JP6758559B2 - 木製建築部材 - Google Patents

Description

本発明は、木造建築物の骨組みを構築する柱や梁などの木製建築部材に関する。

柱や梁などの木製建築部材の耐火性能を向上させるために、特開２００７−４６２８６号公報（特許文献１）に記載されるように、荷重支持部（構造部）と燃え代層（被覆部）との間に、石膏ボードなどからなる燃え止まり層を層状に介在する技術が実用化されている。

特開２００７−４６２８６号公報

ところで、柱や梁などの木製建築部材は、例えば、木造建築物の規模などに応じて支持する荷重が異なるため、様々な外寸（横断面積）を有する荷重支持部が必要となる。しかしながら、従来の技術では、荷重支持部が無垢材や集成材などで一体形成されていたため、この要望に容易に対応することができなかった。

そこで、本発明は、耐火性能を確保しつつ、様々な外寸を有する荷重支持部を容易に構築できるようにした、木製建築部材を提供することを目的とする。

木製建築部材は、荷重支持部と、荷重支持部の外周の少なくとも三方をその全長に亘って被覆する木材からなる燃え代層と、荷重支持部と燃え代層との間に層状に介在された燃え止まり層と、建築用鋼材からなる補強部材と、を有している。そして、荷重支持部は、長尺かつ矩形横断面の木材からなる複数の基本ユニットを材軸方向に沿って、基本ユニットの横断面上において第１の方向に２つ、これと直交する第２の方向に少なくとも１つ並べた状態で、締結具によって一体化されている。また、補強部材は、複数の基本ユニットの接合面に介在し、かつ第２の方向の最外方に位置する基本ユニットの外面に接触する一対のリブが一体化された形状をなしている。

本発明によれば、荷重支持部、燃え代層及び燃え止まり層を有する木製建築部材において、基本ユニットの個数や配置などを適宜変更することで、耐火性能を確保しつつ、様々な外寸を有する荷重支持部を容易に構築することができる。

木製建築部材の一例として挙げられる柱の第１実施形態の斜視図である。 第１実施形態に係る柱の内部構造を示す斜視図である。 第１実施形態に係る柱を示す横断面図である。 第１実施形態に係る柱の変形例を示す横断面図である。 木製建築部材の一例として挙げられる柱の第２実施形態の横断面図である。 第２実施形態に係る柱の第１変形例を示す横断面図である。 第２実施形態に係る柱の第２変形例を示す横断面図である。 第２実施形態に係る柱の第３変形例を示す横断面図である。 木製建築部材の一例として挙げられる柱の第３実施形態の横断面図である。 第３実施形態に係る柱の内部構造を示す斜視図である。 第３実施形態に係る柱の変形例を示す横断面図である。 木製建築部材の一例として挙げられる柱の第４実施形態の横断面図である。 第４実施形態に係る柱の変形例を示す横断面図である。 木製建築部材の他の例として挙げられる梁の実施形態の横断面図である。 木製建築部材の他の例として挙げられる梁の変形例を示す横断面図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１〜図３は、木製建築部材の一例として挙げられる柱１００の第１実施形態を示している。

材軸が鉛直方向に延びる柱１００は、荷重を支持する荷重支持部１２０と、荷重支持部１２０の外周をその全長に亘って被覆する燃え代層１４０と、荷重支持部１２０と燃え代層１４０との間に層状に介在された少なくとも１層の燃え止まり層１６０と、を有している。なお、図１〜図３に示す柱１００では、燃え止まり層１６０が２層設けられているが、その層数は２層に限らず、例えば、要求される耐火性能に応じて層数を適宜決定することができる。また、「鉛直」とは、完全な鉛直に限らず、見た目で鉛直であると認識できる程度でよい（以下、方向については同様）。

荷重支持部１２０は、長尺かつ矩形横断面の木材からなる複数の基本ユニット１２０Ａを材軸方向に沿って並べた状態で、図示しない締結具によって一体化された構造部材である。図１〜図３に示す荷重支持部１２０は、長方形断面を有する２つの基本ユニット１２０Ａの長辺を相互に当接させた状態で、締結具によって一体化されて構築されている。なお、荷重支持部１２０は、長方形断面を有する２つの基本ユニット１２０Ａに限らず、要求される強度を確保可能であることを絶対条件として、長方形断面を有する３つ以上の基本ユニット１２０Ａ、正方形断面を有する２つ以上の基本ユニット１２０Ａ（図４参照）、これらの組み合わせで構築してもよい。

ここで、「矩形」とは、すべての角が直角である長方形であるが、見た目で長方形であると認識できる程度でよい（以下、形状については同様）。また、木材としては、木造建築物で一般的に使用されている、無垢材や集成材を使用することができる。さらに、締結具としては、基本ユニット１２０Ａの軸方向に圧縮力が作用したとき、基本ユニット１２０Ａが座屈して外方に変形しないようにすべく、例えば、合成接着剤、ボルト、ドリフトピン、バンドなどを使用することができる。

燃え代層１４０は、柱１００の横断面において所定厚さｔを有する木材からなり、柱１００の表面に現れて見栄えを良くすると共に、火炎に晒されて最初に炭化される部材である。燃え代層１４０の所定厚さｔは、その素材の炭化速度に応じて、少なくとも１時間で焼失しない厚さとすることができる。具体的には、燃え代層１４０が集成材からなる場合、集成材の炭化速度は約０．８ｍｍ／分であるので、所定厚さｔとしては、０．８×６０＝４８．０ｍｍ以上とすればよい。このようにすれば、燃え代層１４０が完全に焼失するまでに少なくとも１時間要するので、燃え代層１４０のみでもある程度の耐火性能を発揮することができる。なお、詳細を後述する燃え止まり層１６０で耐火性能を確保可能であれば、燃え代層１４０の所定厚さｔを任意に決めることができる。

燃え止まり層１６０は、建築基準法で規定された不燃材料又は難燃材料からなる。ここで、「不燃材料」としては、厚さが９ｍｍ以上の石膏ボード（ボード用原紙の厚さが０．６ｍｍ以下のもの）、厚さが１５ｍｍ以上の木毛セメント板、厚さが９ｍｍ以上の硬質木片セメント板（かさ比重が０．９以上のもの）、厚さが３０ｍｍ以上の木片セメント板（かさ比重が０．５以上のもの）、厚さが６ｍｍ以上のパルプセメント板などを使用することができる。「難燃材料」としては、厚さが５．５ｍｍ以上の難燃合板、厚さが７ｍｍ以上の石膏ボード（ボード用原紙の厚さが０．５ｍｍ以下のもの）などを使用することができる。不燃材料又は難燃材料として石膏ボードを使用すれば、建築物で広く利用されている安価かつ耐火信頼性の高い素材を用いて、燃え止まり層１６０を構築することができる。なお、燃え止まり層１６０は、荷重支持部１２０に作用する各種の荷重が伝達されない程度の弱接合方式、具体的には、釘打ち、合成接着剤などで荷重支持部１２０の周囲に固定することができる。

燃え代層１４０及び燃え止まり層１６０は、例えば、矩形形状を有する板材の端部を、留つぎ、打ち付けつぎ、大入れつぎなどで直角に接合して形成することができる。ここで、「留つぎ」とは、２つの板材の木口を４５°にカットして接合する接合方法、「打ち付けつぎ」とは、２つの板材の木口を直角に加工し、一方の板材の木口を他方の板材に突き合わせて接合する接合方法、「大入れつぎ」とは、一方の板材の側面に溝を掘り、他方の板材の木口を溝に差し込んで接合する接合方法である。なお、どの接合方法においても、釘や接着剤を用いて２つの板材を固定している。

次に、かかる柱１００の作用について説明する。
木造建築物に火災が発生して柱１００の外部から延焼すると、燃え代層１４０が火炎に晒されて、その外周から内方へと向かって炭化が徐々に進行していく。そして、燃え代層１４０の厚さに応じた時間をかけて燃え代層１４０の全体が焼失すると、その内方に配置された燃え止まり層１６０が現れ、ここで炭化進行が抑制される。このとき、荷重支持部１２０は、燃え止まり層１６０で覆われているので、火炎に直接晒されず炭化が極緩やかに進行し、短時間で焼失することがない。

燃え止まり層１６０として石膏ボードを使用した場合、石膏ボードには重量の約２１％に相当する結晶水が含まれているので、火炎や熱に晒されると熱分解を起こして水蒸気が発生する。石膏ボードの結晶水がすべて放出されてしまうまで、その温度が水の沸点（約１００℃）に維持されるため、荷重支持部１２０の温度が水の沸点以下に制限される。そして、燃え代層１４０の焼失時間と石膏ボードによる温度制限時間とを加算した時間だけ、荷重支持部１２０の炭化進行を緩やかにすることができる。

また、柱１００の表面が木材からなる燃え代層１４０で覆われているため、石膏ボードなどからなる燃え止まり層１６０が外部に露出することがなく、柱１００の見栄えを確保することができる。従って、柱１００の見栄えを確保しつつ、柱１００の耐火性能を向上させることができる。さらに、木造建築物の荷重は荷重支持部１２０が主に支持するため、構造耐力の設計が容易になると共に、燃え代層１４０が完全に焼失しても木造建築物が倒壊することがない。

荷重支持部１２０は、複数の基本ユニット１２０Ａを材軸方向に沿って並べた状態で締結具によって一体化されているので、使用する基本ユニット１２０Ａの個数、配置などを適宜変更することで、様々な外寸を有する荷重支持部１２０を容易に構築することができる。このため、例えば、木造建築物の規模などに応じた強度を有する柱１００を構築することができ、市場の様々な要望に対応することができる。

図５は、木製建築部材の一例として挙げられる柱１００の第２実施形態を示している。
ここで、第２実施形態に係る柱１００は、先の第１実施形態に係る柱１００と大部分が同一構成であるため、主に、第１実施形態と異なる構成について説明する（以下同様）。

荷重支持部１２０において、複数の基本ユニット１２０Ａの接合面に、例えば、ＳＳ４００などの建築用鋼材からなる補強部材１８０が介在されている。補強部材１８０は、平面視で基本ユニット１２０Ａの接合面と同一の形状をなす長方形の鋼板からなり、例えば、合成接着剤などによって２つの基本ユニット１２０Ａの間に強固に固定されている。なお、図４に示すような荷重支持部１２０の場合、図６に示すように、４つの基本ユニット１２０Ａの接合面に倣った十字横断面を有する補強部材１８０とすればよい。

このようにすれば、２つの基本ユニット１２０Ａの接合面に建築用鋼材からなる補強部材１８０が配設されるため、荷重支持部１２０の強度が増し、より大きい荷重を支持することができるようになる。また、補強部材１８０は木材より熱伝導性に優れた建築用鋼材からなるため、例えば、補強部材１８０に伝達された火炎の熱が分散され、補強部材１８０と面接触している基本ユニット１２０Ａの温度分布が均等化される。このため、荷重支持部１２０の一部が他の部分より高温になることが抑制され、その部分の炭化進行を抑制することができる。

柱１００の強度、特に座屈強度を向上させるため、図７に示すように、２つの基本ユニット１２０Ａの間に配置された補強部材１８０の両側端に、補強部材１８０と同一材料からなるリブ１８２を夫々接合してもよい。リブ１８２は、並んで配置された２つの基本ユニット１２０Ａの一側面に倣った長方形をなし、溶接などによって補強部材１８０の両側端に接合されている。従って、補強部材１８０は、リブ１８２によって、Ｈ形状（Ｉ形状）の断面を有する部材となる。なお、図４に示すような荷重支持部１２０の場合、図８に示すように、十字形の補強部材１８０を構成する２つの板材の一方について、その両側端にリブ１８２を夫々接合すればよい。このようにすれば、補強部材１８０の一方向に沿った両面が外部に向けて開口するため、その開口から基本ユニット１２０Ａを補強部材１８０の凹部に嵌め込むことが可能となって、荷重支持部１２０の製造を困難にすることを防止できる。

図９は、木製建築部材の一例として挙げられる柱１００の第３実施形態を示している。
２層の燃え止まり層１６０と燃え代層１４０との間には、金属に比べて１万倍ほど優れた断熱性能を発揮する空気が満たされる空気層２００が設けられている。具体的には、図１０に示すように、燃え止まり層１６０と燃え代層１４０との間に、柱１００の全長に亘って材軸方向に沿って延びる複数のスペーサ２２０が固定され、燃え止まり層１６０と燃え代層１４０とをスペーサ２２０の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層２００が設けられる。図９に示す柱１００では、矩形形状を有する燃え止まり層１６０の各面について、離間して平行に延びる一対のスペーサ２２０によって燃え代層１４０との間に空気層２００が形成されているが、その個数、設置位置は任意に設定することができる。

このようにすれば、燃え代層１４０が火炎に晒されて温度が上昇しても、その内方に配置された空気層２００が断熱材として機能し、燃え代層１４０の熱が燃え止まり層１６０に伝達され難くなる。このため、燃え止まり層１６０の温度上昇が緩やかになり、柱１００の耐火性能を更に向上させることができる。また、柱１００の上端及び下端は、公知の接合金物によって他の建築部材に接合されているため、空気層２００の空気が火炎によって熱せられると、柱１００の下端から上端へと向かう空気の流れが発生する。このため、空気層２００の空気が入れ替わり、その温度上昇を抑制することもできる。

なお、スペーサ２２０は、柱１００の全長に亘って材軸方向に沿って延びる構成に限らず、例えば、柱１００の横断面において燃え止まり層１６０の周囲に延びる構成、その一部が切り取られた構成などであってもよい。要するに、スペーサ２２０は、燃え止まり層１６０の周囲に空気層２００を形成可能であれば、任意の形状及び配置であってもよい。

空気層２００は、図１１に示すように、２層の燃え止まり層１６０の間に設けられていてもよい。この場合、空気層２００は、２層の燃え止まり層１６０の間に配設されたスペーサ（図示せず）によって形成される。

このようにすれば、外方に位置する燃え止まり層１６０が火炎に晒されて温度が上昇しても、その内方に配置された空気層２００が断熱材として機能し、空気層２００の内方に配置された燃え止まり層１６０の温度上昇が緩やかになる。このため、空気層２００が設けられない柱１００と比較して、柱１００の耐火性能を更に向上させることができる。特に、燃え止まり層１６０として石膏ボードを使用した場合には、内方に配置された石膏ボードの温度上昇が抑制されることから、結晶水の生成が緩やかになり、燃え止まり層１６０としての機能を十分発揮できるようになる。なお、他の作用及び効果は、燃え止まり層１６０と燃え代層１４０との間に空気層２００が設けられた柱１００と同様である。

図１２は、木製建築部材の一例として挙げられる柱１００の第４実施形態を示している。
２層の燃え止まり層１６０と燃え代層１４０との間には、所定温度以上で熱膨張を開始して強固な断熱層を形成する加熱発泡材２４０が設けられている。加熱発泡材２４０は、熱膨張することによって隙間を充填して断熱効果を発揮すると共に、その内方に配置された燃え止まり層１６０に空気（酸素）が供給されることを抑制する。加熱発泡材２４０としては、例えば、ＢＡＳＦジャパン株式会社の「パルゾール」、ＣＲＫ株式会社の「熱膨張性耐火材」などを利用することができる。

このようにすれば、燃え代層１４０が火炎に晒されて温度がある程度上昇すると、その内方に配置された加熱発泡材２４０が膨張して隙間を充填して断熱効果を発揮し、燃え代層１４０の熱が燃え止まり層１６０に伝達され難くなる。また、燃え止まり層１６０の周囲が膨張した加熱発泡材２４０で隙間なく覆われているため、燃え止まり層１６０に空気が供給されることが抑制され、その炭化進行を遅らせることができる。このため、燃え止まり層１６０の温度上昇が緩やかになり、柱１００の耐火性能を更に向上させることができる。

加熱発泡材２４０は、図１３に示すように、２層の燃え止まり層１６０の間に設けられていてもよい。
このようにすれば、外方に位置する燃え止まり層１６０が火炎に晒されて温度がある程度上昇すると、その内方に配置された加熱発泡材２４０が膨張して隙間を充填して断熱効果を発揮し、加熱発泡材２４０の内方に配置された燃え止まり層１６０の温度上昇が緩やかになる。このため、加熱発泡材２４０が設けられない柱１００と比較して、柱１００の耐火性能を更に向上させることができる。特に、燃え止まり層１６０として石膏ボードを使用した場合には、内方に配置された石膏ボードの温度上昇が抑制されることから、結晶水の生成が緩やかになり、燃え止まり層１６０としての機能を十分発揮できるようになる。

なお、図４に示す柱１００についても、上記の第３実施形態及び第４実施形態で説明した技術的特徴を適用することができる。

図１４は、木製建築部材の他の例として挙げられる梁３００の実施形態を示している。
材軸が水平方向に延びる梁３００は、柱１００と同様に、荷重を支持する荷重支持部３２０と、荷重支持部３２０の横断面のうち三方をその全長に亘って被覆する燃え代層３４０と、荷重支持部３２０と燃え代層３４０との間に層状に介在された少なくとも１層の燃え止まり層３６０と、を有している。即ち、梁３００は、機能的には柱１００と同様な構成を有するが、荷重支持部３２０の横断面の一面で各種の荷重を支持するため、燃え代層３４０は、荷重支持部３２０の両側面及び下面のみを被覆する。このとき、荷重支持部３２０の上面は、不燃材料などからなる床材５００などに接合され、火災時に火炎に直接晒されないため、ここに燃え代層３４０及び燃え止まり層３６０が設けられていなくても、梁３００の耐火性能については影響がない。なお、荷重支持部３２０は、長尺かつ矩形横断面の木材からなる２つの基本ユニット３２０Ａを材軸方向に沿って並べた状態で、図示しない締結具によって一体化されて構築されている。

また、梁３００においては、荷重支持部３２０から燃え代層３４０及び燃え止まり層３６０が重力で容易に脱落しないようにすべく、例えば、ボルト及びナットなどの公知の締結具を用いて、荷重支持部３２０、燃え代層３４０及び燃え止まり層３６０を一体化することが望ましい。なお、図１４に示す梁３００では、燃え止まり層３６０が２層設けられているが、その層数は２層に限らず、例えば、要求される耐火性能に応じて層数を適宜決定することができる。

梁３００の荷重支持部３２０、燃え代層３４０及び燃え止まり層３６０は、柱１００の荷重支持部１２０、燃え代層１４０及び燃え止まり層１６０と同様であるため、重複説明を排除する目的で、その詳細な説明を省略する。また、梁３００の作用及び効果も、柱１００の作用及び効果と同様であるので、重複説明を排除する目的で、その詳細な説明を省略する。必要があれば、柱１００の説明を参照されたい。

また、梁３００は、図１４に示す構成に限らず、図１５に示すように、荷重支持部３２０の横断面の四方を燃え代層３４０及び燃え止まり層３６０が被覆していてもよい。要するに、梁３００においては、荷重支持部３２０の横断面の少なくとも三方を燃え代層３４０及び燃え止まり層３６０が被覆していればよい。

柱１００の第２実施形態〜第４実施形態と同様に、梁３００の所定箇所に、建築用鋼材からなる補強部材、空気層、加熱発泡材を設けるようにしてもよい。また、梁３００の荷重支持部３２０は、長方形断面を有する２つの基本ユニット３２０Ａに限らず、要求される強度を確保可能であることを絶対条件として、長方形断面を有する３つ以上の基本ユニット３２０Ａ、正方形断面を有する２つ以上の基本ユニット３２０Ａ、これらの組み合わせで構築してもよい。

ここで、各実施形態において、木製建築部材の耐火性能を更に向上させるため、荷重支持部１２０，３２０及び燃え代層１４０，３４０の少なくとも一方を、不燃液剤がん侵木材から構成するようにしてもよい。

また、燃え止まり層１６０，３６０の外周面にアルミ箔（図示せず）を貼り付けるようにしてもよい。このようにすれば、燃え止まり層１６０，３６０に作用する熱の一部がアルミ箔によって反射され、荷重支持部１２０，３２０の炭化進行を一層緩やかにすることができる。

なお、本発明は、木製建築部材としての柱１００や梁３００だけではなく、筋違、根太などにも適用することができる。

１００ 柱（木製建築部材）
１２０ 荷重支持部
１２０Ａ 基本ユニット
１４０ 燃え代層
１６０ 燃え止まり層
１８０ 補強部材
１８２ リブ
２００ 空気層
２４０ 加熱発泡材
３００ 梁（木製建築部材）
３２０ 荷重支持部
３２０Ａ 基本ユニット
３４０ 燃え代層
３６０ 燃え止まり層

Claims (7)

1. 長尺かつ矩形横断面の木材からなる複数の基本ユニットを材軸方向に沿って、前記基本ユニットの横断面上において第１の方向に２つ、これと直交する第２の方向に少なくとも１つ並べた状態で締結具によって一体化された荷重支持部と、
   前記荷重支持部の外周の少なくとも三方をその全長に亘って被覆する木材からなる燃え代層と、
   前記荷重支持部と前記燃え代層との間に層状に介在された燃え止まり層と、
   前記複数の基本ユニットの接合面に介在し、かつ前記第２の方向の最外方に位置する前記基本ユニットの外面に接触する一対のリブが一体化された形状をなす、建築用鋼材からなる補強部材と、
   を有する木製建築部材。
2. 前記燃え止まり層は石膏ボードからなる、
   請求項１に記載の木製建築部材。
3. 前記燃え止まり層が少なくとも２層配置され、
   前記燃え止まり層の間に空気層が設けられた、
   請求項１又は請求項２に記載の木製建築部材。
4. 前記燃え止まり層と前記燃え代層との間に空気層が設けられた、
   請求項１又は請求項２に記載の木製建築部材。
5. 前記燃え止まり層が少なくとも２層配置され、
   前記燃え止まり層の間に加熱発泡材が設けられた、
   請求項１又は請求項２に記載の木製建築部材。
6. 前記燃え止まり層と前記燃え代層との間に加熱発泡材が設けられた、
   請求項１又は請求項２に記載の木製建築部材。
7. 前記燃え止まり層の外周面にアルミ箔が貼り付けられた、
   請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の木製建築部材。