JP6186174B2

JP6186174B2 - 木質構造部材

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Publication number: JP6186174B2
Application number: JP2013109327A
Authority: JP
Inventors: 宏和大橋; 洋樹永盛; 長岡　勉; 勉長岡; 信哉五十嵐; 山本　秀一; 秀一山本
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: JP2014227749A

Description

本発明は、木質構造部材に関する。

木製の荷重支持部と、荷重支持部の外周に設けられた燃え止まり層及び燃え代層とを備えた耐火性能を有する木質構造部材が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に開示された燃え止まり層は、例えば、木材単材とモルタル等の高熱容量材とを交互に配置することにより形成されている。

特開２００５−３６４５６号公報特開２００５−３６４５７号公報特開２００５−４８５８５号公報

ところで、木質構造部材に用いられる木材としては、例えば、スギ、ベイマツ、カラマツ等の種々の木材が考えられる。

しかしながら、木材は、その種類によって熱慣性（燃え難さ）が異なる。したがって、木質構造部材を一律に熱慣性が低い木材で形成すると、木質構造部材の耐火性能が低下する可能性がある。

一方、木質構造部材を一律に熱慣性が高い木材で形成すると、耐火性能は確保し易くなるものの、選択可能な木材が制限されてしまう。

本発明は、上記の事実を考慮し、耐火性能の低下を低減しつつ、木質構造部材に用いる木材の選択自由度を向上することができる木質構造部材を得ることを目的とする。

第１態様に係る木質構造部材は、木材で形成された心部と、前記心部の外周に配置された複数の燃え止まり部と、隣接する前記燃え止まり部の間に配置された木質部と、を有する燃え止まり層と、前記燃え止まり層の外側に配置されると共に木材で形成された燃え代層と、を備え、木質部が、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも熱慣性が高い木材で形成されている。

第１態様に係る木質構造部材によれば、燃え止まり層は、心部の外周に配置された複数の燃え止まり部と、隣接する燃え止まり部の間に配置された木質部とを有している。この木質部は、心部及び燃え代層の少なくとも一方よりも熱慣性が高い木材で形成されている。これにより、木質部が燃え難くなるため、火災時に、隣接する燃え止まり部の間から心部へ浸入する火災熱が低減される。したがって、木質構造部材の耐火性能を低下が低減される。

また、隣接する燃え止まり部の間から心部へ浸入する火災熱が低減されるため、心部及び燃え代層の少なくとも一方を燃え止まり層よりも熱慣性が低いで木材で形成することができる。したがって、心部に用いる木材の選択自由度が向上する。

このように本発明では、耐火性能の低下を低減しつつ、木質構造部材に用いる木材の選択自由度を向上することができる。

第２態様に係る木質構造部材は、第１態様に係る木質構造部材において、前記燃え止まり部が、前記心部及び燃え代層の少なくとも一方よりも熱容量が大きくされ、前記燃え代層に密着されると共に前記心部と隙間を空けて配置されている。

第２態様に係る木質構造部材によれば、心部及び燃え代層の少なくとも一方よりも熱容量が大きい燃え止まり部が、燃え代層に密着されている。そのため、火災時に、燃え代層から燃え止まり部に火災熱が直接的に伝達（熱伝導）される。つまり、燃え代層の火災熱が燃え止まり部に直接的に吸熱される。これにより、燃え止まり部周辺の燃え代層の温度上昇が抑制されるため、燃え代層から木質部へ伝達される火災熱が低減される。したがって、木質部がさらに燃え難くなるため、隣接する燃え止まり部の間から心部へ浸入する火災熱が低減される。

また、燃え止まり部と心部との間には隙間が形成されており、燃え止まり部から心部へ直接的に火災熱が伝達されないようになっている。つまり、燃え止まり部と心部との間には空気層が形成されており、この空気層が断熱層として機能する。したがって、火災時に燃え止まり部から心部へ伝達される火災熱等が低減される。

第３態様に係る木質構造部材は、第１態様または第２態様に係る木質構造部材において、前記燃え代層のうち少なくとも前記燃え止まり層側の内側部が、前記心部よりも熱慣性が高い木材で形成されている。

第３態様に係る木質構造部材によれば、燃え代層の内側部が心部よりも熱慣性が高い木材で形成されている。これにより、火災時に、燃え代層の内側部から木質部へ伝達される火災熱が低減される。したがって、木質部がさらに燃え難くなるため、隣接する燃え止まり部の間から心部へ浸入する火災熱がさらに低減される。

以上説明したように、本発明に係る木質構造部材によれば、耐火性能の低下を低減しつつ、木質構造部材に用いる木材の選択自由度を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る木質柱を示す平断面図である。図１の一部拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係る木質柱を示す図２に対応する拡大断面図である。本発明の第３実施形態に係る木質柱を示す図２に対応する拡大断面図である。本発明の第３実施形態に係る木質柱の変形例を示す図４に対応する拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る木質構造部材について説明する。

先ず、第１実施形態について説明する。

図１には、木質構造部材の一例としての木質柱１０が示されている。木質柱１０には、耐火構造が適用されている。この木質柱１０は、断面略矩形（本実施形態では断面略正方形）に形成されており、荷重を支持する心部（荷重支持部）１２と、心部１２を被覆する燃え止まり層１４と、燃え止まり層１４を被覆する燃え代層２０とを備えている。

心部１２は、板状や角柱状に加工された複数の木製単材を接着剤等で一体化した集成材によって断面矩形に形成されており、木質柱１０が負担する荷重を支持可能な構成とされている。

心部１２の外側（外周）には、当該心部１２を囲む燃え止まり層１４が配置されている。燃え止まり層１４は、火災時における燃え代層２０の燃焼を停止（自然鎮火）させ、心部１２の燃焼を抑制する層である。この燃え止まり層１４は、心部１２の外周面に沿って配置される複数の桟木板１６及び複数のモルタル板１８を有している。桟木板１６及びモルタル板１８は、断面略矩形の板状に形成されており、長手方向を木質柱１０の材軸方向として配置されている。

木質部の一例としての桟木板１６は、木板で形成されており、心部１２の外周面及び燃え代層２０の内周面に接着等でそれぞれ接合されている。この桟木板１６を介して燃え代層２０が心部１２に支持されている。

図２に示されるように、高熱容量部（燃え止まり部）の一例としてのモルタル板１８は、モルタルを硬化させたものであり、心部１２、桟木板１６及び燃え代層２０よりも熱容量が大きくなっている。また、モルタル板１８は、桟木板１６よりも板厚が薄くされており、燃え代層２０よりも心部１２側に寄せて配置されている。つまり、モルタル板１８は、燃え代層２０との間に隙間を空けて配置されている。このモルタル板１８は、心部１２の外周面に接着剤等により接合されている。

このモルタル板１８と桟木板１６とを心部１２の外周面に沿って交互に配置することにより、燃え止まり層１４の熱容量が心部１２及び燃え代層２０の熱容量よりも大きくなっている。なお、心部１２の角部では、耐火性能の観点から２つのモルタル板１８が互いに略直交するように連続して配置されている。また、本実施形態では、施工上の観点から、モルタル板１８と桟木板１６とが隙間を空けて配置されているが、モルタル板１８と桟木板１６とは互いに接触させた状態で配置しても良い。

燃え止まり層１４の外側（外周）には、当該燃え止まり層１４を囲む燃え代層２０が配置されている。燃え代層２０は、火災時に燃焼して炭化層（断熱層）を形成することにより、心部１２への火災熱の浸入を抑制する層であり、複数の木製単材を接着剤等で一体化させた集成材によって形成されている。この燃え代層２０の厚み（層厚）は、木質柱１０に求められる要求耐火性能（耐火時間）や燃え代層２０の燃焼速度及び遮熱性能に応じて適宜設定されている。

ここで、本実施形態では、燃え止まり層１４の桟木板１６が、心部１２及び燃え代層２０よりも熱慣性が高い木材で形成されている。熱慣性とは、部材の温度変化に対する抵抗の度合いを示す指標（尺度）であり、下記式（１）によって表される。この熱慣性が高くなると部材が燃え難くなり、低くなると部材が燃え易くなる。

ただし、
ρ：密度（ｋｇ／ｍ^３）
ｃ：比熱（ｋＪ／ｋｇＫ）
ｋ：熱伝導率（ｋＷ／ｍＫ）
である。

本実施形態では、例えば、心部１２及び燃え代層２０がスギ（杉）で形成されており、燃え止まり層１４の桟木板１６がスギよりも高密度で熱慣性が高いカラマツ（唐松）で形成されている。これにより、燃え止まり層１４の桟木板１６がスギで形成された場合と比較して、火災時に、隣接するモルタル板１８の間から心部１２へ浸入する火災熱が低減されるようになっている。

また、熱慣性が低い木材（低熱慣性木材）としては、例えば、バルサ、キリ、ベイスギ、スプルースが挙げられ、熱慣性が高い木材（高熱慣性木材）としては、例えば、ベイヒバ、ベイマツ、カラマツ、カツラ、ナラ、ケヤキ、ジャラ、セランガンバツ、イペ、ボンゴシが挙げられる。また、高熱慣性木材としては、人工的に圧縮することにより密度を高めた木材や、密度調整材（例えばシリコン系樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール等）を注入した木材等が挙げられる。

なお、本実施形態では、熱慣性を基準として桟木板１６を形成する木材を選択したが、例えば、木材の密度や含水率等によって決定される炭化速度を基準として桟木板１６を形成する木材を選択しても良い。つまり、桟木板１６は、心部１２及び燃え代層２０の少なくとも一方よりも炭化速度が遅い木材（例えば、カラマツ）で形成しても良い。

次に、第１実施形態の作用について説明する。

図１に示されるように、木質柱１０では、荷重を支持する心部１２が燃え止まり層１４及び燃え代層２０によって被覆されている。

したがって、火災時には、先ず、燃え代層２０が徐々に燃焼して燃え止まり層１４の周囲に炭化層（断熱層）を形成する。これにより、燃え止まり層１４及び心部１２へ浸入する火災熱が低減される。また、このとき、心部１２及び燃え代層２０よりも熱容量が大きい燃え止まり層１４によって火災熱が吸収（吸熱）される。これにより、心部１２へ浸入する火災熱がさらに低減される。したがって、心部１２の燃焼が抑制されるため、木質柱１０の耐火性能が向上する。

さらに、熱容量が高い燃え止まり層１４によって、燃え代層２０の燃焼を停止（自然鎮火）させることができる。したがって、火災終了後も心部１２に荷重を支持させることができる。

ここで、耐火性能の観点からすれば、木質柱１０は、熱慣性が高い高熱慣性木材で形成することが望ましい。しかしながら、木質柱１０を一律に高熱慣性木材で形成すると、コストがかかる可能性がある。一方、木質柱１０を一律に低熱慣性木材で形成すると、燃え代層２０の桟木板１６が燃え易くなり、隣接するモルタル板１８の間から火災熱が心部１２へ浸入する可能性がある。

そこで、本実施形態では、心部１２及び燃え代層２０を低熱慣性木材（例えば、スギ）で形成する一方で、燃え代層２０の桟木板１６を高熱慣性木材（例えば、カラマツ）で形成している。つまり、本実施形態では、燃え代層２０から心部１２への火災熱の伝達経路となる燃え代層２０の桟木板１６が、心部１２及び燃え代層２０よりも燃え難くなっている。これにより、火災時に、隣接するモルタル板１８の間から心部１２へ浸入する火災熱を効率的に低減することができる。

したがって、耐火性能の低下を低減しつつ、木質柱１０の心部１２及び燃え代層２０に用いる木材の選択自由度を向上することができる。

また、本実施形態では、桟木板１６とモルタル板１８との間に隙間が形成されている。この隙間によって桟木板１６及びモルタル板１８の製作誤差等を吸収することができるため、木質柱１０の制作性が向上する。

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものについては同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図３には、第２実施形態に係る木質柱３０が示されている。この木質柱３０では、モルタル板１８が、心部１２よりも燃え代層２０側に寄せられ、心部１２との間に隙間を空けて配置されている。つまり、モルタル板１８と心部１２との間には、断熱層としての空気層が形成されている。

また、モルタル板１８は、燃え代層２０の内周面に接着剤等により接合されており、当該内周面と密着している。これにより、火災時に、燃え代層２０からモルタル板１８へ火災熱が直接的に伝達（熱伝導）されるようになっている。

次に、第２実施形態の作用について説明する。

第２実施形態では、燃え止まり層１４のモルタル板１８が燃え代層２０に密着して配置されている。そのため、火災時に、燃え代層２０からモルタル板１８に火災熱が直接的に伝達（熱伝導）される。つまり、燃え代層２０の火災熱がモルタル板１８に直接的に吸熱される。

これにより、モルタル板１８周辺の燃え代層２０の温度上昇が抑制されるため、燃え代層２０から桟木板１６へ伝達される火災熱が低減される。したがって、桟木板１６が燃え難くなるため、隣接するモルタル板１８の間から心部１２へ浸入する火災熱がさらに低減される。

また、モルタル板１８と心部１２との間には隙間が形成されており、モルタル板１８から心部１２へ直接的に火災熱が伝達されないようになっている。つまり、モルタル板１８と心部１２との間には空気層が形成されており、この空気層が断熱層として機能する。したがって、火災時に、モルタル板１８から心部１２へ伝達される火災熱等が低減される。

このように本実施形態では、燃え代層２０から桟木板１６へ伝達される火災熱を低減しつつ、モルタル板１８から心部１２へ伝達される火災熱も低減することができる。したがって、木質柱３０の耐火性能の低下をさらに低減することができる。

次に、第３実施形態について説明する。なお、第１，第２実施形態と同じ構成のものについては同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図４には、第３実施形態に係る木質柱４０が示されている。この木質柱４０では、燃え代層２０における燃え止まり層１４側の内側部２０Ａが、心部１２よりも熱慣性が高い高熱慣性木材で形成されており、燃え代層２０における外側部２０Ｂが内側部２０Ａよりも熱慣性が低い低熱慣性木材で形成されている。

具体的には、燃え代層２０の内側部２０Ａは、燃え止まり層１４の桟木板１６と同じカラマツで形成されており、燃え代層２０の外側部２０Ｂは、心部１２と同じスギで形成されている。これにより、燃え代層２０の内側部２０Ａが外側部２０Ｂよりも燃え難くなっている。

なお、本実施形態では、燃え代層２０の内側部２０Ａに桟木板１６及びモルタル板１８が接合されている。

次に、第３実施形態の作用について説明する。

第３実施形態では、燃え代層２０の内側部２０Ａが心部１２よりも熱慣性が高い高熱慣性木材（例えば、カラマツ）で形成されている。これにより、火災時に、燃え代層２０の内側部２０Ａが燃え難くなり、燃え代層２０から桟木板１６へ伝達される火災熱が低減される。したがって、桟木板１６が燃え難くなるため、隣接するモルタル板１８の間から心部１２へ浸入する火災熱が低減される。

なお、本実施形態では、燃え代層２０の内側部２０Ａのみを高熱慣性木材で形成したが、燃え代層２０全体を高熱慣性木材で形成しても良い。

また、図５に示されるように、燃え代層２０の内側部２０Ａは、製作性等の観点から、桟木板１６及びモルタル板１８に応じて適宜分割しても良い。

さらに、本実施形態では、モルタル板１８を燃え代層２０の内周面に密着させた例を示したが、これに限らない。モルタル板１８は、上記第１実施形態のように心部１２の外周面に密着させても良い。

次に、上記第１〜第３実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、第１実施形態を例に各種の変形例について説明するが、これらの変形例は第２，第３実施形態にも適宜適用可能である。

上記第１実施形態では、燃え止まり部の一例としてモルタル板１８を示したが、これに限らない。燃え止まり部は、火炎熱の浸入を抑えて燃え止まり効果を発揮可能であれば良く、例えば、熱の吸収が可能な吸熱性材や、難燃性を有する難燃性材で形成しても良い。

なお、吸熱性材としては、例えば、モルタル板１８のように心部１２及び燃え代層２０よりも熱容量が大きい高熱容量材や、心部１２よりも断熱性が高い高断熱性材、心部１２よりも熱慣性が高い高熱慣性部材等が挙げられる。また、難燃性材としては、木材に難燃薬剤を注入して不燃化処理した難燃薬剤注入材等が挙げられる。

また、高熱容量材としては、石材、ガラス、繊維補強セメント、石膏等の無機質材料、各種の金属材料などが挙げられる。また、高断熱性材としては、けい酸カルシウム板、ロックウール、グラスウールなどが挙げられる。さらに、高熱慣性部材としては、前述したカラマツ等の高熱慣性木材が挙げられる。

また、上記第１実施形態では、燃え止まり部としてのモルタル板１８と木質部としての桟木板１６とを異なる材料で形成した例を示したが、これに限らない。例えば、燃え止まり部及び木質部の両方をジャラ、セランガンバツ、イペ、ボンゴシ等の高熱慣性木材や前述した難燃薬剤注入材で形成しても良い。

さらに、上記第１実施形態では、木質部としての桟木板１６を心部１２及び燃え代層２０よりも熱慣性が高い木材で形成した例を示したが、木質部は心部１２及び燃え代層２０の少なくとも一方よりも熱慣性が高い木材で形成することも可能である。これと同様に、上記第１実施形態では、燃え止まり部としてのモルタル板１８を心部１２及び燃え代層２０よりも熱容量が大きくした例を示したが、燃え止まり部は心部１２及び燃え代層２０の少なくとも一方よりも熱容量を大きくすることも可能である。

また、上記第１実施形態では、木質構造部材として木質柱１０を例に説明したが、これに限らない。上記第１実施形態は、木質構造部材としての木質梁にも適用可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０木質柱（木質構造部材）
１２心部
１４燃え止まり層
１６桟木板（木質部）
１８モルタル板（燃え止まり部）
２０燃え代層
２０Ａ内側部
３０木質柱（木質構造部材）
４０木質柱（木質構造部材）

Claims

木材で形成された心部と、
前記心部の外周に配置された複数の燃え止まり部と、隣接する前記燃え止まり部の間に配置された木質部と、を有する燃え止まり層と、
前記燃え止まり層の外側に配置されると共に木材で形成された燃え代層と、
を備え、
前記燃え止まり部が、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも熱容量が大きい高熱容量材、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも断熱性が高い高断熱性材、及び木材に難燃薬剤を注入した難燃薬剤注入材の少なくとも一つを有し、
前記木質部が、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも熱慣性が高い木材で形成されている木質構造部材。
木材で形成された心部と、
前記心部の外周に配置された複数の燃え止まり部と、隣接する前記燃え止まり部の間に配置された木質部と、を有する燃え止まり層と、
前記燃え止まり層の外側に配置されると共に木材で形成された燃え代層と、
を備え、
前記木質部が、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも熱慣性が高い木材で形成され、
前記燃え止まり部が、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも熱容量が大きくされ、前記燃え代層に密着されると共に前記心部と隙間を空けて配置されている、
木質構造部材。
木材で形成された心部と、
前記心部の外周に配置された複数の燃え止まり部と、隣接する前記燃え止まり部の間に配置された木質部と、を有する燃え止まり層と、
前記燃え止まり層の外側に配置されると共に木材で形成された燃え代層と、
を備え、
前記木質部が、前記心部及び前記燃え代層の少なくとも一方よりも熱慣性が高い木材で形成され、
前記燃え代層のうち少なくとも前記燃え止まり層側の内側部が、前記心部よりも熱慣性が高い木材で形成されている、
木質構造部材。