JP2005036457A

JP2005036457A - 構造材および建築物

Info

Publication number: JP2005036457A
Application number: JP2003198694A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Abe; 裕安部; Shigeo Uehara; 茂男上原; Hiroshi Takahashi; 拡高橋; Koichiro Takahashi; 晃一郎高橋; Hironori Niwa; 博則丹羽
Original assignee: Obayashi Corp; Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-17
Also published as: JP4065416B2

Abstract

【課題】木材の持つ質感を損うことなく燃え止まり機能を付与する。
【解決手段】長期荷重を支持するに足り木材からなって芯部を構成する荷重支持層２と、荷重支持層２の外周に配置され不燃材にしてかつ断熱性を有する断熱材６を有した燃え止まり層３と、燃え止まり層３の外周に配置される所定の燃えしろ厚さを有する木材からなる燃えしろ層４との三層に観念的に区分し手構成される。荷重支持層２は、軸方向長期荷重に抗する断面積の設計値に応じて、正方形断面の角材に製材された木材単材５をその断面積となるよう接着剤を介して多数の単材を集成してなるものである。燃え止まり層３は、木材単材５と同一形状であり断熱性を有する複数の断熱材６を荷重支持層２の全周を連続的に囲うように配置し、接着剤を介して集積したものである。燃えしろ層４は、木材単材５により構成し、燃え止まり層の全周を囲って接着剤を介して集成したものである。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃え止まり機能を備えた構造材および建築物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、建築基準法の性能規定化に伴い、木造建築物であっても建築基準法（法第二条第九号の二イ）に掲げられる基準に適合するものであれば、高さ、規模に対する制限を受けないこととなり、より高層な建物の建築が可能となっており、集成材やＬＶＬなどのエンジニアーウッドを用いて大規模な木造ラーメン架構の開発が行われている。このような木造による大規模架構を実現するためには、長期荷重に対する耐久性を維持するために必要な断面積の確保に加え、木材そのものが可燃性材料であるため、燃えしろ、すなわち火炎に晒され、表面が炭化しても長期荷重を保つための表面厚みを充分に確保する必要がある。
【０００３】
この場合において、木材は、鉄やコンクリートに比べて高い断熱性能を有する一方で、熱容量は非常に小さく、長時間の火炎や熱に晒されることにより、火災終了後も燃焼（炭化）しつづけ、耐力が減衰し続けるといった欠点があり、耐火建築物の構造体を木材により構築する上での課題となっていた。
【０００４】
この課題を解決する手段として、以下の構造が提案されている。
▲１▼主要集成構造材の場合には集成材の中心をくりぬくか、あるいは空洞部分とし、これの内部にコンクリートを埋込んで、内部のコンクリートにより軸力を支持する構造。
▲２▼集成材の表面に珪酸カルシウムボード、石膏ボード、グラスウール、耐火塗料などの耐火被覆を施し、集成材に、直接、熱が供給されないようにして耐火性能を高める構造。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼のコンクリート埋込手段では、製作に手間がかかり、また柱には対応できるものの、梁に適用する場合には別の工夫が必要となる。また、▲２▼の耐火被覆を施した場合においても、被覆加工に手間がかかるとともに、加工により木材が表面に現れなくなった場合には木質系に特有のテクスチャが損われ、木造とすることの意味合いが減殺されるものとなる。
【０００６】
本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的は、木材の持つ質感を損うことなく燃え止まり機能を付与できるようにした構造材および建築物を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る構造材は、長期荷重を支持するに足り木材等からなる荷重支持層と、該荷重支持層の外側に配置され、不燃材にしてかつ断熱性を有する断熱材を有した燃え止まり層と、該燃え止まり層の外側に配置され、所定の燃えしろ厚さを有する木材からなる燃えしろ層とを備えてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、前記荷重支持層および前記燃え止まり層は木材とからなり、前記荷重支持層、燃え止まり層および燃えしろ層の三層間において木材が連続していることが好ましい。
【０００９】
また、前記木材は、多数の単材を集成してなるものとすることができ、また、前記断熱材は、無機質材料と木材で構成されることとすることができる。
【００１０】
一方、本発明に係る建築物は、上述した構造材が柱、梁又は壁等の建築構造材の全部又は一部として用いられたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１，２は本発明に係る構造材を木質集成柱に適用した第一の実施の形態を示すものである。図１（ａ）において、木質集成柱１は、長期荷重を支持するに足り木材からなって芯部を構成する荷重支持層２と、荷重支持層２の外周に配置され不燃材にしてかつ断熱性を有する断熱材６を有した燃え止まり層３と、燃え止まり層３の外周に配置される所定の燃えしろ厚さを有する木材からなる燃えしろ層４との三層に観念的に区分して構成されるものである。
【００１２】
図１（ｂ）に示されるように、荷重支持層２は、軸方向長期荷重に抗する断面積の設計値に応じて、正方形断面の角材に製材された木材単材５をその断面積となるよう単一材として又は接着剤を介して多数の単材を集成してなるものである（荷重支持層２は、本発明では「層」と規定しているが、本実施の形態のように柱状のものを含む）。本実施の形態において、燃え止まり層３は、木材単材５と同一形状であり断熱性を有する複数の断熱材６を荷重支持層２の全周を連続的に囲うように配置し、接着剤を介して集積したものである。燃えしろ層４は、前記と同一断面の木材単材５により構成し、燃え止まり層の全周を囲って接着剤を介して集成したものである。なお、燃え止まり層３を構成する断熱材６と、荷重支持層２または燃えしろ層４を構成する木材単材５とは、物理的に接していれば、接着剤によって接着されていなくてもよい。
【００１３】
使用される木材単材５は、米松、唐松、檜、杉、あすなろなど一般の木造建築の柱材として用いられる樹種が選択される。また、製材された木材単材５の一本当りの断面積は小さいため、これらの樹種の間伐材なども使用可能であり、この場合には資源の有効活用の面からも好ましいものとなる。
【００１４】
なお、荷重支持層２は木材以外のものであってもよく、また、燃え止まり層は断熱材６のみからなっていてもよいが、本実施の形態のように、荷重支持層２が木材からなり，燃え止まり層３が木材を混在してなり、さらに燃えしろ層４が木材からなるので、荷重支持層２、燃え止まり層３および燃えしろ層４の三層間において木材が連続している。このため、木材からなる三層２，３，４全体で固定荷重、積載荷重、積雪荷重、風圧力、地震力の短期に生ずる力（短期荷重）に対して構造耐力上安全であり、かつ、荷重支持層のみで固定荷重、積載荷重、積雪荷重の長期に生ずる力（長期荷重）に対して構造耐力上安全であるようにその断面設計がなされる。
【００１５】
前記断熱材６としては、例えば不燃木材、珪酸カルシウム板、ロックウール、グラスウール等を採用することもできる。不燃木材としては、例えば株式会社ＴＫマテリアルズが販売するもの（国土交通大臣認定番号ＮＭ−−１６８）を使用することができる。
【００１６】
前記燃えしろ層４の断面厚みは絶対値であり、火災時における木材の炭化速度を考慮してその厚みが設計される。建築基準法によれば、防火構造（要求耐火時間３０分）、準耐火構造（同４５分）、特定準耐火構造（同１時間）のそれぞれについて、燃えしろとして、２．５ｃｍ（昭和６２年建告第１９０２号）、３．５ｃｍ（平成１２年建告第１３５８号）、４．５ｃｍ（平成１２年建告第１３８０号）と規定されている。また、建築基準法では、耐火構造（要求耐火時間１〜３時間）について燃えしろは規定されていないが、火災終了後に、燃え止まることが必要であるとされている。
【００１７】
ところで、耐火建築物の主要構造部に（または耐火構造として）木構造部材を使用する場合は、火災継続中だけでなく、火災終了後においても耐力を保持し続けることが必要とされる。そこで、耐火構造は、特定準耐火構造よりも要求性能が高いため、１時間の耐火構造とするためには４５ｍｍの燃えしろが必要であることに加えて燃え止まり性能が必要となる。従って、本実施の形態において、要求耐火時間を１時間とした場合、燃えしろ層４の厚みを４５ｍｍとすればよい。
【００１８】
木材の炭化速度は樹種によって異なり、一般的には０．６ｍｍ／分と言われている。よって、加熱または火災から１時間経過後の燃えしろは３６ｍｍとなる。例えば２時間耐火を企図した場合、前述の炭化速度のみを考慮すれば、２時間経過後の燃えしろは７２ｍｍとなるが、２時間の耐火構造とするためには７２ｍｍの燃えしろが必要であることに加えて燃え止まり性能が必要となる。本発明によれば、燃え止まり層３の存在によってそれ以上の内部への炭化が防止されるため、７２ｍｍ程度とすることができる。
【００１９】
一方、燃え止まり層３の厚さは、例えば、荷重支持層と燃え止まり層との境界部分の温度が木材の着火温度である２６０度Ｃとならないようにその材質によって決定される。
【００２０】
本実施形態においては、燃えしろ層４及び燃え止まり層３はそれぞれ一本分の木材単材５及び断熱材６とから構成され、したがって各層を構成する木材単材５及び断熱材６の断面積は例えば（７２ｍｍ）^２となっている。
【００２１】
また、長さは柱１としての用途の場合には、４ｍ程度に設定することが望ましいが、通常このような木材は単材としては得難いため、木材単材の場合には、図２に示すように縦方向にも適宜の継手手段を介して長さ方向に適宜継足すことで、目的とする長さを得ることができる。
【００２２】
木材は、着火温度に達すると可燃性ガスが生成される。本発明は、木材断面に断熱材６を有する燃え止まり層３を設け、燃え止まり層３を通じて荷重支持層２に流入する熱量（ΔＱ）を小さくすることにより、荷重支持層２の温度上昇を抑制（＝可燃性ガスの生成を抑制）する。
【００２３】
ここで、ΔＴは上昇温度（Ｋ）、ΔＱは熱量（ｋＪ）、ｃは比熱（ｋＪ／ｋｇＫ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｖは体積（ｍ^３）であるが、ΔＴは、

式により求められるため、本発明は、熱量（ΔＱ）を小さくすることにより温度上昇を抑制し、炭化の進行を防止するのである。
【００２４】
ところで、木材の外側を不燃木材によって被覆することも考えられるが、実験によれば、自己の燃焼はほとんど見られなかったが、炭化速度は一般的な木材と同じ程度であり、断面欠損が生じてしまった。本発明のように、燃えしろ層として通常の木材を使用しつつ、燃え止まりを期待する部分に断熱材６を配置することにより、コストを安価にすることができる。加えて、不燃木材等の断熱材６が直接加熱されるのを防止できる。
【００２５】
上述した実施の形態において、燃え止まり層３に設けられる断熱材６は、木質集成柱１の隅角部に必要的に配置するか、隅角部の断熱材６のみを他の断熱材６より大きくすることが効果的である。隅角度は、二方向から加熱され吸収すべき熱量が他の部位と比較して大きいからである。
【００２６】
以上の構成における木質集成柱１の集成方法としては、前記断面形状にしたがって、先ず最外郭となる木材単材５同士を横一列に接ぎ合せ、次に二層目となる断熱材６を横一列に接ぎ合せるなどの作業を順次行い、これら接ぎ合せ合板を通常の積層合板の成型方法と同様の手法により、接着剤を介して縦に積層し、熱圧を加えることで、図１（ｂ）及び図２に示す断面形状に集成した柱１が得られる。
【００２７】
図３は、前記柱１に木質集成梁７及び木質集成間仕切り壁８を組付けた場合の第二の実施の形態を示している。同図において、梁７は前記と同様に荷重支持層９、これの外周を覆う燃え止まり層１０、及びその最外周に燃えしろ層１１に区分され、荷重支持層９にはこれの軸直交方向に対する長期荷重に抗すべく複数の木材単材５を縦長状に集成接着し、燃え止まり層１０には断熱材６を集成接着し、燃えしろ層１１には木材単材５を集成接着している。
【００２８】
また、間仕切り壁８は、中芯を燃え止まり層１２として、断熱材６を接ぎ合せ、その両側に燃えしろ層１４として木材単材５を接ぎ合せた合板を積層接着している。
【００２９】
この間仕切り壁８は特に耐力を必要としないところから、専ら燃え止まりを目的として以上の構成としたが、耐力壁、あるいは床材など、荷重に対する耐力を必要とする場合には、厚さ方向中心に荷重支持層となる木材を配置すればよい。
【００３０】
図４は、前記第一、第二実施形態における柱１の変形例を示すものである。先ず、図４（ａ）においては、上下に位置する断熱材６ａを木材単材５の断面に対して横長二倍の断面とした場合を示し、（ｂ）は角部に位置する断熱材６ｂを三角柱状とし、これに三角柱状とした木材単材５ａを接ぎ合せて、他の部位の断面に合わせた場合を示し、（ｃ）は木材単材５ｂの断面を横長または縦長の二倍または三倍とした場合における組合わせ例を示している。
【００３１】
以上のように、本発明によれば、上記各実施の形態に限定されるものではなく、得ようとする燃え止まり層の仕様や、得られる木材単材の形状などに応じて種々の組合わせを選択できる。
【００３２】
図５は、本発明の第三の実施の形態を示す。この集成柱２０は、荷重支持層として複数のひき板等の木材単板を積層して正方形断面とした積層材（集成材、合板、ＬＶＬ等：以下同じ）２１により構成し、その四周を燃え止まり層２２として前述した不燃木材等の断熱材２３で囲い、さらにその四周に燃えしろ層２４として複数の木材単板を縦横に積層した所定厚みの積層材２５で覆い、接着剤を介して各層を一体化したものである。
【００３３】
なお、各積層材２１、２５における各単板の木目方向は直交していてもよいし、平行であってもよい。また、断熱材の厚みは耐火使用に応じて適宜設定できる。
【００３４】
本実施形態においては、成型工程において接ぎ合せ工程がないため、成型が簡単となる。また燃え止まり層２２として不燃木材等の断熱材２３単体で囲っているため、内部の積層材２１を確実に保護できる。
【００３５】
以上の各実施の形態における木質集成柱１，２０、木質集成梁７、木質集成間仕切り８は、構造材として、建築物の全部又は一部を構築する材料として用いられる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による構造材にあっては、通常の集成材加工技術をそのまま適用して製作でき、かつ木材の持つ質感を損うことなく燃え止まり機能を付与できる。
【００３７】
また、本発明による建築物にあっては、中高層の耐火建築物の全部又は主要部を木造により実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の第一実施形態による木質集成柱の断面区画及び実際の断面図である。
【図２】同斜視図である。
【図３】本発明の柱に木質集成梁及び木質集成間仕切り壁を組合わせた場合の第二実施形態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第一、第二実施形態における柱の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態における木質集成柱を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２０木質集成柱
２，２１荷重支持層（２１積層合板）
３，２２燃え止まり層
４，２４燃えしろ層
５木材単材
６，２３断熱材（２３不燃木材）
７木質集成梁
８木質集成間仕切り
２５積層合板

Claims

長期荷重を支持するに足り木材等からなる荷重支持層と、
該荷重支持層の外側に配置され、不燃材にしてかつ断熱性を有する断熱材を有した燃え止まり層と、
該燃え止まり層の外側に配置され、所定の燃えしろ厚さを有する木材からなる燃えしろ層とを備えてなることを特徴とする構造材。
前記荷重支持層および前記燃え止まり層は木材とからなり、
前記荷重支持層、燃え止まり層および燃えしろ層の三層間において木材が連続していることを特徴とする請求項１に記載の構造材。
前記木材は、多数の単材を集成してなるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造材。
前記断熱材は、無機質材料と木材で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造材。
請求項１〜４のいずれかの項に記載の構造材が柱、梁又は壁等の建築構造材の全部又は一部として用いられたことを特徴とする建築物。