JP6915933B1 - 木造建築物の耐火構造 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重を支持する主要構造部である木製の柱及び梁を表面に見せることができる木造建築物の耐火構造を提供する。【解決手段】木造建築物の耐火構造１００は、少なくとも鉛直荷重を支持する木製の柱芯材１１と、柱芯材１１の外周を取り囲む柱耐火被覆材１２と、を備えた第１柱部材１０と、第１柱部材１０の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する第２柱部材３０、４０と、を有する柱１と、少なくとも鉛直荷重を支持する木製の梁芯材２１と、梁芯材２１の外周を取り囲む梁耐火被覆材２２と、を備えた第１梁部材２０と、第１梁部材２０の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する第２梁部材５０、６０と、を有する大梁２と、を備えてなる。【選択図】図１

Description

本発明は、木造建築物の耐火構造に関する。

近年、環境問題に対する関心の高まりに伴い、これまで鉄骨造や鉄筋コンクリート造で建設されてきた中高層ビルを木造で建設したいという要望が増えている。４階建以上の建築物は、建築基準法により耐火建築物としなければならないと規定されているため、木造の主要構造部を耐火構造にすることが求められる。

これに関して、特許文献１に記載の発明では、軸力を支持する木質の芯材と、芯材の側面に長手方向に沿って設けられ、軸力を支持可能な鋼製支持部材と、を有する耐力木造柱が開示される。
また、特許文献２及び特許文献３に記載の発明では、荷重を支持する木製の芯材と、芯材の外周を取り囲む燃え止まり層と、燃え止まり層の外周を取り囲む木製の燃え代層と、を備えた柱及び梁を有する柱梁接合構造が開示される。

特開２０２０−１２２３２３号公報 特許５８０８５９０号公報 特許５９２５４２７号公報

ところで、木造建築物の柱や梁の表面において木材が見えるように構成したいという要望があるが、特許文献１に記載の発明では、柱と梁の表面には鋼製支持部材が見える構成であった。また、特許文献２及び特許文献３に記載の発明では、柱と梁の表面には燃え代層である木材が見えているものの、当該構成と鉄骨造や鉄筋コンクリート造で建設した柱や梁の表面に木材を貼る構成とで見た目が同様になるという不満があり、主要構造部である木製の柱や梁の表面が見えるように構成することが求められている。

本発明の課題は、荷重を支持する主要構造部である木製の柱及び梁を表面に見せることができる木造建築物の耐火構造を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の木造建築物の耐火構造は、
少なくとも鉛直荷重を支持する木製の柱芯材と、前記柱芯材の外周を取り囲む柱耐火被覆材と、を備えた第１柱部材と、前記第１柱部材の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する木製の第２柱部材と、を有する柱と、
少なくとも鉛直荷重を支持する木製の梁芯材と、前記梁芯材の外周を取り囲む梁耐火被覆材と、を備えた第１梁部材と、前記第１梁部材の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する木製の第２梁部材と、を有する大梁と、
を備えてなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の木造建築物の耐火構造において、
前記第２柱部材は、前記第１柱部材を挟む内面と外面の両方に設けられ、
前記第２梁部材は、前記第１梁部材を挟む内面と外面の両方に設けられている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の木造建築物の耐火構造において、
前記第２柱部材及び前記第２梁部材は、ラーメン構造を構成する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の木造建築物の耐火構造において、
前記第１梁部材を備えた小梁を備え、
前記小梁は、前記柱間の中央部において、前記大梁と接合される。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の木造建築物の耐火構造において、
前記木造建築物は、複数階建てであり、
上階と下階を区画する耐火性の床スラブを備え、
前記上階の第２柱部材と前記下階の第２柱部材は、前記床スラブで分割され、
前記上階の第２柱部材と前記下階の第２柱部材は、前記床スラブを貫通する不燃性の接続部材によって接続される。

本発明によれば、荷重を支持する主要構造部である木製の柱及び梁を表面に見せることができる木造建築物の耐火構造を提供することができる。

本発明に係る木造建築物の耐火構造の一実施例の部分平面図である。 本発明に係る木造建築物の耐火構造の一実施例の部分斜視図である。 第２柱部材と第２梁部材に面材張り耐力壁を取り付ける例を示す部分斜視図である。 図３ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 第２柱部材と第２梁部材に木組みした耐力壁を取り付ける例を示す部分斜視図である。 図４ＡのＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 上階と下階の柱の接続の例を示す図である。 変形例の小梁を大梁に接合する例を示す部分斜視図である。 図６ＡのＶＩ−ＶＩ線における断面図である。

本発明に係る木造建築物の耐火構造１００の実施形態につき、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、模式的に図示されたものである。

図１は、本発明に係る木造建築物の耐火構造１００の一実施例の平面図である。
図２は、本発明に係る木造建築物の耐火構造１００の一実施例の部分斜視図である。
図１、図２に示すように、木造建築物の耐火構造１００は、柱１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ・・・（以下、柱１と表記する）と大梁２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ・・・（以下、大梁２と表記する）と小梁７０Ａ、７０Ｂ・・・（以下、小梁７０と表記する）を備える。

柱１は、第１柱部材１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ・・・（以下、第１柱部材１０と表記する）と、第２柱部材３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、３０Ｇ、３０Ｈ・・・（以下、第２柱部材３０と表記する）及び第２柱部材４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆ、４０Ｇ、４０Ｈ・・・（以下、第２柱部材４０と表記する）とを備える。

第１柱部材１０は、木製の柱芯材１１と、柱芯材１１の外周を取り囲む柱耐火被覆材１２を備える、所謂メンブレン型耐火構造である。ここでは、柱芯材１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈ・・・をまとめて柱芯材１１と表記している。同様に、柱耐火被覆材１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ・・・をまとめて柱耐火被覆材１２と表記している。
柱芯材１１は、四角柱状であり、例えばスギ集成材が用いられる。また、柱芯材１１は、少なくとも鉛直荷重を支持するように構成される。また、柱芯材１１の断面寸法は、第２柱部材３０、４０が無いものとしたとき、木造建築物の鉛直荷重による応力度が許容応力度以下であり、木造建築物において火災が発生した際に鉛直荷重を支持できる値に設定される。
柱耐火被覆材１２は、例えば石膏ボードが用いられる。

第２柱部材３０は、第１柱部材１０の内側において第１柱部材１０に接するように設けられている。
また、第２柱部材４０は、第１柱部材１０の外側において第１柱部材１０に接するように設けられている。
ここで、第２柱部材３０、４０は、第１柱部材１０に接合されてもよいし、接合されずに接するように配置されてもよい。
第２柱部材３０、４０には、例えばカラマツ集成材が用いられる。
また、第２柱部材３０、４０は、構造計算上において木造建築物の水平荷重だけを支持するように構成される。また、第２柱部材３０、４０の断面寸法は、両者の耐力を合わせた値が、あるいは両者の耐力と木造耐力壁（図示無し）の耐力を合わせた値が、木造建築物の水平荷重を支持できる値である。この構造により、木造建築物の室内側と室外側において水平荷重を支持する木製の柱が見えるようにすることができる。

大梁２は、第１梁部材２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇ、２０Ｈ、２０Ｉ・・・（以下、第１梁部材２０と表記する）と、第２梁部材５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ、５０Ｇ、５０Ｈ、５０Ｉ・・・（以下、第２梁部材５０と表記する）及び第２梁部材６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ、６０Ｆ、６０Ｇ、６０Ｈ、６０Ｉ・・・（以下、第２梁部材６０と表記する）と、を備える。

第１梁部材２０は、木製の梁芯材２１と、梁芯材２１の外周を取り囲む梁耐火被覆材２２を備える、所謂メンブレン型耐火構造である。ここでは、梁芯材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ、２１Ｆ、２１Ｇ、２１Ｈ、２１Ｉ・・・をまとめて梁芯材２１と表記している。同様に、梁耐火被覆材２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉ・・・をまとめて梁耐火被覆材２２と表記している。
梁芯材２１は、柱芯材１１と同様に構成され、梁耐火被覆材２２は、柱耐火被覆材１２と同様に構成される。また、梁芯材２１の断面寸法は、第２梁部材５０、６０が無いものとしたとき、木造建築物の鉛直荷重による応力度が許容応力度以下であり、木造建築物において火災が発生した際に鉛直荷重を支持できる値に設定される。
図１及び図２に示すように、第１柱部材１０と第１梁部材２０は、接合され木造建築物の鉛直荷重を支持する主要構造部の一部として構成される。

第２梁部材５０は、第１梁部材２０の内側において第１梁部材２０に接するように設けられる。
また、第２梁部材６０は、第１梁部材２０の外側において第１梁部材２０に接するように設けられる。
ここで、第２梁部材５０、６０は、第１梁部材２０に接合されてもよいし、接合されずに接するように配置されてもよい。
第２梁部材５０、６０には、例えばカラマツ集成材が用いられる。
また、第２梁部材５０、６０は、構造計算上において木造建築物の水平荷重だけを支持するように構成される。また、第２梁部材５０、６０の断面寸法は、両者の耐力を合わせた値が、あるいは両者の耐力と木造耐力壁の耐力を合わせた値が、木造建築物の水平荷重を支持できる値である。この構造により、木造建築物の室内側と室外側において水平荷重を支持する木製の梁が見えるようにすることができる。

図１及び図２に示すように、第２柱部材３０と第２梁部材５０は、接合部をモーメント抵抗接合部となるように接合されるラーメン構造であり、木造建築物の水平荷重を支持する主要構造部の一部として構成される。同様に、第２柱部材４０と第２梁部材６０は、接合部をモーメント抵抗接合部となるように接合されるラーメン構造であり、木造建築物の水平荷重を支持する主要構造部の一部として構成される。
第２柱部材３０と第２梁部材５０の接合、及び第２柱部材４０と第２梁部材６０の接合の方法としては、木造モーメント抵抗接合方式である、鋼板挿入ドリフトピン式、引きボルト式、合わせ柱式、グルードインロッド式またはラグスクリューボルト式等が用いられる。当該第２柱部材３０と第２梁部材５０、及び第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造は、鉛直荷重を支持しないので、第２柱部材３０と第２梁部材５０の接合、及び第２柱部材４０と第２梁部材６０の接合において、柱勝ちあるいは梁勝ちを自由に選択することができる。

上記構造により、第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造、及び第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造は、木造建築物の室内外において露出しているため、水平荷重を支持する木造耐力壁を第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造、あるいは第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に容易に取り付けることができる。
第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造、あるいは第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に木造耐力壁を取り付ける例を図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂに示す。
図３Ａは、第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に面材張り耐力壁８０を取り付ける例を示す部分斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示す例において、第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に、第２梁部材６０間に間柱４１と、床スラブ９０とアンカーボルト（図示無し）等で緊結された受材４２を設ける。そして、面材張り耐力壁８０を、第２柱部材４０、第２梁部材６０、間柱４１及び受材４２に釘８１を用いて取り付ける。

また、図４Ａは、第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に筋交いや格子等を木組みした耐力壁８２を取り付ける例を示す部分斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示すＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
図４Ａ及び図４Ｂに示す例において、第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に、床スラブ９０とアンカーボルト（図示無し）等で緊結された受材４２を設ける。そして、木組みした耐力壁８２を、第２柱部材４０、第２梁部材６０及び受材４２で囲まれた内側に真壁状にはめ込み、木組みした耐力壁８２の横枠８２１と縦枠８２２の内側から四周の第２柱部材４０、第２梁部材６０及び受材４２に向けてビス８３を用いて取り付ける。
面材張り耐力壁８０及び木組みした耐力壁８２のような木造耐力壁は、第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造、及び第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造と同様に水平荷重を支持する構造体であるため、第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造、あるいは第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造に取り付け後も、主要構造部の一部として被覆なしで木造建築物の室内外において露出することができる。

図２に示すように、小梁７０は、木製の梁芯材７１と、梁芯材７１の外周を取り囲む梁耐火被覆材７２を備える、所謂メンブレン型耐火構造である。ここでは、梁芯材７１Ａ、７１Ｂ・・・をまとめて梁芯材７１と表記している。同様に、梁耐火被覆材７２Ａ、７２Ｂ・・・をまとめて梁耐火被覆材７２と表記している。
梁芯材７１は、柱芯材１１及び梁芯材２１と同様に構成され、梁耐火被覆材７２は、柱耐火被覆材１２及び梁耐火被覆材２２と同様に構成される。
図１及び図２に示すように、小梁７０は、柱１間の中央部において、第２梁部材５０の切欠部５１に挿入され、第１梁部材２０の側面に接合金物を用いて接合され、木造建築物の鉛直荷重を支持する主要構造部の一部として構成される。ここでは、切欠部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｈ、５１Ｉ・・・をまとめて切欠部５１と表記している。
このように構成することで、水平荷重におけるモーメント抵抗にとって重要な柱梁接合部である、第２柱部材３０と第２梁部材５０の接合部及び第２柱部材４０と第２梁部材６０の接合部外において、小梁７０を第１梁部材２０に接合することとなり、水平荷重を支持する柱梁接合部に直交接合のための断面欠損を生じさせることがない。
小梁７０は、天井上に配置されるため、室内から小梁７０は見えないように構成される。

次に、上階の第２柱部材３０と下階の第２柱部材３０の接続、及び上階の第２柱部材４０と下階の第２柱部材４０の接続について説明する。
図５は、上階と下階の第２柱部材３０、４０の接続の例を示す図である。
図５に示す例において、木造建築物の耐火構造１００を備える木造建築物は、複数階を有する。また、木造建築物の耐火構造１００は、上階と下階を区画する耐火性の床スラブを９０備える。上階の第２柱部材３０、４０と下階の第２柱部材３０、４０は、床スラブ９０で分割される。上階の第２柱部材３０、４０と下階の第２柱部材３０、４０は、床スラブ９０を貫通する鋼材を用いた不燃性の接続部材９１によって接続される。この構造により上下階の延焼を防止することができる。また、第２柱部材３０、４０における荷重を伝達させるために、例えば、ドリフトピン９２を用いて鋼板挿入ドリフトピン式等で上階と下階の第２柱部材３０、４０を接続している。

＜変形例＞
上記実施形態において、小梁７０は、木製の梁芯材７１を備えるとしたがこれに限らない。また、小梁７０は、第１梁部材２０の側面に接合されるとしたがこれに限らない。本変形例では、小梁７０の梁芯材７１は、鉄骨のＨ形鋼である。また、小梁７０を第１梁部材２０の上に直接載せて接合する。
図６Ａは、小梁７０を第１梁部材２０の上に直接載せて接合する場合の例を示す部分斜視図である。図６Ｂは、図６Ａに示すＶＩ−ＶＩ線における断面図である。なお、図６Ａにおいて第２梁部材５０、６０、小梁７０の梁耐火被覆材７２、第１梁部材２０の上面の梁耐火被覆材２２、上階の床スラブ９０及び天井９３は省略されている。
図６Ａ及び図６Ｂに示す例において、小梁７０は、第１梁部材２０の上に直接載せられ、接合具７４により固定される。
これにより、上記実施形態のような小梁７０を第１梁部材２０の側面に接合するための接合金物が不要になる。
また、天井９３を上記実施形態における構造よりも上げることができるので、木材が露出している、第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造を室内により多く見せることができる。
また、第２柱部材３０と第２梁部材５０による構造における第２柱部材３０と第２梁部材５０の接合部から上階の第２柱部材３０との継手（上階の床スラブ９０を貫通する接続部材９１）までの距離が小梁７０の高さの分だけ長くなるので、水平荷重が作用した時の曲げモーメントのより小さい位置に第２柱部材３０の継手を配置することができる。これは、第２柱部材４０と第２梁部材６０による構造においても同様である。

以上、上記実施形態の木造建築物の耐火構造１００は、少なくとも鉛直荷重を支持する木製の柱芯材１１と、柱芯材１１の外周を取り囲む柱耐火被覆材１２と、を備えた第１柱部材１０と、第１柱部材１０の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する第２柱部材３０、４０と、を有する柱１と、少なくとも鉛直荷重を支持する木製の梁芯材２１と、梁芯材２１の外周を取り囲む梁耐火被覆材２２と、を備えた第１梁部材２０と、第１梁部材２０の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する第２梁部材５０、６０と、を有する大梁２と、
を備えてなる。
これによって、荷重を支持する主要構造部である木製の柱及び梁を表面に見せることができる木造建築物の耐火構造を提供できる。

また、上記実施形態の木造建築物の耐火構造１００において、第２柱部材は、第１柱部材１０を挟む内面と外面の両方に設けられ、第２梁部材は、第１梁部材２０を挟む内面と外面の両方に設けられている。
これにより、荷重を支持する主要構造部である木製の柱及び梁を室内外において表面に見せることができる。

また、上記実施形態の木造建築物の耐火構造１００において、第２柱部材及び第２梁部材は、ラーメン構造を構成する。
これによって、第２柱部材及び第２梁部材の接合において、水平荷重によるモーメントに抵抗することができる。

また、上記実施形態の木造建築物の耐火構造１００は、第１梁部材を備えた小梁７０を備え、小梁７０は、柱１間の中央部において、大梁２と接合される。
これによって、水平荷重を支持する柱梁接合部である、第２柱部材及び第２梁部材の接合部外において、小梁７０を大梁２に接合することとなり、柱梁接合部に直交接合のための断面欠損が生じることを防ぐことができる。

また、上記実施形態の木造建築物の耐火構造１００において、木造建築物は、複数階（例えば、４階以上）建てであり、上階と下階を区画する耐火性の床スラブ９０を備え、上階の第２柱部材３０、４０と下階の第２柱部材３０、４０は、床スラブ９０で分割され、上階の第２柱部材３０、４０と下階の第２柱部材３０、４０は、床スラブ９０を貫通する不燃性の接続部材９１によって接続される。
これにより、上下階の延焼を防止することができる。

なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る木造建築物の耐火構造の例であり、これに限定されるものではない。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
例えば、上記実施形態において、柱芯材１１、梁芯材２１及び梁芯材７１としてスギ集成材を用いるとしたがこれに限らない。また、第２柱部材３０、４０、及び第２梁部材５０、６０としてカラマツ集成材を用いるとしたがこれに限らない。他の樹種の集成材を用いてもよいし、木材を用いた製材やＬＶＬ（Laminated Veneer Lumber）など他の木質材料を用いてもよい。

また、上記実施形態において、柱耐火被覆材１２、梁耐火被覆材２２及び梁耐火被覆材７２として石膏ボードを用いるとしたがこれに限らない。柱耐火被覆材１２、梁耐火被覆材２２及び梁耐火被覆材７２として、難燃材注入合板やモルタル等の他の不燃材料を用いてもよい。

１００ 木造建築物の耐火構造
１ 柱
２ 大梁
１０ 第１柱部材
１１ 柱芯材
１２ 柱耐火被覆材
２０ 第１梁部材
２１ 梁芯材
２２ 梁耐火被覆材
３０ 第２柱部材
４０ 第２柱部材
４１ 間柱
４２ 受材
５０ 第２梁部材
５１ 切欠部
６０ 第２梁部材
７０ 小梁
７１ 梁芯材
７２ 梁耐火被覆材
８０ 面材張り耐力壁
８１ 釘
８２ 木組みした耐力壁
８２１ 横枠
８２２ 縦枠
８３ ビス
９０ 床スラブ
９１ 接続部材
９２ ドリフトピン
９３ 天井

Claims (5)

1. 少なくとも鉛直荷重を支持する木製の柱芯材と、前記柱芯材の外周を取り囲む柱耐火被覆材と、を備えた第１柱部材と、前記第１柱部材の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する木製の第２柱部材と、を有する柱と、
   少なくとも鉛直荷重を支持する木製の梁芯材と、前記梁芯材の外周を取り囲む梁耐火被覆材と、を備えた第１梁部材と、前記第１梁部材の側面に接して設けられ、水平荷重を支持する木製の第２梁部材と、を有する大梁と、
   を備えてなる木造建築物の耐火構造。
2. 前記第２柱部材は、前記第１柱部材を挟む内面と外面の両方に設けられ、
   前記第２梁部材は、前記第１梁部材を挟む内面と外面の両方に設けられている請求項１に記載の木造建築物の耐火構造。
3. 前記第２柱部材及び前記第２梁部材は、ラーメン構造を構成する請求項１又は２に記載の木造建築物の耐火構造。
4. 前記第１梁部材を備えた小梁を備え、
   前記小梁は、前記柱間の中央部において、前記大梁と接合される請求項１から３のいずれか一項に記載の木造建築物の耐火構造。
5. 前記木造建築物は、複数階建てであり、
   上階と下階を区画する耐火性の床スラブを備え、
   前記上階の第２柱部材と前記下階の第２柱部材は、前記床スラブで分割され、
   前記上階の第２柱部材と前記下階の第２柱部材は、前記床スラブを貫通する不燃性の接続部材によって接続される請求項１から４のいずれか一項に記載の木造建築物の耐火構造。

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