JP6758560B2 - 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。

耐火性能を有する木製建築部材として、特開２０１５−３４４３７号公報（特許文献１）に記載されるように、荷重を支持する木製の荷重支持部と、荷重支持部を取り囲む燃え止まり層と、燃え止まり層を取り囲む木製の燃え代層と、を有する木製建築部材が提案されている。この燃え止まり層としては、不燃木材ボード、石膏ボード、木毛セメントボード、モルタル、石材、ガラス、繊維補強セメント、各種の金属材料、ケイ酸カルシウム、ロックウール、グラスウール、セランガンバツ、ジャラ、ボンゴシなどが使用されている。

特開２０１５−３４４３７号公報

ところで、建築基準法では、建築物の階数に応じた耐火性能（耐火時間）が規定されている。建築基準法を遵守する大規模な木造建築物を構築する場合、構造耐力を確保する荷重支持部の焼損を遅らせるために、荷重支持部を取り囲む燃え止まり層を厚くしなければならない。燃え止まり層を厚くすると、これを内包する木製建築部材の外寸（横断面積）も大きくなって、施工性の低下や重量増加などを招いてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、耐火性能を確保しても、横断面における外寸をコンパクトにすることができる木製建築部材を提供することを目的とする。

第１の態様に係る木製建築部材は、長尺かつ矩形横断面の木材からなる荷重支持部と、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設けられた燃え止まり層と、を有している。そして、第１の態様に係る木製建築部材においては、燃え止まり層と燃え代層との間に、長手方向の一端から他端に向けて貫通する空気層が更に設けられている。

第２の態様に係る木製建築部材は、長尺かつ矩形横断面の木材からなる荷重支持部と、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設けられた少なくとも２層の燃え止まり層と、を有している。そして、第２の態様に係る木製建築部材においては、少なくとも２層の燃え止まり層の間に、長手方向の一端から他端に向けて貫通する空気層が更に設けられている。

本発明によれば、耐火性能を確保しても、横断面における外寸をコンパクトにすることができる。

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。 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。 木製建築部材の他の例として挙げられる梁の第１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第２実施形態の横断面図である。 第１実施形態に係る梁の変形例を示す横断面図である。 第２実施形態に係る梁の変形例を示す横断面図である。 空気層を形成するスペーサーの第１変形例を示す斜視図である。 空気層を形成するスペーサーの第２変形例を示す斜視図である。 空気層を形成するスペーサーの第３変形例を示す斜視図である。

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との間に設けられた少なくとも１層の燃え止まり層１６０と、を有している。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。ここで、「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り、木造建築物の規模などに応じて要求される強度を確保できる横断面積を有している。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。

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。

このような柱１００を前提として、燃え止まり層１６０と燃え代層１４０との間に、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１８０が設けられている。具体的には、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延びる複数のスペーサー２００が配設され、燃え止まり層１６０と燃え代層１４０とをスペーサー２００の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層１８０が設けられる。図１〜図３に示す柱１００では、矩形形状の外形を有する燃え止まり層１６０の各面について、その面の両端部に離間して平行に延びる一対のスペーサー２００によって燃え代層１４０との間に空気層１８０が形成されているが、その個数、設置位置は任意に決めることができる。なお、スペーサー２００としては、例えば、木材、燃え止まり層１６０と同一の部材など、火炎に晒されても有毒ガスが発生しない素材を使用することが好ましい。

つぎに、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が現れ、ここで炭化進行が抑制される。この過程においては、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１８０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１８０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１８０の空気が入れ替わり、その温度上昇を抑制することができる。

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。さらに、空気層１８０に満たされている空気は良好な断熱性能を発揮するため、これを厚くしなくても柱１００の耐火性能を向上させることが可能となり、柱１００の横断面における外寸をコンパクトにすることができる。

従って、柱１００の耐火性能を確保しても、柱１００の横断面における外寸をコンパクトにすることができる。また、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。

図４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、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、作用及び効果について説明する。

柱１００において、２層の燃え止まり層１６０の間に、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層１８０が設けられている。具体的には、２層の燃え止まり層１６０の間に、第１実施形態に係る柱１００と同様なスペーサー２００が配設され、２層の燃え止まり層１６０をスペーサー２００の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層１８０が設けられる。図４に示す柱１００では、内方に配置された矩形形状の外形を有する燃え止まり層１６０の各面について、その面の両端部に離間して平行に延びる一対のスペーサー２００によってその外方に配置された燃え止まり層１６０との間に空気層１８０が形成されているが、その個数、設置位置は任意に決めることができる。

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１８０が断熱材として機能し、空気層１８０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。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。

図５は、木製建築部材の他の例として挙げられる梁３００の第１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との間に設けられた少なくとも一層の燃え止まり層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（上面）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。

このような梁３００を前提として、燃え止まり層３６０と燃え代層３４０との間に、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３８０が設けられている。具体的には、燃え止まり層３６０と燃え代層３４０との間に、梁３００の全長に亘って材軸方向に延びる複数のスペーサー４００が配設され、燃え止まり層３６０と燃え代層３４０とをスペーサー４００の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層３８０が設けられる。図５に示す梁３００では、燃え止まり層３６０の３面（両側面及び下面）について、その面の両端部に離間して平行に延びる一対のスペーサー４００によって燃え代層３４０との間に空気層３８０が形成されているが、その個数、設置位置は任意に決めることができる。なお、スペーサー４００としては、例えば、木材、燃え止まり層３６０と同一の部材など、火炎に晒されても有毒ガスが発生しない素材を使用することが好ましい。

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５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。

図６は、木製建築部材の他の例として挙げられる梁３００の第２実施形態を示している。
ここで、第２実施形態に係る梁３００は、第１実施形態に係る梁３００と大部分が同同一構成であるため、主に、第１実施形態と異なる構成、作用及び効果について説明する。

梁３００において、２層の燃え止まり層３６０の間に、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層３８０が設けられている。具体的には、２層の燃え止まり層３６０の間に、第１実施形態に係る梁３００と同様な複数のスペーサー４００が配設され、２層の燃え止まり層３６０をスペーサー４００の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層３８０が設けられる。図６に示す梁３００では、内方に配置された矩形形状の外形を有する燃え止まり層３６０の３面（両側面及び下面）について、その面の両端部に離間して平行に延びる一対のスペーサー４００によってその外方に配置された燃え止まり層３６０との間に空気層３８０が形成されているが、その個数、設置位置は任意に決めることができる。

このようにすれば、外方に位置する燃え止まり層３６０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３８０が断熱材として機能し、空気層３８０の内方に配置された燃え止まり層３６０の温度上昇が緩やかになる。特に、燃え止まり層３６０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３６０としての機能を十分発揮できるようになる。

梁３００は、図５及び図６に示す構成に限らず、図７及び図８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。

ここで、柱１００のスペーサー２００は、柱１００の全長に亘って材軸方向に延びる構成に限らず、図９に示すように、その一部が切り取られた構成であってもよい。また、柱１００のスペーサー２００は、図１０に示すように、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（即ち、荷重支持部１２０の横断面上に延びる構成）、図１１に示すように、その一部が切り取られた構成などであってもよい。なお、燃え止まり層１６０が少なくとも２層設けられている場合には、燃え止まり層１６０の間にスペーサー２００を配設して空気層１８０を形成してもよい。要するに、スペーサー２００は、燃え止まり層１６０の周囲又は燃え止まり層１６０の間に空気層１８０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。なお、梁３００についても、柱１００と同様なスペーサーとすることができる。

また、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。

さらに、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
１４０ 燃え代層
１６０ 燃え止まり層
１８０ 空気層
２００ スペーサー
３００ 梁（木製建築部材）
３２０ 荷重支持部
３４０ 燃え代層
３６０ 燃え止まり層
３８０ 空気層
４００ スペーサー

Claims (7)

1. 長尺かつ矩形横断面の木材からなる荷重支持部と、
   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設けられた燃え止まり層と、
   を有する木製建築部材であって、
   前記燃え止まり層と前記燃え代層との間に、長手方向の一端から他端に向けて貫通する空気層が更に設けられた、
   木製建築部材。
2. 長尺かつ矩形横断面の木材からなる荷重支持部と、
   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設けられた少なくとも２層の燃え止まり層と、
   を有する木製建築部材であって、
   前記少なくとも２層の燃え止まり層の間に、長手方向の一端から他端に向けて貫通する空気層が更に設けられた、
   木製建築部材。
3. 前記燃え止まり層は、石膏ボードからなる、
   請求項１又は請求項２に記載の木製建築部材。
4. 前記空気層は、複数のスペーサーによって形成された、
   請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の木製建築部材。
5. 前記スペーサーは、前記荷重支持部の材軸方向に延びる、
   請求項４に記載の木製建築部材。
6. 前記スペーサーは、その一部が切り取られた、
   請求項５に記載の木製建築部材。
7. 前記スペーサーは、前記荷重支持部の横断面上に延び、その一部が切り取られた、
   請求項４に記載の木製建築部材。