JP7087259B2 - 木質構造部材及び木質構造部材の製造方法。 - Google Patents

Description

本発明は、木質構造部材及び木質構造部材の製造方法に関する。

特許文献１及び特許文献２には、木質構造部材に関する技術が開示されている。

特許文献１の木質構造部材は、木材で形成された心部と、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、を有する燃え止まり層と、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、を備えている。燃え止まり部の一例としてのモルタル板は、心部の外周面に接着剤等により接合されている。

特許文献２の木質構造部材は、木質の荷重支持部と、荷重支持部の外側に間隔をあけて配置される木質の燃代層と、不燃材料又は荷重支持部よりも着火温度が高い材料で構成された充填材が荷重支持部と燃代層との間に充填されて硬化することで形成される燃止層と、を備えている。

また、その他関連する技術が特許文献３に記載されている。

特開２０１４－２２７７４９号公報 特開２０１７－００２６１４号公報 特開２０１７－０７５４５８号公報

しかし、特許文献１の木質構造部材は、モルタル板を心部の外周面に着剤等で接合する必要がある。特許文献２の木質構造部材は、環状やＵ字形状の木質の燃代層を製造する必要ある。よって、木質構造部材の低コスト化等のために、これらよりも容易に燃止部を形成することが求められている。

本発明は、上記事実に鑑み、木質構造部材に容易に燃止部を形成することが目的である。

第一態様は、木質部材と、前記木質部材の軸方向に貫通すると共に環状に間隔をあけて形成された複数の孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い第一燃止部と、を備えた木質構造部材である。

第一態様では、木質構造部材における環状に形成された第一燃止部の外側が燃代層として機能し、第一燃止部の内側が荷重支持部として機能する。よって、木質構造部材は、耐火性能を有する。また、木質部材の軸方向に貫通すると共に環状に間隔をあけて形成された複数の孔に充填材を充填して硬化させることで、不燃又は木質部材よりも着火温度が高い第一燃止部が形成される。よって、第一燃止部を接着剤で接合する場合と比較し、第一燃止部の形成が容易で施工性がよい。

なお、「環状」とは、環になった形状であり、円形の環に限定されるものではなく、楕円形状や多角形状に環になった形状が含まれる。

第二態様は、前記木質部材の軸方向の端部に、軸方向と直交する方向に貫通すると共に軸方向及び貫通方向と直交する方向に間隔をあけて形成された複数の孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い第二燃止部を備えた、第一態様に記載の木質構造部材である。

第二態様では、木質構造部材の軸方向の端部に第二燃止部が形成されている。よって、木質構造部材の軸方向の端部が耐火性能を有する。

第三態様は、前記充填材は、石膏又はグラウト材を材料として構成されている、第一態様又は第二態様に記載の木質構造部材である。

第三態様では、充填材が石膏を材料として構成されている場合は、石膏は多量の結晶水を含んでおり、蒸気として空気中に放出されることに伴って熱を吸収する。よって、第一燃止部又は第二燃止部の熱吸収性能が向上する。

一方、充填材がグラウト材を材料として構成されている場合は、グラウト材は流動性に優れているので、木質部材の孔への充填効率が向上する。更にグラウト材は硬化による収縮が小さく、木質部材への密着性が良いので、第一燃止部又は第二燃止部の熱吸収性能が向上する。

このように充填材を石膏又はグラウト材を材料とすることで、木質構造部材の耐火性能が向上する。

本発明によれば、木質構造部材の燃止部が容易に形成される。

第一実施形態の木質構造部材の軸方向の端面の図である。 第一実施形態の木質構造部材を一部断面で示す斜視図である。 第一実施形態の木質構造部材の製造工程を（Ａ）～（Ｄ）へと順番に示す製造工程図である。 第一実施形態の第一変形例の木質構造部材の軸方向の端面の図である。 第一実施形態の第二変形例の木質構造部材の軸方向の端面の図である。 第二実施形態の木質構造部材を示す（Ａ）は軸方向と直交する断面の断面図であり、（Ｂ）はＸ方向から見た側面図であり、（Ｃ）がＺ方向から見た上面図である。 第一実施形態の第三変形例の木質構造部材の軸方向の端面の図である。 第一実施形態の第四変形例の木質構造部材の軸方向の端面の図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の木質構造部材について説明する。

［構造］
先ず、木質構造部材の構造について説明する。

図１及び図２の示すように、木質構造部材１００は、柱又は梁として使用可能な円柱状の木材である。なお、図２に示すように、円柱の軸方向を矢印Ｇで示す。

木質構造部材１００は、円柱状の木質部材１１０と、木質部材１１０の内部に軸方向に見て環状（本実施形態では円環状）に間隔をあけて形成された複数の円柱状の燃止部５０と、で構成されている。本実施形態の木質部材１１０は、ＪＩＳ認定品の無垢材又は集成材で構成されている。

燃止部５０は、木質部材１１０を軸方向に貫通すると共に環状に間隔をあけて形成された複数の断面円形の孔５２に充填された充填材の一例としての石膏Ｓが硬化することで形成されている。

図１に示すように、木質構造部材１００における燃止部５０が設けられている環状部分を燃止層１１２とし、燃止層１１２（燃止部５０）で囲まれた（径方向内側）部分を荷重支持部１１６とし、燃止層１１２（燃止部５０）の径方向外側を燃代層１１４とする。

なお、本実施形態では、燃止層１１２は、荷重支持部１１６よりも熱容量が大きくなるように、燃止部５０（孔５２）の大きさ（長手方向と直交する断面の面積）及び間隔等が設定されている。また、木質構造部材１００は、荷重支持部１１６で構造部材（柱又は梁）としての耐力が確保される。

［製造方法］
次に、木質構造部材１００の製造方法の一例について説明する。

図３（Ａ）に示すように、ＪＩＳ認定品の無垢材又は集成材で構成されている角柱状の木質部材１０８に、図３（Ｂ）に示すように、円環状に間隔をあけて複数の断面円形の孔５２を形成する。

図３（Ｃ）に示すように、木質部材１０８の角部１０７（図３（Ｂ）も参照）を切断し及び削って除去し、孔５２が形成された状態の円柱状の木質部材１１０とする。

図３（Ｄ）に示すように、孔５２に石膏Ｓを充填し、石膏Ｓを硬化させることで環状に間隔を開けて配置された複数の円柱状の燃止部５０を形成する。

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

木質構造部材１００は、木質部材１１０の内部に環状に間隔をあけて複数の円柱状の燃止部５０が設けられ、これにより燃止層１１２が形成されている。

よって、火災時には、先ず、燃止層１１２（燃止部５０）の径方向外側の燃代層１１４が徐々に燃焼して燃止層１１２の周囲に炭化層（断熱層）を形成する。これにより、燃止層１１２及び荷重支持部１１６へ浸入する火災熱が低減される。更に、荷重支持部１１６よりも熱容量が大きい燃止層１１２によって火災熱が吸収（吸熱）され、荷重支持部１１６に浸入する火災熱がさらに低減される。また、燃止部５０は、不燃材料である石膏Ｓを材料として構成されているので、燃止部５０によって、燃焼が阻止される。

このように、火災時には、荷重支持部１１６の燃焼が防止又は抑制される。よって、木質構造部材１００は耐火性能を有する木質の構造材として使用することが可能となる。

なお、木質部材１１０に形成する孔５２の大きさや間隔を変えることで、燃止部５０の大きさ（長手方向と直交する断面の面積）や間隔等を容易に調整することができる。つまり、木質部材１１０に形成する孔５２の大きさや間隔を変えることで、耐火性能を容易に調整することできる。

また、石膏Ｓは硬化する前は流動状であるので、木質部材１１０の孔５２の内周面の木目（凹凸）に石膏Ｓが入り込む。したがって、木質部材１１０と硬化後の燃止部５０との密着性が良いので、燃代層１１４の燃焼熱が燃止部５０に効果的に吸収される。つまり、木質部材１１０と燃止部とが密着しておらず微小な隙間が形成されている場合と比較し、燃代層１１４の燃焼熱を燃止部５０に吸収させる熱吸収性能が向上する。

また、燃止部５０を構成する石膏Ｓは、多量の結晶水を含んでおり、炎や熱に晒されると、この水が蒸気として空気中に放出されることに伴って熱を吸収する。よって、燃代層１１４の燃焼熱を燃止部５０（燃止層１１２）に吸収させる熱吸収性能が更に向上する。

更に木質構造部材１００の荷重支持部１１６は、軸方向と直交する断面の外形は円形であるので、二方向加熱となる角部がある場合と比較し、耐火性能が向上する。

また、木質構造部材１００は、前述したように、木質部材１１０と燃止部５０との密着性が良いので、木質部材１１０と燃止部とが密着しておらず微小な隙間が形成されている場合と比較し、軸方向と直交する方向の圧縮力や軸方向と直交する方向のせん断力などの応力伝達性能が向上する。

なお、木質構造部材１００は、ＪＩＳ認定品の木質部材１１０に孔５２を形成して石膏Ｓを充填し硬化させることで燃止部５０が形成されている。よって、木質部材１１０のＪＩＳ認定は維持されている。つまり、木質構造部材１００もＪＩＳ認定品とすることができる。

［変形例］
次に、本実施形態の変形例について説明する。

（第一変形例）
図４の第一変形例の木質構造部材１１１は、角柱、本例では八角柱の木質部材１１３に、多角形、本実施形態では、八角形の環状に燃止部５０が設けられている。

（第二変形例）
図５の第二変形例の木質構造部材１１５は、木質部材１１０に、円環状に間隔をあけて形成された断面が矩形の複数の孔５３に充填された石膏Ｓが硬化することで形成された角柱状の燃止部５１が設けられている。

（第三変形例）
図７の第三変形例の木質構造部材１０５は、角柱、本例では四角柱の木質部材１１９に、円環状に燃止部５０が設けられている。

（第四変形例）
図８の第四変形例の木質構造部材１０７は、角柱、本例では四角柱の木質部材１１７に、多角形、本実施形態では、四角形の環状に燃止部５０が設けられている。

＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態に木質構造部材について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

［構造］
先ず、本実施形態の木質構造部材の構造について説明する。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、木質構造部材２００は、柱又は梁として使用可能な角柱状の木材である。なお、本図では、軸端部が露出している跳ね出し梁として使用した状態を想定した図であり、水平方向の直交する二方向をＸ方向及びＹ方向とし、それぞれ矢印Ｘ及び矢印Ｙで示す。また、Ｘ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向をＺ方向とし、矢印Ｚで示す。軸方向（Ｇ方向）はＺ方向と一致する。なお、図６（Ａ）は断面図であるが、図が煩雑になって見難くなるのを避けるため、断面を示す斜線（ハッチング）は、後述する第一燃止部６０のみに図示している。

木質構造部材２００は、角柱状の木質部材２１０、複数の円柱状の第一燃止部６０及び複数の円柱状の第二燃止部７０で構成されている。本実施形態の木質部材２１０は、ＪＩＳ認定品の無垢材又は集成材で構成されている。

第一燃止部６０は、木質部材２１０の内部に、軸方向（Ｙ方向）に貫通すると共に矩形環状に間隔をあけて形成された複数の断面円形の孔６２に充填された充填材の一例としての石膏Ｓが硬化することで形成されている。

図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、第二燃止部７０は、木質部材２１０の軸方向の軸端部２０２に、Ｘ方向に貫通すると共にＺ方向に直線状に間隔をあけて形成された複数の孔７２に充填された石膏Ｓが硬化して形成されている。Ｘ方向は軸方向（Ｙ方向）と直交する方向であり、Ｚ方向は軸方向（Ｙ方向）及び貫通方向（Ｘ方向）と直交する方向である。

なお、図６（Ｃ）に示すように、本実施形態では、第一燃止部６０及び第二燃止部７０の軸長は孔６２及び孔７２の孔長よりも若干短く、孔６２及び孔７２の開口端部には木栓２５０、２５２が嵌め込まれている。

図５（Ａ）に示すように、木質構造部材２００における第一燃止部６０が設けられている環状部分を第一燃止層２１２とし、第一燃止層２１２（第一燃止部６０）で囲まれた部分を荷重支持部２１６とし、第一燃止層２１２（第一燃止部６０）の外側を第一燃代層２１４とする。

また、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、木質構造部材２００における第二燃止部７０が設けられ、第一燃止層２１２の軸方向外側を塞ぐように形成されている部分を第二燃止層２２２とする。また、木質構造部材２００における第二燃止層２２２の軸方向端部外側を第二燃代層２２４とする。

なお、本実施形態では、第一燃止層２１２及び第二燃止層２２２は、荷重支持部２１６よりも熱容量が大きくなるように、第一燃止部６０（孔６２）及び第二燃止部７０（孔７２）の大きさ（長手方向と直交する断面の面積）及び間隔等が設定されている。また、木質構造部材２００は、荷重支持部２１６で構造部材（本実施形態では梁）としての耐力が確保される。

［製造方法］
次に、木質構造部材２００の製造方法の一例について説明する。

木質部材２１０に第一実施形態の木質構造部材１００の製造方法と同様に、孔６２をあけて石膏Ｓを充填して第一燃止部６０を形成する。また、木質部材２１０の軸端部２０２に孔７２をあけて石膏Ｓを充填して第二燃止部７０を形成する。最後に、孔６２及び孔７２の開口端部に木栓２５０、２５２を嵌め込む。

［作用及び効果］
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

木質構造部材２００は、火災時には、先ず、第一燃止層２１２（第一燃止部６０）及び第二燃止層２２２（第二燃止部７０）の外側の第一燃代層２１４及び第二燃代層２２４が徐々に燃焼して第一燃止層２１２及び第二燃止層２２２の外側に炭化層（断熱層）を形成する。これにより、第一燃止層２１２、第二燃止層２２２及び荷重支持部２１６へ浸入する火災熱が低減される。更に、荷重支持部２１６よりも熱容量が大きい第一燃止層２１２及び第二燃止層２２２によって火災熱が吸収（吸熱）され、荷重支持部２１６に浸入する火災熱がさらに低減される。また、第一燃止部６０及び第二燃止部７０は、不燃材料である石膏Ｓを材料として構成されているので、第一燃止部６０及び第二燃止部７０によって、燃焼が阻止される。

このように、火災時には、荷重支持部２１６の燃焼が防止又は抑制される。よって、木質構造部材２００は耐火性能を有する構造部材として使用することが可能となる。

また、木質部材２１０の孔６２、７２の内周面の木目（凹凸）に石膏Ｓが入り込み、密着性が良いので、第一燃代層２１４及び第二燃代層２２４の燃焼熱が第一燃止部６０及び第二燃止部７０に効果的に吸収される。

また、第一燃止部６０及び第二燃止部７０を構成する石膏Ｓは、多量の結晶水を含んでおり、空気中に放出されることに伴って熱を吸収するので、第一燃代層２１４及び第二燃代層２２４の燃焼熱を第一燃止部６０及び第二燃止部７０（第一燃止層２１２及び第二燃止層２２２）に吸収させる熱吸収性能が更に向上する。

なお、木質構造部材２００は、ＪＩＳ認定品の木質部材２１０に孔６２、７２を形成して石膏Ｓを充填し硬化させることで第一燃止部６０及び第二燃止部７０が形成されているので、ＪＩＳ認定が維持されている。

ここで、本実施形態の木質構造部材２００は、軸端部２０２が耐火性を有している。よって、本実施形態の跳ね出し梁のように、軸端部２０２が露出している構造部材として木質構造部材２００を用いる場合に好適である。

なお、本実施形態では、木質構造部材２００（木質部材２１０）の一方の軸端部２０２のみに、第二燃止部７０を設けたが、これに限定されない。両方の軸端部２０２に第二燃止部７０を設けてもよい。

［変形例］
次に、本実施形態の変形例について説明する。

図示は省略するが、木質構造部材の全体形状が円柱状であってもよいし、第一燃止部及び第二燃止部が角柱状であってもよい。

また、軸端部２０２が耐火性能を有する木質構造部材２００は、本実施形態では、跳ね出し梁に用いたが、これ以外、例えば、柱頭（軸端部２０２）が露出している柱に用いる場合も有効である。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

上記実施形態では、燃止部５０、第一燃止部６０及び第二燃止部７０は、石膏Ｓを材料として構成されていたが、これに限定されない。例えば、グラウト材、コンクリート、モルタル及び繊維補強コンクリート等であってもよい。

なお、グラウト材は流動性に優れているので、孔５２、６２、７２への充填効率が向上する。また、グラウト材は硬化による収縮が小さく、木質部材１１０、２１０との密着性が良いので、燃代層１１４、第一燃代層２１４及び第二燃代層２２４の燃焼熱が燃止層１１２、第一燃止層２１２及び第二燃止層２２２に効果的に吸収される。

或いは、不燃ではないが、荷重支持部よりも着火温度が高い充填材、例えば、樹脂製のコーキング材であってもよい。要は、充填材は、不燃材料又は荷重支持部よりも着火温度が高い材料で構成されていればよい。

また、上記実施形態では、孔５２、６２、７２は、冶具であけて形成したが、これに限定されない。例えば、溝が形成された木質部材を接合して孔を形成してもよい。第一実施形態を例に説明すると、荷重支持部１１６及び燃止層１１２になる角柱材の外周面に溝を形成し、その外側に、燃止層１１２及び燃代層１１４になる板面に溝が形成された木質板を接合して、図３（Ｂ）の木質部材１０８を製作してもよい。或いは、孔を形成した木質材を軸方向に積層して接合し、図３（Ｂ）の木質部材１０８を製作してもよい。

また、上記実施形態の木質構造材１００、１０７、１１１、１１５、２００は、軸方向と直交する断面において、外形形状と荷重支持部の形状とが一致又は略一致していたが、これに限定されない。図７の第一実施形態の第三変形例の木質構造体１０５のように、外形形状と荷重支持部の形状が異なっていてもよい。

また、上述の複数の実施形態及び変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。

更に、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。

５０ 燃止部（第一燃止部）
５１ 燃止部（第一燃止部）
５２ 孔
５３ 孔
６０ 第一燃止部
６２ 孔
７０ 第二燃止部
７２ 孔
１００ 木質構造部材
１０５ 木質構造部材
１０７ 木質構造部材
１１０ 木質部材
１１１ 木質構造部材
１１３ 木質部材
１１５ 木質構造部材
１１７ 木質構材
１１９ 木質構材
２００ 木質構造部材
２０２ 軸端部（軸方向の端部）
２１０ 木質部材

Claims (9)

1. 環状に間隔をあけて軸方向に貫通する複数の第一の孔があけられた木質部材と、
   前記木質部材にあけられた複数の前記第一の孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い第一燃止部と、
   を備えた木質構造部材。
2. 前記木質部材の軸方向の端部に、軸方向と直交する方向に貫通すると共に軸方向及び貫通方向と直交する方向に間隔をあけて形成された複数の第二の孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い第二燃止部を備えた、
   請求項１に記載の木質構造部材。
3. 前記充填材は、石膏又はグラウト材を材料として構成されている、
   請求項１又は請求項２に記載の木質構造部材。
4. 前記木質部材は、前記第一の孔があけられた複数の木質材を軸方向に積層して接合して構成されている、
   請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の木質構造部材。
5. 木質の角柱材の外周面に軸方向に沿って形成された複数の内側溝と、前記角柱材の外面に接合される木質板の内周面に軸方向に沿って形成された複数の外側溝と、を重ね合わせて形成された軸方向に貫通する複数の孔が環状に間隔をあけて形成された木質部材と、
   前記木質部材の前記孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い燃止部と、
   を備えた木質構造部材。
6. 木質部材と、
   前記木質部材の軸方向に貫通すると共に環状に間隔をあけて形成された複数の第一の孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い第一燃止部と、
   前記木質部材の軸方向の端部に、軸方向と直交する方向に貫通すると共に軸方向及び貫通方向と直交する方向に間隔をあけて形成された複数の第二の孔に充填された充填材が硬化して形成された不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い第二燃止部と、
   を備えた木質構造部材。
7. 環状に間隔をあけて軸方向に貫通する複数の孔を木質部材にあける工程と、
   前記木質部材にあけた複数の前記孔に充填材を充填して硬化させることで不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い燃止部を形成する工程と、
   を備えた木質構造部材の製造方法。
8. 環状に間隔をあけて軸方向に貫通する複数の孔を木質材にあける工程と、
   前記孔が揃うように前記木質材を軸方向に接合して木質部材を制作する工程と、
   前記木質部材の複数の前記孔に充填材を充填して硬化させることで不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い燃止部を形成する工程と、
   を備えた木質構造部材の製造方法。
9. 木質の角柱材の外周面に軸方向に沿って形成された内側溝と、前記角柱材の外面に接合される木質板の内周面に軸方向に沿って形成された外側溝と、を重ね合わせて形成された軸方向に貫通する複数の孔が環状に間隔をあけて形成された木質部材を製造する工程と、
   前記木質部材の前記孔に充填材を充填して硬化させることで不燃又は前記木質部材よりも着火温度が高い燃止部を形成する工程と、
   を備えた木質構造部材の製造方法。

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