2016 Fiscal Year Research-status Report
等圧効果による風力低減と荷重再配分を利用した高耐風圧外壁システムの開発
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16K14337
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
植松 康 東北大学, 工学研究科, 教授 (60151833)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
ガヴァンスキ 江梨 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00608797)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 通気工法 / 外壁システム / 圧力箱試験 / シミュレーション / 等圧化 / 荷重再配分 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，強風被害が多発している低層建物の外壁(外装仕上げ材だけでなく下地材等の支持部材を含む構造システムとして捉える)を対象とし，仕上げ材(サイディング)に意図的に隙間を設けることで，等圧効果による風力低減と荷重再配分を利用し，耐風性に優れた新しい外壁システムを提案する。特に，構造的検討がほとんど為されないまま普及してきた金属サイディングを用いた外壁通気工法に着目する。本研究は2年計画であり，初年度に当たる平成28年度においては，以下の手順により，通気工法外壁システムにおける層内圧シミュレーションモデルを確立した。
1．現在一般的な外壁通気工法のディテールを調査するとともに，代表的な工法に対して嵌合部の流体力学的特性(等価な隙間幅や流量係数)を圧力箱試験によって把握した。
2. 低層木造住宅を対象とした模型(縮尺率1/100)を用いた風洞実験を行い，壁面に作用する風圧分布特性を調べ，壁面に作用する正・負の風力が最大となる風向(最もクリティカルとなる条件)を明らかにした。この多点風圧データ(時刻歴)は通気層内の圧力(層内圧)のシミュレーションに利用される。
3. 横張りおよび縦張りサイディングに対して，外壁の一部(約2m×2m)を切り出したアセンブリ試験体を用い，実変動風荷重載荷装置を用いた圧力箱試験を行い，外圧と複数点における層内圧を測定し，この結果を再現できるような層内圧シミュレーションモデルを完成させた。このモデルにおいては，通気層はいくつかの仮想空間に分割されている。
4. シミュレーション対象を壁面全体に拡張し，壁面上端が屋外に開放されている場合と，小屋裏に開放されている場合について，シミュレーションを行い，層内圧を計算し，サイディングと内装材に作用する風荷重の特性を明らかにし，設計上の留意点を指摘した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
金属サイディングを用いた一般的な通気工法外壁システムに対して，サイディング勘合部や胴縁間の隙間に関する流体力学的特性を明らかにし，層内圧シミュレーションで用いる各種パラメータ値を定めることができた。さらに，風洞実験で得られた風圧の時刻歴データを利用して，壁面全体の層内圧を計算する数値シミュレーションモデルを完成させた。通気層上端の開放状態としては，「屋外開放」と「小屋裏開放」の2種類を想定している。これにより，次のステップである，壁面に意図的に開口を設けることで等圧効果と荷重再配分を利用して耐風性に優れた外壁システムを提案するための準備ができた。概ね当初の計画通りである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の最終目的は，通気工法外壁に意図的に開口(隙間)を設けることで，風荷重低減を図り耐風性に優れた外壁システムを提案することである。等圧効果によってサイディングに作用する風力は低減するが，その分内装材(石膏ボード等)を含め，外壁システムの内側の部材に作用することになる。したがって，サイディングの風力を低減することは，外壁システム全体としての耐風性向上には繋がらない。荷重再配分も考慮して，バランスのとれた構造システムを提案する必要がある。
平成29年度においては，意図的に設ける開口(隙間)形状をいくつか提案し，その流力特性を実変動風荷重載荷装置を用いた圧力箱試験によって明らかにするとともに，層内圧のシミュレーションを行って各部材に作用する荷重を計算し，最適な開口形状と配置について検討する。ここで，「最適」とは，サイディングの荷重と耐力(留め付け部を含む)，並びに，内装材の荷重と耐力(留め付け部を含む)の両方を考慮して総合的に決定される。
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