JP6936561B2 - 柱梁接合部の耐火構造 - Google Patents

Description

本発明は、木質柱と鉄骨造梁の柱梁接合部の耐火構造に関するものである。

従来、木造による準耐火建築物として、非特許文献１に示すような構造が知られている。柱および梁については、「燃え代設計」を用いて、表面が燃えても構造耐力上支障のない大断面とすることによって、石膏ボード等の防火被覆材を用いずに木のあらわしを見せたまま木造の準耐火構造とすることが可能となる。「燃え代設計」は、燃え代を省いた有効断面を用いて許容応力度計算を行い、表面部分が燃えても構造耐力上支障のないことを確かめる設計方法であるため、通常より柱を太くすることとなる。

一方、従来の木質柱と鉄骨造梁との接合構造として、例えば特許文献１〜４の技術が知られている。

公益社団法人 日本住宅・木材技術センター、木造による準耐火建築物について、［online］、［２０１６年４月２０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.howtec.or.jp/kokomademokuzai/fireproof/1-2m.html＞

特開２０１４−１０９１５０号公報 特開２０１３−０５３４１５号公報 実開平５−０８９６０４号公報 特開２０１６−０３７７９７号公報

図８（１）は、燃え代設計された準耐火木質柱と鉄骨造梁の接合部を示したものである。ただし、鉄骨造梁の耐火被覆については図示を省略している。この図に示すように、燃え代設計された準耐火木質柱１と鉄骨造梁２の接合を考えた場合、もっとも簡易な方法として、鋼製の通しアンカーボルト３（以下、アンカーボルトという。）で準耐火木質柱１に固定した鋼製のベースプレート４とガセットプレート５を介して鉄骨造梁２を柱１に接合する構法が考えられる。

この構法では、図８（２）、（３）に示すように、火災時に燃え代層６が徐々に焼失すると同時に木質柱１内部のアンカーボルト３が露出して火災加熱に曝される。火災加熱に曝されるアンカーボルト３の部位３ａはその鋼材温度が上昇するに従って耐力が低下する。また、火災加熱に曝されたアンカーボルト３が熱橋となって、燃え代層６より内部の荷重支持部７の木部７ａの温度が上昇し、接合部の柱耐力を低下させる。

このように、アンカーボルト３およびその周辺の荷重を支持する木質柱１の木部７ａの温度上昇は、鉄骨造梁２を支持する接合部としての耐力を失う原因となり、最悪の場合には火災中に準耐火木質柱１と鉄骨造梁２で構成される構造架構が崩壊するおそれもある。

以上より、準耐火木質柱１と鉄骨造梁２で構成される構造架構において、火災時に架構の構造安定性を保持するためには、接合部以外の柱一般部の燃え代層６が火災によって焼失しても、接合部のアンカーボルト３周辺の燃え代層６はアンカーボルト３が火災加熱に直接曝されることがないよう火災中に焼失してはならないのである。

このため、火災加熱時にアンカーボルトのような接合部材周辺の燃え代層が所定の耐火時間の間に燃え尽きないように耐火性能を向上した構造の開発が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合部材周辺の燃え代層が所定の耐火時間の間に燃え尽きないように耐火性能を向上した柱梁接合部の耐火構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造は、木質の荷重支持部とその周囲に設けられた燃え代層とからなる木質柱と、この木質柱の外側に配置される鉄骨造梁とを、一端が鉄骨造梁に固定され、他端が木質柱の内部に埋設される接合部材を介して接合してなる柱梁接合部の耐火構造であって、鉄骨造梁の周囲には、所定の耐火性能を有する被覆材が接合部材を囲む態様で設けられており、鉄骨造梁の端面の周縁はこの被覆材を介して木質柱の燃え代層と接合していることを特徴とする。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造は、上述した発明において、被覆材が木材と不燃材料の少なくとも一方からなることを特徴とする。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造は、上述した発明において、被覆材と木質柱の燃え代層の取り合い部に耐火性能を向上するためのコーナー材が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造は、上述した発明において、柱梁接合部の木質柱の燃え代層に難燃処理剤が含浸されていることを特徴とする。

本発明に係る柱梁接合部の耐火構造によれば、木質の荷重支持部とその周囲に設けられた燃え代層とからなる木質柱と、この木質柱の外側に配置される鉄骨造梁とを、一端が鉄骨造梁に固定され、他端が木質柱の内部に埋設される接合部材を介して接合してなる柱梁接合部の耐火構造であって、鉄骨造梁の周囲には、所定の耐火性能を有する被覆材が接合部材を囲む態様で設けられており、鉄骨造梁の端面の周縁はこの被覆材を介して木質柱の燃え代層と接合しているので、接合部材周辺の燃え代層が所定の耐火時間の間に燃え尽きないように、その耐火性能を向上することができる。したがって、準耐火木質柱と鉄骨造梁の接合部を有する架構構造において、接合部の耐火性能が確保されるので、火災時の架構構造の安定性を保持することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造によれば、被覆材が木材と不燃材料の少なくとも一方からなるので、接合部材周辺の燃え代層の耐火性能を簡易に向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造によれば、被覆材と木質柱の燃え代層の取り合い部に耐火性能を向上するためのコーナー材が設けられているので、接合部材周辺の燃え代層の耐火性能をより一層向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造によれば、柱梁接合部の木質柱の燃え代層に難燃処理剤が含浸されているので、接合部材周辺の燃え代層の耐火性能をより一層向上することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造の実施の形態１を示す側断面図である。 図２は、図１の断面図であり、（１）はＡ−Ａ断面図、（２）はＢ−Ｂ断面図、（３）はＣ−Ｃ断面図、（４）は（３）のＤ部分拡大図である。 図３は、図２（４）の燃え代層のみをモデル化した断面温度の数値解析例を示す図であり、（１）は断面モデル、（２）は側面部温度（Ｐ１〜Ｐ９）、（３）は隅角部温度（Ｃ１〜Ｃ９）である。 図４は、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造の実施の形態２を示す図であり、（１）は側断面図、（２）はＡ−Ａ断面図、（３）はＢ−Ｂ断面図、（４）はＣ−Ｃ断面図である。 図５は、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造の実施の形態３を示す図であり、（１）は側断面図、（２）はＡ−Ａ断面図、（３）はＢ−Ｂ断面図、（４）はＣ−Ｃ断面図である。 図６は、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造の実施の形態４を示す図であり、（１）は側断面図、（２）はＡ−Ａ断面図、（３）はＢ−Ｂ断面図、（４）はＣ−Ｃ断面図である。 図７は、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造の実施の形態５を示す側断面図である。 図８は、従来の準耐火木質柱と鉄骨造梁の接合部の側断面図であり、（１）は全体図、（２）は（１）のＡ部分拡大図、（３）は（２）の火災加熱後の図である。

以下に、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。
本実施の形態１は、鉄骨造梁の周囲を木製板からななる被覆材で被覆した構造である。

図１および図２に示すように、本実施の形態１に係る柱梁接合部の耐火構造１００は、木質の荷重支持部１２とその周囲に設けられた燃え代層１４とからなる準耐火木質柱１６（以下、木質柱ということがある。）と、この木質柱１６の左右外側に配置されるＨ形鋼からなる鉄骨造梁１８とを、複数の鋼製の通しアンカーボルト２０（接合部材。以下、アンカーボルトという。）を介して接合してなる構造である。

鉄骨造梁１８のウェブ１８Ａ端部には、平面視でＴ字状断面の梁接続用の金物２２が取り付けられている。この金物２２は、ウェブ１８Ａ端部にボルト固定されるガセットプレート２２Ａと、木質柱１６の燃え代層１４の表面に取り付けられるベースプレート２２Ｂとからなる。アンカーボルト２０は木質柱１６を左右方向水平に貫通しており、木質柱１６の左右両側のベースプレート２２Ｂにおいてナットで締結固定されている。

鉄骨造梁１８の上部フランジ１８Ｂの上面には床材２４が設けられている。また、上面を除く鉄骨造梁１８の周囲には、所定の耐火性能を有する被覆材としての木製板２６がアンカーボルト２０を囲む態様で横断面視でＵ字状に設けられている。すなわち、この木製板２６は、図２（１）〜（３）に示すように、鉄骨造梁１８の前面、後面、下面に設けられた平板状の木製板であり、前面および後面の木製板２６Ａ、２６Ｂは鉄骨造梁１８のフランジ１８Ｂ、１８Ｃ間に設置された裏打ち材２８の側面に固定されている。下面の木製板２６Ｃは下部フランジ１８Ｃの下面に取り付けられている。

図２（３）および（４）に示すように、鉄骨造梁１８の端面の周縁１８Ｄは、この木製板２６Ｂを介して木質柱１６の燃え代層１４と接合している。

木製板２６の材質は、木質柱１６と同等の木材あるいは同じ木材よりも密度の高い木材とするのが好ましい。一般的に密度が高いほど耐火性能上有利だからである。木製板２６の厚さは、木質柱１６の燃え代層１４が完全に焼失する前に、被覆材として用いる木製板２６が完全に焼失しないようにするために、木質柱１６の燃え代層１４の厚さと同等かそれ以上の厚さとするのが好ましい。

鉄骨造梁１８への木製板２６の固定方法としては、例えば、前面および後面の木製板２６Ａ、２６Ｂの場合には、鉄骨造梁１８のフランジ１８Ｂ、１８Ｃ間に接着剤で取り付けた同質材料の裏打ち材２８に、接着剤と、釘またはビスを併用して固定することができる。使用する接着剤としては、例えば日本インシュレーション株式会社製の商品名「ボンデスト」などの無機質系接着剤が好適である。

下面の木製板２６Ｃの固定方法としては、例えば、下部フランジ１８Ｃの下面に接着剤で貼り付けるとともに、前面および後面の木製板２６Ａ、２６Ｂに接着剤と釘またはビスを併用して固定することができる。

上記の構成の動作および作用について説明する。
図２（４）に示すように、火災加熱による熱の侵入方向（矢印Ｘ）に対して、ハッチング部分Ｙが木製板２６Ｂの炭化範囲となる。入隅部Ｃの熱侵入は平面部Ｐに比べて遅くなり、入隅部Ｃの温度上昇に伴う炭化深さは平面部Ｐよりも深くならないため、燃え代層１４が燃え尽きるまでアンカーボルト２０が火災加熱に直接曝されることはない。すなわち、準耐火木質柱１６が耐火性能を有している間は接合部の耐火性能も確保される。

図３は、図２（４）の燃え代層１４のみをモデル化してその断面温度を数値解析により推定した例である。木材の炭化速度は一般に０．７ｍｍ／分程度といわれており、木製板２６の裏面まで炭化が進行する時間は「木製板の厚さ４５ｍｍ」／「炭化速度（０．７ｍｍ／分）」＝約６４分と計算される。図３に示した解析例は、平面部Ｐの温度が加熱開始後約６０分後に木材の一般的な炭化温度２６０℃に達するものとして計算した結果である。この結果からも、準耐火木質柱１６として、所要の燃え代層１４の厚さがあれば、接合部の耐火性能は確保されることがわかる。

このように、本実施の形態によれば、鉄骨造梁１８を準耐火木質柱１６に接合する金物２２のベースプレート２２Ｂ周辺の燃え代層１４が所定の耐火時間の間に燃え尽きない簡易な構造とすることによって、準耐火木質柱１６と鉄骨造梁１８の柱梁接合部の耐火性能を従来よりも向上することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、上記の実施の形態１の応用例であり、鉄骨造梁１８を木製板２６と不燃材料により被覆した構造である。

図４に示すように、本実施の形態２に係る柱梁接合部の耐火構造２００は、上記の実施の形態１の木製板２６の非加熱面側に、せっこうボードあるいはけい酸カルシウム板といった不燃材料の板を積層した複合板３０を被覆材として用いたものである。この場合、不燃材料の複合板３０は木製板２６のように炭化による断面欠損を起こさないため、「不燃材料の複合板３０の厚さ」＋「木製板２６の厚さ」≧「準耐火木質柱１６に必要とされる燃え代層１４の厚さ」とすれば、接合部に必要とされる耐火性能が得られる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。

図５に示すように、本実施の形態３に係る柱梁接合部の耐火構造３００は、上記の実施の形態１において、鉄骨造梁１８の木製板２６と金物２２との間に耐熱ロックウールなど変形追従性のある不燃材料３２を充填したものである。

準耐火木質柱１６に鉄骨造梁１８の被覆材（例えば上記の実施の形態１、２の木製板２６や従来の鉄骨造梁の耐火被覆材）を突き付けて取り付ける場合、突き付け部の目地に施工誤差あるいは木質材料の乾燥収縮などによって開きが生じると、そこが弱点となってベースプレート２２Ｂ周辺の燃え代層１４が焼失して通しアンカーボルト２０が露出するおそれがある。このような不測の事態に対応する対策として、ベースプレート２２Ｂの周辺に耐熱ロックウールなどの変形追従性のある不燃材料３２を充填し、突き付け目地が万が一開いた状態でもベースプレート２２Ｂ周辺の燃え代層１４を焼失させないようにする。図の例では、木製板２６によって囲まれる領域の燃え代層１４の表面およびベースプレート２２Ｂの周りに不燃材料３２を充填配置している。ベースプレート２２Ｂは通常、板厚が３６ｍｍ程度あるいはそれ以上の鋼材であるため、大きな熱容量を有することから、ベースプレート２２Ｂの周囲が不燃材料３２で被覆されていれば、当該ベースプレート２２Ｂに接している準耐火木質柱１６の燃え代層１４の温度上昇も抑制される。

準耐火木質柱１６と鉄骨造梁１８の接合部を有する構造架構においては、上記の実施の形態１〜３のいずれか、もしくはこれらの形態を複合した対策を講じることによって、接合部の耐火性能を確保し、火災時の架構の構造安定性を保持することが可能となる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
図６に示すように、本実施の形態４に係る柱梁接合部の耐火構造４００は、上記の実施の形態において、鉄骨造梁１８の被覆材と準耐火木質柱１６の取り合い部（突付け部）の３辺の外側の入隅部Ｃにコーナー材３４を設けて耐火性能を向上した構造である。

この構造は、上記の実施の形態３で述べた弱点を補う構造と同様な機能を有しており、上記の実施の形態３が鉄骨造梁１８内部での対策であるのに対し、本実施の形態４は鉄骨造梁１８外部での対策である。コーナー材３４は木質材料でも不燃材料でも良く、硬質系の材料で準耐火木質柱１６や鉄骨造梁１８の被覆材に釘やビスを使って機械的に取り付けられるものがより好ましい。コーナー材３４の断面形状は、入隅部Ｃにフィットする形状であれば良く、例えば正方形断面・長方形断面・直角三角形断面などの種々の形状が考えられる。コーナー材３４と上記の実施の形態３の変形追従性のある不燃材料３２とを併用してもよく、このようにすれば、さらに耐火性能を向上することができる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
図７に示すように、本実施の形態５に係る柱梁接合部の耐火構造５００は、上記の実施の形態において、柱梁接合部の木質柱１６の燃え代層１４に、難燃処理剤を含浸させた難燃処理部３６を設けたものである。なお、本実施の形態では、後述するように、鉄骨造梁１８を囲む被覆材の種類は任意のものを使用可能であることから、図７の例では、鉄骨造梁１８の耐火被覆については図示を省略している。

本実施の形態では、接合部の燃え代層１４に難燃処理剤を含浸させた難燃処理部３６を設け、この部分を不燃木質材料とすることによって、接合部の耐火性能を確保する。難燃処理剤の含浸深さは燃え代層１４と同じ深さとすることが好ましい。また、難燃処理剤を含浸させる上下方向の範囲は鉄骨造梁１８の梁成と同等とするか、ベースプレート２２Ｂの高さ以上とすることが好ましい。難燃処理剤としては、例えばホウ素系の難燃処理剤や窒素リン酸系の難燃処理剤を使用することができる。本構造の場合、鉄骨造梁１８を囲む被覆材の種類は任意のものを用いることができ、例えば上記の実施の形態１、２で用いた木製板２６や複合板３０などの被覆材の他、通常使用される耐火被覆材を用いることができる。

以上説明したように、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造によれば、木質の荷重支持部とその周囲に設けられた燃え代層とからなる木質柱と、この木質柱の外側に配置される鉄骨造梁とを、一端が鉄骨造梁に固定され、他端が木質柱の内部に埋設される接合部材を介して接合してなる柱梁接合部の耐火構造であって、鉄骨造梁の周囲には、所定の耐火性能を有する被覆材が接合部材を囲む態様で設けられており、鉄骨造梁の端面の周縁はこの被覆材を介して木質柱の燃え代層と接合しているので、接合部材周辺の燃え代層が所定の耐火時間の間に燃え尽きないように、その耐火性能を向上することができる。したがって、準耐火木質柱と鉄骨造梁の接合部を有する架構構造において、接合部の耐火性能が確保されるので、火災時の架構構造の安定性を保持することができる。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造によれば、被覆材が木材と不燃材料の少なくとも一方からなるので、接合部材周辺の燃え代層の耐火性能を簡易に向上することができる。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造によれば、被覆材と木質柱の燃え代層の取り合い部に耐火性能を向上するためのコーナー材が設けられているので、接合部材周辺の燃え代層の耐火性能をより一層向上することができる。

また、本発明に係る他の柱梁接合部の耐火構造によれば、柱梁接合部の木質柱の燃え代層に難燃処理剤が含浸されているので、接合部材周辺の燃え代層の耐火性能をより一層向上することができる。

以上のように、本発明に係る柱梁接合部の耐火構造は、準耐火木質柱と鉄骨造梁の接合部に有用であり、特に、接合部材周辺の燃え代層が所定の耐火時間の間に燃え尽きないように耐火性能を向上するのに適している。

１００〜５００ 柱梁接合部の耐火構造
１２ 荷重支持部
１４ 燃え代層
１６ 木質柱、準耐火木質柱
１８ 鉄骨造梁
１８Ａ ウェブ
１８Ｂ 上部フランジ
１８Ｃ 下部フランジ
１８Ｄ 周縁
２０ アンカーボルト（接合部材）
２２ 金物
２２Ａ ガセットプレート
２２Ｂ ベースプレート
２４ 床材
２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ 木製板
２８ 裏打ち材
３０ 複合板（不燃材料）
３２ 不燃材料
３４ コーナー材
３６ 難燃処理部
Ｃ 入隅部
Ｐ 平面部

Claims (4)

1. 木質の荷重支持部とその周囲に設けられた燃え代層とからなり、燃え止まり層を有しない木質柱と、この木質柱の外側に配置されるＨ形鋼からなる鉄骨造梁とを、鉄骨造梁のウェブ端部に固定されるガセットプレートと、木質柱の燃え代層の表面に取り付けられるベースプレートとからなるＴ字状断面の金物と、この金物のベースプレートに固定されるともに木質柱の内部に埋設されるアンカーボルトを介して接合してなる柱梁接合部の耐火構造であって、
   鉄骨造梁の周囲には、所定の耐火性能を有する木製板からなる被覆材が金物を囲む態様で設けられており、この被覆材の端部は木質柱の燃え代層に突き付けられており、この被覆材の厚さは木質柱の燃え代層の厚さと同等かそれ以上であり、被覆材の材質は、木質柱と同等の木材あるいは同じ木材よりも密度の高い木材であることを特徴とする柱梁接合部の耐火構造。
2. 被覆材が木材、または、木材とこの木材の非加熱面側に積層された不燃材料からなることを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合部の耐火構造。
3. 被覆材と木質柱の燃え代層の取り合い部に耐火性能を向上するためのコーナー材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁接合部の耐火構造。
4. 柱梁接合部の木質柱の燃え代層に難燃処理剤が含浸されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の柱梁接合部の耐火構造。

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