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JP7787401B2 - Panel material - Google Patents
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JP7787401B2 - Panel material - Google Patents

Panel material

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JP7787401B2 JP2022004631A JP2022004631A JP7787401B2 JP 7787401 B2 JP7787401 B2 JP 7787401B2 JP 2022004631 A JP2022004631 A JP 2022004631A JP 2022004631 A JP2022004631 A JP 2022004631A JP 7787401 B2 JP7787401 B2 JP 7787401B2
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Description

本開示は、パネル材に関する。 This disclosure relates to panel materials.

従来、外壁や床材等のパネル材に用いられる鋼材としての低伝熱形鋼が知られている。低伝熱形鋼は、例えば外壁において熱橋となるスタッドの溝形鋼のウェブに、1個以上の孔を空けることによって作製できる。 Low heat-conductive steel is known as a steel material used in panel materials such as exterior walls and flooring. Low heat-conductive steel can be produced, for example, by drilling one or more holes in the web of a channel steel stud, which acts as a thermal bridge in an exterior wall.

開けられた孔によって、一対のフランジの間に位置するウェブを経由する熱の移動経路の長さが延長されると共に、移動経路の断面積が縮小する。結果、ウェブの熱伝導率が小さくなるので、有孔のウェブを有する溝形鋼が用いられた低伝熱形鋼の断熱性能が高まる。有孔のウェブを有する溝形鋼が用いられた低伝熱形鋼の断熱性能は、例えば同形状及び同寸法の溝形鋼で比較すると、無孔のウェブを有する溝形鋼が用いられた場合より向上する。 The holes extend the length of the heat transfer path through the web located between the pair of flanges and reduce the cross-sectional area of the transfer path. As a result, the thermal conductivity of the web decreases, improving the insulating performance of low-heat-transfer steel sections that use channel steel with perforated webs. When comparing channel steel sections of the same shape and dimensions, for example, the insulating performance of low-heat-transfer steel sections that use channel steel with perforated webs is better than that of channel steel sections with non-perforated webs.

なお、本明細書では、以下、説明の便宜上、有孔のウェブを有するリップ溝形鋼を「低伝熱形鋼」と称すると共に、無孔のウェブを有するリップ溝形鋼を「通常形鋼」とも称する。 In this specification, for the sake of convenience, lip channel steel with a perforated web will be referred to as "low heat transfer steel," and lip channel steel with a non-perforated web will be referred to as "normal steel."

低伝熱形鋼に関する技術として、例えば特許文献1には、建物の壁材等のパネル材に用いられる、フレーム材としてのリップ溝形鋼が開示されている。特許文献1のリップ溝形鋼では、材軸方向に直交する面で切断した場合のウェブの断面積に関し、ウェブ高さ方向の中央位置の断面積を両端のフランジ近傍位置の断面積より小さくすることによって、ウェブの熱伝導率が低下する。特許文献1では、断面積を小さくする方法の例として、ウェブの板面に孔を空ける技術が開示されている。 As an example of technology related to low heat transfer steel, Patent Document 1 discloses lip channel steel as a frame material used in panel materials such as building wall materials. In the lip channel steel of Patent Document 1, the cross-sectional area of the web when cut at a plane perpendicular to the material axis is reduced by making the cross-sectional area at the center in the web height direction smaller than the cross-sectional area near the flanges at both ends, thereby reducing the thermal conductivity of the web. Patent Document 1 discloses a technique of drilling holes in the plate surface of the web as an example of a method for reducing the cross-sectional area.

また、特許文献2には、建築用金属板である溝形鋼のウェブの板面を側傍として切り起こすことによって、熱伝導率を小さくするための切れ目がウェブに形成された低伝熱形鋼が開示されている。 Patent Document 2 also discloses low-heat-conductivity steel sections in which the web of a channel steel structural metal plate is cut and raised at the sides, creating slits in the web to reduce thermal conductivity.

特開2000-87505号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-87505 特開2002-146936号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-146936

ここで、低伝熱形鋼の溝形鋼では、ウェブに開けられた孔が、ウェブの断面欠損として作用する。このため、パネル材の断熱性能が高められる。一方、構造性能の面では、有孔のウェブを有する溝形鋼の曲げ耐力は、無孔のウェブを有する溝形鋼の曲げ耐力より低くなる。特に、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼の低伝熱形鋼では、風圧等による曲げ荷重が、フランジに接合された面材からフランジに加わった際、低伝熱形鋼特有の歪み座屈、すなわち、ウェブの局所変形が発生し易いことが分かった。 Here, in low-heat-conductivity channel steel, the holes drilled in the web act as cross-sectional defects in the web. This improves the insulating performance of the panel material. However, in terms of structural performance, the bending strength of channel steel with perforated webs is lower than that of channel steel with non-perforated webs. In particular, it has been found that low-heat-conductivity lip channel steel with a plate thickness of 2.3 mm or less is prone to distortional buckling, a phenomenon unique to low-heat-conductivity steel, i.e., localized deformation of the web, when bending loads due to wind pressure, etc., are applied to the flanges from the face material joined to the flanges.

この点、特許文献1には、溝形鋼に曲げ荷重が加えられた際、低伝熱形鋼に特有の座屈を抑制し、強度を向上させる技術に関して何ら開示されていない。このため、特許文献1の技術だけでは、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼の低伝熱形鋼に特有の座屈に起因する強度低下の問題を解決できない。 In this regard, Patent Document 1 does not disclose any technology for suppressing buckling, which is specific to low-heat-transfer steel, and improving its strength when a bending load is applied to the channel steel. Therefore, the technology in Patent Document 1 alone cannot solve the problem of reduced strength caused by buckling, which is specific to low-heat-transfer steel, such as lip channel steel with a plate thickness of 2.3 mm or less.

また、特許文献2は、低伝熱形鋼に関する技術ではあるが、本発明者らが検討した結果、側傍が設けられた場合であっても、低伝熱形鋼のリップ溝形鋼に特有の座屈に起因する強度低下の問題を必ずしも十分に解決できない場合があることが分かった。このため、低伝熱形鋼のリップ溝形鋼において、座屈による耐力の低下を抑制可能な新規な技術が求められている。 Furthermore, while Patent Document 2 is a technology related to low heat transfer steel sections, the inventors' investigations have revealed that even when side walls are provided, it may not necessarily be possible to fully resolve the problem of reduced strength due to buckling, which is unique to lip channel steel sections made of low heat transfer steel sections. Therefore, there is a need for new technology that can suppress the reduction in strength due to buckling in lip channel steel sections made of low heat transfer steel sections.

本開示は、上記の問題に鑑み、低伝熱形鋼として有孔のウェブを有し、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼が用いられることによって断熱性能が高められたパネル材であって、低伝熱形鋼特有の座屈による耐力の低下を抑制できるパネル材を提供することを目的とする。 In light of the above-mentioned problems, the present disclosure aims to provide a panel material that has improved thermal insulation performance by using lip channel steel with a perforated web and a plate thickness of 2.3 mm or less as low heat transfer steel, and that can suppress the reduction in strength due to buckling that is unique to low heat transfer steel.

本開示の一態様に係るパネル材は、ウェブと一対のフランジと一対のリップとを有し、溝形鋼の断熱性能を向上させる孔がウェブに設けられ、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼と、少なくとも一方のフランジの板面に接合された面材と、を有し、面材が接合されたフランジに連続するリップの長さは、リップ溝形鋼のF値[N/mm]をFとすると共にリップ溝形鋼の板厚[mm]をtとしたとき、(240/√F)×tの式で定義される有効リップ長さ[mm]以上である。 A panel material according to one embodiment of the present disclosure comprises a lip channel steel having a web, a pair of flanges, and a pair of lips, the web having holes for improving the thermal insulation performance of the channel steel, the lip channel steel having a plate thickness of 2.3 mm or less, and a face material joined to the plate surface of at least one of the flanges, and the length of the lip continuing from the flange to which the face material is joined is equal to or greater than the effective lip length [mm] defined by the formula (240/√F) × t, where F is the F-value [N/ mm2 ] of the lip channel steel and t is the plate thickness [mm] of the lip channel steel.

本発明者らは、有孔のウェブを有し、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼を用いた低伝熱形鋼では、面材が接合されたフランジに対して外部から曲げ荷重が加わるときの、面材が接合され圧縮を受ける側であるフランジに連続するリップの長さを検討した。検討の結果、リップの長さが、有効リップ長さ[mm]以上である場合、リップの長さが必要リップ長さであること以外、同じ仕様のリップ溝形鋼と比べ、曲げ応力が上昇することが分かった。 The inventors investigated the length of the lip that connects to the flange to which the face material is joined and that is subjected to compression when an external bending load is applied to the flange to which the face material is joined, in low-heat-conductive steel sections that use lip channel steel with a perforated web and a plate thickness of 2.3 mm or less. As a result of the investigation, it was found that when the lip length is equal to or greater than the effective lip length [mm], the bending stress increases compared to lip channel steel of the same specifications, except that the lip length is the required lip length.

ここで、曲げ応力とはリップ溝形鋼のゆがみ座屈耐力を示している。なお、有効リップ長さを定義する式は、「薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き 第2版」(一般社団法人 日本鉄鋼連盟)P.56の表3.4.4.中に記載のリップの有効幅を算出する計算式と同じである。また、本発明者らの検討の結果、無孔の通常形鋼の場合、通常形鋼の曲げ応力は、リップの長さが有効リップ長さ以上に延長されても、リップの長さが必要リップ長さである場合の曲げ応力と比較して、上昇しないことが分かった。 Here, bending stress refers to the distortional buckling strength of the lip channel steel. The formula for defining the effective lip length is the same as the formula for calculating the effective lip width listed in Table 3.4.4 on page 56 of the "Guidelines for the Design of Lightweight Steel Buildings, Second Edition" (Japan Iron and Steel Federation). Furthermore, as a result of the inventors' research, it was found that in the case of non-perforated ordinary steel sections, even if the lip length is extended beyond the effective lip length, the bending stress of the ordinary steel section does not increase compared to the bending stress when the lip length is the required lip length.

このため、本開示の一態様に係るパネル材では、断熱性能が高められた低伝熱形鋼のリップ溝形鋼における、低伝熱形鋼特有の座屈による耐力の低下を抑制できる。 For this reason, the panel material according to one embodiment of the present disclosure can suppress the reduction in strength due to buckling, which is unique to low heat transfer steel, in lip channel steel made of low heat transfer steel with improved thermal insulation performance.

よって、本開示によれば、低伝熱形鋼として有孔のウェブを有し、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼が用いられることによって断熱性能が高められたパネル材であって、低伝熱形鋼特有の座屈による耐力の低下を抑制できるパネル材を提供できる。 Accordingly, this disclosure provides a panel material with improved thermal insulation performance achieved by using lip channel steel with a perforated web and a plate thickness of 2.3 mm or less as low heat transfer steel, and which can suppress the reduction in strength due to buckling that is unique to low heat transfer steel.

本開示の実施形態に係るパネル材を説明する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a panel material according to an embodiment of the present disclosure. 図2(A)は、本実施形態に係るフレーム部材のリップ溝形鋼のウェブの外面を正面から見た図であり、図2(B)は、図2(A)中の2B-2B線断面図である。FIG. 2(A) is a front view of the outer surface of the web of the lip channel steel of the frame member according to this embodiment, and FIG. 2(B) is a cross-sectional view taken along line 2B-2B in FIG. 2(A). スリットの結合部が直列配置である場合のウェブの外面を正面側から見た図である。FIG. 10 is a front view of the outer surface of the web when the slit joints are arranged in series. スリット率と熱貫流率低下率との関係を、スリットの配置パターンを異ならせて説明するグラフである。10 is a graph illustrating the relationship between the slit ratio and the rate of decrease in the coefficient of overall heat transmission, with different slit arrangement patterns. 実施例1に係る低伝熱形鋼のリップ溝形鋼の解析モデルの概要を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of an analytical model of a lip channel steel of a low heat transfer steel according to Example 1. 図6(A)は、実施例1に係る解析モデルの材軸方向中央部の断面変形を説明する図であり、図6(B)は、第1比較例に係る解析モデルの材軸方向中央部の断面変形を説明する図であり、図6(C)は、第2比較例に係る解析モデルの材軸方向中央部の断面変形を説明する図である。Figure 6(A) is a diagram explaining the cross-sectional deformation at the center of the material axis direction of the analysis model according to Example 1, Figure 6(B) is a diagram explaining the cross-sectional deformation at the center of the material axis direction of the analysis model according to the first comparative example, and Figure 6(C) is a diagram explaining the cross-sectional deformation at the center of the material axis direction of the analysis model according to the second comparative example. 実施例1と第1比較例と第2比較例とのそれぞれの解析モデルの中央部における変位と荷重との関係を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between displacement and load at the center of each of the analysis models of Example 1, the first comparative example, and the second comparative example. 実施例2の解析モデルにおける対有効リップ長さ比と短期曲げ耐力との関係を説明するグラフである。10 is a graph illustrating the relationship between the ratio of effective lip length to short-term bending strength in the analysis model of Example 2. 実施例2の解析モデルにおける対有効リップ長さ比と最大曲げ耐力との関係を説明するグラフである。10 is a graph illustrating the relationship between the ratio of effective lip length to maximum bending strength in the analysis model of Example 2. 第2比較例の解析モデルにおける対有効リップ長さ比と短期曲げ耐力との関係を説明するグラフである。10 is a graph illustrating the relationship between the ratio of effective lip length to short-term bending strength in the analysis model of the second comparative example.

以下に本開示の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一の部分及び類似の部分には、同一の符号又は類似の符号を付している。ただし、図面における厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Embodiments of the present disclosure are described below. In the following drawings, identical or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, the relationship between thickness and planar dimensions in the drawings, and the thickness ratios of each device and component, may differ from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined with reference to the following description. Furthermore, there are parts in which the dimensional relationships and ratios differ between the drawings.

<パネル材>
まず、本実施形態に係るパネル材を、図1~図4を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態に係るパネル材10は、フレーム材としてのリップ溝形鋼12と、上側のフランジ12Bに接合された面材14と、下側のフランジ12Bに接合された面材22と、を有する。上側の面材14と下側の面材22との間には、充填部材24が配置されている。なお、図1中では、リップ溝形鋼12の見易さのため、面材14,22の一部が例示的に分断されている。
<Panel material>
First, the panel material according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 4. As shown in Figure 1, the panel material 10 according to this embodiment includes a lip channel steel 12 as a frame material, a face material 14 joined to the upper flange 12B, and a face material 22 joined to the lower flange 12B. A filler member 24 is disposed between the upper face material 14 and the lower face material 22. Note that in Figure 1, portions of the face materials 14 and 22 are illustratively cut away to make the lip channel steel 12 easier to see.

(リップ溝形鋼)
リップ溝形鋼12は、ウェブ12Aと一対のフランジ12Bと一対のリップ12Cとを有する。リップ溝形鋼12は、一枚の鋼板から、例えば折り曲げ成形によって作製できる。本開示では、鋼板の板厚は、2.3mm以下である。
(Lip channel steel)
The lip channel steel 12 has a web 12A, a pair of flanges 12B, and a pair of lips 12C. The lip channel steel 12 can be made from a single steel plate by, for example, bending. In the present disclosure, the steel plate has a thickness of 2.3 mm or less.

本実施形態では、リップ溝形鋼12は、500MPa以上の高強度鋼板を用いて形成されてもよい。本明細書では、「高強度鋼板」とは、強度としてのF値が、500MPa以上、1000MPa以下である鋼板(鋼材)を意味する。また、「高強度鋼板」との対比において、F値が500MPa未満の鋼板を「通常鋼板」と称する場合がある。本実施形態では、例えば、通常鋼板としての400材のF値は、280MPaであると共に、高強度鋼板のF値は、500MPaである鋼材を使用しても良いし、高強度鋼板のF値が、500MPaの鋼材を使用しても良い。 In this embodiment, the lip channel steel 12 may be formed using a high-strength steel plate of 500 MPa or more. In this specification, "high-strength steel plate" refers to a steel plate (steel material) having an F-value, as a strength, of 500 MPa or more and 1000 MPa or less. In addition, in contrast to "high-strength steel plate," a steel plate having an F-value of less than 500 MPa may be referred to as "normal steel plate." In this embodiment, for example, a steel material may be used in which the F-value of 400 material as a normal steel plate is 280 MPa and the F-value of a high-strength steel plate is 500 MPa, or a steel material in which the F-value of a high-strength steel plate is 500 MPa may be used.

鋼板の強度としてのF値が1000MPaを超える場合、強度が高くなり過ぎるため、例えばロールフォーミング成形等、鋼板をリップ溝形鋼12へ成形する際の加工性が低下する。このため、本実施形態では、高強度鋼板の強度が1000MPa以下に特定されている。なお、本開示では、高強度鋼板の強度は、これに限定されず、適宜変更できる。 If the F-value, which indicates the strength of the steel plate, exceeds 1000 MPa, the strength becomes too high, resulting in reduced workability when forming the steel plate into lip channel steel 12, for example, by roll forming. For this reason, in this embodiment, the strength of the high-strength steel plate is specified to be 1000 MPa or less. However, in this disclosure, the strength of the high-strength steel plate is not limited to this and can be changed as appropriate.

(リップ)
本実施形態では、一対のリップ12Cのリップ長さLは、互いに等しいが、本開示では、一対のリップのリップ長さが、互いに異なってもよい。「リップ長さL」は、図2(B)に示すように、リップ溝形鋼12の材軸方向Dに直交する断面中で測ったリップ12Cの最大長さである。
(lip)
In the present embodiment, the lip lengths L of the pair of lips 12C are equal to each other, but in the present disclosure, the lip lengths of the pair of lips may be different from each other. The "lip length L" is the maximum length of the lip 12C measured in a cross section perpendicular to the material axis direction D of the lip channel steel 12, as shown in FIG. 2(B) .

ここで、本実施形態では、面材14と接合するフランジ12Bが、外部から、面材14の面外方向に沿った圧縮力、すなわち曲げを受けるものと仮定する。 Here, in this embodiment, it is assumed that the flange 12B, which is joined to the face material 14, is subjected to an external compressive force, i.e., bending, in the out-of-plane direction of the face material 14.

(面材)
図1に示すように、面材14は、板面を正面から見て、矩形状の建築部材である。面材14は、例えば、板状の下地部材や石膏ボード等である。本実施形態では、面材14は、外壁材であるが、本開示では、これに限定されず、例えば床材等の他のパネル材であってよい。また、本実施形態では、面材は、一対のフランジ12Bの両方に接合された場合が例示されたが、本開示では、これに限定されず、図1中の上側のフランジ12Bのみに接合されてもよいし、下側のフランジ12Bのみに接合されてもよい。
(Surface material)
As shown in FIG. 1 , the face material 14 is a rectangular building component when viewed from the front. The face material 14 is, for example, a plate-shaped base material or gypsum board. In the present embodiment, the face material 14 is an exterior wall material, but the present disclosure is not limited thereto and may be, for example, another panel material such as a flooring material. Furthermore, while the present embodiment illustrates a case in which the face material is joined to both of the pair of flanges 12B, the present disclosure is not limited thereto and may instead be joined to only the upper flange 12B or only the lower flange 12B in FIG. 1 .

また、図1中の上側の面材14と下側の面材22とは、同様の機能を有する部材であってもよいし、異なる機能を有する部材であってもよい。面材14は、接合部材20によって、少なくとも一方のフランジ12Bの板面に接合されればよい。 Furthermore, the upper face material 14 and the lower face material 22 in Figure 1 may be members having the same function, or may be members having different functions. The face material 14 only needs to be joined to the plate surface of at least one of the flanges 12B by the joining member 20.

(充填部材)
本実施形態では、充填部材24は、例えばグラスウールやセルロースファイバー等の断熱材であるが、本開示では、これに限定されず、適宜変更できる。また、本開示では、充填部材は、必須ではない。
(Filling member)
In the present embodiment, the filler member 24 is a heat insulating material such as glass wool or cellulose fiber, but the present disclosure is not limited to this and can be changed as appropriate. Also, the filler member is not essential in the present disclosure.

(接合部材)
接合部材20は、例えばビス等であって、フランジ12Bと面材14とを接合する建築部材である。図1中には、面材14の壁面を正面から見て、複数の接合部材20がリップ溝形鋼12の材軸方向に沿って直線状に配置されている。なお、本開示では、接合部材20の列の個数は、1列、又は2列以上、任意に設定できる。
(Joining member)
The joining members 20 are, for example, screws or the like, and are architectural components that join the flange 12B and the face material 14. In Fig. 1, when the wall surface of the face material 14 is viewed from the front, multiple joining members 20 are arranged linearly along the material axis direction of the lip channel steel 12. Note that in the present disclosure, the number of rows of joining members 20 can be set as desired, such as one row, two rows, or more.

(ウェブ)
図2(A)に示すように、本実施形態では、ウェブ12Aに、材軸方向Dに沿ってほぼ等しい間隔Gで直線状に配置された複数のスリット16が含まれる列が設けられる。複数のスリット16は、溝形鋼の断熱性能を向上させる孔である。複数のスリット16が含まれる列は、図2(A)中の上下方向に沿ってほぼ等しい間隔Gで3列形成される。なお、「材軸方向D」は、リップ溝形鋼12のウェブ12Aとフランジ12Bとが、図2(A)中の左右方向に沿って延びる方向である。すなわち、材軸方向Dは、長手方向と等しい。
(web)
As shown in FIG. 2(A), in this embodiment, the web 12A is provided with a row of slits 16 arranged linearly at approximately equal intervals G along the material axis direction D. The slits 16 are holes that improve the thermal insulation performance of the channel steel. Three rows of slits 16 are formed at approximately equal intervals G along the vertical direction in FIG. 2(A). Note that the "material axis direction D" is the direction in which the web 12A and flange 12B of the lip channel steel 12 extend along the left-right direction in FIG. 2(A). In other words, the material axis direction D is equal to the longitudinal direction.

図2(B)に示すように、「ウェブ高さHW」は、一方のフランジ12B側の端部から他方のフランジ12B側の端部までの間の上下方向の直線距離である。また、「フランジ幅WF」は、図2(B)中で、ウェブ12A側の端部からリップ12C側の端部までの間の左右方向の直線距離である。また、「リップ長さL」は、図2(B)中のリップ12Cにおける一方のフランジ12B側の端部から他方のリップ12Cの端部までの間の上下方向の直線距離である。例えば、図2(B)中の上側のリップ12Cのリップ長さLは、上側のフランジ12Bの上面と同じ高さに位置する上端部の上面と、この上側のリップ12Cの下端部の下面との間の直線距離である。 As shown in Figure 2(B), "web height HW" is the linear distance in the vertical direction from the end of one flange 12B to the end of the other flange 12B. Furthermore, "flange width WF" is the linear distance in the horizontal direction from the end of the web 12A to the end of the lip 12C in Figure 2(B). Furthermore, "lip length L" is the linear distance in the vertical direction from the end of one flange 12B of the lip 12C to the end of the other lip 12C in Figure 2(B). For example, the lip length L of the upper lip 12C in Figure 2(B) is the linear distance between the upper surface of the upper end, which is located at the same height as the upper surface of the upper flange 12B, and the lower surface of the lower end of this upper lip 12C.

また、本開示では、スリット16が含まれる列の個数は、3列に限定されず、1列であってもよいし、或いは5列等、2列以上の任意の複数列であってよい。なお、断熱性能の向上の観点から、3つ以上のスリット16の列が形成されることが望ましい。 Furthermore, in the present disclosure, the number of rows containing slits 16 is not limited to three rows, but may be one row, or any number of rows of two or more, such as five rows. From the perspective of improving thermal insulation performance, it is desirable to form three or more rows of slits 16.

また、本開示では、1つの列中で隣接するスリット16同士の材軸方向Dの間隔Gが等しい場合に限定されず、それぞれ異なってよい。また、ウェブ高さ方向で隣接する列と列との間隔Gも、等しい場合に限定されず、それぞれ異なってよい。また、スリット16の長手方向の端部の形状は、応力集中を避けるため、図1中に例示したように、円弧状が好ましい。 In addition, in the present disclosure, the spacing G in the material axis direction D between adjacent slits 16 in one row is not limited to being equal, but may be different. Furthermore, the spacing G between adjacent rows in the web height direction is also not limited to being equal, but may be different. Furthermore, in order to avoid stress concentration, it is preferable that the shape of the longitudinal end of the slit 16 be arc-shaped, as shown in Figure 1.

(結合部)
本実施形態では、ウェブ12Aにおいて、1つの列中で隣接する、一定の長さMを有する直線状のスリット16同士の材軸方向Dの間隔Gが形成される部分に、ウェブ12Aの板部材を高さ方向に結合する結合部18が構成される。
(joint part)
In this embodiment, a connecting portion 18 is formed in the web 12A at a portion where a gap G in the material axis direction D is formed between adjacent linear slits 16 having a constant length M in a row of the web 12A, connecting the plate members of the web 12A in the height direction.

本開示では、ウェブ12Aに開けられる孔の形状及び寸法は、スリットに限定されず、適宜変更できる。また、本開示では、1つの列に含まれるスリットの個数は、2つ以上であれば任意である。本開示では、部材としての必要な強度が確保できる限り、少なくとも1つの結合部が形成されればよい。 In the present disclosure, the shape and dimensions of the holes drilled in the web 12A are not limited to slits and can be changed as appropriate. Furthermore, in the present disclosure, the number of slits included in one row can be any number as long as it is two or more. In the present disclosure, it is sufficient that at least one connecting portion is formed, as long as the necessary strength as a component is ensured.

本実施形態では、ウェブ12Aの板面を正面から見た平面視で、3つのスリット16の列に含まれる複数の結合部18の配置パターンは、千鳥配置である。具体的には、3つの列にそれぞれ含まれるスリット16は、ウェブ高さ方向に沿った直線上で重ならないようにずれて配置される。 In this embodiment, in a plan view of the front surface of the web 12A, the arrangement pattern of the multiple connecting portions 18 included in the three rows of slits 16 is staggered. Specifically, the slits 16 included in each of the three rows are offset so as not to overlap on a straight line along the web height direction.

換言すると、スリット16が千鳥配置である場合、ウェブ12Aの板面を正面から見て、一方のフランジ12B側から他方のフランジ12B側に向かって熱が移動する経路が、ウェブ高さHWと同じ最短距離である状態の形成が阻害される。なお、「スリット16が千鳥配置である」場合には、「結合部18が千鳥配置である」場合が生じ得る。 In other words, if the slits 16 are staggered, when the plate surface of the web 12A is viewed from the front, the path along which heat moves from one flange 12B side to the other flange 12B side is prevented from being the shortest distance equal to the web height HW. Furthermore, when the slits 16 are staggered, it is possible that the connecting portions 18 will also be staggered.

また、本開示では「スリットが千鳥配置である状態」とは、ウェブ12Aに形成されたスリット16の列のすべてにおいて、スリットが千鳥配置である場合に限定されない。本開示では、スリットが千鳥配置である状態が、材軸方向D及びウェブ高さ方向の少なくとも一方において部分的に形成された場合も「スリットが千鳥配置である状態」に含まれ得る。 In addition, in this disclosure, "a state in which the slits are staggered" is not limited to a state in which the slits are staggered in all rows of slits 16 formed in the web 12A. In this disclosure, "a state in which the slits are staggered" can also include a state in which the slits are staggered partially in at least one of the material axis direction D and the web height direction.

なお、本開示では、複数のスリットの配置パターンは、千鳥配置に限定されない。図3に示すように、スリット16同士が、ウェブ高さ方向(図3中の上下方向)に沿った直線上で重なるように配置された直列配置であってもよい。 Note that in the present disclosure, the arrangement pattern of the multiple slits is not limited to a staggered arrangement. As shown in Figure 3, the slits 16 may also be arranged in series so that they overlap on a straight line along the web height direction (the up-down direction in Figure 3).

(スリット率)
本開示では、スリット率は、ウェブ12Aにおける材軸方向Dで隣接するスリット16の間隔Gの和をスリット16の長さMの和で除して定義される。なお、本開示では、「スリットの間隔」には、2つのスリットに挟まれた位置に形成される間隔と、材軸方向のウェブの端部で1つのスリットと端部との間に形成される間隔との両方が含まれる。
(Slit ratio)
In the present disclosure, the slit ratio is defined as the sum of the spacings G between adjacent slits 16 in the material axis direction D of the web 12A divided by the sum of the lengths M of the slits 16. Note that in the present disclosure, the "slit spacing" includes both a spacing formed between two slits and a spacing formed between one slit and the other end of the web in the material axis direction.

(熱貫流率低下率の解析試験)
図4中には、有限要素数値解析(FEM)を用いて、異なるスリット率を有するリップ溝形鋼12の低伝熱形鋼を用いたパネル材の熱貫流率を解析した結果から算出された熱貫流率低下率が例示されている。具体的には、結合部18の配置パターンが直列配置であるリップ溝形鋼12の解析モデルの熱貫流率低下率と、結合部18の配置パターンが千鳥配置であるリップ溝形鋼12の解析モデルの熱貫流率低下率とが、それぞれ例示されている。
(Analysis test of heat transmission coefficient reduction rate)
4 illustrates the heat transmission coefficient reduction rate calculated from the results of analyzing the heat transmission coefficient of panel materials using low heat transfer steel of lip channel steel 12 with different slit ratios using finite element numerical analysis (FEM). Specifically, the heat transmission coefficient reduction rate of an analytical model of lip channel steel 12 in which the joints 18 are arranged in a series pattern and the heat transmission coefficient reduction rate of an analytical model of lip channel steel 12 in which the joints 18 are arranged in a staggered pattern are illustrated.

図4中の2つの解析モデルで用いられたリップ溝形鋼12は、結合部18の配置パターン以外は、互いに同形状及び同寸法である。また、図4中では、結合部18の配置パターンが千鳥配置である場合のデータ点が、5つの黒丸で例示されると共に、結合部18の配置パターンが直列配置である場合のデータ点が、7つの白丸で例示されている。 The lip channel steel 12 used in the two analysis models in Figure 4 have the same shape and dimensions, except for the arrangement pattern of the joints 18. Also, in Figure 4, data points for a staggered arrangement of the joints 18 are illustrated by five black circles, and data points for a serial arrangement of the joints 18 are illustrated by seven white circles.

解析試験1では、解析用モデルとして、スタッド材であるリップ溝形鋼12の低伝熱形鋼に、構造用の一方側の面材14、充填部材24としての断熱材、及び他方側の面材22としての石膏ボードが取り付けられた外壁部材を、スリット率を異ならせて5つ設定した。具体的には、図2(A)中に例示された3列のスリット16の列を有するリップ溝形鋼12の形状において、スリット16の長さMと間隔Gとを変更することによって、それぞれのスリット率を異ならせた。設定された5つの結合部18の配置パターンは、いずれも千鳥配置である。そして、設定された解析用モデルを対象として解析を実行することによって、それぞれの熱貫流率を解析した。 In analysis test 1, five exterior wall components with different slit ratios were set up as analysis models. Each component was made of low-heat-conductivity lip channel steel 12 (a stud material), with one structural face plate 14, insulation as a filler member 24, and gypsum board as a face plate 22 attached to the other. Specifically, in the shape of the lip channel steel 12 having three rows of slits 16 illustrated in Figure 2(A), the length M and spacing G of the slits 16 were changed to vary the slit ratio. The five joints 18 were all arranged in a staggered pattern. An analysis was then performed using the set analysis models to analyze the respective thermal transmittances.

また、対比用の基準モデルとして、解析用モデルと同形状及び同寸法であって、無孔のウェブ12Aを有するリップ溝形鋼12を設定した。そして、設定された基準モデルを対象として解析を実行することによって、基準モデルの熱貫流率を解析した。 In addition, a lip channel steel 12 with the same shape and dimensions as the analytical model and a non-perforated web 12A was set as a reference model for comparison. An analysis was then performed on the set reference model to analyze the thermal conductivity of the reference model.

図4中のグラフの縦軸の「熱貫流率低下率」は、スリット16を有する解析モデルの熱貫流率を、基準モデルの熱貫流率で除して得た値である。熱貫流率低下率の値が大きい、すなわち、熱貫流率低下率の値が1に近い程、低下の度合いが小さいため、断熱性能が改善されないことを意味する。一方、熱貫流率低下率の値が小さい程、低下の度合いが大きいため、断熱性能が改善されることを意味する。 The "Decrease in Heat Transmission Coefficient" on the vertical axis of the graph in Figure 4 is the value obtained by dividing the heat transmission coefficient of the analytical model with slits 16 by the heat transmission coefficient of the reference model. A larger decrease in heat transmission coefficient, i.e., the closer the decrease in heat transmission coefficient is to 1, means that the degree of decrease is small and therefore the thermal insulation performance is not improved. On the other hand, a smaller decrease in heat transmission coefficient means that the degree of decrease is large and therefore the thermal insulation performance is improved.

図4中の黒丸のデータ点から分かるように、結合部18が千鳥配置であると、スリット率が20%以下の場合、熱貫流率低下率が85%以下になる。換言すると、断熱性能を15%以上改善することが可能になる。一方、スリット率が20%を超える場合、断熱性能の改善率が15%未満になる。 As can be seen from the data points marked with black circles in Figure 4, when the joints 18 are arranged in a staggered pattern, the reduction in heat transmission coefficient is 85% or less when the slit ratio is 20% or less. In other words, it is possible to improve the insulation performance by 15% or more. On the other hand, when the slit ratio exceeds 20%, the improvement in insulation performance is less than 15%.

また、断熱性能の観点では、スリット率は小さい方が好ましいものの、スリット率が小さ過ぎると、リップ溝形鋼12の構造部材としての強度、すなわち、構造性能が不安定になる。このため、本実施形態では、構造性能と断熱性能とをバランスよく両立可能な範囲として、スリット率は、5%以上、20%以下の範囲で設定される。なお、本開示では、スリット率の範囲は、これに限定されず、リップ溝形鋼12の所望の仕様に応じて適宜変更できる。 Furthermore, from the perspective of thermal insulation performance, a smaller slit ratio is preferable, but if the slit ratio is too small, the strength of the lip channel steel 12 as a structural member, i.e., its structural performance, becomes unstable. For this reason, in this embodiment, the slit ratio is set in the range of 5% or more and 20% or less, which is a range that achieves a good balance between structural performance and thermal insulation performance. Note that in the present disclosure, the slit ratio range is not limited to this and can be changed as appropriate depending on the desired specifications of the lip channel steel 12.

また、図4中の白丸のデータ点から分かるように、結合部18が直列配置であっても、スリット率が、5%以上、20%以下の範囲内で設定される場合、断熱性能を有効に改善できる。ただし、同じスリット率であっても、結合部18が千鳥配置であるリップ溝形鋼12の解析モデルの方が、結合部18が直列配置であるリップ溝形鋼12の解析モデルより、熱貫流率低下率が小さいため、断熱性能がより改善される。 Furthermore, as can be seen from the data points marked with white circles in Figure 4, even when the joints 18 are arranged in series, thermal insulation performance can be effectively improved if the slit ratio is set within the range of 5% or more and 20% or less. However, even with the same slit ratio, the analytical model of lip channel steel 12 with staggered joints 18 has a smaller rate of decrease in thermal transmittance than the analytical model of lip channel steel 12 with serial joints 18, resulting in a greater improvement in thermal insulation performance.

(リップの長さ)
次に、本実施形態に係るリップ12Cのリップ長さLについて、具体的に説明する。まず、低伝熱形鋼でない通常形鋼のリップ溝形鋼においては、通常、リップ長さLとして、必要リップ長さが確保されれば済む。しかし、本実施形態では、面材14が接合されたフランジ12Bに連続するリップ長さLが、必要リップ長さより長い、有効リップ長さ以上に設定される。
(Lip length)
Next, the lip length L of the lip 12C according to this embodiment will be specifically described. First, in lip channel steel made of ordinary steel, not low heat transfer steel, it is usually sufficient to ensure the required lip length as the lip length L. However, in this embodiment, the lip length L continuing from the flange 12B to which the face plate 14 is joined is set to be longer than the required lip length, i.e., equal to or greater than the effective lip length.

(必要リップ長さ)
必要リップ長さは、「薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き 第2版」(一般社団法人 日本鉄鋼連盟)P.83の記載に基づき、以下の計算式によって定義される。


min:必要リップ長さ[mm]
b:リップ溝形鋼等のフランジの板要素の幅[mm]
F: リップ溝形鋼のF値[N/mm
t:リップ溝形鋼の板厚[mm]
(required lip length)
The required lip length is defined by the following formula based on the description on page 83 of "Guidelines for the Design of Lightweight Steel Buildings, Second Edition" (Japan Iron and Steel Federation).


C min : Required lip length [mm]
b: Width of flange plate element of lip channel steel etc. [mm]
F: F value of lip channel steel [N/mm 2 ]
t: thickness of lip channel steel [mm]

(有効リップ長さ)
また、有効リップ長さは、「薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き 第2版」(一般社団法人 日本鉄鋼連盟)P.56の表3.4.4.中に記載の「リップの有効幅」と同じである。具体的には、下記の計算式によって定義される。

有効リップ長さ[mm]=(240/√F)×t
(effective lip length)
The effective lip length is the same as the "effective lip width" described in Table 3.4.4 on page 56 of the "Guidelines for the Design of Lightweight Steel Buildings, Second Edition" (Japan Iron and Steel Federation). Specifically, it is defined by the following formula:

Effective lip length [mm] = (240/√F) × t

なお、板厚tは、「薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き 第2版」P.52の有効断面の構造計算に関する「(1)鋼材の板厚」に記載された設計板厚に従って設定される。すなわち、原則として、公称板厚90%の板厚が用いられる。 The plate thickness t is set in accordance with the design plate thickness described in "(1) Steel Plate Thickness" in the "Guidelines for the Design of Lightweight Steel Buildings, Second Edition," section on page 52, regarding the structural calculation of effective sections. In other words, as a general rule, a plate thickness of 90% of the nominal plate thickness is used.

また、曲げ材の有効断面の配置は、「薄板軽量形鋼造建築物設計の手引き 第2版」P.55の図3.4.5.中に記載の配置、及び、P.56の「(6)曲げ材の有効断面係数Ze」の記載に従って設定される。すなわち、曲げ材の許容応力度の算出では、強軸曲げを受けるリップ溝形鋼12の圧縮側のフランジ12Bについて、圧縮側と同等の無効部分を設けて評価する場合と、板要素全体を有効とみなす場合とに応じて、曲げ材の有効断面の配置は異なる。 The arrangement of the effective cross section of the bending member is set in accordance with the arrangement shown in Figure 3.4.5 on page 55 of the "Guidelines for the Design of Lightweight Steel Buildings, Second Edition," and in accordance with the description in "(6) Effective Section Modulus Ze of Bending Members" on page 56. In other words, when calculating the allowable stress of bending members, the arrangement of the effective cross section of the bending member differs depending on whether the flange 12B on the compression side of the lip channel steel 12 subjected to strong axis bending is evaluated with an ineffective portion equivalent to that on the compression side, or whether the entire plate element is considered effective.

次に、リップ長さLが有効リップ長さ以上に設定された、本実施形態に係るパネル材10のリップ溝形鋼12について行われた実施例1及び実施例2を、図5~図9を参照して説明する。 Next, Examples 1 and 2, which were carried out on the lip channel steel 12 of the panel material 10 according to this embodiment, in which the lip length L was set to be equal to or greater than the effective lip length, will be described with reference to Figures 5 to 9.

<実施例1:変位と荷重との関係>
実施例1では、FEMを用いて、リップ溝形鋼12の面外方向に沿って作用する圧縮力に対する耐力を測定する解析を実行した。なお、低伝熱形鋼に作用する荷重としては曲げが支配的となるため、ここでは、低伝熱形鋼のリップ溝形鋼12に作用する力には、材軸方向Dに沿った圧縮力、すなわち軸力は、含まれないものと仮定する。
Example 1: Relationship between displacement and load
In Example 1, an analysis was performed using FEM to measure the resistance strength of the lip channel steel 12 to a compressive force acting along the out-of-plane direction. Note that, since bending is the dominant load acting on low heat-transfer steel, it is assumed here that the force acting on the lip channel steel 12 of low heat-transfer steel does not include a compressive force along the material axis direction D, i.e., an axial force.

具体的には、図5に示すように、解析モデルを設定した。解析モデルの材軸方向Dの長さは、3900mmであり、ウェブ高さは、100mmであり、フランジ幅WFは、50mmであり、板厚は、1.6mmである。実施例1では、リップ長さLを、10mm、20mm、30mm、及び40mmの4種類のパラメータとして設定した。 Specifically, an analytical model was set up as shown in Figure 5. The length in the material axis direction D of the analytical model was 3900 mm, the web height was 100 mm, the flange width WF was 50 mm, and the plate thickness was 1.6 mm. In Example 1, the lip length L was set as one of four parameters: 10 mm, 20 mm, 30 mm, and 40 mm.

解析では、図5中の解析モデルのリップ溝形鋼の上フランジ側に面材14が接合されると仮定した。また、リップ溝形鋼を材軸方向Dに4等分し、両端側の2点の位置に、図7中で上側から下側に向かう鉛直方向の強制変位を設定することによって、中央側の2点間に挟まれた中央部に力を加える4点曲げ試験を実行した。また、横座屈が生じないように、中央部のフランジ幅方向の変位は拘束した。また、境界条件として、リップ溝形鋼の材軸方向Dの一端はピン支持であり、かつ、他端はローラー支持であるように設定した。 In the analysis, it was assumed that the face plate 14 was joined to the upper flange side of the lip channel steel of the analytical model in Figure 5. Furthermore, the lip channel steel was divided into four equal parts in the material axis direction D, and a four-point bending test was performed in which a forced vertical displacement from top to bottom in Figure 7 was set at two points on both ends, applying force to the central part sandwiched between the two central points. Furthermore, displacement of the central part in the flange width direction was restrained to prevent lateral buckling. Furthermore, as a boundary condition, one end of the lip channel steel in the material axis direction D was set to be pin-supported, and the other end was set to be roller-supported.

そして、設定された解析モデルのそれぞれに対して荷重を負荷し、材軸方向Dの中央部の変形状態を解析した。また、解析結果から、それぞれの曲げ耐力を測定した。以下、リップ長さLが有効リップ長さ以上であるリップ溝形鋼12の解析結果を実施例1として説明する。また、リップ長さLが有効リップ長さ未満であるリップ溝形鋼12の解析結果を第1比較例として説明する。 A load was then applied to each of the set analysis models, and the deformation state at the center in the material axis direction D was analyzed. The bending strength of each model was also measured based on the analysis results. Below, the analysis results for a lip channel steel 12 in which the lip length L is equal to or greater than the effective lip length will be described as Example 1. The analysis results for a lip channel steel 12 in which the lip length L is less than the effective lip length will be described as Comparative Example 1.

また、無孔のウェブ12Aを有するリップ溝形鋼である通常形鋼についても、第2比較例として、実施例1及び第1比較例と同様の解析及び測定を実施した。なお、第2比較例にかかるリップ溝形鋼の仕様は、無孔である点とリップ長さLが12mmである点以外の仕様は、実施例1に係るリップ溝形鋼12の仕様と同様である。 In addition, the same analysis and measurements as in Example 1 and Comparative Example 1 were also performed on a regular section steel, which was a lip channel steel having a non-perforated web 12A, as Comparative Example 2. The specifications of the lip channel steel in Comparative Example 2 were the same as those of the lip channel steel 12 in Example 1, except that it was non-perforated and the lip length L was 12 mm.

図6(A)~図6(C)中には、上側から圧縮力が作用する前の材軸方向Dの中央部の断面形状が破線で例示されていると共に、上側から圧縮力が作用した後の最大耐力時に、下側にたわみ、かつ、変形した断面形状の状態が、実線で例示されている。図6(A)中には、有効リップ長さ以上のリップ長さLを有する実施例1に係る解析モデルの断面形状が例示されている。また、図6(B)中には、有効リップ長さ未満のリップ長さLを有する第1比較例に係る解析モデルの断面形状が例示されている。また、図6(C)中には、通常形鋼の第2比較例に係る解析モデルの断面形状が例示されている。 In Figures 6(A) to 6(C), the cross-sectional shape of the center in the material axis direction D before a compressive force is applied from above is shown by a dashed line, and the state of the cross-sectional shape deflected and deformed downward at the maximum yield strength after a compressive force is applied from above is shown by a solid line. Figure 6(A) illustrates the cross-sectional shape of the analytical model for Example 1, which has a lip length L equal to or greater than the effective lip length. Figure 6(B) illustrates the cross-sectional shape of the analytical model for Comparative Example 1, which has a lip length L less than the effective lip length. Figure 6(C) illustrates the cross-sectional shape of the analytical model for Comparative Example 2 of ordinary steel.

図6(A)及び図6(B)に示すように、実施例1の座屈変形は、第1比較例の場合より抑制された。なお、図6(C)中に例示された第2比較例に係る解析モデルでは、材軸方向Dの中央部は下側にたわんでいるものの、全体の断面形状は大きく変形せず、結果、実施例1及び第1比較例のような座屈変形は、ほとんど生じなかった。 As shown in Figures 6(A) and 6(B), buckling deformation in Example 1 was suppressed more than in the case of the first comparative example. In the analytical model for the second comparative example illustrated in Figure 6(C), although the central portion in the material axis direction D was bent downward, the overall cross-sectional shape was not significantly deformed. As a result, buckling deformation like that in Example 1 and the first comparative example hardly occurred.

また、図7中には、実施例1と第1比較例と第2比較例とについて、材軸方向Dの中央部の鉛直方向の変位δyと荷重Pとの関係を示すそれぞれの軌跡が例示されている。図7中に点線で例示されたリップ長さLが10mmの低伝熱形鋼は、第1比較例に係るリップ溝形鋼である。図7中に一点鎖線で例示されたリップ長さLが20mmの低伝熱形鋼と、細い実線で例示されたリップ長さLが30mmの低伝熱形鋼と、太い実線で例示されたリップ長さLが40mmの低伝熱形鋼とは、実施例1に係るリップ溝形鋼12である。また、図7中に破線で例示されたリップ溝形鋼は、第2比較例に係る通常形鋼のリップ溝形鋼である。 Figure 7 also illustrates the relationship between the vertical displacement δy at the center of the material axis direction D and the load P for Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. The low heat-transfer steel with a lip length L of 10 mm illustrated by the dotted line in Figure 7 is the lip channel steel of Comparative Example 1. The low heat-transfer steel with a lip length L of 20 mm illustrated by the dashed-dotted line in Figure 7, the low heat-transfer steel with a lip length L of 30 mm illustrated by the thin solid line, and the low heat-transfer steel with a lip length L of 40 mm illustrated by the thick solid line are the lip channel steel 12 of Example 1. The lip channel steel illustrated by the dashed line in Figure 7 is the lip channel steel of a normal section steel of Comparative Example 2.

図7に示すように、実施例1に係るリップ長さLが20mmの低伝熱形鋼では、通常形鋼の最大荷重の約85%程度の最大荷重まで耐えることができたことが分かる。また、実施例1に係るリップ長さLが30mmの低伝熱形鋼の場合の最大荷重と、実施例1に係るリップ長さLが40mmの低伝熱形鋼の最大荷重は、いずれも通常形鋼の最大荷重以上であった。実施例1に係るリップ溝形鋼12では、有孔のウェブ12Aを有する低伝熱形鋼であっても、断面欠損による耐力低下を抑制できることが分かった。 As shown in Figure 7, the low heat transfer steel with a lip length L of 20 mm according to Example 1 was able to withstand a maximum load of approximately 85% of the maximum load of normal steel. Furthermore, the maximum load for the low heat transfer steel with a lip length L of 30 mm according to Example 1 and the maximum load for the low heat transfer steel with a lip length L of 40 mm according to Example 1 were both greater than the maximum load for normal steel. It was found that the lip channel steel 12 according to Example 1 was able to suppress a decrease in yield strength due to cross-sectional defects, even when the low heat transfer steel had a perforated web 12A.

<実施例2:短期曲げ耐力上昇率とリップ長さとの関係>
次に、実施例2では、リップ長さLを変化させた場合のリップ溝形鋼12の短期曲げ耐力について、FSM(有限帯板法)を用いて解析した。解析モデルは、リップ長さL以外の仕様は、実施例1の場合と同様に設定した。また、図8に示すように、実施例2では、解析モデルの板厚を、1.2mm、1.6mm、及び2.3mmの3種類に異ならせて設定した。
Example 2: Relationship between short-term bending strength increase rate and lip length
Next, in Example 2, the short-term bending strength of the lip channel steel 12 when the lip length L was changed was analyzed using the finite strip method (FSM). The specifications of the analytical model were set to be the same as those in Example 1 except for the lip length L. Also, as shown in Fig. 8, in Example 2, the plate thickness of the analytical model was set to three different types: 1.2 mm, 1.6 mm, and 2.3 mm.

図8中のグラフの縦軸には、短期曲げ耐力上昇率が設定されている。短期曲げ耐力上昇率としては、まず、FSMによって算出された座屈耐力から、許容曲げ応力度を算出する。そして、算出された許容曲げ応力度に、有効断面積の断面係数を掛け合わせて算出された短期曲げ耐力を、有効リップ長さを有する解析モデルから算出された短期曲げ耐力で除すことによって得られた値を、短期曲げ耐力上昇率として算出できる。また、図8中のグラフの横軸に設定された対有効リップ長さ比は、リップ長さLを有効リップ長さで除した値である。 The vertical axis of the graph in Figure 8 represents the rate of increase in short-term bending strength. To calculate the rate of increase in short-term bending strength, first calculate the allowable bending stress from the buckling strength calculated by the FSM. Then, multiply the calculated allowable bending stress by the section modulus of the effective cross-sectional area to calculate the short-term bending strength. This value is then divided by the short-term bending strength calculated from an analytical model with an effective lip length. The ratio to the effective lip length, set on the horizontal axis of the graph in Figure 8, is the value obtained by dividing the lip length L by the effective lip length.

図8に示すように、実施例2では、板厚tが1.2mm、1.6mm、及び2.3mmのいずれにおいても、リップ長さLが有効リップ長さ以上に長くなる程、短期曲げ耐力上昇率が大きくなることが分かった。すなわち、本実施形態に係るリップ溝形鋼12の低伝熱形鋼においては、板厚tが、1.2mm以上、2.3mm以下である場合、曲げ耐力を増加できるという効果が得られることが分かる。 As shown in Figure 8, in Example 2, it was found that the rate of increase in short-term bending strength increased as the lip length L increased beyond the effective lip length, regardless of whether the plate thickness t was 1.2 mm, 1.6 mm, or 2.3 mm. In other words, it was found that the low heat transfer steel of the lip channel steel 12 according to this embodiment can achieve the effect of increasing bending strength when the plate thickness t is 1.2 mm or more and 2.3 mm or less.

また、図9に記載の通り、同様の効果が、FEM(有限要素法)を用いた解析でも確認された。図9に示すように、板厚tが1.2mm、1.6mm、及び2.3mmのいずれにおいても、リップ長さLが有効リップ長さ以上に長くなる程、最大曲げ耐力上昇率が大きくなる。このため、低伝熱形鋼のリップ溝形鋼12における板厚tが、1.2mm以上、2.3mm以下である場合、最大曲げ耐力を増加できることが分かる。 Furthermore, as shown in Figure 9, a similar effect was also confirmed by analysis using FEM (finite element method). As shown in Figure 9, for plate thicknesses t of 1.2 mm, 1.6 mm, and 2.3 mm, the increase in maximum bending strength increases as the lip length L increases beyond the effective lip length. Therefore, it can be seen that the maximum bending strength can be increased when the plate thickness t of the lip channel steel 12 made of low heat transfer steel is 1.2 mm or more and 2.3 mm or less.

一方、図10に示すように、無孔のウェブ12Aを有する通常形鋼の解析モデルを用いて、短期曲げ耐力について同様の解析を実行した。図10中に例示された実施例2における通常形鋼の解析モデルは、実施例1で説明した第2比較例と同様の仕様を有する。第2比較例に係る通常形鋼の場合、リップ長さLが有効リップ長さ以上に長くなる程、実施例2の場合とは反対に、短期曲げ耐力が小さくなることが分かった。 Meanwhile, as shown in Figure 10, a similar analysis of short-term bending strength was performed using an analytical model of ordinary section steel having a perforated web 12A. The analytical model of ordinary section steel in Example 2 illustrated in Figure 10 has the same specifications as the second comparative example described in Example 1. In the case of ordinary section steel in the second comparative example, it was found that the longer the lip length L is than the effective lip length, the smaller the short-term bending strength becomes, in contrast to Example 2.

具体的には、図10に示すように、通常形鋼においては、リップ長さLが有効リップ長さより短いときには、リップ長さLが長くなる程、短期曲げ耐力が増加する。しかし、リップ長さLが有効リップ長さに到達すると、リップ溝形鋼の耐力のピークが到来し、局部座屈が発生する。そして、リップ長さLが有効リップ長さを超えると、リップ長さLが有効リップ長さより長くなる程、短期曲げ耐力が減少する傾向が確認された。換言すると、通常形鋼の場合、リップ長さLを有効リップ長さ以上に延ばす必要が生じないことが分かる。 Specifically, as shown in Figure 10, in ordinary steel sections, when the lip length L is shorter than the effective lip length, the longer the lip length L, the greater the short-term bending strength. However, when the lip length L reaches the effective lip length, the peak strength of the lip channel steel is reached and local buckling occurs. Furthermore, once the lip length L exceeds the effective lip length, it has been confirmed that the longer the lip length L is than the effective lip length, the greater the tendency for the short-term bending strength to decrease. In other words, in the case of ordinary steel sections, there is no need to extend the lip length L beyond the effective lip length.

(作用効果)
本実施形態に係るリップ溝形鋼12が用いられた低伝熱形鋼では、面材14が接合され圧縮を受ける側であるフランジ12Bに連続するリップ長さLが、有効リップ長さ以上である。このため、本実施形態では、リップ長さLが必要リップ長さであること以外、同じ仕様の低伝熱形鋼のリップ溝形鋼と比べて、曲げ耐力が上昇する。結果、本実施形態に係るパネル材10では、断熱性能が高められた低伝熱形鋼のリップ溝形鋼12における、低伝熱形鋼特有の座屈による耐力の低下を抑制できる。
(Action and effect)
In the low heat transfer steel using the lip channel steel 12 according to this embodiment, the lip length L continuing from the flange 12B, to which the face material 14 is joined and which is subjected to compression, is equal to or greater than the effective lip length. Therefore, in this embodiment, the bending strength is increased compared to a lip channel steel made of low heat transfer steel with the same specifications, except that the lip length L is the required lip length. As a result, the panel material 10 according to this embodiment can suppress the decrease in strength due to buckling, which is unique to low heat transfer steel, in the lip channel steel 12 made of low heat transfer steel with improved thermal insulation performance.

また、本実施形態では、一対のリップ12Cのリップ長さLが互いに等しいので、一対のリップ長さLが互いに異なる場合と比べ、リップ溝形鋼12の断面形状が対称性を有する。このため、リップ溝形鋼12を用いたパネル材10は、建築部材としてバランスがよく、設計及び施工性に優れる。 In addition, in this embodiment, the lip lengths L of the pair of lips 12C are equal to each other, so the cross-sectional shape of the lip channel steel 12 is symmetrical compared to when the pair of lip lengths L are different from each other. As a result, the panel material 10 using the lip channel steel 12 is well-balanced as a building component and has excellent design and construction properties.

また、本実施形態では、ウェブ12Aの材軸方向Dにおけるスリット16の間隔Gの和をスリット16の長さの和で除して定義されるスリット率は、5%以上、20%以下である。このため、断熱性能が確保された低伝熱形鋼のリップ溝形鋼12を実現できる。 In addition, in this embodiment, the slit ratio, defined by dividing the sum of the spacing G of the slits 16 in the material axis direction D of the web 12A by the sum of the lengths of the slits 16, is 5% or more and 20% or less. This makes it possible to realize a lip channel steel 12 made of low heat transfer steel with ensured thermal insulation performance.

また、複数のスリット16が千鳥配置の場合、熱の経路を構成する結合部18と結合部18との離隔距離が、複数のスリット16が直列配置の場合より長くなるので、パネル材10の断熱性能が高い。このため、構造性能と断熱性能とをより好適に両立できる。 Furthermore, when the multiple slits 16 are arranged in a staggered pattern, the distance between the joints 18 that form the heat path is longer than when the multiple slits 16 are arranged in series, resulting in higher thermal insulation performance for the panel material 10. This allows for a better balance between structural performance and thermal insulation performance.

また、本実施形態では、リップ溝形鋼12の低伝熱形鋼は、F値が500MPa以上である高強度鋼板を用いて形成される。低伝熱形鋼に高強度鋼板が用いられることによって、通常鋼板の場合より板厚を薄くしても、低伝熱形鋼において、通常鋼板と同等以上の耐力を実現できる。 In addition, in this embodiment, the low heat transfer steel of the lip channel steel 12 is formed using high-strength steel plate with an F-value of 500 MPa or more. By using high-strength steel plate for the low heat transfer steel, it is possible to achieve a yield strength equal to or greater than that of regular steel plate, even if the plate thickness is thinner than that of regular steel plate.

<その他の実施形態>
本開示は、上記の実施形態によって説明されたが、この説明は、本開示を限定するものではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
<Other embodiments>
Although the present disclosure has been described by the above embodiments, this description does not limit the present disclosure, and it should be understood that various alternative embodiments, examples, and operating techniques will become apparent to those skilled in the art from the present disclosure.

例えば、図1~図10中に示された構成を部分的に組み合わせて、本開示を構成することもできる。本開示は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むと共に、本開示の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ定められるものである。 For example, the present disclosure can be constructed by partially combining the configurations shown in Figures 1 to 10. The present disclosure includes various embodiments not described above, and the technical scope of the present disclosure is defined only by the invention-specific matters of the claims that are appropriate from the above description.

10 パネル材
12 リップ溝形鋼
12A ウェブ
12B フランジ
12C リップ
14 面材
16 スリット
18 結合部
20 接合部材
22 面材
24 充填部材
D 材軸方向
G 間隔
HW ウェブ高さ
L リップ長さ
M スリットの長さ
WF フランジ幅
t 板厚
δy 変位
10 Panel material 12 Lip channel steel 12A Web 12B Flange 12C Lip 14 Face material 16 Slit 18 Joint 20 Joint member 22 Face material 24 Filler member D Material axis direction G Spacing HW Web height L Lip length M Slit length WF Flange width t Plate thickness δy Displacement

Claims (5)

ウェブと一対のフランジと一対のリップとを有し、溝形鋼の断熱性能を向上させ、かつ、前記フランジに加わる曲げ荷重に対し前記ウェブの局所変形を生じさせる孔が前記ウェブに設けられ、板厚が2.3mm以下であるリップ溝形鋼と、
少なくとも一方の前記フランジの板面に接合された面材と、を有し、
前記面材が接合された前記フランジに連続する前記リップの長さは、リップ溝形鋼のF値[N/mm]をFとすると共にリップ溝形鋼の板厚[mm]をtとしたとき、(240/√F)×tの式で定義される有効リップ長さ[mm]以上である、
パネル材。
a lip channel steel having a plate thickness of 2.3 mm or less, the lip channel steel having a web, a pair of flanges , and a pair of lips, the lip channel steel improving the heat insulating performance of the channel steel and having holes in the web that cause local deformation of the web in response to a bending load applied to the flanges ;
a face material joined to the plate surface of at least one of the flanges,
The length of the lip continuing from the flange to which the face material is joined is equal to or greater than the effective lip length [mm] defined by the formula (240/√F) × t, where F is the F-value [N/mm 2 ] of the lip channel steel and t is the plate thickness [mm] of the lip channel steel.
Panel material.
一対の前記リップの長さが互いに等しい、
請求項1に記載のパネル材。
The pair of lips have equal lengths.
The panel material of claim 1.
前記孔は、スリットであり、
前記ウェブの材軸方向における前記スリットの間隔の和を前記スリットの長さの和で除して定義されるスリット率は、5%以上、20%以下である、
請求項1又は2に記載のパネル材。
the hole is a slit,
A slit ratio defined by dividing the sum of the slit intervals in the material axis direction of the web by the sum of the slit lengths is 5% or more and 20% or less.
The panel material according to claim 1 or 2.
前記ウェブの板面を正面から見て、複数の前記スリットは、千鳥配置される、
請求項3に記載のパネル材。
When the plate surface of the web is viewed from the front, the plurality of slits are arranged in a staggered pattern.
The panel material of claim 3.
前記リップ溝形鋼は、F値が500MPa以上である高強度鋼板を用いて形成される、
請求項1~4のいずれか一項に記載のパネル材。
The lip channel steel is formed using a high-strength steel plate having an F value of 500 MPa or more.
The panel material according to any one of claims 1 to 4.
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