチ）で通常ねじ接合部３が設けられる。

【0030】

一方、補強ねじ接合部４は、長方形のパネル２に４つ存在する隅角部２１にそれぞれ設けられる。すなわち、パネル２の隅角部２１には、通常ねじ接合部３に隣接して補強ねじ接合部４が設けられる。本実施の形態では、隅角部２１の通常ねじ接合部３を挟んだ両側に、補強ねじ接合部４を設けている。

【0031】

図３には、パネル２の下側の縁部２２Ｂにおいて、通常ねじ接合部３を構成する長孔３１が、230mmから300mmの間隔（ピッチ）で平坦部２２１Ｂに穿孔された状態が図示されている。また、隅角部２１の平坦部２２１Ｂの長孔３１の両側には、補強ねじ接合部４を構成する長孔４１がそれぞれ穿孔される。

【0032】

この長孔３１と長孔４１との間隔は、例えば100mmに設定することができる。すなわち、通常ねじ接合部３の間隔（230mmから300mm）の１／３から１／２の長さだけ、隣接する通常ねじ接合部３から離れて補強ねじ接合部４が設けられる。

【0033】

長孔３１，４１は、そこにねじ込まれる、ねじとなるドリルねじ３３，４３の直径よりも、水平方向の長さが長い長円のルーズ孔である。長孔３１，４１にドリルねじ３３，４３をねじ込むことで通常ねじ接合部３及び補強ねじ接合部４を構成すれば、熱伸縮時や地震時などにパネル２の面内方向に発生する層間変位にも、追従させることができるようになる。

【0034】

ここで、長孔４１にドリルねじ４３をねじ込む際には、平座金を併用したり、フランジ付きドリルねじとするなどして、支圧面積を増加させることが好ましい。なお、通常ねじ接合部３のドリルねじ３３にも、平座金やフランジ付きを適用することができる。

【0035】

一方、パネル２の上側の縁部２２Ａの平坦部２２１Ａには、下側の縁部２２Ｂの長孔４１の真上となる位置に、丸孔４２がそれぞれ穿孔される。すなわち、丸孔４２，４２の間隔は、長孔３１，４１間の間隔が100mmの場合は、200mmとなる。

【0036】

また、下側の縁部２２Ｂの長孔３１の真上となる位置の平坦部２２１Ａには、長孔３２が穿孔される。この長孔３２は、パネル２を最初に支えるための荷受け用の孔で、長円にしておくことで、パネル２を胴縁１２に取り付ける際に、正確な位置に容易に取り付けることができるようになる。

【0037】

要するに、上下に隣接するパネル２，２間では、下方に設置されるパネル２の上側の縁部２２Ａの上に、上方に設置されるパネル２の下側の縁部２２Ｂが重ねられる。図４は、パネル２を設置する工程を断面で示した説明図である。

【0038】

この図に示すように、下方のパネル２は、上側の縁部２２Ａの長孔３２にねじ込まれたドリルねじ３３によって、胴縁１２に固定されている。先に設置されるパネル２の縁部２２Ａを長孔３２にしておくことで、現場において位置出しをして、容易に胴縁１２に固定することができる。

【0039】

この長孔３２及びそれにねじ込まれるドリルねじ３３の頭部は、後から取り付けられるパネル２の平坦部２２１Ｂと重ならないように、平坦部２２１Ａの上側に設けられる。そして、縁部２２Ａの平坦部２２１Ａに対して、上方のパネル２の縁部２２Ｂの平坦部２２１Ｂを重ね、ドリルねじ４３を長孔４１にねじ込む。

【0040】

長孔４１にねじ込まれたドリルねじ４３の先端は、下方のパネル２の平坦部２２１Ａの丸孔４２を貫通して、胴縁１２にねじ込まれる。すなわち、重ねられた縁部２２Ｂの平坦部２２１Ｂと縁部２２Ａの平坦部２２１Ａとが、まとめてドリルねじ４３によって胴縁１２に接合される。

【0041】

図５（ａ）は、本実施の形態のパネルの接合構造が設けられたパネル２の隅角部２１の周辺を拡大して示した正面図である。この図に示すように、パネル２の隅角部２１には、300mm間隔で設けられた通常ねじ接合部３に隣接して、それぞれ100mmの間隔を開けて一対の補強ねじ接合部４が設けられる。

【0042】

他方、図５（ｂ）は、比較のために示した従来のパネルａ２の隅角部周辺の正面図である。従来のパネルａ２では、300mm間隔で通常ねじ接合部３が設けられているだけで、隅角部の補強はされていない。

【0043】

図６は、図５（ｂ）の状態を断面図で示している。この図で説明するパネル２は、金属板の側縁が曲げ加工された曲げパネルで、上下のパネル２，２の縁部２２Ａ，２２Ｂ間には、シーリング材１４が介在されている。

【0044】

一方、図７は、本実施の形態のパネルの接合構造を適用するパネル２Ａを、カットパネルにした場合の断面図である。カットパネルは、アルミニウム合金などの金属板を長方形に成形した平板部２０の４周の側縁に、別部材であるフレーム２４を取り付けた構成となっている。フレーム２４は、平板部２０にスタッド溶接されたボルト２４２に、ナットを用いて固定される。

【0045】

そして、平板部２０から突出したフレーム２４の断面視略Ｌ字形の部分が、パネル２Ａの縁部２４１となる。この縁部２４１には、曲げパネルで説明した縁部２２Ａ，２２Ｂと同様に、長孔３１，３２，４１及び丸孔４２が穿孔されている。

【0046】

また、この長孔３１，３２，４１及び丸孔４２には、ドリルねじ３３，４３がねじ込まれて、上下のパネル２Ａ，２Ａの縁部２４１，２４１が重なった状態で、胴縁１２に接合される。

【0047】

次に、本実施の形態のパネルの接合構造の作用について説明する。
まず、図８を参照しながら、従来の大たわみ式について説明する。大たわみ式は、上述したように、非特許文献１に記載されているアルミニウム合金製の外装板の設計に適用されている。

【0048】

大たわみ式は、図８の上段に示すような縦の長さがa、横の長さがbの長方形の平板の４周を、ピン支持させたときの算定式である。算定式では、最も変位が大きくなる平板の中央（A点）のたわみと、最も応力が大きくなる平板の中央下面（B点）の応力度を求める。

【0049】

一方、非特許文献１に記載されている設計方法では、平板の縁部の反力については、言及されていない。また、実際に使用されるパネル２は、上述したように上下の胴縁１２に対する２辺支持の場合もあり、更に断面視略Ｌ字形の縁部２２Ａ，２２Ｂ，２４１を介した接合となるため、平板の大たわみ式を適用した設計では、充分とは言えない。

【0050】

そこで、実際のパネル２，２Ａの形態に合った高い耐風圧性能が確保できる接合構造について検討する。
まず、パネル２に作用する面外反力について検討する。

【0051】

面外反力は、四周ピン支持させたアルミ平板と、長辺側の２辺のみを300mm間隔でピン支持させたアルミ平板の面外反力を、数値解析であるＦＥＭ解析によって求めることで確認した。図９は、その数値解析の結果を説明する図であって、図９（ａ）は大たわみ式の条件である四周ピン支持モデルの解析結果を示しており、図９（ｂ）は300mm間隔支持モデルの解析結果を示している。

【0052】

図９は、いずれも横軸は面外反力（N）、縦軸はパネルの中央から上方のY座標（長辺側座標）を示している。解析は、アルミ平板の全面に、均等に1kPaから5kPaの分布荷重を作用させて行った。

【0053】

図９の解析結果を見ると、平板の全面に一様な分布荷重を作用させているのに、面外反力の分布は一様ではなく、実際の支持構造に近い図９（ｂ）の端部（Y座標1500mm以上）では、反力値がやや大きくなっていることがわかる。後述するが、曲げパネルでは、端部と中央部との反力の差は、更に大きくなる。

【0054】

また、端部の反力は、図中に点線や一点鎖線などで示した、加圧力に受圧面積を乗じて支点数で除した値を超えていることから、均等負担の仮定に基づく面外反力は、端部に作用する反力を過小に評価していることが確認できた。ここで、「均等負担の仮定」とは、風圧力にパネルの受圧面積を乗じて、留付けねじ本数で除することで、ねじ１本あたりの負担荷重を算出する設計の考え方である。

【0055】

このように、パネル２によって形成される外壁１の耐力が、パネル２の端部（隅角部２１）における面外反力で決まると仮定すると、当該部分にのみ留付けねじの増打ち補強を施して応力（反力）を分散させる方法が、最も効果的かつ効率的と考えられる。そこで、端部増打ち補強について、さらに耐風圧試験により効果を確認した。

【0056】

図１０は、パネル２の端部（隅角部２１）に増打ち補強を行った場合の効果を確認するために行った耐風圧試験を説明する図であって、図１０（ａ）は供試体の説明図である。これらの供試体は、いずれも曲げパネルの長辺側のみを、300mm間隔でドリルねじ（〇印の位置）で支持材に接合させている。

【0057】

そして、右側の「端部増打ち補強」の供試体では、「無補強」の供試体と比べて、４つの隅角部のそれぞれにおいて、2箇所ずつドリルねじ（〇印）による接合が増えている。この２つの供試体を使って耐風圧試験を実施し、供試体に発生する変位及び応力を計測した。

【0058】

図１０（ｂ）は、試験結果をミーゼス応力（N/mm²）と圧力（kPa）との関係で示した図である。計測箇所は、図１０（ａ）に図示した、供試体の隅角部にあたる「G1位置」である。

【0059】

この試験結果を見ると、「無補強」に比べて「端部増打ち補強」の方が応力が小さくなっている。なお、図示していないが、供試体の中央で計測した変位を比較しても、「端部増打ち補強」の方が小さくなっていた。

【0060】

また、「無補強」の供試体の端部の応力は、別途実施したアルミ素材(A1100P-H14)の引張試験結果より、加圧力4kPaで公称耐力（σ_y=95N/mm²）に達し、破壊時の加圧力4.75kPaで引張試験耐力（R_p0.2=119N/mm²）に達した。

【0061】

こうした耐風圧試験では、支持材となる胴縁１２のサイズといった実験設備の制約上、パネル留付け部に作用する力（反力）を得る事まではできない。そこで、数値解析（ＦＥＭ解析）を併用して検討を行うこととする。

【0062】

図１１は、パネル２の端部（隅角部２１）に増打ち補強を行った場合の効果を確認するために行った数値解析のモデルを説明する図であって、図１１（ａ）は「無補強パネル」の説明図、図１１（ｂ）は「端部増打ち補強パネル」の説明図である。それぞれのモデルに記載している「3424」などの数字は、ＦＥＭ解析で着目した節点の番号を示している。

【0063】

そして、図１２は、ＦＥＭ解析の結果を説明する図であって、図１２（ａ）は「無補強パネル」の解析結果を示しており、図１２（ｂ）は「端部増打ち補強パネル」の解析結果である。

【0064】

図１２は、縦軸を圧力（kPa）とし横軸を面外反力（N）として、着目した節点の解析結果を示している。図１２（ａ）を見ると、「無補強パネル」では、端部留付け部の位置に該当する節点3424に、大きな面外反力が発生していることがわかる。

【0065】

これに対して図１２（ｂ）の「端部増打ち補強パネル」では、端部留付け部の位置に該当する節点3424の面外反力が「無補強パネル」の1/2から1/3程度まで低減され、パネル２の隅角部２１周辺のみを補強するだけでも、高い効果が得られることが判明した。

【0066】

要するに、本実施の形態のパネルの接合構造は、略長方形の平面のパネル２の縁部２２Ａ，２２Ｂ，２４１を、ドリルねじ４３によって支持材（胴縁１２）に接合させるに際して、所定の間隔で設けられる複数の通常ねじ接合部３を設けるうえに、さらにパネル２の隅角部２１には、通常ねじ接合部３に隣接して補強ねじ接合部４を設ける。

【0067】

このようにパネル２の隅角部２１に補強ねじ接合部４を追加することで、大きな面外反力が縁部２２Ａ，２２Ｂ，２４１に発生するような強風を受けた場合でも、応力が補強ねじ接合部４に分散され、ねじによる接合部が破損することがない耐風圧性能に優れたパネルの接合構造とすることができる。要するに、補強ねじ接合部４を追加するという最小限の補強を行うだけで、無補強の従来パネルと比べて、2倍から3倍の耐風圧性能を得ることができるようになる。

【0068】

こうした補強ねじ接合部４は、通常ねじ接合部３，３の間隔（例えば230mmから300mm）の１／３から１／２の長さ（例えば100mm程度）だけ、隣接する通常ねじ接合部３から離れたパネル２の隅角部２１に設けると、特に効果的である。

【0069】

さらに、補強ねじ接合部４を長孔４１に対して設けるのであれば、熱伸縮時や地震時などにパネル２の面内方向に発生する層間変位にも追従させることができる。この際、長孔４１に平座金を介してドリルねじ４３をねじ込むか、フランジ付きドリルねじを使用することで、補強に充分な支圧面積を確保することができるようになる。

【0070】

また、パネル２の一方の縁部２２Ｂに長孔４１を設けた場合、それに重ねる他方の縁部２２Ａは直径10mm程度の大きめの丸孔４２にしておくことで、層間変位が作用しても補強ねじ接合部４に過大な面内力が作用することを防ぐことができる。

【実施例0071】

以下、前記した実施の形態のパネルの接合構造を設計するためのパネルの設計方法について、図１３－図１９を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

【0072】

図１３は、実施例１のパネルの設計方法の処理の流れを説明するフローチャートである。まずは、実施例１のパネルの設計方法で使用する曲げパネルの設計式を、どのようにして導き出したかについて説明する。

【0073】

図１４（ａ）は、無補強の場合のＦＥＭ解析結果を変位と圧力との関係で示した図で、図１４（ｂ）は、無補強の場合のＦＥＭ解析結果を応力と圧力との関係で示した図である。図１４には、上述した平板の大たわみ式によって算出される値となる「平板大たわみ」と、平板のモデルをＦＥＭ解析した結果となる「平板ＦＥＭ」と、曲げパネルをＦＥＭ解析した結果となる「曲げパネルＦＥＭ」とを併せて示した。

【0074】

「平板大たわみ」、「平板ＦＥＭ」及び「曲げパネルＦＥＭ」の値は、いずれも変位はパネル中央の変位であり、応力はパネル中央の下面応力度である。平板だけで比較すると、変位と応力は、「平板大たわみ」と「平板ＦＥＭ」とでは、ほぼ同じ値を示した。厳密には、ＦＥＭ解析値の方が大たわみ式の計算値より僅かに小さくなったが、これは、大たわみ式が略算式であり、厳密解ではないためである。

【0075】

一方、「平板大たわみ」と「曲げパネルＦＥＭ」とを比較すると、変位は「曲げパネルＦＥＭ」の方がかなり大きくなっており、「平板大たわみ」の略算式では、実際に発生する変位が過小評価される危険がある。

【0076】

図１５は、ＦＥＭ解析によって得られた解析値を、ミーゼス応力と圧力との関係で示した説明図である。ここで、「平板ＦＥＭ解析値」は平板の中央下面のミーゼス応力を示し、「曲げパネルＦＥＭ解析値」は、曲げパネルの端部（隅角部）の上面のミーゼス応力を示している。

【0077】

この図を見ると明らかなように、平板の中央よりも、はるかに大きなミーゼス応力が、曲げパネルの端部に発生することがわかる。すなわち、外装パネルシステムのボトルネックは、端部留付け部の面外耐力であると判断できる。

【0078】

そこで、「曲げパネルＦＥＭ」と「平板ＦＥＭ」の解析結果の倍率等を整理し、大たわみ式から得られる変位（中央）や応力（中央）にスカラー倍することで、曲げパネルの変位（中央）や応力（端部）を安全側に評価できる設計式の導出を行った。

【0079】

要するに、大たわみ式から計算される変位(中央)及び応力(中央下面)から、曲げパネルの大きな変位が発生する中央変位と、大きな応力が発生する端部応力を評価できる設計式を、下式のとおり定義する。

【0080】

＜中央変位δ’(mm)＞
δ’=δ×α1×α2
ここで、α1=0.411ln(P)+2.351、α2=-0.012ln(P)+0.975である。但し、無補強の場合は、α2=1.0となる。また、Pは加圧力(kPa)である。

【0081】

＜端部応力σ’(N/mm²)＞
σ’=β1×δ’^β2
ここで、β1=0.106、β2=2.025である。

【0082】

＜端部面外反力R’(N)＞
R’=10³×P×p×a/2×γ1×γ2
ここで、pは留付けねじのピッチ(m)、aは曲げパネルの短辺幅(m)、γ1=0.201ln(P)+2.078、γ2=0.05ln(P)+0.441である。但し、無補強の場合は、γ2=1.0となる。

【0083】

上式のα1,α2は、大たわみ式より算定された変位δ(mm)に乗じる係数で、加圧力P(kPa)より求まる。α1を平板パネルと曲げパネルの変位倍率、α2を増打ち補強による補強低減係数と呼ぶこととする。

【0084】

一方、端部応力σ’は、大たわみ式と同様に変位の関数として表し、曲げパネルの中央変位δ’が求まれば、β1とβ2を用いて端部(隅角部)の最大応力度(ミーゼス応力)が定まるようにした。すなわち、β1,β2は、曲げパネルの中央変位からパネル端部応力を求めるための係数である。

【0085】

そして、端部留付けの端部面外反力R’は、均等負担の仮定に基づいて計算した反力と、加圧力P(kPa)より定まる係数γ1,γ2から求めることができる。ここで、γ1を平板パネルと曲げパネルの反力倍率、γ2を増打ち補強による補強低減係数と呼ぶこととする。

【0086】

図１６（ａ）に、加圧力P(kPa)に対する変位倍率α1と補強低減係数α2の値を示し、図１６（ｂ）には、変位倍率α1及び補強低減係数α2を使って算出された中央変位δ’と端部応力σ’との関係を示した。そして、図１７には、加圧力P(kPa)に対する反力倍率γ1と補強低減係数γ2の値を示した。

【0087】

これらの係数（α1,α2,β1,β2,γ1,γ2）は、平板と曲げパネルのＦＥＭ解析結果から求めている。なお、γ1,γ2については、均等負担の仮定から算出している。上述したとおり、大たわみ式によって計算される平板の変位及び応力値は、ＦＥＭ解析値より大きくなるため、大たわみ式の計算結果に上記した係数を乗じることで、概ね安全側の評価が可能になるものと考える。

【0088】

図１８に示したように、上記した曲げパネル設計式で算出された値は、曲げパネルの実験値と、ほぼ同じになる。以上の結果をまとめると、変位に関しては、実験値が最も大きくなるが、その次が曲げパネルのＦＥＭ解析値、大たわみ式の計算値、平板のＦＥＭ解析値となる。

【0089】

続いて、応力に関しては、実験値と曲げパネルのＦＥＭ解析値とがほぼ同じで、大たわみ式の計算値、平板のＦＥＭ解析値の順で値が小さくなる。そして、図１９に示したように、上記した曲げパネル設計式で算出された値は、曲げパネルの実験値よりも大きくなって安全側である。

【0090】

そして、反力に関しては、曲げパネルのＦＥＭ解析値が平板のＦＥＭ解析値より大きくなり、均等負担の場合は、平板のＦＥＭ解析値より小さくなる。すなわち、上記した曲げパネル設計式で算出された値は、均等負担の値より大きくなって安全側である。

【0091】

次に、本実施例１のパネルの設計方法の処理の流れについて、図１３を参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１で金属製外装パネルとなるパネル２の耐風圧性能の検討を開始する。要するに、図１に示したような、複数のパネル２を上下左右に並べて外壁１を構築するための検討を開始する。

【0092】

設計を行うには、外壁１の建設地（ステップＳ２１）、外装パネル（パネル２）の設置高さ（建物の階数）などの設置位置（ステップＳ２２）、強風の規模を決めるための設計用再現期間（ステップＳ２３）などの設計条件を設定する。そして、ステップＳ３で、設計条件に基づいて、外装パネルの設計用風荷重（作用荷重）の算定を行う。

【0093】

続いて、ステップＳ４では、外装パネルの仕様を設定する。例えば、パネル２の材質、形状、厚さなどの断面、支持材に接合させる支持間隔、曲げパネルかカットパネルかなどのパネル形式などを設定する。

【0094】

ステップＳ５では、パネル２の隅角部２１に端部増打ち補強として、補強ねじ接合部４を設けるか否かを決める。それぞれの隅角部２１に2箇所ずつ補強ねじ接合部４を設ける場合はステップＳ６１に進む。他方、端部増打ち補強を行わない場合はステップＳ６２に進み、補強低減係数α2を1.0とし、補強低減係数γ2を1.0とする。

【0095】

そして、ステップＳ７では、均等負担仮定による面外反力Rの計算を行う。続いてステップＳ８では、ステップＳ４の仕様設定で設定したパネル形式を確認し、カットパネルの場合は、ステップＳ８１に移行する。カットパネルの場合は、上述した設計式の適用はないので、ＦＥＭ解析等によって、変位δ'及び応力σ'の検討を行う。

【0096】

一方、パネル形式が曲げパネルの場合は、ステップＳ９で、大たわみ式によって平板の中央変位δの計算を行う。続いて、ステップＳ３で算出した設計用風荷重に応じた各種係数（α1,α2,γ1,γ2）と係数（β1,β2）を、図１６，図１７などを使って設定する（ステップＳ１０）。

【0097】

そして、曲げパネルの中央変位δ’を上記した設計式で算出し（ステップＳ１１）、その中央変位δ’に基づいて、上記した設計式で端部（隅角部２１）の端部応力σ’を算出する（ステップＳ１２）。また、ステップＳ１３では、パネル２の端部（隅角部２１）の最外端支持部の面外反力を、端部面外反力R’として上記した設計式で算出する。

【0098】

このようにして算定された端部応力σ’及び端部面外反力R’は、ステップＳ１４で外装パネルなどの許容耐力と比較され、許容耐力の範囲内に収まっていれば、施工を行うことができるようになる（ステップＳ１５）。

【0099】

次に、本実施例１のパネルの設計方法の作用について説明する。
このようにして行われる実施例１のパネルの設計方法は、パネル２の縁部２２Ａ，２２Ｂに作用する面外反力を算定し、許容耐力のチェックを行うので、ドリルねじ４３による補強ねじ接合部４や通常ねじ接合部３が破損することがない、耐風圧性能に優れたパネル２にすることができる。

【0100】

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

【実施例0101】

以下、前記した実施の形態とは別の形態の実施例２について、図２０－図２２を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

【0102】

前記実施の形態では、隅角部２１の通常ねじ接合部３の両側に、一対の補強ねじ接合部４，４を追加する場合について説明した。本実施例２では、図２０に示すように、パネル２の隅角部２１に補強プレート５を配置する場合について説明する。

【0103】

ここで、図２１は、実施例２のパネル２を設置する工程を示した説明図である。また、図２２は、実施例２のパネルの接合構造を、隅角部２１周辺を拡大して説明する正面図である。

【0104】

補強プレート５は、パネル２と、それに隣接する部材との間に架け渡される帯状の板材である。例えば図２２に示すように、左右に隣接するパネル２，２間に、補強プレート５が架け渡される。なお、隣接する部材は、パネル２に限定されるものではなく、躯体や柱などであってもよい。

【0105】

補強プレート５は、ステンレスなどの金属板などによって、２つの部材に架け渡し可能な長さに成形される。例えば、厚さ1.5mm、長さ150mm、幅15mm程度のステンレス（SUS）板によって製作することができる。また、補強プレート５には、図２０に示すように、両側の端部５１，５１にそれぞれ丸孔５１１，５１１が穿孔される。

【0106】

そして、この補強プレート５の端部５１に、実施例２の補強ねじ接合部４Ａが設けられる。この補強ねじ接合部４Ａは、通常ねじ接合部３（長孔３１の位置）に隣接して設けられる。補強ねじ接合部４Ａでは、図２１に示すように、平坦部２２１Ｂの長孔４１の位置に補強プレート５の端部５１の丸孔５１１が重ねられ、ドリルねじ４３がねじ込まれる。

【0107】

丸孔５１１及び長孔４１にねじ込まれたドリルねじ４３の先端は、下方のパネル２の平坦部２２１Ａの丸孔４２を貫通して、胴縁１２にねじ込まれる。すなわち、重ねられた補強プレート５と縁部２２Ｂの平坦部２２１Ｂと縁部２２Ａの平坦部２２１Ａとが、まとめてドリルねじ４３によって胴縁１２に接合される。

【0108】

このようにして設けられる補強ねじ接合部４Ａは、図２２に示すように、パネル２の隅角部２１の最外端に設けられる。例えば、補強ねじ接合部４Ａとパネル２の短辺縁との間隔は50mm程度、補強ねじ接合部４Ａと隣接する通常ねじ接合部３との間隔は100mm程度になる。また、補強プレート５の両側の端部５１，５１に設けられる補強ねじ接合部４Ａ，４Ａ間の間隔は、100mm程度になる。

【0109】

このように構成された実施例２のパネルの接合構造は、補強ねじ接合部４Ａを、隣接する部材（パネル２）との間に架け渡された帯状の補強プレート５の端部５１に設けることで、支圧面積が広くなって風圧力による応力を分散させることができる。

【0110】

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

【0111】

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0112】

例えば、前記実施の形態及び実施例１，２では、鉛直な外壁面を形成するパネル２を例に説明したが、これに限定されるものではなく、屋根面、軒天井面、斜壁面などを形成するパネルにも本発明を適用することができる。

【0113】

また、前記実施例２では、補強プレート５を曲げパネルに適用する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、カットパネルを使用する場合も、補強プレート５を使って補強ねじ接合部４Ａを設けることができる。