承重墙以及使用了它的钢结构房 【技术领域】
本发明涉及由将型钢构架成矩形而成的钢结构框体、和固定在该钢结构框体上的构造用面材构成的承重墙(支承壁)以及使用了它的钢结构房(スチ一ルハウス)。
背景技术
一直以来就有由将型钢构架成矩形而成的钢结构框体、和固定在该钢结构框体上的构造用面材构成的承重墙(参照特开2001-55807号公报)。
即，该承重墙，是将由通常的框架结构墙施工法(2×4施工法)所得到的墙构造的框体用薄板轻型钢构成而成的。并且，作为构造用面材，通常使用9mm左右厚度的木质复合板。
另外，利用这样的承重墙构成了钢结构房。
但是，当在不能充分地配置承重墙的建筑物等中要求承重墙的高强度化时，存在着采用了上述木质复合板地承重墙很难充分地获得其耐震特性的问题。即，很难得到满足于以由建筑基准法所规定的中规模地震为对象的1次设计(容许应力强度设计)、以及以大规模地震为对象的2次设计(固有屈服强度设计)的剪切强度特性。
上述1次设计是承重墙不会因中规模地震而受到损伤的设计，上述2次设计是在大规模地震时吸收振动能量从而防止建筑物的倒塌的设计。
即，要求有剪切强度和振动能量吸收性。
另外，1次设计、2次设计所要求的值，因各种条件而不同。1次设计所要求的值，由建筑物的形状和布局条件来决定。2次设计所要求的值，由构造用面材其本身的特性支配。并且，在使用了具有在构造用面材的屈服后基本没有明显的屈服强度上升或屈服强度下降、并在面材屈服后还充分地变形(剪切变形角0.03rad)的特性的面材时，2次设计的值是1次设计的值的大约1.5倍。
即，在使用具有这样的特性的面材时，例如，如图11所示，在表示施加在承重墙的载荷和由此产生的剪切变形角的关系的图表中，点P、点Q所示的值，分别是1次设计、2次设计所要求的值(参照实施例3)。
可是，在作为上述构造用面材使用了木质复合板的情况下，2次设计的要求值增大为1次设计的值的大约2.0倍，有必要满足这一要求。
于是，通过利用将厚度增大为12mm的木质复合板来构成承重墙，可满足上述1次设计、2次设计。但是，这时，虽然承重墙的最大屈服强度增大了，但必须要有能够充分承受住与该最大屈服强度相当的载荷的钢结构框体和系紧螺栓、脚支板(ホ一ルダウン)金属件等固定件等。这是因为由建筑基准法规定了可与构造用面材的最大屈服强度相对应的框体和固定件等的强度。因而，在这种情况下，就会出现影响到成本增加的问题。
因此，作为上述承重墙的载荷-变形曲线，如图11的曲线L0所示，是在通过上述1次设计的要求值并且到达2次设计的要求值后，在屈服强度不变化的状态下继续变形的曲线，上述2次设计的要求值不是太大(1次设计的要求值的大约1.5倍左右)的曲线是理想的。以下称之为“理想曲线”。
相反，通过实现近似于该理想曲线的载荷-变形曲线，可实现剪切强度的确保、振动能量吸收性的确保、以及成本的降低。
【发明内容】
本发明是鉴于上述以往的问题点而开发完成的，其目的在于提供一种剪切强度优异并且可充分吸收振动能量的廉价的承重墙、以及使用了它的钢结构房。
第1项发明，是一种承重墙，它是包括将型钢框架组合成矩形而成的钢结构框体、和固定在该钢结构框体上的构造用面材构成的承重墙；其特征在于，上述构造用面材是由水泥板构成的，其中所述的水泥板，是通过使水泥类无机材料、含硅酸物质、轻质骨料和加强纤维分散在水中制成泥浆，将该泥浆抄制脱水形成单层板片，将该单层板片卷绕在制造滚筒上，层叠多层直至成为规定的厚度从而形成层叠板片，将该层叠板片从上述制造滚筒切离，进行挤压成形而制作成挤压板片，再将该挤压板片硬化养护而得到的(技术方案1)。
其次，对本发明的作用效果进行说明。
上述构造用面材，由于将上述轻质骨料以及加强纤维混合在原料中，因此可提高上述单层板片每1个的强度。
另外，上述构造用面材，如上所述，可通过形成将单层板片层叠而成的层叠板片来获得。即，上述构造用面材由于被形成为层状，所以剪切强度、韧性优良。
这样，由用上述那样的原料以及方法得到的水泥板构成的上述构造用面材，在具有充分的剪切强度的同时具有充分的韧性。
上述承重墙，由于是将该剪切强度以及韧性优良的构造用面材固定在上述钢结构框体上而成的，因此具有充分的剪切强度以及韧性。并且由于韧性良好而上述承重墙可较大地挠曲，并可充分吸收输入的振动能量。
另外，由上述水泥板构成的构造用面材，例如，可通过在上述层叠板片的形成时适当调整层叠数和板厚，将最大屈服强度调整到充分必要的大小。即，可防止过于加大最大屈服强度，并可防止产生使上述钢结构框体和系紧螺栓、脚支片金属件等的固定件等的强度极端地增大的必要性。因此，可得到廉价的承重墙以及构造躯体。
另外，根据上述的构成，对于上述承重墙的载荷-变形曲线而言，也可得到近似于上述理想曲线(参照图11的曲线L0)的曲线(参照实施例3)。特别是，通过在上述层叠板片的形成时适当调整层叠数，可使承重墙的载荷-变形曲线更接近上述理想曲线。
如以上所述，根据本发明，可提供剪切强度优良，并且可充分吸收振动能量的、廉价的承重墙。
第2项发明，是一种钢结构房，它是具有包括将型钢框架组合成矩形而成的钢结构框体、和固定在该钢结构框体上的构造用面材构成的承重墙的钢结构房；其特征在于，上述构造用面材由水泥板构成，其中所述的水泥板，是通过使水泥类无机材料、含硅酸物质、轻质骨料和加强纤维分散在水中制成泥浆，将该泥浆抄制脱水而形成单层板片，将该单层板片卷绕在制造滚筒上，层叠多层直至成为规定的厚度从而形成层叠板片，将该层叠板片从上述制造滚筒切离，进行挤压成形而制作成挤压板片，再将该挤压板片硬化养护而得到的(技术方案2)。
本钢结构房，由可实现近似于上述理想曲线(图11的曲线L0)的载荷-变形曲线的承重墙构成(参照实施例3)。
【附图说明】
图1是实施例1的承重墙的正视图。
图2是实施例1的承重墙的侧视图。
图3是实施例1的承重墙的俯视图。
图4是实施例1的钢结构框体的正视图。
图5是实施例1的钢结构框体的侧视图。
图6是图4的A-A线向视剖视图。
图7是实施例1的flow on(フロ一オン)式抄造机(抄造機)的说明图。
图8是实施例1的钢结构房的一部分的立体图。
图9是实施例2的heack(ハチエツク)式的抄造机的说明图。
图10是实施例3的剪切试验机的说明图。
图11是展示实施例3的各种承重墙的面内剪切强度特性的线图。
【具体实施方式】
在上述第1项发明(技术方案1)或第2项发明(技术方案2)中，作为上述型钢，可以使用例如使用了厚度0.8～1.6mm的薄板的薄板轻型钢。
另外，上述水泥类无机材料，由选自例如硅酸盐水泥、高炉炉渣水泥、烟灰水泥、火山灰(硅石)水泥、矾土(高铝)水泥、白色水泥等中的一种或两种或更多种而构成。
上述含硅酸物质，由选自例如炉渣、烟灰、硅砂、硅石粉、微硅粉、硅藻土等中的一种或两种或更多种而构成。
上述轻质骨料，由选自例如珍珠岩、蛭石、白砂质多孔材料(シラスバル一ン)、水泥板的废料粉碎物等中的一种或二种或更多种而构成。
上述加强纤维，由选自例如木质纸浆(NUKP、NBKP、LUKP、LBKP等)、木粉、木质纤维束等的木质加强纤维、聚丙烯纤维、维尼纶纤维、芳香族聚酰胺纤维等的合成加强纤维、海泡石、硅灰石等的矿物加强纤维等中的一种或两种或更多种而构成。
另外，在制作上述泥浆时，除了上述水泥类无机材料、含硅酸物质、轻质骨料、加强纤维之外，还可使例如甲酸钙、硫酸铝等的硬化促进剂、石蜡、黄蜡、表面活性剂等的防水剂和排水剂(拒水剂)等分散。
另外，上述泥浆的固态成分浓度(固体含量)，最好设为5～20质量％。由此，能够高效率地得到层叠板片的规定的厚度。在上述浓度不到5质量％的情况下，单层板片的厚度过薄，必须层叠多层直至达到规定的厚度，有可能使生产效率降低。另一方面，当超过20质量％时，单层板片的厚度过厚，有可能使脱水效率降低，并且使层叠界面的紧密接触性降低。
另外，上述构造用面材，优选例如厚度为10～15mm，比重为0.8～1.1，弯曲强度为8～14N/mm2。另外，上述层叠板片，优选为将上述单层板片层叠5～10张而成。
实施例1
利用图1～图8对本发明的实施例的承重墙以及使用了它的钢结构房进行说明。
上述承重墙1，如图1～图3所示，包括将型钢21构架成矩形而成的钢结构框体2(图4～图6)、和固定在该钢结构框体2上的构造用面材3。
上述构造用面材3，由按以下的方式得到的水泥板构成。
首先，使水泥类无机材料、含硅酸物质、轻质骨料和加强纤维分散在水里制成泥浆41。如图7所示，将该泥浆41抄制脱水而形成单层板片。将该单层板片卷绕在制造滚筒51上，层叠多层直至达到规定的厚度，从而形成层叠板片43。将该层叠板片43从上述制造滚筒51上切下。将该层叠板片43挤压成形而制作挤压板片，并将该挤压板片硬化养护。
之后，通过进行外形加工等，从而得到由上述水泥板构成的构造用面材3。
另外，作为上述型钢21，采用使用了厚度约1.0mm左右的薄板的薄板轻型钢。并且，如图5、图6所示，作为上述钢结构框体2的上下方向的纵向材料211，采用剖面大致C字形状的C型钢，作为左右方向的横向材料212，采用剖面大致コ形状的薄型钢。
另外，如图4、图6所示，在上述钢结构框体2的左右侧边上，分别配有将2根纵向材料211(C型钢)背面彼此重叠而后用小螺钉11固定而成的结构。并且，在上述左右的纵向材料211的下方的内侧，固定有用于将承重墙1固定在其固定基础上的脚支板23。
另外，在上述钢结构框体2的左右方向的大致中央部，配设有纵向材料211(C型钢)。
另外，如图5所示，在上述钢结构框体2的上边以及下边，将上述横向材料212(槽型钢)以使其开口面相对的方式分别配置。并且，该横向材料212和上述纵向材料211，用小螺钉11固定在一起。
如图1～图3所示，通过将上述构造用面材3固定在上述钢结构框体2的一面上从而得到承重墙1。即，将与上述钢结构框体2的外形大致相同形状的构造用面材3，用小螺钉12固定在上述钢结构框体2上。
其次，对上述构造用面材3的制造方法进行说明。
即，首先，将作为上述水泥类无机材料的硅酸盐水泥35质量％、作为上述含硅酸物质的炉渣25质量％和烟灰10质量％、作为上述轻质骨料的珍珠岩10质量％、作为上述加强纤维的木质纸浆10质量％、以及作为轻质骨料的废弃物(リジエクト)10质量％混合。
使该原料混合物分散在水中，制成固体成分(含量)约12质量％的泥浆41。
将该泥浆41，投入到图7所示的flow on式的抄造机5的原料箱52中。该抄造机5，具有上述制造滚筒51、原料流生成箱(原料フロ一ボツクス)56、吸气箱57、与上述制造滚筒51接触并且一面通过上述原料流生成箱56的下方以及上述吸气箱57的上面一面循环的毛毡55。
投入到上述原料箱52内的泥浆41，被提供给原料流生成箱56，从该原料流生成箱56流到上述毛毡55上。流到毛毡55上的泥浆41，通过上述吸气箱57的吸引而脱水。由此，在毛毡55上形成由薄的原料的层构成的单层板片。
以这种方式在毛毡55上形成的单层板片，通过被卷绕层叠在制造滚筒51上，从而形成层叠板片43。并且，在将单层板片层叠了7层的时刻，用切割机59将其切断、使其展开，将上述层叠板片43从制造滚筒51切离。之后，对层叠板片43进行挤压成形而制成挤压板片。
将该挤压板片在50～80℃、湿度90～100RH的条件下硬化养护7～30小时。
之后，通过进行外形加工，得到由上述水泥板构成的构造用面材3。该构造用面材3，厚10～15mm、比重0.8～1.1、弯曲强度8～14N/mm2。
另外，如图8所示，通过采用多个上述承重墙1，将它们组装起来，从而可构筑钢结构房6。
其次，对本例的作用效果进行说明。
上述构造用面材3，由于将上述轻质骨料以及加强纤维混合在原料中，因此可提高上述单层板片每1层的强度。
另外，上述构造用面材3，如上所述，可通过形成将单层板片层叠而成的层叠板片而获得。即，上述构造用面材3，由于被形成为层状，因此剪切强度、韧性优良。
这样，用上述那样的原料以及方法所得到的、由水泥板构成的上述构造用面材3，在具有充分的剪切强度的同时还具有充分的韧性。
上述承重墙1，由于是将像这样剪切强度以及韧性都优良的构造用面材3固定在上述钢结构框体2上而成的，因此具有充分的剪切强度以及韧性。并且由于韧性优良所以上述承重墙1可较大地挠曲，可充分地吸收输入的振动能量。
另外，由上述水泥板构成的构造用面材3，可通过在上述层叠板片的形成时适当调整层叠数和板厚，从而将最大屈服强度调整到必要且充分的大小。即，可防止使最大屈服强度过大，防止产生使上述钢结构框体2和小螺钉11、12等的强度极端地增大的必要性。因此，可得到廉价的承重墙。
另外，通过上述的构成，关于上述承重墙1的载荷-变形曲线，也可形成近似于上述理想曲线(图11的曲线L0)的曲线(参照实施例3)。特别是，通过在上述层叠板片的形成时适当调整层叠数，可使承重墙1的载荷-变形曲线更接近上述理想曲线。
如以上所述，根据本例，可提供剪切强度良好，并且可充分吸收振动能量的廉价的承重墙以及钢结构房。
实施例2
本例，如图9所示，是在制造构造用面材3时，采用所谓的hacek式的抄造机50的实施例。
该抄造机50，具有制造滚筒51、配设有旋转筒体(シリンダ一)53的多个吸入箱54、和一面与上述制造滚筒51和上述旋转筒体53接触一面在它们之间循环的毛毡55。
投入到上述抄造机50的原料箱52内的泥浆41，被提供给各吸入箱54，在上述旋转筒体53的外周表面脱水而形成薄的原料的层。该原料的层，被吸附在上述毛毡55上从而形成单层板片。另外，形成在上述多个旋转筒体53的外周表面上的原料的层，在上述毛毡55上重叠。
这样形成在毛毡55上的单层板片，通过卷绕层叠在制造滚筒51上，从而形成层叠板片43。然后，在将单层板片层叠了7层的时刻，用切割机59将其切断、使其展开，将上述层叠板片43从制造滚筒51切离。之后，对层叠板片43进行挤压成形而制成挤压板片。
以后，用与实施例1同样的方法制造构造用面材3。
此外，其他的与实施例1相同，根据本例也可得到和实施例1同样的作用效果。
实施例3
本例，如图10、图11所示，是对本发明的承重墙的面内剪切强度特性进行评价的例子。
作为试验体而使用的承重墙1，是在实施例1中所展示的承重墙(图1～图3)。该承重墙1的外形尺寸是纵3030mm，横910mm。钢结构框体2的前后宽是92mm，构造用面材2的厚度是12mm。
上述小螺钉12的固定位置，对于上述钢结构框体2的左右端的纵向材料211、和上边、下边的横向材料212，基本上间隔150mm。另外，对于配置在上述钢结构框体2的左右方向大致中央部的纵向材料211，基本上间隔300mm。另外，小螺钉12的直径是4.2mm。
剪切试验方法遵从(财)日本建筑中心评定书BCJ-LS-395“KC型钢结构房类型A”。
具体的说，如图10所示，将上述承重墙1放置在剪切试验机7上。该剪切试验机7，具有前后相对配置的2个固定台71、72、相对于一方的固定台71可向左右方向移动地安装的可动推压部73、和使该可动推压部73移动的缸体74。
上述可动推压部73，沿着上述承重墙1的上边13向左方或右方施加载荷。
由此，上述承重墙1，以向左方或右方挠曲的方式变形。测定此时的载荷和剪切变形角，表示两者的关系的是图11所示的载荷-变形曲线。与本发明的承重墙1相关的载荷-变形曲线，是标有标号L1的曲线。在图11中，纵轴是将上述载荷除以承重墙1的左右宽所得的值，横轴是剪切变形角。纵轴的载荷与承重墙1的屈服强度相对应。
在图11中，标有标号L0的曲线是上述理想曲线。即，是表现出在通过1次设计的要求值并且达到2次设计的要求值后，在屈服强度没有变化的状态下继续变形这样的变形特性的曲线。
在此，上述1次设计的要求值是11.0kN/m，上述2次设计的要求值是16.5kN/m。
如图11所示，本发明的承重墙1的变形曲线L1，非常近似于上述理想曲线L0。由此可知，根据本发明的承重墙1，可实现剪切强度的确保、振动能量吸收性的确保、以及成本的降低。
比较例
本例由于是比较例，因此是测定使用了与本发明品不同的其他各种构造用面材的承重墙的面内剪切强度特性的例子。实验方法是如上述实施例3所示的方法。
作为比较试料1，是将一般所采用的9mm木质复合板作为构造用面材来使用的例子。
作为比较试料2，是将12.5mm石膏板作为构造用面材来使用的例子。
作为比较试料3，是将12.5mm木质复合板作为构造用面材，并将相对于钢结构框体2的外周的小螺钉固定间隔设为75mm的例子。对于比较例3，采用直径4.8mm的小螺钉。
其他与实施例3相同。
对比较试料1、2、3测定面内剪切强度特性的结果，分别表示为图11的曲线L21、L22、L23。
即，比较试料1(曲线L21)以及比较试料2(曲线L22)，使1次设计以及2次设计的要求值较大地下移，最大屈服强度也不充分。并且，成为偏离上述理想曲线L0很远的载荷-变形曲线。
另外，比较试料3(曲线L23)，虽然满足1次设计以及2次设计的要求值，但其最大屈服强度太大，偏离上述理想曲线L0很远。
因而，便需要能够充分承受住这最大屈服强度的钢结构框体和系紧螺栓、脚支片金属件等固定件等，出现了导致成本增加的问题。
实施例4
本例是对本发明的承重墙所采用的构造用面材的物理性能，与其他的水泥板比较的例子。
即，对实施例1所示的构造用面材2，测定其挠曲量和比重。挠曲量是测定破坏时的试验体的中央部的变位(位移)所得的量。
对于挠曲量的测定，以JIS A 1408为基准，作为试验体，采用500×400mm，厚度12mm的试验体。
作为比较，对以下的比较试料4、5也进行同样的测定。
作为比较试料4，采用将在水泥75质量％、木片25质量％中添加适量的水而混合成的原料散布在样板上并挤压成形的、通过所谓的干式制法制造的水泥板。即，不添加轻质骨料、加强纤维，不是通过湿式制法所得到的。
作为比较试料5，采用通过干式制法制成的，由表里层和配置在它们之间的芯材料构成的三层结构的水泥板。即，是作为上述表里层，配置在水泥40质量％、硅砂25质量％、木片15质量％、木粉5质量％、废弃物15质量％中添加适量的水而混合成的原料，作为上述芯材料，配置在水泥35质量％、硅砂20质量％、木质纤维束10质量％、木片5质量％、废弃物28质量％、发泡聚苯乙烯2质量％中添加适量的水而混合成的原料。
再者，各试料，分别准备5个来进行测定(n＝5)。在表1中展示测定的结果。
表1 挠曲量(mm) 比重 本发明品 8～12 0.85～1.05 比较试料4 4～6 1.00～1.20 比较试料5 4～6 0.90～1.10
从表1可以看出，本发明的构造用面材，挠曲量大，比重低。因为挠曲量大，所以就可以说上述构造用面材韧性高。另外，比重低，便可以认为有利于振动能量的吸收性、韧性的提高。
产业上的可利用性
根据本发明，可提供剪切强度良好，并且可充分吸收振动能量的、廉价的钢结构房。