JP2019150389A

JP2019150389A - 耐火構造

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Publication number: JP2019150389A
Application number: JP2018038786A
Authority: JP
Inventors: 早乙女　一美; Kazumi Saotome; 一美早乙女
Original assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Construction Materials Corp
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-12
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: JP7210145B2; JP2023038258A

Abstract

【課題】本発明は、石膏ボードが薄く軽量化され、耐火性能及び施工性に優れる耐火構造を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の耐火構造は、不燃材、パネル断熱材、及び石膏ボードがこの順に積層されていることを特徴としている。上記耐火構造は、木質材料を含む建築物に用いることが好ましく、前記石膏ボードの少なくとも一部と前記木質材料とを積層させて木質材料を含む建築物に用いることがより好ましい。上記耐火構造は、総厚さ３５ｍｍ以下の前記石膏ボードを用いて、ＩＳＯ８３４に準拠して行われる防耐火性能試験による２時間耐火構造の基準を満たすことが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、耐火構造に関する。

従来、木造建築物の壁、床、天井等を耐火構造とする方法として、強化石膏ボードを用いる方法が知られている。強化石膏ボードは、これに含まれる結晶水が、火災時の熱によって水蒸気に変化することで熱エネルギーを消費するので、一定時間火災を食い止めることが可能になる。したがって、石膏ボードの厚さを厚くすることにより、高い耐火性能を得ることが可能になる。

強化石膏ボードを用いた木造建築物の耐火構造として、例えば、２重に重ね張りされる石膏ボードの間に、所定の厚さのアルミニウムシートを挟む込み、このアルミニウムシートの輻射断熱機能により、下地側の石膏ボードや木質下地に伝わる熱を減少させて、石膏ボードによる防火被覆層の厚さを薄くすることを可能にした技術が知られている（特許文献１、特許文献２参照）。

特許第３６７３５１６号公報特開２００７−３９９１５号公報

特許文献１、２に記載の耐火構造において、１時間耐火構造の基準を満たすために必要な石膏ボードの合計厚さは３６ｍｍ以上である。石膏ボードは水を多く含み、非常に重い部材であるため、施工性の向上、建物の軽量化、居住空間の拡張等の観点から、耐火性能を維持しつつ、石膏ボードをさらに薄くすることが求められているのが現状である。

従って、本発明の目的は、石膏ボードが薄く軽量化され、耐火性能及び施工性に優れる耐火構造を提供することにある。

すなわち、本発明は、以下の通りである。

［１］不燃材、パネル断熱材、及び石膏ボードがこの順に積層されたことを特徴とする耐火構造。

［２］木質材料を含む建築物に用いる、［１］の耐火構造。

［３］前記石膏ボードの少なくとも一部と前記木質材料とを積層させて木質材料を含む建築物に用いる、［２］の耐火構造。

［４］前記木質材料が建築物の床下を構成する材料である、［２］又は［３］の耐火構造。

［５］総厚さ３５ｍｍ以下の前記石膏ボードを用いて、ＩＳＯ８３４に準拠して行われる防耐火性能試験による２時間耐火構造の基準を満たす、［１］〜［４］のいずれかの耐火構造。

［６］前記不燃材がケイ酸カルシウム板である、［１］〜［５］のいずれかの耐火構造。

［７］前記パネル断熱材がフェノール樹脂発泡体板である、［１］〜［６］のいずれかの耐火構造。

［８］前記不燃材、前記パネル断熱材、前記石膏ボード、及び木質材料がこの順に積層された、［１］〜［７］のいずれかの耐火構造。

［９］前記木質材料が建築物の木質材料構造部を構成する材料である、［８］の耐火構造。

［１０］前記木質材料が床下を構成する材料である、［８］又は［９］の耐火構造。

本発明の耐火構造は、上記構成を有するため、軽量であり、耐火性能及び施工性に優れる。

図１は、本実施形態の耐火構造の一例を示す概略図（断面図）である。図２は、従来の耐火構造を示す概略図（断面図）である。図３は、比較例１の積層体を示す概略図（断面図）である。図４は、床及び床下に本実施形態の耐火構造を設けた一例を示す概略図である。図５は、実施例１の防耐火性能試験後の木質材料表面の写真である。図６は、比較例１の防耐火性能試験後の木質材料表面の写真である。

［耐火構造］
本発明の耐火構造は、不燃材、パネル断熱材、及び石膏ボードが、この順に各部材が接する形態で積層されている。

本発明者は、従来の木造建築物の耐火構造について、検討を進めたところ、以下のような問題点を見出した。
従来の強化石膏ボード（ａ）６／アルミニウムシート７／強化石膏ボード（ｂ）８の積層体を木質材料５上に設けた耐火構造（図２）では、火災の熱が強化石膏ボード（ａ）６にいち早く伝わり、強化石膏ボード（ａ）６中の結晶水が水蒸気となる。アルミニウムシート７は水蒸気を通さないため、発生した水蒸気は火災源側に移動して素早く揮発し、強化石膏ボード（ａ）は短時間で結晶水を放出する。また、アルミニウムシート７は放射熱を遮断するものの、熱伝導性が高いため、伝導熱が強化石膏ボード（ｂ）８に伝わり易い。そのため、強化石膏ボード（ｂ）８が加熱されやすく、強化石膏ボード（ｂ）８中の結晶水も蒸発しやすい。
本発明者は、上記の問題点を解決するために、使用材料及び耐火構造の層構成について鋭意検討を重ねた。

本発明の耐火構造１は、不燃材２／パネル断熱材３／石膏ボード４の構造を有する。図１は、木質材料５上に、石膏ボード４と木質材料５とが接する形態で積層させた、本実施形態の一例の耐火構造である。
表面側に不燃材２を設けることで、不燃材２側に火災が発生した場合であっても、燃えにくい。また、不燃材２に、断熱性、熱反射性を有する材料を用いると、石膏ボード４への熱伝導を一層抑えることができる。
不燃材２の下にパネル断熱材３を設けることで、不燃材２を通して伝わった熱はパネル断熱材３によって遮断され、石膏ボード４に伝わりにくい。また、パネル断熱材３として、熱で溶けずに炭化する材料を用いると、火が直接石膏ボードに触れないため、パネル断熱材炭化後の石膏ボード４の加熱を抑えることができる。
石膏ボード４を、不燃材２／パネル断熱材３の下に設けることで、伝導熱が石膏ボード４に伝わりにくく、石膏ボード４中の結晶水が水へと分解される時間帯を遅くすることができる。また、パネル断熱材３として透湿係数が低い材料を用いる場合は、石膏ボード４で発生した水蒸気が、火災源側へと移動しにくく、石膏ボード４内または木質材料５内に残り易くなり、石膏ボード４が一層加熱されにくくなる。
本発明者は、層構成により、耐火性能に優れ、石膏ボードの厚さを薄くするできることを見出した。なお、本発明の効果を損なわない範囲で他の層を各部材間に挿入しても、上記と同様の効果を得ることができる。

（不燃材）
上記不燃材としては、熱伝導性が低く、燃えないものが好ましい。
不燃材の熱伝導率としては、０．０３〜０．２４Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．１４Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1である。なお、本明細書において、熱伝導率は、ＪＩＳＡ１４１２に準拠して測定される値をいう。

上記不燃材としては、例えば、ＡＬＣパネル（高温高圧蒸気養生された軽量気泡コンクリート）、ケイ酸カルシウム板、コンクリート、レンガ、瓦、陶磁器質タイル、繊維強化セメント板、鉄鋼板、アルミニウム板、ガラス板、モルタル板、不燃加工した木材等が挙げられる。中でも、熱伝導率の観点から、ケイ酸カルシウム板、アルミニウム板が好ましく、より好ましくはケイ酸カルシウム板である。
上記不燃材は、１種単独で用いてもよいし、同種及び／又は複数種を重ねて用いてもよい。

（パネル断熱材）
上記パネル断熱材としては、熱に強く、炭化するものが好ましい。上記パネル断熱材としては、例えば、フェノールフォーム、スチレンフォーム等の樹脂発泡体板；ロックウール、グラスウール等の板状の繊維；等が挙げられる。中でも、軽量性、熱伝導率の観点から、フェノールフォーム、ロックウールが好ましく、より好ましくはフェノールフォーム（フェノール樹脂発泡体板）である。
上記パネル断熱材は、１種単独で用いてもよいし、同種及び／又は複数種を重ねて用いてもよい。

上記パネル断熱材の熱伝導率は、パネル断熱材に伝わってきた熱を石膏ボードに伝導しにくくすることにより、一層優れた長期耐火性能が得られる観点から、０．０１８〜０．０５０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1であることが好ましく、より好ましくは０．０１８〜０．０３５Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1である。

上記パネル断熱材は、石膏ボードで発生した水蒸気が、火災源がある不燃材側に透過せずに、石膏ボード内または木質材料内に残り易くなる観点から、水蒸気を通しにくいことが好ましい。具体的には、上記パネル断熱材の透湿係数は、３０〜２９０ｎｇ／（ｍ²・ｓ・Ｐａ）であることが好ましく、より好ましくは３０〜６０ｎｇ／（ｍ²・ｓ・Ｐａ）である。
なお、透湿係数は、厚さ２５ｍｍの条件で、ＪＩＳＡ１３２４に準拠して測定される値をいう。

上記パネル断熱材の密度としては、軽量性の観点から、１０〜６０ｋｇ／ｍ³であることが好ましく、より好ましくは１０〜３０ｋｇ／ｍ³である。
なお、密度とは、ＪＩＳＫ７２２２に従って測定した、断熱材の質量と見かけ容積とから算出される値をいう。

（石膏ボード）
上記石膏ボードとしては、石膏を主成分とした板であれば特に限定されず、例えば、ＪＩＳＡ６９０１の石膏ボード（ＧＢ−Ｒ）、シージング石膏ボード（ＧＢ−Ｓ）、強化石膏ボード（ＧＢ−Ｆ、ＧＢ−Ｆ（Ｖ））、石膏ラスボード（ＧＢ−Ｌ）、化粧石膏ボード（ＧＢ−Ｄ）、不燃積層石膏ボード（ＧＢ−ＮＣ）、普通硬質石膏ボード（ＧＢ−Ｒ−Ｈ）、シージング硬質石膏ボード（ＧＢ−Ｓ−Ｈ）、化粧硬質石膏ボード（ＧＢ−Ｄ−Ｈ）、構造用石膏ボード（ＧＢ−Ｓｔ−Ａ、ＧＢ−Ｓｔ−Ｂ）吸放湿石膏ボード等が挙げられる。中でも、耐火性能の観点から、強化石膏ボードが好ましい。
上記石膏ボードは、１種単独で用いてもよいし、同種及び／又は複数種を重ねて用いてもよい。

（木質材料）
上記木質材料としては、特に限定されず、例えば、合板、ＣＬＴ（Cross Laminated Timber、直交集成板）、ＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）等が挙げられる。また、木の種類としては、特に限定されず、針葉樹であってもよいし広葉樹であってもよい。
上記木質材料は、本発明の効果を損なわない範囲で、防腐処理等の処理が施されていてもよい。
上記木質材料は、１種単独で用いてもよいし、同種及び／又は複数種を重ねて用いてもよい。

上記木質材料としては、建築物の木質材料構造部であってもよい。建築物の上記木質材料構造部としては、例えば、木造建築物の床、壁、床下（天井）、屋根、柱、梁、枠体、又はこれらの一部；鉄骨構造、ＲＣ構造、ＳＲＣ構造の建築物中に用いられる木質材料；等が挙げられる。
中でも、技能者が上向き作業をしなければならず施工が困難な床下が好ましい。

（製造方法）
本実施形態の耐火構造の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、不燃材、パネル断熱材、石膏ボードの各部材を積層し、ビス、ステープル、釘などにより固定して製造する方法が挙げられる。固定は、隣り合う２部材だけを固定してもよいし、３部材以上をまとめて固定してもよい。本実施形態の耐火構造は、上記木質材料と上記石膏ボードとを、上記の方法で固定してもよい。
石膏ボードは結晶水を多く含む素材からなっており、非常に重い部材である。そのため、例えば床下（天井）等に設置する場合、持ち上げた状態で多数のビス等を打ち込んで固定する必要があり、施工性の観点から、改善が要求されていた。本発明の耐火構造によれば、石膏ボードを薄く、軽くできるため、施工性が著しく改善する。

本実施形態の耐火構造は、建築現場で耐火構造を製造してもよいし、工場等の他の場所で製造した耐火構造を使用する場所まで輸送して用いてもよい。

（物性）
本実施形態の耐火構造において、上記不燃材、上記パネル断熱材、及び上記石膏ボードの合計厚さとしては、５０〜１５０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜１００ｍｍである。
上記不燃材の厚さとしては、１２〜７０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは１５〜２５ｍｍである。なお、不燃材を複数枚積層する場合は、上記不燃材の厚さとは、全ての不燃材の合計厚さをいうものとする。
上記パネル断熱材の厚さとしては、２０〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは２０〜５０ｍｍである。なお、パネル断熱材を複数枚積層する場合は、上記パネル断熱材の厚さとは、全てのパネル断熱材の合計厚さをいうものとする。
上記石膏ボードの厚さとしては、３６ｍｍ未満であることが好ましく、より好ましくは３５ｍｍ以下、更に好ましくは３０ｍｍ以下、更に好ましくは９．５〜２５ｍｍ、特に好ましくは１５〜２５ｍｍである。なお、石膏ボードを複数枚積層する場合は、上記石膏ボードの厚さとは、全ての石膏ボードの合計厚さをいうものとする。

本実施形態の耐火構造において、パネル断熱材の厚さ（ｍｍ）に対する石膏ボードの厚さ（ｍｍ）の割合（石膏ボードの厚さ／パネル断熱材の厚さ）としては、施工性、経済性の観点から、０．３〜１．６であることが好ましく、より好ましくは０．４〜１．０、さらに好ましくは０．５〜０．７である。

本実施形態の耐火構造は、ＩＳＯ８３４に準拠する防耐火性能試験の評価において、総厚さ３５ｍｍ以下（より好ましくは２５ｍｍ以下）の石膏ボードを用いて１時間耐火構造の基準を満たすことが好ましく、２時間耐火構造の基準を満たすことがより好ましい。特に、総厚さ２０〜５０ｍｍのパネル断熱材及び総厚さ２５ｍｍ以下の石膏ボードを用いて、１時間耐火構造の基準を満たすことが好ましく、２時間耐火構造の基準を満たすことがより好ましい。

本実施形態の耐火構造は、ＩＳＯ８３４に準拠する防耐火性能試験の評価において、１時間耐火構造の基準を満たすことが好ましい。また、本実施形態の耐火構造は、ＩＳＯ８３４に準拠する防耐火性能試験の評価において、２時間耐火構造の基準を満たすことがより好ましい。

本実施形態の耐火構造は、あらゆる構造物に用いることができるが、所定の時間内において木材の非炭化が要求性能として求められる、木質材料を含む建築物に用いることが好ましく、上記石膏ボードの一部と上記木質材料とを積層させて木質材料を含む建築物に用いることがより好ましい。
上記建築物としては、木質材料を含む建築物であれば限定されず、例えば、木造建築物；鉄骨構造、ＲＣ構造又はＳＲＣ構造と木造構造との混構造の建築物；等が挙げられる。

本実施形態の耐火構造は、上記不燃材、上記パネル断熱材、上記石膏ボード、及び上記木質材料がこの順に積層された構造であってもよい。
上記木質材料は、建築物の木質材料構造部を構成する材料であることが好ましい。上記木質材料構造部としては、床、壁、床下（天井）、屋根、柱、梁、枠体等が挙げられ、これらの一部に適用してもよい。中でも、床及び床下が好ましく、より好ましくは床下である。

図４に、本実施形態の耐火構造を適用した床及び床下（天井）の一例を示す。
床の木質材料５（床下地材等）上に、石膏ボード４、パネル断熱材３、不燃材２がこの順に積層され、床の耐火構造を形成している。床下地材上に、石膏ボード４の端面同士を突き合わせて、床下地材の全面を覆うように石膏ボード４が面全体に連接されている。また、石膏ボード４上に、パネル断熱材３の端面同士を突き合わせて、石膏ボード４の全面を覆うようにパネル断熱材３が面全体に連接されている。本例では、パネル断熱材の連接部と、石膏ボードの連接部とは、互いに直交し、重ならずにずれている。図４の床は、木質材料である床下地材の全面に設けられ、全面が本実施形態の耐火構造となっている。
床下の木質材料５（野縁）の下に、石膏ボード４、パネル断熱材３、不燃材２がこの順に積層され、床下の耐火構造を形成している。図４の床下は、木質材料５（野縁）が、石膏ボード４の一部と連接されている。天井の野縁部分が不燃材２／パネル断熱材３／石膏ボード４／木質材料５の耐火構造となっており、野縁に挟まれた部分（野縁と石膏ボードとが接していない部分）は、不燃材２／パネル断熱材３／石膏ボード４の３層の耐火構造となっている。

本実施形態の耐火構造は、例えば、外壁、床、屋根等の、屋内と屋外とを隔てる構造部に設けられる場合、該構造部中の木質材料から屋内側に各部材が重ねられてもよいし、屋外側に重ねられてもよし、屋内屋外の両方に設けられてもよい。

本実施形態の耐火構造は、不燃材表面に仕上げ材を設けてもよい。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
以下の部材を記載の順に積層し、ビスで固定して、長さ３００ｍｍ、幅３００ｍｍの、ケイ酸カルシウム板／フェノールフォーム／強化石膏ボードの積層体からなる耐火構造を作製し、木質材料と強化石膏ボードが接するようにビスで固定した（図１）。なお、固定用のビスには、一般的なコースレットビスを用いた。
・ケイ酸カルシウム板（日本インシュレーション株式会社製）、厚さ１５ｍｍ
・フェノールフォーム（旭化成建材株式会社製）、厚さ２０ｍｍ
・強化石膏ボード（吉野石膏株式会社製）、厚さ１５ｍｍを２枚
・木質材料（杉集成材：等級Ｅ６５−Ｆ２５５）、厚さ１０５ｍｍ

（比較例１）
フェノールフォームと強化石膏ボードとの積層の順番を変えたこと以外は、実施例１と同様にして、ケイ酸カルシウム板／強化石膏ボード／フェノールフォームの積層体を作製し、木質材料とフェノールフォームとが接するようにビスで固定した（図３）。

［評価］
実施例及び比較例で得られた積層体について、以下の方法で耐火性能を評価した。
ＩＳＯ８３４加熱プログラムに準拠して、試験の加熱時間は１２０分、加熱冷却後の放冷時間は３６０分、合計４８０分の条件で試験を行った。

実施例１は、１２０分間の加熱を実施したところ、試験終了時までの木材表面温度が最高で１５５℃であった。一方、比較例１は、木材の表面温度が最高で２１０℃であった。
実施例１および比較例１は、１２０分間の加熱を実施したところ、試験終了時まで、非加熱側へ火炎の噴出、発炎がなく、火炎が通る亀裂等の損傷も生じなかった。
試験後に各部材を剥がし、木質材料表面を観察したところ、実施例１の耐火構造は炭化しておらず、２時間耐火構造の基準を満たした（図５）。一方、比較例１の積層体は、表面が炭化しており、２時間耐火構造の基準を満たさなかった（図６）。

（実施例２）
部材の厚みを以下のように変更した以外は実施例１と同様にして耐火構造を作成し、木質材料と強化石膏ボードが接するようにビスで固定した（図１）。なお、固定用のビスには、一般的なコースレットビスを用いた。
・ケイ酸カルシウム板厚さ２０ｍｍ
・フェノールフォーム厚さ４０ｍｍ
・強化石膏ボード厚さ２１ｍｍ
実施例１と同様の条件で耐火試験を行ったところ、実施例２は、１２０分間の加熱を実施したところ、試験終了時までの木材表面温度が最高で１５８℃であった。試験終了時まで、非加熱側へ火炎の噴出、発炎がなく、火炎が通る亀裂等の損傷も生じなかったうえ、各部材を剥がし、木質材料表面を観察したところ、実施例２の耐火構造は炭化しておらず、２時間耐火構造の基準を満たした。

１耐火構造
２不燃材
３パネル断熱材
４石膏ボード
５木質材料
６強化石膏ボード（ａ）
７アルミニウムシート
８強化石膏ボード（ｂ）

Claims

不燃材、パネル断熱材、及び石膏ボードがこの順に積層されたことを特徴とする耐火構造。
木質材料を含む建築物に用いる、請求項１に記載の耐火構造。
前記石膏ボードの少なくとも一部と前記木質材料とを積層させて木質材料を含む建築物に用いる、請求項２に記載の耐火構造。
前記木質材料が建築物の床下を構成する材料である、請求項２又は３に記載の耐火構造。
総厚さ３５ｍｍ以下の前記石膏ボードを用いて、ＩＳＯ８３４に準拠して行われる防耐火性能試験による２時間耐火構造の基準を満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の耐火構造。
前記不燃材がケイ酸カルシウム板である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の耐火構造。
前記パネル断熱材がフェノール樹脂発泡体板である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の耐火構造。
前記不燃材、前記パネル断熱材、前記石膏ボード、及び木質材料がこの順に積層された、請求項１〜７のいずれか一項に記載の耐火構造。
前記木質材料が建築物の木質材料構造部を構成する材料である、請求項８に記載の耐火構造。
前記木質材料が床下を構成する材料である、請求項８又は９に記載の耐火構造。