木结构建筑物的石膏系耐力面材、耐力墙结构和耐力墙施工方法与流程

1.本发明涉及木结构建筑物的石膏系耐力面材、耐力墙结构和耐力墙施工方法(a gypsum-based load-bearing board,a load-bearing wall structure,and a load-bearing wall construction method for a wooden construction building)，更详细地说，涉及不取决于面材本身的最大耐力的增大，或者不取决于附加的增强材或增刚材的配设等，以能够增大壁倍率的方式而构成的石膏系耐力面材、耐力墙结构和耐力墙施工方法。


背景技术：

2.作为住宅建筑物等比较小规模的建筑物的工法，日本已知具有长的历史的木造轴组工法，1970年代以后所普及的壁结构的木造框组壁工法，1960年代以后所普及的铁骨轴组工法，近年来逐渐普及的钢住宅工法等。木造轴组工法一般而言是将方形截面的木材作为柱、梁以组装来构建木造轴组结构的工法，是日本最普及的传统工法。木造框组壁工法也被称为2
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4工法，“通过对于使用了木材的框组钉入结构用胶合板和与其类似的材料，从而设置壁和地板的工法”(日本平成14年，国土交通省告示第1540号和第1541号)。铁骨轴组工法为组装构成柱、梁和斜撑材等的钢材以构建钢结构轴组的工法。钢住宅工法概念上是将木造框组壁工法的木制框组材置换为轻量形钢的构成的工法，为“薄板轻量形钢造”(平成13年，国土交通省告示1641号)中规定的钢结构框组壁工法。此外，作为小规模建筑物相关的其它结构，已知框架结构形式或壁结构形式的铁筋混凝土结构等。
3.作为日本的小规模建筑物，已知这样的多种多样的结构的建筑物，以下，作为与本发明相关的技术，对于木结构建筑物的耐震性能进行说明。
4.一般而言，木结构建筑物的工法大致区分为木造轴组工法和木造框组壁工法。由于近年来的大规模地震等的影响，木结构建筑物的耐震性等相关的研究在日本近年来备受注目。日本的建筑设计的实务中，作为表示抵抗短期水平负荷(地震力、风压等)的木结构建筑物的强度的指标，一般而言使用结构耐力上有效的耐力墙的轴组长度(建筑平面图中的壁的长度)(专利文献1：日本特开2001-227086号公报)。轴组长度的计算使用了与耐力墙的结构相应的壁倍率。壁倍率为耐力墙的耐震性能或耐力性能的指标，其数值越大，则耐震强度越大。在设计上应当采用特定张数的耐力墙的情况下，如果采用壁倍率比较高的耐力墙结构，则能够提高建筑物整体的耐震性。即，在日本，木结构建筑物需要能够发挥所要的耐震性的建筑基准法上的必要壁量，抵抗短期水平负荷的木造建筑物的强度与耐力墙的壁倍率乘以壁长而得的值成比例，在通常的建筑设计中，需要在梁间方向和桁行方向的两个方向上在设计上确保必要壁量以上的存在壁量(耐力墙的轴组长度
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壁倍率)。一般而言，如果采用壁倍率比较大的耐力墙结构，则能够降低耐力墙的张数(设置地方数)，提高建筑物整体的设计自由度，相反地，如果采用壁倍率比较小的耐力墙结构，则耐力墙的张数(设置地方数)增大，建筑物整体的设计自由度降低。因此，壁倍率的数值大的壁结构在提高建筑物整体的设计自由度和耐震性方面是有利的。
5.长期以来，日本所使用的通用的木结构耐力墙的壁倍率规定于建筑基准法施行令第46条和建设省告示第1100号(昭和56年6月1日)。另一方面，对于不属于这样的通用的壁结构的近年来的大多数的耐力墙而言，需要基于相同条款第4项表1(八)所规定的国土交通大臣的认定来确定壁倍率。因此，近年来施工的大多数木结构耐力墙的壁倍率需要基于指定性能评价机关所实施的性能试验来设定壁倍率，该性能试验的试验方法等详细地记载于各试验、检查机关所发表的“木造的耐力墙及其倍率、性能试验、评价业务方法书”等。
6.如“木造的耐力墙及其倍率、性能试验、评价业务方法书”等大量文献所记载那样，要求木结构耐力墙的壁倍率的性能试验为耐力墙的面内剪切(剪切)试验。在该试验中，对于耐力墙的试验体反复施加规定的水平负荷，求出水平负荷(p)与剪切变形角(δ)的关系等。壁倍率如“木造轴组工法住宅的容许应力度设计[1](2017年版)”，第63页和第300页(非专利文献1)等大多数技术文献所记载那样，基于水平负荷和剪切变形角计算短期容许剪切耐力(pa)，将其除以规定的耐力(壁长l(m)
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1.96(kn/m))而得的值(图5中作为数学式表示)。因此，壁倍率为将短期容许剪切耐力(pa)除以其基准数值(1.96l)并进行了指数化的值。这里，作为壁倍率算出的根据的短期容许剪切耐力(pa)原则上是对于表示以下4个指标(将各自的偏差系数乘以由面内剪切试验获得的各个测定值而得的值)中最小的值的值(即，短期基准剪切耐力(p0))，乘以规定的降低系数(α)(评价耐力降低的因素的系数)的值。
[0007]
(1)屈服耐力(py)
[0008]
(2)基于塑性率(μ)被校正的极限耐力(pu)的值(以下，称为“极限耐力(校正值)(pu')”。)
[0009]
(3)最大耐力(pmax)的2/3的值
[0010]
(4)剪切变形角＝1/120rad时的耐力(无载荷式或载荷式的情况下)
[0011]
另一方面，作为能够适合用作木结构耐力墙的耐力面材的石膏系面材，已知“结构用石膏板”。“结构用石膏板”为基于日本特许第5642948号刊登公报(专利文献3)所记载的本技术人的技术，强化了“强化石膏板”的钉侧面阻力的石膏板。钉侧面阻力为通过jis a 6901规定的测定方法测定的面材的钉打部分的剪切耐力或剪切强度。图6为用于说明钉侧面阻力试验的概要的立体图。求出钉侧面阻力的钉侧面阻力试验如jis a 6901所规定那样，使用由试验对象的面材采集的150mm
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75mm的试验片100，在从试验片100的长度方向一端部(上端部)的缘103在长度方向上隔开12mm的试验片100的中心线上的位置，用钻穿直径2.6mm的贯通孔102，对于该贯通孔102插入钢铁制圆棒101(直径2.6mm，长度约40mm)，将试验片100的构面(中心面)保持于大致垂直状态，并且将圆棒101保持于水平状态，固定试验片的长度方向另一端部(下端部)，使圆棒101以约6mm/分钟的速度上升的负荷fv赋予至圆棒101，圆棒101的上方位移，通过从圆棒101作用于试验片100的贯通孔102的局部负荷而使试验片100断裂的试验。钉侧面阻力的值为试验片100的断裂时的强度(负荷)。另外，钉侧面阻力相关的类似的试验也规定于astm，但是本技术中，以通过jis a 6901所规定的钉侧面阻力试验的试验方法而得的钉侧面电阻的值为基准来规定发明。
[0012]
结构用石膏板的现状是，作为具有750n以上(a种)或500n以上(b种)的钉侧面阻力的石膏系面材，规定于jis a 6901。一般而言，结构用石膏板需要12.5mm以上的厚度和0.75以上的比重，因此，固定有结构用石膏板的木结构耐力墙需要至少约9.4kg/m2的面密度或
面重量(壁面的每单位面积的耐力面材的质量)。使用结构用石膏板作为耐力面材的木结构耐力墙与使用(普通)石膏板或强化石膏板作为耐力面材的木结构耐力墙相比，发挥比较高的壁倍率。
[0013]
一般而言，结构用石膏板的短期基准剪切耐力(p0)通过上述4个指标中的屈服耐力(py)来特定。壁倍率如上述那样，为将降低系数(α)乘以短期基准剪切耐力(p0)，除以规定的耐力而得的值，因此结构用石膏板的壁倍率与屈服耐力(py)成比例。
[0014]
结构用石膏板为限定于屋内壁面的施工的耐力面材，不允许将结构用石膏板作为耐力面材在木造外壁的室外壁面进行施工。与此相对，日本特许第6412431号刊登公报(专利文献2)中公开了一种石膏板，其为作为能够对于木造外壁的室外壁面施工的石膏系耐力面材而本技术人开发的石膏板，作为耐力劣化防止剂使石膏芯部分含有有机聚硅氧烷化合物。将专利文献2所记载的技术和增大面材的钉打部分的剪切耐力或剪切强度的日本特许第5642948号刊登公报(专利文献3)的技术组合并开发的石膏板作为制品名“tiger ex板”(注册商标，吉野石膏株式会社制品)，已经在日本内被实用化。该石膏板(以下，称为“ex板”。)具有厚度9.5mm、宽度910mm、高度3030mm、重量约26kg的尺寸、重量。ex板为了获得在面内剪切试验中所期望的最大负荷(最大耐力(pmax))，需要约1.0的比重。因此，固定有ex板的木结构耐力墙还进一步需要至少约9.4kg/m2的面密度或面重量。
[0015]
ex板的短期基准剪切耐力(p0)通过上述4个指标中的极限耐力(校正值)(pu')来特定。这取决于，屈服耐力(py)的值增大，结果极限耐力(校正值)(pu')的值成为表示上述4个指标中的最小的值的指标。
[0016]
极限耐力(校正值)(pu')具体而言，为基于通过面内剪切试验测定的极限耐力(pu)和塑性率(μ)，由下式求得的值，短期基准剪切耐力(p0)为基于极限耐力(校正值)(pu')和测定值的偏差系数(β)，由下式求得的值。
[0017]
pu'＝pu
×
0.2
×
(2μ-1)
1/2
[0018]
p0＝β
×
pu'
[0019]
因此，极限耐力(pu)的增大在增大耐力墙的壁倍率方面是有益的，但是极限耐力(pu)一般而言，为在面内剪切试验中面材能够耐受的最大负荷(pmax)的值，即，如果增大最大耐力，则具有与此相伴而增大的性质。因此，根据本发明人等的认识和技术认识，增大石膏系耐力面材的短期基准剪切耐力(p0)的过去的研究开发主要意图在于增大在面内剪切试验中测定的最大负荷(pmax)的值，与此相伴，间接地增大极限耐力(pu)，其意图不是增大极限位移(δu)与塑性率(μ)的关系中的极限耐力(pu)。
[0020]
另外，在本说明书中，对于jis a 6901(石膏板制品)中没有规定的石膏系面材，无论是否为将石膏作为主材的石膏芯部分(芯材部分)露出于外面或外层的石膏系面材，或者将石膏芯部分的外面或外层用石膏板用原纸被覆而成的石膏系面材，在本说明书中，都称为“石膏板”。
[0021]
上述ex板在要求木结构耐力墙的壁倍率的上述性能试验中，发挥可耐受比较高的最大负荷的最大耐力，但是在特定的剪切变形角中获得最大负荷(最大耐力)之后，存在在稍微增大剪切变形角的时刻，面材的冲裁、碎边、裂缝等发生，负荷急剧降低，或早期剪切破坏的倾向(例如，图4(a)和图5所示的比较例)。其结果在上述ex板中，产生极限耐力(校正值)(pu')显著降低，壁倍率降低这样的问题。为了消除这样的课题，作为增大极限耐力(校
正值)(pu')以提高壁倍率的对策，已知将金属板等增强材或增刚材配设于钉打的部分，防止钉打的部分的破坏或断裂等的面材增强方法(国际公开公报wo2019/203148a1(专利文献4))。根据使用了这样的增强材或增刚材的木结构耐力墙，认为不取决于上述性能试验中面材能够耐受的最大负荷的增大，提高耐力面材的韧性和变形追随性而增大上述极限耐力(校正值)(pu')，能够构建发挥比较高的壁倍率的木结构耐力墙。
[0022]
现有技术文献
[0023]
专利文献
[0024]
专利文献1：日本特开2001-227086号公报
[0025]
专利文献2：日本特许第6412431号刊登公报
[0026]
专利文献3：日本特许第5642948号刊登公报
[0027]
专利文献4：国际公开公报wo2019/203148a1
[0028]
非专利文献
[0029]
非专利文献1：木造轴组工法住宅的容许应力度设计[1](2017年版)，第63页和第300页


技术实现要素：

[0030]
发明所要解决的课题
[0031]
然而，根据使用上述增强材或增刚材以增大极限耐力(校正值)(pu')的构成的耐力墙结构(专利文献4)，必须进行将增强材或增刚材附加安装于耐力面材的表面的工序追加至面材制造工艺，或者将这样的工序在木结构耐力墙的施工时进行附加实施。这种工序可能成为将石膏系面材的制造工艺复杂化，或者使建设工程的操作性恶化的原因。
[0032]
与此相对，对于不取决于这样的增强材或增刚材，提高使用石膏系面材作为耐力面材的木结构耐力墙的壁倍率而言，考虑了需要增大石膏系面材的比重和/或板厚，增大石膏系面材的最大耐力，但是如上述那样，上述ex板在其标准的尺寸(宽度约910mm，高度约3030mm)中具有约26kg的重量。因此，如果考虑建设操作的操作从业者手动操作将耐力面材固定于木结构耐力墙的壁基底的操作的实际情况，则对于进一步增大ex板、结构用石膏板的比重和/或板厚而言，从木结构耐力墙的施工性等观点考虑实务上是极其困难的。
[0033]
本发明是鉴于这样的课题而提出的，其目的在于提供能够不附加安装增强材或增刚材，不增大石膏系面材的比重和/或板厚，而增大壁倍率的木结构耐力墙用的石膏系耐力面材。
[0034]
本发明其它的目的在于提供使用这样的石膏系面材作为耐力面材的木结构建筑物的耐力墙结构和耐力墙施工方法。
[0035]
本发明进一步的目的在于提供不取决于附加设置于石膏系面材的增强材或增刚材所带来的增强或增刚的作用，不取决于石膏系面材的比重和/或板厚的增大，能够增大壁倍率的木结构耐力墙的壁倍率增大方法。
[0036]
用于解决课题的手段
[0037]
本发明为了达成上述目的，提供一种石膏系耐力面材(权利要求13)，其特征在于，为通过固定具固定于木造轴组工法或木造框组壁工法的木结构壁基底的木结构耐力墙用的石膏系耐力面材，
[0038]
该耐力面材由主材或芯材，以及被覆该主材或芯材的至少表背面的纸构件来构成，所述主材或芯材由配合有无机质纤维和有机系强度提高材以发挥500n以上的钉侧面阻力的板状的石膏固化体形成，
[0039]
作为壁面的每单位面积的质量被特定的面密度或面重量，具有6.5～8.9kg/m2的范围内的面密度或面重量，
[0040]
使耐力墙产生作为通过使用了壁的长度1.82m的耐力墙试验体的面内剪切试验而测定的耐力墙的极限位移(δu2)，即大于20
×
10-3
rad的值的极限位移(δu2)，并且，
[0041]
使耐力墙产生作为基于通过上述面内剪切试验测定的耐力墙的极限耐力(pu)和塑性率(μ)求得的极限耐力(pu)的校正值(pu')，即大于7.6kn的值的上述校正值(pu')。
[0042]
根据本发明的石膏系耐力面材，混入无机质纤维和有机系强度提高材，确保作为石膏系耐力面材的最低限度的物性(钉侧面阻力：500n以上)，另一方面，面材的面密度宁可降低，也设定为比较低的值(6.5～8.9kg/m2)。另外，以下本说明书的记载中，“最低限度的物性”是指500n以上的钉侧面阻力。
[0043]
上述面密度的值(6.5～8.9kg/m2)比结构用石膏板和ex板的面密度(约9.4kg/m2)小，因此，假定为与增大短期基准剪切耐力(p0)的以往的手法(即，通过比重和/或板厚的增大以增大最大耐力(最大负荷(pmax))，由此，增大短期基准剪切耐力(p0)的以往的手法)相反的条件，该条件是在壁倍率的增大相关的以往的概念的基础上，带来壁倍率的降低的构成。然而，如果确保作为石膏系耐力面材的最低限度的物性(钉侧面阻力：500n以上)的同时，降低面密度，则石膏系耐力面材潜在地保有的韧性和变形追随性显现，结果极限位移(δu)和塑性率(μ)增大，由此，极限耐力(校正值)(pu')增大，因此不一定必须增大最大耐力(最大负荷(pmax))，能够增大短期基准剪切耐力(p0)，以上结果由本发明人等的实验得以表明。如上述那样，短期基准剪切耐力(p0)的值与壁倍率的值成比例，因此带来短期基准剪切耐力(p0)的增大的极限位移(δu)和塑性率(μ)的增大在增大壁倍率的基础上是有效的因素。这样，根据本发明的石膏系耐力面材，通过确保作为石膏系耐力面材的最低限度的物性的同时，提高石膏系面材的韧性和变形追随性以增大极限耐力(校正值)(pu')，从而能够不附加安装增强材或增刚材，也不增大石膏系耐力面材的比重和/或板厚，而增大壁倍率。此外，上述耐力面材与结构用石膏板和ex板同样，主材或芯材的至少表背面由纸构件被覆，因此能够利用以往的石膏板生产线来简易地制造。另外，“表背面”是指将面材的端缘和侧缘(即，四周外缘部)的端面或侧面除外的面材的表面和背面。
[0044]
优选上述石膏系耐力面材的板厚为小于12mm的值(进一步优选为10mm以下(8.5mm以上)的值)，例如设定为9.5mm或9.0mm。这样的板厚的石膏系耐力面材与需要12mm以上的板厚的结构用石膏板相比，在谋求木结构耐力墙的壁厚降低等的方面是有利的。根据需要，上述石膏固化体具有980n以下的钉侧面阻力。
[0045]
适当地，上述石膏系耐力面材的比重为0.96以下(0.65以上)，优选设定为0.9以下的值(进一步优选为0.8以下的值)。根据这样的比重的石膏系耐力面材，与具有1.0以上的比重的ex板相比，能够将面材轻量化，因此在实现木结构耐力墙的轻量化，或者改善木结构耐力墙的施工性或其建设操作的操作性等方面是有利的。
[0046]
本发明的适合的实施方式中，石膏系耐力面材的芯材(石膏芯部分)含有有机聚硅氧烷化合物作为防止耐力劣化的耐力劣化防止剂。根据这样的耐力面材，与ex板同样，能够
提供能够在木造外壁的室外壁面施工的上述耐力面材。
[0047]
本发明进一步提供具有利用钉、螺钉等固定具将上述石膏系耐力面材固定于木造轴组工法或木造框组壁工法的木结构壁基底的结构的木结构耐力墙(权利要求1)。根据这样的木结构耐力墙，提高石膏系面材的韧性和变形追随性，增大短期基准剪切耐力(p0)，并且降低石膏系耐力面材的比重和/或板厚，由此，能够减轻耐力墙的自重或降低壁厚。通过这样的耐力墙结构的面内剪切试验而得的极限位移(δu)至少比20
×
10-3
rad的值大，优选为22
×
10-3
rad以上的值，获得这样的位移量的韧性和变形追随性。另外，“木造的耐力墙及其倍率/性能试验/评价业务方法书”中，即使在面内剪切试验中超过1/15rad，负荷也不降低，得不到极限位移的值的情况下，极限位移(δu)设定为1/15rad。因此，极限位移(δu)的最大值为1/15rad(66.7
×
10-3
rad)。
[0048]
本发明进一步提供一种木结构耐力墙的施工方法，其特征在于，为利用上述固定具将上述石膏系耐力面材固定于木造轴组工法或木造框组壁工法的木结构壁基底(权利要求5)。根据这样的耐力墙的施工方法，能够提高石膏系面材的韧性和变形追随性以增大短期基准剪切耐力(p0)，并且降低石膏系耐力面材的比重和/或板厚，由此，将耐力墙轻量化，改善耐力墙的施工性等，或者降低壁厚。通过该施工方法得以施工的耐力墙结构在面内剪切试验中，耐力墙为至少比20
×
10-3
rad的值大的值的极限位移(δu)，优选呈现22
×
10-3
rad以上的值的极限位移(δu)，因此，耐力墙保有与这样的极限位移(δu)的位移量相当的韧性和变形追随性。
[0049]
由其它观点来看，本发明提供一种壁倍率增大方法(权利要求9)，其特征在于，为介由通过固定具将石膏系耐力面材固定于木造轴组工法或木造框组壁工法的木结构壁基底而施工的木结构耐力墙的壁倍率增大方法，
[0050]
上述耐力面材由主材或芯材，以及被覆该主材或芯材的至少表背面的纸构件来构成，所述主材或芯材由配合有无机质纤维和有机系强度提高材以发挥500n以上的钉侧面阻力的板状的石膏固化体形成，
[0051]
将作为壁面的每单位面积的质量被特定的上述耐力面材的面密度或面重量降低至6.5～8.9kg/m2，
[0052]
作为通过使用了壁的长度1.82m的试验体的面内剪切试验而测定的耐力墙的极限位移(δu2)的值，确保大于20
×
10-3
rad的值的极限位移(δu2)，并且，
[0053]
作为基于通过上述面内剪切试验而测定的上述耐力墙的极限耐力(pu)和塑性率(μ)而求得的极限耐力(pu)的校正值(pu')，确保大于7.6kn的值的上述校正值(pu')。
[0054]
优选上述石膏系耐力面材的板厚为小于12mm的值(进一步优选为10mm以下(8.5mm以上)的值)，例如，设定为9.5mm或9.0mm，石膏系面材的比重设定为0.96以下(0.65以上)的值(进一步优选为0.8以下的值)。
[0055]
发明的效果
[0056]
根据本发明的石膏系耐力面材，通过面密度的降低而提高石膏系面材的韧性和变形追随性，由此，能够增大极限耐力(校正值)(pu')，增大短期基准剪切耐力(p0)，因此能够不附加安装增强材或增刚材，不增大石膏系面材的比重和/或板厚，能够增大壁倍率。而且，本发明的石膏系耐力面材中，主材或芯材的至少表背面由纸构件所被覆，因此能够利用以往的石膏板生产线简易地制造。
[0057]
此外，根据本发明涉及的木结构建筑物的耐力墙结构，通过增大壁倍率，并且降低石膏系耐力面材的比重和/或板厚，从而能够减轻耐力墙的自重或降低壁厚。
[0058]
进一步，根据本发明涉及的木结构建筑物的耐力墙施工方法，通过不仅增大壁倍率，而且降低石膏系耐力面材的比重和/或板厚，从而能够减轻面材的自重，改善耐力墙的施工性等。
[0059]
此外，根据本发明涉及的壁倍率增大方法，通过确保作为石膏系耐力面材的最低限度的物性(钉侧面阻力＝500n以上)的同时，实现面密度的降低，从而能够确保一定程度的最大耐力(最大负荷)的同时，提高石膏系面材的韧性和变形追随性，由此，增大极限耐力(校正值)(pu')，从而不取决于由附加设置于石膏系面材的增强材或增刚材带来的增强或增刚，也不取决于石膏系面材的比重和/或板厚的增大，能够增大壁倍率。
附图说明
[0060]
图1为概略地表示木结构建筑物的耐力墙的构成的主视图。
[0061]
图2为表示图1所示的耐力墙结构相关的面内剪切试验中所使用的耐力墙试验体的构成的主视图。
[0062]
图3为表示本发明的实施例和比较例涉及的石膏板的物性和配合等的图表。
[0063]
图4为表示通过面内剪切试验获得的负荷-变形角曲线的线图，图4(a)表示比较例涉及的石膏板的面内剪切试验结果，图4(b)表示本发明的实施例涉及的石膏板的面内剪切试验结果。
[0064]
图5为表示基于图4所示的负荷-变形角曲线制作的包络线的线图。
[0065]
图6为表示jis a 6901所规定的钉侧面阻力试验的概要的立体图。
具体实施方式
[0066]
以下，参照附图，对于本发明的适合的实施方式涉及的耐力墙的构成进行详细地说明。
[0067]
图1为概略地表示木结构建筑物的耐力墙的构成的主视图。
[0068]
图1所示的耐力墙1为通过将耐力面材10固定于铁筋混凝土(rc)结构的布基础f上的木造轴组而构建的木造轴组构法的木结构耐力墙。耐力面材10具有厚度9.5mm、宽度910mm和高度约2800～3030mm(例如，2900mm)的尺寸，具有6.5～8.9kg/m2的范围内的面密度(例如，面密度7.1kg/m2)。面密度(也被称为面重量)为壁面的正面视中的壁面的每单位面积的质量(重量)。耐力面材10为由混入有规定量的无机质纤维(玻璃纤维)和有机系强度提高材(淀粉)的平板状石膏芯(石膏芯材)，以及被覆石膏芯的两面的石膏板用原纸(纸构件)来构成的石膏系面材。
[0069]
耐力墙1具有通过锚定螺栓b固定于布基础f的上面的基座2。耐力墙1由该基座2、在基座2上隔开规定间隔而垂直地配置的柱3、间柱4和衔接间柱4’、被柱3的上端(或中间部)支撑的水平的横架材(梁、中段横断梁、顶撑长梁、顶撑短桁)5以及上述耐力面材10大致构成。另外，构成轴组的基座2、柱3、间柱4、衔接间柱4’和梁5为在通常的木造建筑物中所采用的构件截面的木材(角材)。
[0070]
耐力面材10通过钉20固定于基座2、柱3、间柱4、衔接间柱4’和横架材5。钉20为例
如，镀铁圆铁钉(nz铁钉：jis a 5508)。本例中，作为钉20，例如，使用nz50铁钉(长度50mm，头部直径约6.6mm，轴部直径约2.75mm)。钉20在耐力面材10的四周外周带域隔开间隔s1而配置，并且在沿垂直方向延伸的耐力面材10的中央带域隔开间隔s2而配置。优选间隔s1设定为50mm～200mm的范围内的尺寸(例如，75mm)，间隔s2设定为50mm～300mm的范围内的尺寸(例如，150mm)。
[0071]
耐力面材10的石膏芯(芯材)含有规定量的无机质纤维和有机系强度提高材，具有500n以上的钉侧面阻力。无机质纤维的配合量每100重量份烧石膏为0.3～5重量份，优选为2～4重量份。作为被配合的无机质纤维，可举出例如，玻璃纤维、碳纤维等。在使用玻璃纤维的情况下，能够适合使用直径为5～25μm，长度为2～25mm的玻璃纤维。此外，有机系强度提高材的配合量每100重量份烧石膏为0.3～15重量份，优选为1～13重量份。作为被配合的有机系强度提高材，可举出例如，淀粉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸等。另外，作为淀粉，未加工淀粉和加工淀粉都能够使用。作为加工淀粉，可举出实施了物理的处理、化学的处理或酶的处理的淀粉。作为实施了物理的处理的淀粉，能够适合使用α化淀粉。作为实施了化学的处理的淀粉，能够适合使用氧化淀粉、磷酸酯化淀粉、脲磷酸酯化淀粉、羟基乙基化淀粉、羟基丙基化淀粉、乙酰化淀粉。
[0072]
耐力面材10的组成和结构与jis a 6901所规定的“结构用石膏板”的组成和结构类似。然而，耐力面材10的面密度为6.5～8.9kg/m2的范围内的值(例如，7.1kg/m2)。因此，耐力面材10如上述那样，与需要9.4kg/m2以上的面密度的jis a 6901的“结构用石膏板”基本上不同。此外，已知jis a 6901所规定的“强化石膏板”，但是“强化石膏板”也进一步需要9.4kg/m2以上的面密度，因此耐力面材10与“强化石膏板”基本上不同。此外，耐力面材10从具有配合有无机质纤维和有机系强度提高材以发挥500n以上的钉侧面阻力的主材或芯材方面来看，也与其它的“石膏板”不同。即，耐力面材10不相当于现行的jis a 6901所规定的任一“石膏板”。在本说明书中，其含义中，将耐力面材10特定或表现为“石膏系面材”或“石膏板”。
[0073]
一般而言，石膏系面材(包含“石膏板”)通过通用的石膏板制造装置来制造。石膏板制造装置例如，如国际公开公报wo2019/058936所记载那样，具有将烧石膏、粘接助剂、固化促进剂、泡(或泡剂)等原料，以及需要烧石膏的浆料化的炼合水进行混合以调制石膏浆料的混合机。石膏浆料在石膏板制造装置的运输带上的石膏板原纸(下纸)上流动延伸，石膏板原纸(上纸)层叠于石膏浆料上。这样形成的带状且3层结构的连续层叠体通过构成石膏板制造装置的粗切断装置、强制干燥装置、裁切装置等各装置来加工，成型为规定尺寸的石膏制品，即，将石膏浆料的固化体(即，石膏芯)的两面利用石膏板用原纸被覆而成的石膏系面材。石膏系面材的比重主要通过石膏浆料中的泡的配合量来调节。
[0074]
关于使用jis a 6901所规定的结构用石膏板、强化石膏板和(普通)石膏板作为耐力面材的木结构耐力墙，如果例示上述建设省告示第1100号所规定的木造轴组结构的大壁造的面材耐力墙的壁倍率，则如下所述。
[0075]
[0076][0077]
此外，如果例示上述国土交通省告示第1541号所规定的框组壁工法耐力墙的壁倍率(纵向框相互间隔超过50cm的耐力墙)，则如下所述。
[0078][0079]
这样建设省或国土交通省的告示所规定的壁倍率的值为没有单独进行性能试验而一般能够采用的值，在使用新的材料的情况下、采用与该材料不同的壁倍率的情况下，需要实施上述性能试验以确定壁倍率的值。
[0080]
如上述那样，jis a 6901所规定的上述结构用石膏板和强化石膏板需要面密度9.4kg/m2以上且比重0.75以上的物性。认为这是在增大面材能够耐受的最大负荷，确保木结构耐力墙的高短期容许剪切耐力(因此，高壁倍率)的基础上重要的条件。特别是，以发挥比强化石膏板高的钉侧面阻力为条件的结构用石膏板中，认为这样的面密度和比重不能降低。即，对于确保面密度9.4kg/m2以上，比重0.75以上的物性而言，认为在进一步增大上述面内剪切试验中获得的耐力墙试验体(木结构耐力墙)的壁倍率方面而言，是必须的条件。然而，通过近年来的本发明人等的实验，表明通过添加无机系纤维、有机系强度提高材而赋予与结构用石膏板相匹敌的物性(钉侧面阻力)的石膏系面材中，降低面材的板厚，或者调节泡量以降低石膏芯的比重，由此如果降低面密度，则面材本身显现潜在地保有的韧性或变形追随性，其结果能够有效地利用面材的极限耐力，且增大面材的塑性率，这样，能够进一步提高木结构耐力墙的短期容许剪切耐力。本发明人基于通过这样的实验而得的认识而想到本发明。以下，对于本发明人等实施的实验(面内剪切试验)进行详细地说明。
[0081]
图2为表示图1所示的耐力墙结构相关的面内剪切试验中所使用的耐力墙试验体的构成的主视图。图3～图5为表示面内剪切试验的试验结果的线图和图表。另外，图2中，对于与图1所示的构成要素或构成构件相当或相应的耐力墙试验体的构成要素或构成构件，附上同一参照符号。
[0082]
本发明人等按照“木造的耐力墙及其倍率/性能试验/评价业务方法书”所记载的试验体标准，作为图1所示的耐力墙结构的试验体，制作具有图2所示的耐力墙结构的壁宽度1820mm、高度2730mm的耐力墙试验体(以下，简称为“试验体”。)，实施使用了无载荷式试验装置的面内剪切试验。
[0083]
图2所示的试验体具有由截面105
×
105mm的杉木制材的基座2和柱3，以及通过柱3而得以支持的截面180
×
105mm的花旗松制材的横架材5所构成的木造轴组的主要结构部。柱3间的中央部立设有截面45
×
105mm的杉木制材的衔接间柱4’，柱3与衔接间柱4’之间立设有截面27
×
105mm的杉木制材的间柱4。杉木制材或花旗松制材的中段连接横条5’架设于柱3与间柱4之间，并且架设于间柱4与衔接间柱4’之间。作为试验用夹具，抓紧用五金件40配设于基座2和柱3的接合部，并且配设于横架材5和柱3的接合部。基座2、柱3、衔接间柱4’、间柱4、横架材5和中段连接横条5’构成耐力墙结构的轴材，通过这些构件(轴材)形成矩形的轴组。
[0084]
图2所示的试验体中，基座2和梁3的垂直隔开距离h1、中段连接横条5’的高度h2、相对于中段连接横条5’的梁3的相对高度h3分别设定为h1＝2625mm，h2＝1790mm，h3＝835mm，柱3和衔接间柱4’的间隔(柱芯间隔)w1设定为w1＝910mm，壁的长度l设定为1.82m。面材10通过中段连接横条5’被上下分割，下侧的面材10a具有宽度910mm、高度1820mm的尺寸，上侧所配置的面材10b具有宽度910mm，高度865mm的尺寸。面材10a、10b的重叠部分尺寸h4、h5设定为30mm。
[0085]
图2所示的试验体中，用于将面材10a、10b固定于基座2、柱3、衔接间柱4’、横架材5和中段连接横条5’的钉20遍及面材10a、10b的缘部带域整周以等间隔(间隔s1＝75mm)排列。用于将面材10a、10b固定于间柱4的钉20在面材10a、10b的垂直中央带域以等间隔(间隔s2＝150mm)排列。作为钉20，使用nz50铁钉(长度50mm，头部直径约6.6mm，轴部直径约2.75mm)。
[0086]
本发明人等制作图3的图表所示的实施例1～5和比较例涉及的石膏板作为供试体，实施使用了无载荷式试验装置的面内剪切试验。实施例1～5的石膏板如上述那样，为由混入有规定量的无机质纤维(玻璃纤维)和有机系强度提高材(淀粉)的平板状石膏芯(石膏芯材)，以及被覆石膏芯的两面的石膏板用原纸(纸构件)来构成的石膏系面材。比较例的面材为与上述ex板(板厚9.5mm)相当的石膏板，与实施例1～5的石膏板同等，或者与实施例1～5的石膏板相比由混入有更少量的无机质纤维(玻璃纤维)和有机系强度提高材(淀粉)的平板状石膏芯(石膏芯材)，以及被覆石膏芯的两面的石膏板用原纸(纸构件)来构成的石膏系面材。图3所示那样，实施例1～5的石膏板具有7.3～8.7kg/m2的范围内的面密度，比较例的石膏板具有9.8kg/m2的面密度。
[0087]
通过面内剪切试验获得的实施例1～5的石膏板的极限位移δu2为26.8
×
10-3
rad～36.0
×
10-3
rad，通过面内剪切试验获得的比较例的石膏板的极限位移δu1为20.0
×
10-3
rad。图3所示那样，实施例1～5和比较例的石膏板中，屈服耐力py显示大于极限耐力(校正值)pu'的值，因此短期基准剪切耐力p0和壁倍率被极限耐力(校正值)pu'所特定。在实施例1～5的石膏板的情况下，与比较例的石膏板相比，极限耐力(校正值)pu'的数值大，而且，屈服耐力py与极限耐力(校正值)pu'的数值差小于2.0kn(1.6以下)，屈服耐力py与极限耐力(校正值)pu'的差比较小地被表现的倾向也被观察到。即，只要参照图3所示的试验结果，则比较例和实施例1～5的任一者中，极限耐力(校正值)pu'与屈服耐力py相比相对地小，但是实施例1～5中，屈服耐力py与极限耐力(校正值)pu'的差缩小，确认到两者在数值上均等化的倾向。通过面内剪切试验获得的实施例1～5的各石膏板的耐力(负荷)和位移(剪切变形角)具有实质上相同倾向或特性，因此基于显示大致中间的极限位移(33.1
×
10-3
rad)的实施例1的石膏板的试验结果，以下说明本发明的石膏板的特性。
[0088]
图4为表示通过面内剪切试验获得的负荷-变形角曲线的线图。图4(a)中，显示比较例涉及的石膏板的面内剪切试验结果，图4(b)中，显示实施例1的石膏板的面内剪切试验结果。图5为表示基于图4所示的负荷-变形角曲线制作的包络线的线图。另外，包络线为基于最终破坏侧的负荷-变形角曲线的负荷(耐力)和位移(剪切变形角)的特性线。
[0089]
图4(a)所示那样，比较例的石膏板在变形角＝约20
×
10-3
rad时达到最大负荷(最大耐力)pmax，但是通过随后起作用的后续的水平加力而实质上发生破坏，其结果，石膏系面材的负荷(耐力)立即下降至小于0.8pmax的值。图4(a)中，以单点划线表示最大负荷pmax
的负荷水平，以双点划线表示0.8pmax的负荷降低域的负荷水平。图4(a)中，刚刚最大负荷pmax之后的反复加力时的负荷-变形角曲线显示于以双点划线表示的0.8pmax的负荷水平的下侧。该曲线通过与0.8pmax负荷水平的负荷差δp来特定。
[0090]
图4(a)和图5所示那样，在比较例的石膏板的情况下，在最大负荷pmax的载荷时的变形角＝约20
×
10-3
rad处立即破坏，因此极限位移δu1与最大负荷pmax时的变形角实质上一致。因此，不能取决于石膏板的韧性或变形追随性而使石膏板的短期容许剪切耐力增大，对于增大石膏板的短期容许剪切耐力而言，需要增大面密度以增大最大负荷，认识到这是实质上唯一的壁倍率增大方法。然而，由图4(b)和图5所示的实施例1的负荷-变形角曲线明确那样，如果确保作为石膏系耐力面材的最低限度的物性(钉侧面阻力：500n以上)的同时，降低面密度，则石膏板本身潜在地保有的韧性或变形追随性显现，其结果，能够基于极限耐力pu和塑性率μ来特定短期基准剪切耐力p0。以下，对于这一点进一步说明。
[0091]
图4(b)所示那样，实施例1的石膏板在变形角＝约20
×
10-3
rad时达到最大负荷(最大耐力)pmax之后，通过之后的反复加力，0.8pmax负荷降低域的变形角，即，极限位移δu2作为极限位移δu2＝33.1
×
10-3
rad而得。如上述那样，实施例1～5的各石膏板的极限位移δu2如图3所示那样，为26.8
×
10-3
rad～36.0
×
10-3
rad的范围内的数值，实施例2～5中，获得与实施例1大致同等的极限位移δu2。即，实施例1～5的石膏板在变形角＝约20
×
10-3
rad时达到最大负荷(最大耐力)pmax之后，直至最大负荷pmax时的变形角的大致1.3～1.8倍的变形角产生为止，通过之后的反复加力而持续塑性变形，因此，塑性率μ比较大地增大。
[0092]
在本说明书的开头所说明那样，壁倍率为将短期容许剪切耐力pa除以规定的耐力基准值(l
×
1.96)而得的值，短期容许剪切耐力pa如由图5所示的数学式理解那样，为将规定的降低系数α乘以短期基准剪切耐力p0的值。与过去的大多数石膏系面材的面内剪切试验相同，各实施例和比较例的短期基准剪切耐力p0为对于通过基于塑性率μ的校正获得的极限耐力pu的校正值pu’(即，极限耐力(校正值)pu')乘以偏差系数β而求得的值来特定。因此，短期基准剪切耐力p0如能够由图5的数学式容易理解那样，与极限耐力pu的值成比例，并且，伴随着塑性率μ的增大而增大。如果假定塑性率μ与极限位移δu成比例，屈服位移δv为大致同等的值，则短期基准剪切耐力p0伴随着极限位移δu的增大而增大。即，通过增大极限位移δu，从而能够增大短期基准剪切耐力p0。另外，为了简化说明，对于偏差系数，假定为偏差系数β＝1.0。
[0093]
图5的表所示那样，通过实施例1的石膏板获得的短期基准剪切耐力p0比通过比较例的石膏板获得的短期基准剪切耐力p0的值显著地大。这意味着，通过面密度的降低而增大极限位移δu2，由此，增大短期基准剪切耐力p0，作为其结果，能够增大壁倍率。另外，降低系数α为人工设定的值，通过对于短期基准剪切耐力p0乘以降低系数α，从而获得短期容许剪切耐力(pa)，由此，获得最终的壁倍率的数值。例如，假如设定为降低系数＝0.75的情况下，使用了实施例1的石膏板的木结构耐力墙的壁倍率为2.25，这是比较例的壁倍率(1.60)的约1.4倍。该壁倍率的值为比建设省告示第1100号等所规定的结构用石膏板等的木结构耐力墙的壁倍率(上述的壁倍率0.9～1.7)显著地大的值。
[0094]
如以上说明那样，根据上述构成的耐力墙1，耐力面材10由主材或芯材，以及被覆主材或芯材的至少表背面的纸构件来构成，所述主材或芯材由配合有无机质纤维和有机系强度提高材以发挥500n以上的钉侧面阻力的板状的石膏固化体形成，作为壁面的每单位面
积的质量被特定的耐力面材10的面密度或面重量，设定为6.5～8.9kg/m2的范围内的值，通过使用了壁的长度1.82m的耐力墙试验体的面内剪切试验获得的耐力墙1的极限位移δu2例如，为33.1
×
10-3
rad(实施例1)，比20
×
10-3
rad(比较例)大，通过该面内剪切试验获得的极限耐力(校正值)pu'例如，为10.7kn(实施例1)，比7.6kn(比较例)大，如果假定偏差系数β＝1，则短期容许剪切耐力pa例如，为10.7kn(实施例1)，比7.6kn(比较例)大，壁倍率例如，为2.25(实施例1)，大于1.60(比较例)。这样，根据具有将耐力面材10通过钉20固定于木造轴组工法的木结构壁基底的结构的耐力墙1，通过确保作为石膏系耐力面材的最低限度的物性(钉侧面阻力＝500n以上)的同时，提高石膏系面材的韧性和变形追随性以增大极限耐力(校正值)pu'，从而能够不附加安装增强材或增刚材，也不增大耐力面材10的比重和/或板厚，增大短期基准剪切耐力p0，增大壁倍率。
[0095]
以上，对于本发明的适合的实施方式和实施例进行了详细地说明，但是本发明并不限定于上述实施方式和实施例，能够在权利要求所记载的本发明的范围内进行各种变形或变更。
[0096]
例如，上述实施方式和实施例为关于木结构建筑物的1层水平的耐力墙，本发明对于2层或3层水平的耐力墙也能够同样地适用。在2层或3层水平的耐力墙的情况下，耐力面材的下端部被固定于2层地板或3层地板水平的横架材等。
[0097]
此外，上述实施方式和实施例为关于木造轴组工法且大壁造的耐力墙结构，但是也可以将本发明用于木造轴组工法的真壁造或地板材(地板加工)、大壁造的耐力墙结构。作为变形例，也可以将本发明应用于木造框组壁工法的耐力墙结构，在该情况下，耐力面材替换基座、柱和横架材而固定于纵框、下框、上框等。
[0098]
进一步，图4所示的试验体为将石膏板上下分割，在高度方向中间位置配设有中段连接横条的结构的试验体，但是可以使用与木造轴组的总高实质上相同高度尺寸的石膏板以实施面内剪切试验。在后者的情况下，认为能够进一步增大短期基准剪切耐力。
[0099]
此外，上述实施方式和实施例中，将耐力面材通过钉固定于柱和横架材等的木造轴组，但是可以通过螺钉等其它种类的固定具将耐力面材固定于木造轴组。
[0100]
产业可利用性
[0101]
本发明适用于木结构建筑物的石膏系耐力面材。特别是，本发明适用于主材或芯材具有混入有无机质纤维和有机系强度提高材以发挥500n以上的钉侧面阻力的板状的石膏固化体的石膏系耐力面材。本发明进一步适用于使用了这样的石膏系耐力面材的木结构耐力墙的壁倍率增大方法。本发明进一步适用于将这样的石膏系耐面材固定于木造轴组工法或木造框组壁工法的木结构壁基底，将耐力面材通过木结构壁基底而在结构上一体地保持的方式而构成的木结构建筑物的耐力墙结构和耐力墙施工方法。根据本发明，能够不附加安装增强材或增刚材，不增大石膏系面材的比重和/或板厚，增大木结构耐力墙的壁倍率，由此其实用的价值或效果为显著的。
[0102]
符号的说明
[0103]
1 耐力墙
[0104]
2 基座
[0105]
3 柱
[0106]
4 间柱
[0107]4’ꢀ
衔接间柱
[0108]
5 横架材(梁、中段横断梁、顶撑长梁、顶撑短桁)
[0109]5’ꢀ
中段连接横条
[0110]
10、10a、10b 石膏系耐力面材
[0111]
20 钉(固定具)