JP2019027160A

JP2019027160A - 耐火主要構造部

Info

Publication number: JP2019027160A
Application number: JP2017148193A
Authority: JP
Inventors: 直人松岡; Naoto Matsuoka; 隆司久保; Takashi Kubo; 金森　誠治; Seiji Kanamori; 誠治金森
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: JP7025855B2

Abstract

【課題】耐火材料部の厚さを薄くできて、建物内空間を広くでき、かつ、熱抵抗値の低下を改善できて、さらに、石膏ボードの欠けや割れ部分に対する防御的機能を有する、耐火性能に優れた耐火主要構造部を提供する。【解決手段】耐火主要構造部１は、建築物の主要構造部を構成する木製芯材２と、木製芯材２の表面２１を被覆するように設けられた耐火材料部１０とを備え、耐火材料部１０は、石膏ボード３，５と火山性ガラス質複合板４とが積層されている。【選択図】図２

Description

本発明は、建築物の柱や梁等の主要構造部となる木製芯材と、木製芯材の表面を被覆するように設けられた耐火材料部とを備えた耐火主要構造部に関する。

建築物の柱や梁等の主要構造部となる木製芯材と、木製芯材の表面を被覆するように設けられた「燃え止まり層」と呼ばれる耐火材料部とを備えた構成の耐火主要構造部として、例えば、木製芯材の表面を被覆するように石膏ボードを複数枚積層してなる燃え止まり層（耐火材料部）を形成した構成の「クールウッド（登録商標）」又は「オメガウッド（登録商標）」と呼ばれる耐火主要構造部（非特許文献１；２参照）が知られている。
石膏ボードを形成する石膏には結晶水が含まれており、石膏ボードが高温になると、結晶水が熱分解し、水蒸気となって徐々に放出されることにより、温度の上昇を遅らせる働きがある。このため、石膏ボードは、耐火材料として優れている。

COOL WOOD（クールウッド）、[平成２９年５月１２日検索］、インターネット〈http://www.kes.ne.jp/coolwood/〉初の汎用材による大スパン２時間耐火木造技術「オメガウッド（耐火）」を開発、[平成２９年５月１２日検索］、インターネット〈http://www.obayashi.co.jp/press/20160229_1〉

しかしながら、石膏ボードを複数枚積層して耐火材料部（耐火層）を形成した場合において、耐火材料部の厚さを薄くして建物内空間を広くするために、厚さの薄い石膏ボードを用いた場合、熱抵抗値が小さくなるとともに、ボードに欠けや割れ等が生じ易くなるため、耐火性能が悪くなる懸念がある。
本発明は、耐火材料部の厚さを薄くできて、建物内空間を広くでき、かつ、熱抵抗値の低下を改善できて、さらに、石膏ボードの欠けや割れ部分に対する防御的機能を有する、耐火性能に優れた耐火主要構造部を提供するものである。

本発明に係る耐火主要構造部は、建築物の主要構造部を構成する木製芯材と、木製芯材の表面を被覆するように設けられた耐火材料部とを備え、耐火材料部は、石膏ボードと火山性ガラス質複合板とが積層されて構成されたので、耐火材料部の厚さを薄くできて、建物内空間を広くでき、かつ、火山性ガラス質複合板を備えたことで熱抵抗値の低下を改善できて、さらに、火山性ガラス質複合板を備えたことで石膏ボードの欠けや割れ部分に対する防御的機能が得られるようになり、耐火性能に優れた耐火主要構造部となる。
また、耐火材料部は、木製芯材の表面を被覆するように設けられた内側石膏ボードと、当該内側石膏ボードの表面を被覆するように設けられた火山性ガラス質複合板と、当該火山性ガラス質複合板の表面を被覆するように設けられた外側石膏ボードとを備えたので、耐火材料部の厚さを薄くできて、建物内空間を広くでき、また、２層の石膏ボードを備えたことによって耐火性能を向上でき、また、火山性ガラス質複合板を備えたことで熱抵抗値の低下を改善でき、さらに、火山性ガラス質複合板を備えたことで石膏ボードの欠けや割れ部分に対する防御的機能が得られるようになり、耐火性能に優れた耐火主要構造部となる。

耐火主要構造部の斜視図（一部破断図）。耐火主要構造部の断面図。各種石膏ボード及び火山性ガラス質複合板の特徴を示す比較図。耐火材料部の構成の比較図。

実施形態１
図１；図２に示すように、実施形態１の耐火主要構造部１は、無垢材（純木）、又は、集成材、又は、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber）により形成されて建築物の主要構造部を構成する木製芯材２と、木製芯材２の表面（外表面）２１を被覆するように設けられた耐火材料部（耐火層）１０とを備え、耐火材料部１０は、木製芯材２の表面（外表面）２１を被覆するように設けられた内側石膏ボード３と、内側石膏ボード３の表面（外表面）３１を被覆するように設けられた火山性ガラス質複合板４と、火山性ガラス質複合板４の表面（外表面）４１を被覆するように設けられた外側石膏ボード５と、を備えた構成とした。尚、外側石膏ボード５の表面（外表面）５１を被覆するように木製化粧材６が設けられている。
つまり、木製芯材２の表面２１を被覆する内側石膏ボード３と、当該内側石膏ボード３の表面３１を被覆する火山性ガラス質複合板４と、火山性ガラス質複合板４の表面４１を被覆する外側石膏ボード５とによって、燃え止まり層と呼ばれる耐火材料部１０を形成し、当該燃え止まり層によって耐火性能を確保した構成の耐火主要構造部１とした。

主要構造部とは、建築基準法第二条の五に「構造耐力上主要な部分」として定められた、「壁、柱、床、梁、屋根又は階段」のことである。
尚、図１及び図２では、建築物の主要構造部を構成する木製芯材２の例として「柱」を図示している。
例えば、木製芯材２が「柱」であれば当該柱の周囲４面に、木製芯材２が「梁」であれば当該梁の周囲３面に、木製芯材２が「床」及び「壁」であれば耐火面１面又は２面に、燃え止まり層（耐火材料部１０）が設けられる。

無垢材は、使用する形状で丸太から切り出した木材である。
集成材は、張り合わせる板の繊維方向が並行方向となるように複数の板を張り合わせて構成された木材である。
ＣＬＴは、張り合わせる板の繊維方向が直交するように複数の板を張り合わせて構成された木材であり、直交集成板と呼ばれている。

火山性ガラス質複合板４は、ロックウール等の鉱物繊維とシラス等の火山性ガラス質材料とで形成された耐火材料であり、例えば、シラスを圧縮して形成されたシラス圧縮板の両方の板面に、ロックウールを圧縮して形成されたロックウール圧縮板の板面を接合して構成された複合板である。
火山性ガラス質複合板４としては、例えば、大建工業株式会社製の「ダイライトＭＵ（登録商標）」、「ＳＤ耐火パネル（登録商標）」等を用いればよい。

石膏ボードの種類としては、例えば、一般的な所謂石膏ボード、当該石膏ボードよりも密実に構成された強化石膏ボード、当該強化石膏ボードよりもさらに密実に構成された硬質石膏ボードがある。
これら各種石膏ボード、及び、火山性ガラス質複合板４としてのＳＤ耐火パネルの特徴を図３に示す。
図３に示すように、各石膏ボードの厚さが同じ１２．５ｍｍである場合、重量及び結晶水含有量の関係は、石膏ボード＜強化石膏ボード＜硬質石膏ボードであるのに対して、熱抵抗値の関係は、石膏ボード＞強化石膏ボード＞硬質石膏ボードである。これは、石膏ボードの単位体積当たりの重量が増えると、結晶水含有量が増えるが、ボード内の気泡が少なくなって、熱抵抗値が低くなるからである。
また、石膏ボードとＳＤ耐火パネルとを比較した場合、重量の関係は、ＳＤ耐火パネル＜石膏ボードであり、熱抵抗値の関係は、ＳＤ耐火パネル＞石膏ボードである。即ち、火山性ガラス質複合板４としてのＳＤ耐火パネルは、軽量でかつ熱抵抗値が高く、かつ、火災時において石膏ボードと比べて欠けや割れ等が生じ難いので、石膏ボードと比べた場合、扱いやすく、断熱性能が高い。

上述した「クールウッド」において、１時間耐火性能を確保する場合、例えば、図４（ａ）に示すように、２１ｍｍの強化石膏ボード３ｂを２枚積層した２層構造の燃え止まり層（耐火材料部）を形成している。この場合、燃え止まり層の厚さは４２ｍｍ、結晶水含有量が６．８ｋｇ／ｍ^２となる。
一方、「クールウッド」において、建物内空間を広くするために、図４（ｂ）に示すように、１２．５ｍｍの硬質石膏ボード３ｃを２枚積層した２層構造の燃え止まり層を形成した場合、燃え止まり層の厚さは２５ｍｍと薄くなり、結晶水含有量が６．３ｋｇ／ｍ^２となる。しかしながら、当該燃え止まり層の場合、２１ｍｍの強化石膏ボード３ｂを２枚積層した２層構造の燃え止まり層と比べて、熱抵抗値が小さくなるとともに、ボードの厚さが薄くなることから火災時においてボードに欠けや割れ等が生じる可能性が高くなり、火災時において、ボードに欠けや割れ等が生じた場合、火熱が当該欠けや割れ部分を介して木製芯材２に早く到達しやすくなる。
従って、図４（ｂ）に示すように、１２．５ｍｍの硬質石膏ボード３ｃを２枚積層した２層構造の燃え止まり層を形成した場合、耐火性能が悪くなり、１時間耐火性能を確保できない可能性がある。

これに対して、実施形態１では、例えば、図４（ｃ）に示すように、１２．５ｍｍの硬質石膏ボード３ｃによる内側石膏ボード３と外側石膏ボード５との間に１２．５ｍｍの火山性ガラス質複合板４としてのＳＤ耐火パネルを設けて形成された３層構造の燃え止まり層（耐火材料部１０）を備えた耐火主要構造部１としたので、燃え止まり層の厚さを３７．５ｍｍとできて、１時間耐火性能を実現した「クールウッド」の厚さ４２ｍｍよりも薄くできて、建物内空間を広くできるとともに、火山性ガラス質複合板４を備えたことで熱抵抗値の低下を改善できて、さらに、火山性ガラス質複合板４を備えたことで内側石膏ボード３及び外側石膏ボード５の欠けや割れ部分に対する防御的機能を備えた構成となる。
つまり、実施形態１の耐火主要構造部１によれば、燃え止まり層（耐火材料部１０）の厚さを薄くできて建物内空間を広くでき、かつ、耐火性能に優れた耐火主要構造部１を提供できるようになる。

実施形態１の耐火主要構造部１によれば、火災時において木製化粧材６が燃えた後、まず、外側石膏ボード５が結晶水の熱分解での水蒸気放出による耐火性能を発揮する。その後、中間層にある断熱性能の高い火山性ガラス質複合板４が断熱層として耐火性能を発揮し、最終的に最も内側に位置する内側石膏ボード３が耐火性能を発揮する。この場合、万一、外側石膏ボード５に欠けや割れ等が生じた場合には、中間層にある火山性ガラス質複合板４が、当該外側石膏ボード５の欠けや割れ部分から侵入する火熱に対する耐熱層としての機能を発揮する。また、内側石膏ボード３は、結果的に結晶水を耐火時間中保持できれば、水蒸気の放出に伴う蒸発潜熱の効果により、木製芯材２の表面２１が１００℃を超えないように働くことになり、木製芯材２に焦げが発生しないようになる。
即ち、実施形態１の耐火主要構造部１によれば、厚さの薄い燃え止まり層（耐火材料部１０）を備えたので、建物内空間を広くでき、また、外側と内側の２層の石膏ボード３，５を備えたことによって耐火性能を向上でき、また、火山性ガラス質複合板４を備えたことで熱抵抗値の低下を改善でき、さらに、火山性ガラス質複合板４を備えたことで石膏ボードの欠けや割れ部分に対する防御的機能が得られるようになるので、耐火性能に優れた耐火主要構造部１となる。

尚、１時間耐火性能とは、「建築基準法第２条第７項耐火構造」に記載されている「耐火性能」であり、その具体的内容が書かれている「建築基準法施行令第１０７条耐火性能に関する技術的基準」の壁、柱、床、はりの主要構造部にあって、「通常の火災による火熱が１時間加えられた場合に、構造耐力上支障のある変形、溶融、破壊その他の損傷を生じないものである」との基準を満たすものである。試験内容としては、例えば主要構造部（木製芯材２）が柱の場合、長さ３ｍ以上の試験体に対して、耐火炉にて柱に荷重をかけつつ４面から１時間の火災を想定した加熱（バーナー）をし、柱芯の燃焼状況や最大軸方向収縮量などの試験判定に合格し、国土交通大臣の認定を取得することで１時間耐火性能を有する柱であるとなるものである。
そして、実施形態１の耐火主要構造部１の耐火試験を行った結果、実施形態１の耐火主要構造部１は、１時間耐火性能を有するものであることを確認できた。

実施形態２
実施形態１では、内側石膏ボード３と外側石膏ボード５との間に火山性ガラス質複合板４を設けた３層構造の耐火材料部１０を備えた耐火主要構造部１を例示したが、火山性ガラス質複合板を、最も内側、又は、最も外側に配置した構成の耐火材料部を備えた耐火主要構造部であってもよい。尚、この場合、石膏ボードの欠けや割れ部分に対する火山性ガラス質複合板による防御的機能を重視すれば、火山性ガラス質複合板を、最も内側に配置すること、即ち、木製芯材２の表面２１（外表面）を火山性ガラス質複合板で被覆した構成とすることが好ましい。

実施形態３
石膏ボードと火山性ガラス質複合板とを積層した２層構造の耐火材料部を備えた耐火主要構造部であってもよい。尚、この場合、石膏ボードの欠けや割れ部分に対する火山性ガラス質複合板による防御的機能を重視すれば、木製芯材２の表面２１（外表面）を火山性ガラス質複合板で被覆した構成とすることが好ましい。
実施形態３の耐火主要構造部であっても、耐火材料部の厚さを薄くできて、建物内空間を広くでき、かつ、火山性ガラス質複合板を備えたことで熱抵抗値の低下を改善できて、さらに、火山性ガラス質複合板を備えたことで石膏ボードの欠けや割れ部分に対する防御的機能が得られるようになり、耐火性能に優れた耐火主要構造部となる。

尚、上記では、最も外側に木製化粧材６を備えた構成の耐火主要構造部１を例示したが、最も外側に木製化粧材６の代わりにクロス等のシート状の化粧材を設けるようにしてもよい。

１耐火主要構造部、２木製芯材、３内側石膏ボード、
４火山性ガラス質複合板、５外側石膏ボード、１０耐火材料部。

Claims

建築物の主要構造部を構成する木製芯材と、木製芯材の表面を被覆するように設けられた耐火材料部とを備え、
耐火材料部は、石膏ボードと火山性ガラス質複合板とが積層されて構成されたことを特徴とする耐火主要構造部。
耐火材料部は、木製芯材の表面を被覆するように設けられた内側石膏ボードと、当該内側石膏ボードの表面を被覆するように設けられた火山性ガラス質複合板と、当該火山性ガラス質複合板の表面を被覆するように設けられた外側石膏ボードとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の耐火主要構造部。