中間膜の種類 密度 50℃で1時間荷重時のヤングモジュラス

ポアソン比 熱膨張係数 引張強度

アイオノマー 850 Kg/m3 12.6 MPa 0.5 1.25x10-4/°C 44 MPaPVB 1070 Kg/m3 0.16 MPa 0.5 2.2x10-4/°C 25 MPa特殊PVB 1081 Kg/m3 1.86 MPa 0.5 1.6x10-4/°C 35 MPa

表1：アイオノマー、PVB、特殊PVBの力学特性比較

図1：ブランケット効果

トップライトへの使用における合わせガラスのガラス破損後の強度試験要旨：キャノピーや天窓のようなトップライトに使用する合わせガラスの設計と構造性能は、建物の居住者や保守作業員の安全に影響するため、極めて重要な意味を持つ。このような使用に際して、合わせガラス構造物の破損後の強度はもっとも重要である。破損前強度は、SJ Meplaのようにユーザーがガラスと併せて粘弾性中間膜の力学特性を入力するソフトウェアに基づくFEM解析手法により、かなり正確に予測することが可能である。これは、破損前構造強度と設計の最適化を中間膜に基づいて見極める上で役立つ。しかし、ガラスの破損後の強度はその分析モデルが現在まで確定されていないために依然として未知の領域であり、それ故に破壊試験が唯一信頼できる方法である。さまざまな中間膜、すなわちPVB、アイオノマー、特殊PVB（高剛性タイプ）、EVAを使用した点支持構法合わせガラス建造物の「脱落」耐性を評価するため、保守作業員の偶発的落下を想定した衝撃試験が行われた。さらに、ドイツ規格pr DIN 18008-6によって新基準が導入されたことをきっかけに、中期（30分以上）の破損後の強度試験が氷点下（－20℃）、室温（21℃）、および50℃の高温において実施された。破損した合わせガラス建造物のモジュラス値を推定するため、たわみ測定も行われた。

著者：マルヴィンダー・シン・ループライ、インゴ・シュテルツァー

はじめに合わせガラスは単板層ガラスに比べて破損後の強度の点で大幅に改善されており、ガラス破片が中間膜に接着していることにより一定の構造性能が残り、ガラス破片が「アーチ作用」をもったり所定の位置に固定されたりする。この性能はガラスの破砕に左右され、破片サイズが大きいほど性能は高まる。そのため合わせガラスは、大きな破片に砕けるフロートガラスや熱処理ガラスで作られた場合、残った構造性能が特に高くなる。さらに、破損後の性能は中間膜素材に左右される。もっとも一般的な中間膜はPVBで、その力学特性は温度と荷重時間に大きく左右される。PVBは、室温において破断時の伸びが250％を超えて柔軟である。温度がより高く荷重時間がより長い場合、せん断伝達は大きく影響を受ける

1。PVB中間膜の剛性が低

い場合、垂直使用時でもガラスが破損すると、特にパネルサイズが大きく支持が最低限の場合にはパネルの自重によって直ちに「ブランケット効果」（図1）が引き起こされる。クラレ社のアイオノマー樹脂製中間膜（当初デュポン社に

より開発）は、点支持構法のボルト使用時に、より高い剛性、温度耐性、引裂強度を実現することを目的として開発された。これは優れた破損後の強度と冗長設計を得る上で貢献している。

上の表は、アイオノマー、PVB、特殊PVB中間膜の力学特性の比較を示したものである。

破損後の強度はガラス層の破損パターン、支持条件、温度に大きく影響される。ガラスの破損パターンは同種類のガラスであっても変動が大きい可能性があるため、その破損後強度の解析的モデリングはほぼ不可能に近い。そのため、技術者は破壊試験に頼らざるを得ない。破損後強度は以下のとおりに分類することができる。

1. 即時の「脱落」に対する破損後の強度2. 中期の破損後の強度試験（30分以上。

pr DIN 18008-6による）

上記いずれの強度タイプに対しても個別に試験が実施され、本文書において示されている。

即時の「脱落」に対する破損後の強度

衝撃試験はペンシルベニア州ヨークのIntertek A T I 社 に お い て、試 験 温 度 5 0 ℃ 下 で 重 量100kg（用具と滑車装置を身に付けた保守作業員の典型的重量）の柔らかい袋を高さ1.2mから落下させることにより行われた。試験方法は、設置ならびに障害となる保守作業員の両方またはどちらかによる潜在的荷重を想定している。パネルは試験前1時間にわたり50℃で調整された。温度による試験結果の変動がないことを確実にするため、試験の設置物は断熱パネルで覆われた。断熱パネルは衝撃を加える直前に撤去された。

図2aは、アイオノマー中間膜を使用した合わ せガラス が 静 荷 重 下 の 衝 撃 材 に 対 する障 壁として機 能 することを 示している。衝撃 材 は 1 5 分 後 に 撤 去 され た が 、ボ ルト部に お いて中 間 膜 の 引 裂 は 見られ な かった

（図2b）。その後の衝撃試験において、図4、5、6にそれぞれ示されているEVA、PVB、特殊PVBを使用した合わせガラスは衝撃材が直撃するとすぐに崩壊し、障壁として機能しなかったのに対し、アイオノマー中間膜は「脱落」耐性を示している（図3）。

トップライトへの使用における合わせガラスのガラス破損後の強度試験

図2（aおよびb）：静荷重下におけるノンフレーム（点支持構法）キャノピーの使用

図3：「脱落」耐性を示すアイオノマー合わせガラス

図5：「脱落」耐性を示さないPVB合わせガラス

図4：「脱落」耐性を示さないEVA合わせガラス

図6：「脱落」耐性を示さない特殊PVB合わせガラス

図12：200kgで崩壊した0.89mmのアイオノマー合わせガラス

図10：50℃で崩壊し、破損したPVB合わせガラス

図8：アイオノマー合わせガラスに対する21℃で400kgの荷重

図7：破損後試験のレイアウト

図13：300kgで崩壊した1.52mmのアイオノマー合わせガラス

図11：50℃で崩壊し、破損した特殊PVB合わせガラス

図9：21℃において100kgで崩壊したPVB合わせガラス

トップライトへの使用における合わせガラスのガラス破損後の強度試験

中期の破損後の強度試験（30分以上）

規格の基準

2015年2月、ドイツ規格pr DIN 18008-6（建造物のガラス‐設計および建築規則‐保守手順の場合に上を歩くガラスに関する追加基準）によって、保守と清掃の際にアクセス可能なトップライトガラスについて、これまでになくはるかに厳密なガラス破損後の強度基準が定められた。新基準では、合わせガラス建造物が、最上層のガラス破損後少なくとも30分間にわたり100kgの重量を支持するよう求められている。まず、パネルは高さ900mmから重量50kgのツインタイヤ衝撃材を落下させることによる衝撃を受ける。これに続き、200×200mmの範囲に30分間にわたり100kgの荷重がかけられる（図7）。最上層のガラス破損後、全てのガラス要素は少なくとも30分間にわたり支持部に留まらなければならない。破片を含む合わせガラスが支持部から滑り落ちず、衝撃物が合わせガラスを貫通

せず、危険なガラス破片が落下しない場合、試験は成功である2。

主にキャノピーに使用される点支持構法ガラスパネル（1.5m×2.0m）の破損後強度試験は、ドイツのミュンヘン連邦軍大学において実施された。アイオノマー（1.52mmおよび0.89mm）、特殊PVB（1.52mm）、 PVB（1.52mm）という4種の中間膜を備えた9枚のガラスパネルが、3つの異なる温度シナリオでの試験用に準備された。試験の目的は、どの種類の中間膜を備えた合わせガラス建造物が、3つの異なる温度（－20℃、＋21℃、＋50℃）においてpr DIN 18008-6によって定められた基準に適合可能かを検証することであった。3枚のパネルは各温度で試験された。この試みは合わせガラスの極限能力を検証するために行われた。しかし、試験装置には適用最大荷重が400kgという制限があった。

合わせガラスは少なくとも3時間にわたり各温度で調整され、試験室には－25℃から＋25℃までの温度制御機能が備えられていた。異なる種

トップライトへの使用における合わせガラスのガラス破損後の強度試験

図2（aおよびb）：静荷重下におけるノンフレーム（点支持構法）キャノピーの使用

図3：「脱落」耐性を示すアイオノマー合わせガラス

図5：「脱落」耐性を示さないPVB合わせガラス

図4：「脱落」耐性を示さないEVA合わせガラス

図6：「脱落」耐性を示さない特殊PVB合わせガラス

図12：200kgで崩壊した0.89mmのアイオノマー合わせガラス

図10：50℃で崩壊し、破損したPVB合わせガラス

図8：アイオノマー合わせガラスに対する21℃で400kgの荷重

図7：破損後試験のレイアウト

図13：300kgで崩壊した1.52mmのアイオノマー合わせガラス

図11：50℃で崩壊し、破損した特殊PVB合わせガラス

図9：21℃において100kgで崩壊したPVB合わせガラス

トップライトへの使用における合わせガラスのガラス破損後の強度試験

類の中間膜を全て備えた合わせガラス建造物は、いかなる破損に対する衝撃にも耐えるほど強靭であった。そのため、いずれの場合も合わせガ

ラスの最上層はセンターポンチによって手作業で破損されなければならなかった。これに続いて100kgのコンクリートブロックをガラスパネル上に30分間静置した。試験は破損後の究極の性能限界を検証することを目的としていたため、荷重を増加させるたびに15分間の間隔を空けながら、荷重を100kg単位で最大400kgまで増加させた。

図9において、PVB合わせガラスは21℃で100kgの荷重が設置されるとボルト部での中間膜の引裂によって数秒で崩壊したため、負荷荷重を支持できなかったのに対し、アイオノマーと特殊PVBの中間膜を備えた合わせガラスは、－20℃と＋21℃において崩壊することなくこの400kgの荷重を支持した（図8）。

50℃の高温において、PVBと特殊PVB中間膜を備えた破損した合わせガラス建造物は、どちらの中間膜も破損後にすぐ崩壊したため（図10および図11）、自重を支持できなかった。

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トップライトへの使用における合わせガラスのガラス破損後の強度試験

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図14：－20℃におけるたわみ測定 図15：＋21℃におけるたわみ測定 図16：＋50℃におけるたわみ測定

ブタサイト®＝PVB、トロシフォル®ES＝特殊PVB、セントリグラス®＝アイオノマー

ブタサイト®1.52mm トロシフォル®ES 1.52 セントリグラス® 1.52 セントリグラス® 0.89mm

たわ

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株式会社クラレ東京都千代田区大手町1-1-3大手センタービルＰＶＢ事業部電話：03-6701-1508

その一方で、0.89mmのアイオノマー中間膜から成る合わせガラス建造物は100kgの重量を30分以上にわたって支持し、荷重が200kgまで高められると崩壊した（図12）。同様に、1.52mmのアイオノマー合わせガラスは破損後30分超にわたって200kgの荷重を支持することができ、荷重が300kgまで高められると崩壊した（図13）。

破損した合わせガラスのモジュラス推定のためのたわみ測定

たわみ測定は、合わせガラス建造物のモジュラス値を逆推定するために、3つの温度で行なった実験中に行われた。－20℃では1.52mmのアイオノマー合わせガラスは30分後にたわみが最小になった。（図14）＋21℃ではアイオノマー合わせガラス（1.52mmおよび0.9mm）と特殊PVB合わせガラスがPVB合わせガラスを上回っていたが（図15）、＋50℃では、アイオノマー合わせガラスが特殊PVB合わせガラスを上回った。（図16）

結論1. －20℃において、対象の0.89mmアイオノマー、1.52mmアイオノ

マー、1.52mmPVB、1.52mm特殊PVB（高剛性タイプ）の4つの中間膜から成る合わせガラスは、新規ドイツ規格pr DIN 18008-6の破損後の強度基準に適合した。

2. －20℃において、対象の4つはすべてボルト部での中間膜の引裂によるパネルの崩壊が見られなかったため、400kgを超える究極強度を有していた。

3. 21℃において、アイオノマーと特殊PVBの合わせガラスはDIN 18008-6の破損後の強度基準に適合するが、PVB合わせガラスは適合しない。

4. 21℃において、0.89mmと1.52mmアイオノマー合わせガラスは、破損からおよそ45分までほぼ類似した破損後の強度を示した。

5. 気温が45℃を超える熱帯気候地域において、アイオノマー中間膜を使用した合わせガラスはpr DIN 18008-6規格の基準を満たし、上回る。

References1. Structural Engineering Documents 10, Structural Use of Glass - Matthias Haldimann, Andreas Luible, Mauro Overend, ISBN 978-3-85748-

119-2, 2008, Page 14-15.2. Structural Engineering Documents 10, Structural Use of Glass - Matthias Haldimann, Andreas Luible, Mauro Overend, ISBN 978-3-85748-

119-2, 2008, Page 172.