特許 7291539 壁構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-07

(45)【発行日】2023-06-15

(54)【発明の名称】壁構造

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/32 20060101AFI20230608BHJP

   E04B 2/74 20060101ALI20230608BHJP

【ＦＩ】

E04C3/32

E04B2/74 531L

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019096977

(22)【出願日】2019-05-23

(65)【公開番号】P2020190154

(43)【公開日】2020-11-26

【審査請求日】2022-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390037154

【氏名又は名称】大和ハウス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小橋 知季

(72)【発明者】

【氏名】藤橋 一紀

(72)【発明者】

【氏名】大附 和敬

(72)【発明者】

【氏名】沙拉依丁 沙吾提

(72)【発明者】

【氏名】中川 学

(72)【発明者】

【氏名】森 貴久

【審査官】伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０１３５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１０６１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０８－５０８７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｃ ３／００ － ３／４６

Ｅ０４Ｂ ２／７２ － ２／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

床面上に配置され、開口が上方を向く下チャンネル材と、
前記下チャンネル材の上方に前記下チャンネル材に対向して配置され、前記下チャンネル材と同じ方向に延在し、開口が下方を向く上チャンネル材と、
前記上チャンネル材と前記下チャンネル材との間に前記下チャンネル材の延在方向に間隔をあけて配置され、下端部が前記下チャンネル材に嵌合されると共に上端部が前記上チャンネル材に嵌合される複数のスタッド材と、
を備え、
前記スタッド材は、一枚の金属板によって形成されており、上下方向が長手方向とされ、前記下チャンネル材の幅方向が短手方向とされ、前記短手方向に沿って延びるウェブ部と、前記ウェブ部を挟んで対向配置され、前記ウェブ部に対して直交する方向に延びる一対のフランジ部と、前記ウェブ部から直角に屈曲して前記ウェブ部に対する前記短手方向の一方側のみに分布して前記フランジ部と前記ウェブ部をつなぐと共に少なくとも前記ウェブ部側が前記フランジ部に重なる補強部と、前記フランジ部の前記ウェブ部に対して前記補強部と反対側の端部から前記短手方向に延びると共に前記ウェブ部に対して間隔をあけて対向するリップ部と、を有し、前記長手方向と直交する断面において、前記ウェブ部上に図心が位置する共に前記図心を対称点とした点対称形状である、壁構造。

【請求項2】

前記ウェブ部の短手方向の端部が前記フランジ部の延びる方向の中央部に位置している、請求項１に記載の壁構造。

【請求項3】

前記補強部における前記ウェブ部と反対側の端部側には、前記補強部が重なる前記フランジ部から離間する方向へ突出する突出部が形成されている、請求項１又は請求項２に記載の壁構造。

【請求項4】

前記補強部の前記突出部と前記フランジ部との間に空間部が形成されている、請求項３に記載の壁構造。

【請求項5】

前記スタッド材は、一対の前記フランジ部の外面間の距離をＬ０、前記フランジ部の外面から該フランジ部に重ねられた前記補強部の前記突出部の頂点までの距離をＬ１としたとき、０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の関係を満たす、請求項３又は請求項４に記載の壁構造。

【請求項6】

前記下チャンネル材、前記上チャンネル材及び複数の前記スタッド材によって形成される下地骨組みの少なくとも一方の面に、壁材が取り付けられている、請求項１～５のいずれか１項に記載の壁構造。

【請求項7】

前記下地骨組み及び前記壁材によって構成される壁の高さが５ｍより高い、請求項６に記載の壁構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、壁構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から間仕切り壁等の下地骨組みにランナー材とスタッド材を用いた壁構造が知られている（例えば、特許文献１）。

【0003】

特許文献１には、乾式壁の下地構造について開示されている。この下地構造では、断面コ字形状のランナー材を床面及び天井面にそれぞれ固定し、上下のランナー材間に複数本のスタッド材を差し込んで下地骨組みを形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１１５５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１では、断面コ字形状のスタッド材を用いている。このような断面形状のスタッド材は、図心とせん断中心がずれていることから、フランジ部側からの荷重によって曲げが生じた場合に、上下のランナー材間に位置するスタッド材の長手方向の中間部分にねじれ（ねじれ変形）が生じる。このねじれ対策として、対向するフランジ部に対してウェブ部を斜めに延ばしつつ、ウェブ部の一部を屈曲させた断面形状のスタッド材の使用が検討されている。このような断面形状のスタッド材は、断面コ字形状のスタッド材と比べて、図心とせん断中心のずれをなくすことができ、スタッド材のねじれ変形を抑制することが可能になる。しかしながら、壁に作用する水平力がスタッド材に伝達された場合、その水平力がスタッド材を介してせん断力としてスタッド材の長手方向の端部（以下、適宜「部材端部」と記載する。）へと伝達され、ランナー材に拘束されている部材端部において、ウェブ部の屈曲部に局所的な曲げ変形が集中して、部材端部に塑性変形が生じる可能性がある。このため大きなせん断力がスタッド材に作用する場合には、例えば金物などでスタッド材の部材端部における局所的な変形を抑制する等の対策が必要になることがある。

【0006】

本発明は、スタッド材の断面形状を適正化することで、スタッド材の長手方向の中間部分に生じるねじれと長手方向の端部に生じる局所的な塑性変形を抑制する壁構造を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１態様の壁構造は、床面上に配置され、開口が上方を向く下チャンネル材と、前記下チャンネル材の上方に前記下チャンネル材に対向して配置され、前記下チャンネル材と同じ方向に延在し、開口が下方を向く上チャンネル材と、前記上チャンネル材と前記下チャンネル材との間に前記下チャンネル材の延在方向に間隔をあけて配置され、下端部が前記下チャンネル材に嵌合されると共に上端部が前記上チャンネル材に嵌合される複数のスタッド材と、を備え、前記スタッド材は、一枚の金属板によって形成されており、上下方向が長手方向とされ、前記下チャンネル材の幅方向が短手方向とされ、前記短手方向に沿って延びるウェブ部と、前記ウェブ部を挟んで対向配置され、前記ウェブ部に対して直交する方向に延びる一対のフランジ部と、前記フランジ部と前記ウェブ部をつなぐと共に少なくとも前記ウェブ部側が前記フランジ部に重なる補強部と、前記フランジ部の前記補強部と反対側の端部から前記短手方向に延びると共に前記ウェブ部に対して間隔をあけて対向するリップ部と、を有し、前記長手方向と直交する断面において、前記ウェブ部上に図心が位置する共に前記図心を対称点とした点対称形状である。

【0008】

第１態様の壁構造で用いるスタッド材は、断面形状がウェブ部上に位置する図心を対称点とした点対称形状であるため、スタッド材の図心とせん断中心が一致する。このため、上記壁構造では、例えば、断面コ字形状のスタッド材を用いる壁構造と比べて、スタッド材にフランジ部側からの荷重によって曲げが作用した場合に、上ランナー材及び下ランナー材間に位置するスタッド材の長手方向の中間部分に生じるねじれが抑制される。

【0009】

また、上記壁構造で用いるスタッド材は、ウェブ部が短手方向に沿って延びており、このウェブ部に対して直交する方向に一対のフランジ部が延びている。言い換えると、ウェブ部は、一対のフランジ部に対して直交する方向である短手方向に沿って延びている。このため、上記スタッド材は、例えば、一対のフランジ部に対してウェブ部を斜めに延ばしつつ、ウェブ部の一部を屈曲させた断面形状のスタッド材と比べて、フランジ部側からウェブを圧縮する方向へ荷重が作用した場合に、ウェブ部に局所的な曲げ変形が生じにくい。したがって、上記スタッド材を下地に用いた壁構造では、例えば、上記のように斜めに延びるウェブ部の一部が屈曲した断面形状のスタッド材を下地に用いた壁構造と比べて、スタッド材にフランジ部側から作用した荷重がせん断力としてスタッド材の部材端部へと伝達された場合に、下チャンネル材及び上チャンネル材にそれぞれ嵌合されるスタッド材の下端部及び上端部において、ウェブ部に局所的な曲げ変形による応力集中が生じにくく、部材端部に生じる局所的な塑性変形が抑制される。

【0010】

本発明の第２態様の壁構造は、第１態様の壁構造において、前記ウェブ部の短手方向の端部が前記フランジ部の延びる方向の中央部に位置している。

【0011】

第２態様の壁構造では、スタッド材のウェブ部の短手方向の端部がフランジ部の延びる方向（以下、適宜「フランジ延在方向」と記載する。）の中央部に位置するため、一対のフランジ部がフランジ延在方向で同じ位置に配置される。すなわち、フランジ部における補強部のフランジ延在方向の外縁部と、対向するフランジ部のリップ部におけるフランジ延在方向の外縁部とを結ぶ直線が、ウェブ部の短手方向と一致する。このため、上記壁構造では、例えば同じ展開長を有する一対のフランジ部がフランジ延在方向にずれて配置されたスタッド材を用いる壁構造と比べて、スタッド材の断面幅を小さくすることが可能となり、施工上の収まりを簡素化できる。また、上記壁構造では、例えば、一対のフランジ部がフランジ延在方向にずれて配置されたスタッド材を用いる壁構造と比べて、スタッド材にフランジ部側から荷重が作用した場合の主軸の傾きが抑制される効果が期待できる。

【0012】

本発明の第３態様の壁構造は、第１態様又は第２態様の壁構造において、前記補強部における前記ウェブ部と反対側の端部側には、前記補強部が重なる前記フランジ部から離間する方向へ突出する突出部が形成されている。

【0013】

第３態様の壁構造では、補強部におけるウェブ部と反対側の端部側が、補強部と重なるフランジ部から離間する方向へ突出する突出部を形成しているため、フランジ部の端部側が面外方向に変形するのが抑制される。これにより、スタッド材の曲げ耐力を効率的に高めることが可能になる。また、スタッド材のフランジ部へドリルねじを打設する際には、フランジ部の面外変形が抑制されることで、ねじの打設性能を高める効果が発揮される。

【0014】

本発明の第４態様の壁構造は、第３態様の壁構造において、前記補強部の前記突出部と前記フランジ部との間に空間部が形成されている。

【0015】

第４態様の壁構造では、補強部の突出部とフランジ部との間に空間部を形成していることから、例えば、補強部を１８０度曲げ（ヘミング曲げ）して突出部を形成する壁構造と比べて、突出部の最小曲げ部における曲率半径が大きい。このため、上記壁構造では、スタッド材を冷間加工によって製造する場合において、スタッド材の突出部表面に発生する塑性ひずみを小さくすることが可能となる。この結果、冷間加工におけるスタッド材の成形精度を高めると共に、めっき鋼板を母材に使用する場合においては、めっき層の損傷を抑制する効果も得られる。

【0016】

本発明の第５態様の壁構造は、第３態様又は第４態様の壁構造において、前記スタッド材は、一対の前記フランジ部の外面間の距離をＬ０、前記フランジ部の外面から該フランジ部に重ねられた前記補強部の前記突出部の頂点までの距離をＬ１としたとき、０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の関係を満たしている。

【0017】

第５態様の壁構造では、０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の関係を満たすことで、スタッド材の断面積あたりの局部座屈耐力を効率的に高められる。

【0018】

本発明の第６態様の壁構造は、第１態様～第５態様のいずれか一態様の壁構造において、前記下チャンネル材、前記上チャンネル材及び複数の前記スタッド材によって形成される下地骨組みの少なくとも一方の面に、壁材が取り付けられている。

【0019】

第６態様の壁構造では、下地骨組みの少なくとも一方の面に壁材が取り付けられている。下地骨組みを構成するスタッド材は、部材長さが長くなると、図心とせん断中心のずれによるねじりが無い場合においても、横座屈の影響で部材耐力が低下する可能性がある。これに対して上記壁構造のように、スタッド材に壁材を取り付けることで、スタッド材の横座屈を防止することができ、部材長さが長いスタッド材であっても、下地骨組み及び壁材によって構成される壁の面外変形に対して、曲げ耐力を向上することができる。

【0020】

本発明の第７態様の壁構造は、第６態様の壁構造において、前記下地骨組み及び前記壁材によって構成される壁の高さが５ｍより高い壁構造である。

【0021】

第７態様の壁構造では、下地骨組み及び壁材によって構成される壁の高さを５ｍよりも高くしている。ここで、下地骨組みを構成するスタッド材は、上記のようにスタッド材の長手方向の中間部分に生じるねじれを抑制できるため、壁の高さを５ｍよりも高く設定しても、新たな補剛部材等を設けることなく、下地骨組みに十分な耐力の発揮を期待することが可能になる。また上記の効果は、壁の部材品数の削減及び高所での作業の削減に資する物であり、施工現場における作業負荷を軽減することにもつながり、経済的な壁の設計を実現できる。

【発明の効果】

【0022】

本発明は、スタッド材の断面形状を適正化することで、スタッド材の断面における図心とせん断中心のずれによって生じる長手方向の中間部分のねじれと長手方向の端部に生じる局所的な塑性変形を抑制できる壁構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る壁構造を適用した間仕切壁の正面図である。

【図2】図１の間仕切壁の側面図である。

【図3】スタッド材の長手方向の中間部分におけるスタッド材の長手方向と直交方向に沿った断面図（図１の３－３線断面図）である。

【図4】図３に示すスタッド材にフランジ部側から荷重を受けた状態を示す断面図（図３に対応する断面図）である。

【図5】スタッド材の長手方向の端部（下端部）側におけるスタッド材の長手方向と直交する方向に沿った断面（図１の５－５線断面図）である。

【図6】スタッド材の変形例を示す断面図（図３に対応する断面図）である。

【図7】比較例１のスタッド材の断面図（図３に対応する断面図）である。

【図8】比較例２のスタッド材の断面図（図５に対応する断面図）である。

【図9】実施例２のスタッド材の固有値解析の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図面を用いて本発明の実施形態に係る壁構造について説明する。

【0025】

図１には、本実施形態の壁構造Ｓを適用した間仕切壁２０が開示されている。この間仕切壁２０は、例えば、倉庫等の建物に用いられる。なお、本実施形態における間仕切壁２０は、本発明における壁の一例である。

【0026】

＜本実施形態の壁構造＞
図１及び図２に示されるように、壁構造Ｓは、下地骨組み２２を備えている。

【0027】

下地骨組み２２は、一対のランナー材２４、２６と、複数のスタッド材２８を含んで構成されている。なお、本実施形態のランナー材２４は、本発明における下チャンネル材の一例であり、本実施形態のランナー材２６は、本発明における上チャンネル材の一例である。

【0028】

（ランナー材）
図２に示されるように、ランナー材２４は、断面コ字形状の形鋼、すなわち溝形鋼であり、建物の床面Ｆに沿って配置されている。具体的には、ランナー材２４は、開口が上方を向いた状態、すなわち、コの字の開放側が上方を向いた状態でウェブ部２４Ａが床面Ｆに図示しない締結材（例えば、アンカーボルト）によって固定されている。

【0029】

ランナー材２６は、断面コ字形状の形鋼、すなわち溝形鋼であり、建物の天井面Ｃに沿ってランナー材２４の延在方向と同じ方向に延びかつランナー材２６と上下方向で対向するように配置されている。具体的には、開口が下方を向いた状態、すなわち、ランナー材２６は、コの字の開放側が下方を向いた状態でウェブ部２６Ａが天井面Ｃに図示しない締結材（例えば、アンカーボルト）によって固定されている。
なお、図１及び図２に示す天井面Ｃとは、下階から見た上階又は屋根の下面全域を指し、床や屋根を支える梁部材の下面を含む。

【0030】

（スタッド材）
図１に示されるように、スタッド材２８は、一対のランナー材２４、２６間にランナー材２４の延在方向に間隔をあけて配置されている。なお、上記したようにランナー材２４の延在方向とランナー材２６の延在方向は同じ方向である。

【0031】

図１及び図２に示されるように、スタッド材２８の長手方向（図１及び図２で矢印Ｘで示す方向）の一端部である下端部２８Ａは、ランナー材２４に嵌合されている。具体的には、図２に示されるように、スタッド材２８の下端部２８Ａがランナー材２４の一対のフランジ部２４Ｂ間に差し込まれて、下端面２８Ｃがウェブ部２４Ａに当接し、スタッド材２８の後述する一対のフランジ部３２が一対のフランジ部２４Ｂにそれぞれ当接して、スタッド材２８の下端部２８Ａがランナー材２４に嵌合している。

【0032】

図１及び図２に示されるように、スタッド材２８の長手方向の他端部である上端部２８Ｂは、ランナー材２６に嵌合されている。具体的には、図２に示されるように、スタッド材２８の上端部２８Ｂがランナー材２６の一対のフランジ部２６Ｂ間に差し込まれて、上端面２８Ｄとウェブ部２６Ａとが離間した状態で、スタッド材２８の一対のフランジ部３２が一対のフランジ部２６Ｂにそれぞれ当接して、スタッド材２８の上端部２８Ｂがランナー材２６に嵌合している。
なお、スタッド材２８がランナー材２４及びランナー材２６に組付けられた状態では、スタッド材２８の長手方向と間仕切壁２０の上下方向が一致している。
また、本実施形態のスタッド材２８の長さは、ランナー材２４のウェブ部２４Ａとランナー材２６のウェブ部２６Ａとの間の距離よりも短くされている。

【0033】

図３に示されるように、スタッド材２８は、長手方向と直交する断面の形状（断面形状）が略Ｉ字形状の形鋼であり、一枚の金属板によって形成されている。このスタッド材２８は、ウェブ部３０と、一対のフランジ部３２と、補強部３４と、リップ部３６と、を有している。具体的には、一枚の金属板をロール成形して、ウェブ部３０と、一対のフランジ部３２と、補強部３４と、リップ部３６と、を有するスタッド材２８が形成されている。

【0034】

ウェブ部３０は、長尺とされ、長手方向がスタッド材２８の長手方向と同じ方向の板状部である。このウェブ部３０は、スタッド材２８の長手方向と直交する横断面において、第１方向Ｙに沿って直線状に延びている。なお、ここでいう第１方向Ｙは、スタッド材２８の長手方向に対して直交する方向であり、スタッド材２８の横断面（図３に示す断面）において縦方向を示している。また、後述する第２方向Ｚは、スタッド材２８の長手方向及び第１方向Ｙに対して直交する方向であり、スタッド材２８の横断面において横方向を示している。さらに、スタッド材２８がランナー材２４及びランナー材２６にそれぞれ組付けられた状態では、第１方向Ｙが間仕切壁２０の厚み方向（図２参照）及びランナー材２４の幅方向と一致し、第２方向Ｚが間仕切壁２０の左右方向（図１参照）とランナー材２４の延在方向（長手方向）と一致している。
なお、本実施形態では、スタッド材２８の横断面において、スタッド材２８のウェブ部３０が第１方向にＹに沿って直線状に延びているため、スタッド材２８の短手方向が第１方向Ｙと一致している。

【0035】

一対のフランジ部３２は、ウェブ部３０を挟んで対向配置された板状部である。なお、ここでいう「対向配置」には、ウェブ部３０を挟んだ状態で一対のフランジ部３２の全面が対向して配置されている場合（言い換えると、一対のフランジ部３２がフランジ延在方向（フランジ部３２の延びる方向）で同じ位置に配置されている場合）と、一対のフランジ部３２の一部分同士が対向して配置されている場合（言い換えると、一対のフランジ部３２がフランジ延在方向にずれて配置されている場合）が含まれる。なお、本実施形態では、一対のフランジ部３２が全面対向配置されている。また、一対のフランジ部３２は、スタッド材２８の横断面において、それぞれウェブ部３０に対して直交する方向である第２方向Ｚに沿って延びている。

【0036】

また、本実施形態では、ウェブ部３０の短手方向（第１方向Ｙ）の端部３０Ａがフランジ部３２の延びる方向（第２方向Ｚ）の中央部に位置している。

【0037】

補強部３４は、ウェブ部３０とフランジ部３２とをつなぎ、フランジ部３２を補強する板状部である。補強部３４は、ウェブ部３０の短手方向の両端部３０Ａから互いに反対方向に延びて、一対のフランジ部３２の互いに逆側の端部３２Ａにそれぞれつながっている。なお、ここでいう、一対のフランジ部３２の互いに逆側の端部３２Ａとは、一方のフランジ部３２の第２方向Ｚの一端部と、他方のフランジ部３２の第２方向Ｚの他端部を指している。また、補強部３４は、少なくともウェブ部３０側の部分がフランジ部３２に重なっている。

【0038】

また、補強部３４におけるウェブ部３０と反対側の端部側には、補強部３４が重なるフランジ部３２から離間する方向（言い換えると、一対のフランジ部の対向する方向）へ突出する突出部３８が形成されている。この突出部３８は、補強部３４におけるウェブ部３０と反対側の端部側を折り曲げて形成された部分であり、補強部３４における突出部３８とフランジ部３２との間に空間部３９が形成されている。また、突出部３８は、最小曲げ部における曲率半径がスタッド材２８を形成する金属板の板厚よりも大きくなっている。

【0039】

リップ部３６は、フランジ部３２の補強部３４と反対側の端部３２Ｂからスタッド材２８の短手方向（第１方向Ｙ）に沿って延びている。具体的には、リップ部３６は、一方のフランジ部３２の補強部３４と反対側の端部３２Ｂから対向する他方のフランジ部３２へ向けて略９０度屈曲して延びる板状部である。また、リップ部３６は、ウェブ部３０に対して間隔をあけて対向している。

【0040】

図３に示されるように、スタッド材２８は、横断面（図３に示される断面）において、ウェブ部３０上に図心ＦＣが位置すると共に図心ＦＣを対称点とした点対称形状である。

【0041】

また、スタッド材２８は、第１方向Ｙに沿って一対のフランジ部３２の外面間の距離をＬ０、フランジ部３２の外面から該フランジ部３２に重ねられた補強部３４の突出部３８の頂点３８Ａまでの第１方向Ｙに沿った距離をＬ１としたとき、０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の関係を満たしていることが望ましい。

【0042】

また、図１に示されるように、壁構造Ｓは、壁材４０（図１、図３及び図４では二点鎖線で示している。）を備えている。壁材４０は、下地骨組み２２の両面にそれぞれ取り付けられている。具体的には、壁材４０は、スタッド材２８のフランジ部３２に図示しない締結部材（例えば、ドリルねじ）を用いて取り付けられている。壁材４０としては、例えば、石膏ボードを用いてもよい。なお、図３及び図４では、一方の壁材４０のみ図示し、他方の壁材４０の図示を省略している。

【0043】

間仕切壁２０は、下地骨組み２２及び壁材４０によって構成されている。なお、間仕切壁２０は、単一又は複数の壁材４０によって構成されてもよい。

【0044】

また、本実施形態の間仕切壁２０の高さは、５ｍよりも高い。なお、ここでいう、間仕切壁２０の高さとは、ランナー材２４のウェブ部２４Ａの下面からランナー材２６のウェブ部２６Ａの上面までの距離を指す。

【0045】

なお、図３中における寸法Ｗは、スタッド材２８の第２方向Ｚに沿った長さを示し、寸法Ｌ２は、フランジ部３２の外面から該フランジ部３２から延びるリップ部３６の先端までの第１方向Ｙに沿った距離を示す。

【0046】

＜本実施形態の壁構造の作用並びに効果＞
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。以下では、本実施形態の壁構造Ｓと比較例の壁構造とを対比しながら本実施形態の作用並びに効果を説明するため、まず、比較例１の壁構造に用いられるスタッド材１００と比較例２の壁構造に用いられるスタッド材１１０について説明する。なお、比較例１の壁構造も比較例２の壁構造もスタッド材を除く構成は、本実施形態の壁構造Ｓと同じため、その説明を省略する。

【0047】

（比較例１）
図７に示されるように、スタッド材１００は、ウェブ部１０２と、対向する一対のフランジ部１０４と、リップ部１０６とを有する断面コ字形状のリップ溝形鋼であり、一枚の金属板を折り曲げて形成されている。なお、図７における符号ＦＣは、図心を示し、符号ＳＣは、せん断中心を示している。

【0048】

（比較例２）
図８に示されるように、スタッド材１１０は、ウェブ部１１２と、対向する一対のフランジ部１１４と、リップ部１１６とを有する断面形状の形鋼であり、一枚の金属板を折り曲げて形成されている。なお、ウェブ部１１２は、一対のフランジ部１１４の互いに逆側の端部同士をつないでおり、横断面（図８に示される断面）において、短手方向の中央部が第１方向Ｙに沿って延びる直線部１１２Ａとされ、直線部１１２Ａの両側が第１方向に対して斜めに延びる傾斜部１１２Ｂとされ、傾斜部１１２Ｂとフランジ部１１４との間が第１方向Ｙに沿って延びる直線部１１２Ｃとされている。なお、図８における符号ＦＣは、図心を示している。なお、比較例２のスタッド材１１０は、横断面において、ウェブ部１１２上に図心ＦＣが位置すると共に図心ＦＣを対称点とした点対称形状である。このため、スタッド材１１０は、図心ＦＣとせん断中心が一致するので、せん断中心の図示を省略している。

【0049】

（壁構造Ｓ）
本実施形態の壁構造Ｓで用いられるスタッド材２８は、図３に示されるように、断面形状がウェブ部３０上に位置する図心ＦＣを対称点とした点対称形状である。このため、スタッド材２８では、図心ＦＣとせん断中心が一致する。一方、比較例１の壁構造で用いられるスタッド材１００は、図７に示される横断面において、図心ＦＣとせん断中心ＳＣがずれているため、このずれによるねじれ変形が生じる。これに対して、本実施形態の壁構造Ｓでは、スタッド材２８の横断面において図心ＦＣとせん断中心が一致するため、スタッド材２８にフランジ部３２側から第１方向Ｙに沿って荷重Ｌ（図４参照）が作用した場合に、スタッド材２８の長手方向の中間部分にねじれ変形（以下、適宜「ねじれ」と記載する。）が生じることが抑制される。なお、ここでいうスタッド材２８の長手方向の中間部分とは、ランナー材２４に嵌合するスタッド材２８の下端部２８Ａとランナー材２６に嵌合する上端部２８Ｂとの間の部分を指す。

【0050】

さらに、壁構造Ｓでは、スタッド材２８のウェブ部３０の短手方向の端部３０Ａをフランジ部３２の延びる方向の中央部に位置させていることから、一対のフランジ部３２が全面対向配置とされている。このため、壁構造Ｓでは、例えば、一対のフランジ部がフランジ延在方向にずれて配置されたスタッド材を用いる壁構造と比べて、同じ展開長さのスタッド材を使用した場合に、スタッド材２８の断面幅を最小化することができる。これにより、施工上の収まりを簡素化することが可能になり、建設現場でのスタッド材２８の位置合わせ作業に要する作業負荷を軽減できる。また、スタッド材２８にフランジ部３２側から第１方向Ｙに沿って荷重Ｌが作用した場合に、荷重の作用軸に対して部材断面の主軸の傾きが抑制されるため、スタッド材２８のねじれが抑制され、ねじれによってスタッド材２８の下端部２８Ａがランナー材２４から外れたり、上端部２８Ｂがランナー材２６から外れたりするのを抑えることが可能になる。

【0051】

また、スタッド材２８は、横断面において、一対のフランジ部３２に対して直交する方向である第１方向Ｙに沿って直線状にウェブ部３０が延びている。このため、スタッド材２８は、比較例２のスタッド材１１０と比べて、図４に示されるように、フランジ部３２側から第１方向Ｙに沿って荷重Ｌが作用した場合に、ウェブ部３０に局所的な応力集中が生じにくい。具体的には、比較例２のスタッド材１１０では、ランナー材２４に嵌合する上端部及び下端部において、スタッド材１１０に作用する第１方向Ｙへの荷重Ｌが、ランナー材２４への嵌合部にて伝達されるため、この嵌合部においては、ウェブ部１１２に対してフランジ部１１４を介して大きな第１方向Ｙへの荷重Ｌが作用する。ここで、ウェブ部１１２には、横断面において、直線部１１２Ａと傾斜部１１２Ｂとの間、及び、傾斜部１１２Ｂと直線部１１２Ｃとの間にそれぞれ屈曲部が形成されているため、フランジ部１１４からウェブ部１１２に対して大きな第１方向Ｙへの荷重Ｌが作用すると、これらの屈曲部に板の曲げ変形が集中し、これに伴い応力と変形が屈曲部に局所化する。このように、スタッド材１１０のウェブ部１１２の屈曲部が、第１方向Ｙの荷重によって局所的に塑性変形することで、スタッド材１１０は、断面形状から想定される形鋼としての曲げ降伏耐力に至る前に耐力低下を生じることや、上端部および下端部における局所的な変形によってランナー材２４及びランナー材２６から外れ落ちることが懸念される。これに対して、本実施形態の壁構造Ｓでは、横断面において、第１方向Ｙに沿って直線状にウェブ部３０が延びているため、ウェブ部３０には曲げ変形による応力集中が生じやすい屈曲部がない。このため、スタッド材２８は、図５に示されるように、ランナー材２４に嵌合する上端部２８Ｂ及び下端部２８Ａにおいて、荷重Ｌがウェブ部３０に作用しても、比較例２のスタッド材１１０と比べて、ウェブ部３０に板の局所的な曲げ変形による応力集中が生じにくく、ウェブ部３０の塑性変形が抑制される。これにより、本実施形態の壁構造Ｓでは、比較例２の壁構造と比べて、壁材４０に面外方向（第１方向Ｙ）への外力が作用した場合に、スタッド材２８の下端部２８Ａ及び上端部２８Ｂにおいて、ウェブ部３０における板の曲げ変形に起因して発生する局所的な応力集中及び、この応力集中に伴う局所的な塑性変形を抑制できる。これにより、スタッド材２８が部材断面から求まる曲げ降伏耐力と同等の耐力を発揮することが可能になる。

【0052】

また、壁構造Ｓでは、スタッド材２８において補強部３４におけるウェブ部３０と反対側の端部側に突出部３８を形成していることから、フランジ部３２のリップ部３６と反対側の端部３２Ａ側が面外方向（第１方向Ｙ）に変形するのが抑制される。これにより、曲げによってフランジ部３２に対して材軸方向（スタッド材２８の長手方向）への圧縮方向応力が作用した場合において、フランジ部３２の圧縮耐力を向上することが可能になり、形鋼部材としての曲げ耐力を増加させることができる。さらに、スタッド材２８のフランジ部３２へ締結部材としてのドリルねじを打設する際には、フランジ部３２の面外変形が抑制されることで、ドリルねじの打設性能を高める効果が発揮される。加えて、補強部３４の突出部３８とフランジ部３２との間に空間部３９を形成することで、例えば、補強部３４を隙間なく１８０度曲げ（ヘミング曲げ）して突出部を形成する壁構造と比べて、突出部３８の最小曲げ部における曲率半径が大きくなる。このため、壁構造Ｓでは、スタッド材２８の突出部３８表面に生じる塑性ひずみを小さくすることができ、冷間成形を行った際の部材の成形精度を高めると共に、スタッド材２８を形成する金属板として亜鉛めっき鋼板を用いた場合においては、めっき層の損傷を抑制することができる。

【0053】

また、壁構造Ｓでは、スタッド材２８において、補強部３４のウェブ部３０側をフランジ部３２に重ねていることから、スタッド材２８の断面効率が向上する。

【0054】

壁構造Ｓでは、スタッド材２８が０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の関係を満たしていることから、スタッド材２８の展開長さを延ばすことによる重量増を抑制しつつ、フランジ部３２の端部３２Ａ側の面外方向の変形を抑制することができる。これにより、スタッド材２８の断面積あたりの弾性局部座屈耐力を効率的に高めることができる。

【0055】

壁構造Ｓでは、図２に示されるように、スタッド材２８の下端面２８Ｃをランナー材２４のウェブ部２４Ａに当接させ、スタッド材２８の上端面２８Ｄをランナー材２６のウェブ部２６Ａから離間した位置に配置している。このため、火災等による大幅な温度上昇によってスタッド材２８が長手方向に熱膨張しても、上端面２８Ｄとウェブ部２６Ａとの間の隙間によってスタッド材２８がランナー材２６のウェブ部２６Ａに接触することを抑制できる。これにより、通常の設計で予期せぬ圧縮力がスタッド材２８に作用することを回避できる。

【0056】

また、壁構造Ｓでは、下地骨組み２２の両面に壁材４０をそれぞれ取り付けている。ここで、下地骨組み２２を構成するスタッド材２８は、上記のようにフランジ部３２側から第１方向Ｙに沿って荷重Ｌが作用して曲げが生じた場合に、スタッド材２８の第２方向Ｚへの変位を抑制することができる。このため、スタッド材２８の横座屈耐力が向上し、下地骨組み２２の曲げ耐力が、横座屈によって設計で想定される部材耐力よりも低くなることを抑制することが可能になる。

【0057】

一般的な壁構造を使用した場合、例えばＪＩＳ Ａ６５１７で規定される壁下地において、その壁高さに関する適用範囲は最大５ｍとされている。したがって、下地骨組み２２のスタッド材２８にリップ溝形鋼を用いて５ｍよりも壁高さが高い壁を施工しようとした場合、リップ溝形鋼の断面における図心とせん断中心のずれによって、リップ溝形鋼のねじれや横座屈などの通常の予期せぬ変形が生じる可能性がある。したがって、これらの設計耐力よりも小さい荷重レベルでリップ溝形鋼が最大耐力に達することを避ける観点から、５ｍ以下の間隔で中間補剛梁を設ける必要があり、壁構造を構成するリップ溝形鋼の重量増加につながるとともに、施工現場での工数増加につながる。一方、本発明の断面形状が略Ｉ字形状で図心とせん断中心が一致する形鋼を、下地骨組み２２を構成するスタッド材２８に使用することで、上記のようにスタッド材２８の長手方向の中間部分に生じるねじれを抑制でき、間仕切壁２０の高さを５ｍより高くしても下地骨組み２２のねじれによる壁耐力の低下を抑制できる。このため、壁構造Ｓでは、隣接するスタッド材２８の間に中間補剛梁を設けることを省略することが可能となり、材料費を抑制するとともに、施工現場での組立工数を削減でき、経済的設計及び施工が可能となる。

【0058】

前述の実施形態では、壁材４０を下地骨組み２２の両面にそれぞれ取り付ける構成としているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、壁材４０を下地骨組み２２の片方の面のみに取り付ける構成としてもよい。

【0059】

また、前述の実施形態では、スタッド材２８の下端面２８Ｃがランナー材２４のウェブ部２４Ａに当接し、上端面２８Ｄがランナー材２６のウェブ部２６Ａに対して離間しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、スタッド材２８の下端面２８Ｃがランナー材２４のウェブ部２４Ａに対して離間し、上端面２８Ｄがランナー材２６のウェブ部２６Ａに当接する構成としてもよい。この場合においてもスタッド材２８の熱膨張を吸収する効果を得ることができる。

【0060】

さらに、前述の実施形態では、スタッド材２８の突出部３８とフランジ部３２との間に空間部３９を形成しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、図６に示されるスタッド材４８のように、補強部５０のウェブ部３０と反対側の端部側を略１８０度曲げ（ヘミング曲げ）して突出部５２を形成してもよい。このように突出部５２をヘミング曲げで形成することにより、補強部５０とフランジ部３２との重なる範囲を広げることができるため、スタッド材４８の断面あたりの弾性局部座屈耐力を効率的に高めることができる。また、スタッド材４８では、ドリルねじを用いてフランジ部へ壁材４０を取り付ける作業を考えた場合に、ドリルねじ打設時にねじの先端部が空間部３９に入り込み、ねじが傾く等の施工不良が生じる可能性を排除できる、という利点もある。

【0061】

また、前述の実施形態では、ウェブ部３０の短手方向の端部３０Ａをフランジ部３２の延びる方向の中央部に位置させているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、ウェブ部３０の短手方向の端部３０Ａがフランジ部３２の延びる方向の中央部よりも片方の端部に寄りに位置してもよい。

【0062】

次に、本発明の壁構造の効果を立証するため、本発明を適用した実施例１の間仕切壁と、比較例１の壁構造を適用した比較例１の間仕切壁に対して４点曲げに関する有限要素解析を行った。解析対象とした間仕切壁は、長さ（高さ）が５．５ｍｍであり、スタッド材を４５５ｍｍピッチで配置したものである。なお、スタッド材の両フランジ部には、それぞれ壁材としての石膏ボードがドリルねじで取り付けられていることを想定している。
また、実施例１の間仕切壁に用いるスタッド材（以下、適宜「実施例のスタッド材」と記載する。）は、前述した実施形態の壁構造で用いるスタッド材２８（図３参照）と同じ形状であり、寸法Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｗがそれぞれ１００ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、４５ｍｍであった。また、実施例１のスタッド材は、板厚１ｍｍの一枚の金属板を冷間成形して製造された部材であることを想定している。
一方、比較例１の間仕切壁に用いるスタッド材（以下、適宜「比較例１のスタッド材」と記載する。）は、前述した比較例１の壁構造で用いるスタッド材１００（図７参照）と同じ形状であり、寸法Ｌ０、Ｌ１、Ｗがそれぞれ１００ｍｍ、１５ｍｍ、５０ｍｍのリップ溝形断面形状を想定した。なお、比較例１のスタッド材は、板厚１．６ｍｍの一枚の金属板をロール成形して形成されている。想定される材料の降伏強度（ＹＰ）は表１に記載の通りである。

【0063】

間仕切壁を構成するスタッド材、各ランナー材、及び、石膏ボードをシェル要素でモデル化し、ドリルねじ剛塑性体のばね要素でモデル化した。なお、石膏ボードは弾性体を想定し、スタッド材および各ランナー材は弾塑性体を想定している。解析モデルは、支持スパンが５５００ｍｍの４点曲げを想定しており、壁の上下方向の端部から１３７５ｍｍの位置に面外方向への強制変形を与えた。解析より得られた間仕切壁の最大曲げモーメントをＭｍａｘとし、部材の断面形状から求まるスタッド材の曲げ降伏耐力Ｍｙとの比率を表１に示す。なお、表１おけるＺ、Ａ、ＹＰ、Ｍｍａｘは、それぞれスタッド材の断面係数（ｍｍ^３）、断面積（ｍｍ^２）、降伏強度（Ｎ／ｍｍ^２）、最大曲げモーメント（ｋＮｍ）を示している。また、表１におけるＭｙ（ｋＮｍ）は、断面係数Ｚに降伏強度ＹＰを乗じたものである。

【0064】

【表1】

【0065】

表１に示されるように、実施例１のスタッド材は、比較例１のスタッド材と比べて、Ｍｍａｘ／Ｍｙの値が改善していることが分かる。これは、比較例１のスタッド材の断面形状から実施例１のスタッド材の断面形状へ変化させることで、表１に示されるように、断面積が減少し、断面係数が増加し、また降伏耐力と最大曲げ耐力との比率が大きくなり、効率的に高い部材耐力が発揮されたことが確認できる。

【0066】

次に本実施形態のスタッド材における０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の関係を立証するため、本発明を適用した実施例２のスタッド材（図６のスタッド材４８）をもとに、固有値解析から得られた弾性局部座屈耐力と、フランジ部を単純支持板とみなした場合の弾性局部座屈耐力の比率σ_{ｃｒＦＳＭ}／σ_ｃｒｆにスタッド材展開長さの増分ｌ_ｉ／ｌ_ｎを乗じ、その値が１以上になる範囲を調べた。なお、実施例２のスタッド材の寸法Ｌ０、Ｌ２、Ｗは、それぞれ１００ｍｍ、２０ｍｍ、４５ｍｍであり、鋼材には板厚１．０ｍｍの鋼板の利用を想定している。また、ｌ_ｉは各スタッド材の断面仕様における展開長さを表し、ｌ_ｎはＬ１の長さが２ｍｍ（＝板厚の２倍）の突出部がない断面仕様におけるスタッド材の展開長さを表す。すなわちｌ_ｉ／ｌ_ｎは、板厚一定となる本実施例において、形鋼の製造に必要な鋼材量の比率に等しい。図９には結果を示す。

【0067】

図９に示されるように、０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３の範囲において、σ_{ｃｒＦＳＭ}／σ_ｃｒｆにｌ_ｉ／ｌ_ｎを乗じた値が１以上となった。この範囲は、本発明によるスタッド材に曲げが作用する場合の弾性局部座屈耐力がフランジ部を単純支持板とみなした場合よりも高い値となり、なおかつその上昇割合が鋼材重量の増分よりも大きい部材断面仕様を表す。すなわち、実施例２のスタッド材は、既知の設計法に基づく計算耐力に対して、鋼材重量の増分に見合った耐力上昇が期待できる断面仕様であることを表している。すなわち、解析結果から、上記範囲が０．０５５≦Ｌ１／Ｌ０≦０．２３を満たすことで、スタッド材の断面あたりの弾性局部座屈耐力を効率的に高めることが可能であることが分かる。

【0068】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0069】

２０ 間仕切壁（壁）
２２ 下地骨組み
２４ ランナー材（下ランナー材）
２６ ランナー材（上ランナー材）
２８ スタッド材
２８Ａ 下端部
２８Ｂ 上端部
３０ ウェブ部
３０Ａ 端部
３２ フランジ部
３４ 補強部
３６ リップ部
３８ 突出部
３９ 空間部
４０ 壁材
４８ スタッド材
５０ 補強部
５２ 突出部
ＦＣ 図心
Ｓ 壁構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】