JP7087261B2 - 木質構造部材 - Google Patents

Description

本発明は、木質構造部材に関する。

特許文献１には、柱に固定部材を固定する固定構造に関する技術が開示されている。この先行技術では、柱は、荷重を支持する木製の柱心材と、柱心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、を備えている。そして、柱を構成する燃え代層の外周面に固定部材が固定され、この固定部材に燃え止まり部材が設けられている。これにより、火災時及び火災終了後において、燃え代層の燃焼を抑制し、柱に固定部材を固定した状態を維持している。

特開２０１２－２２５１３０号公報

特許文献１では、固定部材を柱に固定するビスは、荷重を支持する荷重支持部である柱心材に打ち込まれている。ビスは金属製であるので、熱伝導率が高い。よって、火災時にビスが熱伝導体となって荷重支持部である柱心材に熱が伝達されることで、柱心材（荷重支持部）が温度上昇し、その結果、柱心材の燃焼や炭化を引き起こす虞がある。

本発明は、上記事実に鑑み、木質構造部材の表面から貫通し木質の荷重支持部に至る金属部材を介して、荷重支持部に熱伝導される熱を低減することが目的である。

第一態様は、木質の荷重支持部と、前記荷重支持部の外側に配置された耐火被覆層と、前記耐火被覆層の一部に替えて設けられ、表面から貫通して前記荷重支持部に到る金属部材を介して熱伝導される熱を前記耐火被覆層よりも低減させる耐火部と、を備える木質構造部材である。

第一態様では、火災時において、金属部材が貫通する耐火部が、金属部材を介して荷重支持部に熱伝導される熱を低減する。よって、火災時に金属部材を介して木質の荷重支持部に熱伝導される熱が低減される。したがって、荷重支持部の燃焼や炭化が抑制される。

第二態様は、前記耐火部は、結晶水を含む第一板材と、難燃化処理、準不燃化処理又は不燃化処理された木質の第二板材と、が積層されて構成されている、第一提要の木質構造部材である。

第二態様では、火災時において、金属部材を介して荷重支持部に熱伝導される熱は、第一板材の結晶水が蒸発することで吸収されて低減する。また、火災によって第一板材が破損しても第二板材によって金属部材が保持される。

第三態様は、前記耐火被覆層は、前記荷重支持部の外側に配置された燃止層と、前記燃止層の外側に配置された木質の燃代層と、を有する、第一態様又は第二態様の木質構造部材である。

第三態様では、火災時には、木質の燃代層が燃焼して炭化層（断熱層）を形成し、荷重支持部へ浸入する火災熱を低減する。更に、燃止層によって、燃代層の燃焼を停止（自然鎮火）させる。よって、木質の荷重支持部の燃焼や炭化が抑制される。

本発明によれば、木質構造部材の表面から貫通し木質の荷重支持部に至る金属部材を介して熱伝導される熱を低減することができる。

防火シャッターが固定された木質梁を一部断面で示す斜視図である。 防火シャッターが固定された木質梁のＸ方向に沿った縦断面図である。 木質梁の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 耐火部の第一接合例を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 耐火部の第二接合例を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 耐火部の第三接合例を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 耐火部の第四接合例を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 耐火部の第五接合例を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 第一変形例の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 第二変形例の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 第三変形例の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 第四変形例の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 第五変形例の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。 第六変形例の耐火部を示すＸ方向に沿った拡大断面図である。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態の木質構造部材について説明する。なお、水平方向の直交する２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。

［構造］
先ず、本実施形態の木質構造部材について説明する。なお、本実施形態では、木質構造部材を木質梁として使用している。

図１及び図２に示すように、木質構造部材の一例としての木質梁１０は、Ｙ方向に沿って設けられ、上面１０Ａでスラブ９０（図２を参照）を支持している。木質梁１０は、木質の荷重支持部１２と耐火被覆層２０と耐火部１００とを有している。なお、図１では、後述する防火シャッター６０は想像線（二点鎖線）で図示し、後述するスラブ９０の図示を省略している。図３以降の拡大縦断面図でも防火シャッター６０は、想像線（二点鎖線）で図示している。また、図２では、図が煩雑になるのを避けるため、後述する防火シャッター６０には、断面を表す斜線の図示を省略している。

荷重支持部１２は、木質梁１０が負担する荷重を支持可能に構成されている。耐火被覆層２０は、荷重支持部１２の上面１２Ａを除く外側に、荷重支持部１２を囲むように設けられている。耐火被覆層２０は、燃止層３０と木質の燃代層２２とを有している。耐火被覆層２０を構成する燃止層３０は、荷重支持部１２の上面１２Ａを除く外側に、荷重支持部１２を囲むように設けられている。そして、燃代層２２は、燃止層３０の上面３０Ａを除く外側に、燃止層３０を囲むように設けられている。

本実施形態の燃止層３０は、火災時における燃代層２２の燃焼を停止（自然鎮火）させ、荷重支持部１２の燃焼を抑制する層である。本実施形態の燃止層３０は、木製部３２と燃止部３４とで構成されている。燃止部３４は、断面略矩形の板状に形成されており、長手方向を木質梁１０の軸方向（Ｙ方向）として配置されている。また、本実施形態の燃止部３４は、モルタルを硬化させて形成され、木質の荷重支持部１２、木製部３２及び木質の燃代層２２よりも熱容量が大きい。そして、燃止部３４と木製部３２とを荷重支持部１２の外周面に沿って交互に配置することで、燃止層３０は、熱容量が荷重支持部１２及び燃代層２２の熱容量よりも大きくなるように構成されている。

木質の燃代層２２は、火災時に燃焼して炭化層（断熱層）を形成することにより、荷重支持部１２への火災熱の浸入を抑制する層である。なお、この燃代層２２の厚み（層厚）は、木質梁１０に求められる要求耐火性能（耐火時間）、燃代層２２の燃焼速度及び遮熱性能等に応じて適宜設定されている。

耐火部１００は、木質梁１０の側面１０Ｂ側の耐火被覆層２０（燃止層３０及び燃代層２２）の一部に換えて設けられている。また、本実施形態では、木質梁１０の側面１０Ｂ側の耐火被覆層２０（燃止層３０及び燃代層２２）の一部に凹部２８（図２参照）が形成され、この凹部２８に耐火部１００が嵌め込まれ接合されている。なお、接合方法については、後述する。また、耐火部１００と耐火被覆層２０との境界部分の隙間には、耐火シール剤５０が充填されている。なお、判りやすくするため、耐火シール剤５０の層厚は実際よりも厚く図示している。

木質梁１０における耐火部１００が設けられた側面１０Ｂには、被固定部材の一例として防火シャッター６０が、金属部材の一例としての金属製のボルト７０によって固定されている。なお、前述したように、図１では、耐火部１００を見やすくするため、防火シャッター６０を想像線（二点鎖線）で図示し、スラブ９０の図示を省略している、

図２に示すように、ボルト７０は、耐火部１００を貫通し、荷重支持部１２に到達し、荷重支持部１２にねじ込まれている。

図３に示すように、本実施形態の耐火部１００は、矩形板状とされ、熱吸収部の一例としての結晶水を含む石膏で構成された第一板材１１０と、保持部の一例としての薬剤を含浸させて難燃化処理された木質の第二板材１１２と、が積層されて構成されている。本実施形態では、第一板材１１０が外側で第二板材１１２が内側（荷重支持部１２側）に配置され、積層されている。

また、本実施形態の木質の第二板材１１２は、木製単板を繊維方向を揃えて積層し接着した単板積層材（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｖｅｎｅｅｒ Ｌｕｍｂｅｒ（ＬＶＬ））で構成されている。また、本実施形態では、薬剤を含浸させて難燃化処理された第二板材１１２は、大臣認定品とされている難燃処理木材（薬剤処理木材）を使用している。

［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。

火災時には、木質梁１０の木質の燃代層２２が燃焼して炭化層（断熱層）を形成し、木質の荷重支持部１２へ浸入する火災熱を低減する。更に、燃止層３０によって、燃代層２２の燃焼を停止（自然鎮火）させると共に火災熱を吸収する。

また、金属製のボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱は、ボルト７０が貫通する耐火部１００の第一板材１１０を構成する石膏が含む結晶水が蒸発することで吸収されて低減する。よって、火災時にボルト７０を介して木質の荷重支持部１２に熱伝導される熱が低減される。

したがって、木質の荷重支持部１２へ浸入する火災熱及びボルト７０を介して熱伝導される熱が低減されるので、荷重支持部１２の燃焼や炭化が抑制される。

また、耐火部１００の石膏で構成された第一板材１１０が仮に火災によって破損しても、第二板材１１２は薬剤を含浸させて難燃化処理されているので、第二板材１１２は破損が防止又は抑制される。よって、荷重支持部１２に接合された第二板材１１２は、防火シャッター６０を固定するボルト７０のかかり代として機能する

したがって、仮に火災によって耐火部１００の第一板材１１０が破損しても、第二板材１１２によってボルト７０のかかり代が確保されるので、ボルト７０が保持され、防火シャッター６０の落下が防止される。

このように、本実施形態の耐火部１００は、ボルト７０を熱伝導する熱を低減する第一板材１１０とボルト７０のかかり代として機能する第二板材１１２との二つの機能を有している。

ここで、耐火部１００を設けていない比較例の木質梁（図示略）は、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が低減されない。よって、耐火性能を確保する観点からは、比較例の木質梁に防火シャッター６０をボルト７０で固定することが困難である。したがって、比較例の木質梁とは別に、防火シャッター６０を固定するための柱や梁などを別途設ける必要がある。これに対して、本実施形態のように耐火部１００を設けた木質梁１０は、防火シャッター６０をボルト７０で固定することができるので、防火シャッター６０を固定するための柱や梁などを別途設ける必要がないので、好適である。

［耐火部の接合方法］
次に、木質梁１０の凹部２８への耐火部１００の接合方法及び第一板材１１０と第二板材１１２との接合方法について説明する。なお、判りやすくするため、後述する接着剤１２０の層厚は実際よりも厚く図示している。

・第一接合例
図４に示す第一接合例では、耐火部１００を構成する第一板材１１０と第二板材１１２とは、耐熱性を有する接着剤１２０で接合されている。また、耐火部１００を構成する第二板材１１２は、荷重支持部１２に耐熱性を有する接着剤１２０で接合されている。

・第二接合例
図５に示す第二接合例では、耐火部１００を構成する第一板材１１０と第二板材１１２とは、耐熱性を有する接着剤１２０で接合されている。また、耐火部１００を構成する第二板材１１２は、荷重支持部１２にビス１２２で接合されている。

・第三接合例
図６に示す第三接合例では、耐火部１００を構成する第一板材１１０と第二板材１１２とは、ビス１２２で接合されている。また、耐火部１００を構成する第二板材１１２は、荷重支持部１２に耐熱性を有する接着剤１２０で接合されている。

・第四接合例
図７に示す第四接合例では、耐火部１００を構成する第一板材１１０と第二板材１１２とは、ビス１２２で接合されている。また、耐火部１００を構成する第二板材１１２は、荷重支持部１２にビス１２２で接合されている。

・第五接合例
図８に示す第五接合例では、耐火部１００を構成する第一板材１１０及び第二板材１１２は、荷重支持部１２に一本の長いビス１２４で接合（共締め）されている。

＜変形例＞
次に、本実施形態の耐火部の変形例について説明する。

［第一変形例］
図９に示す第一変形例の耐火部２００は、石膏で構成された第一板材１１０と、保持部の一例としてのコンクリート又はモルタルで構成された第二板材２１２と、が積層されて構成されている。

本変形例では、コンクリート製又はモルタル製の第二板材２１２は、木製の第二板材１１２（図３参照）よりも熱容量が大きいので、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が更に低減される。

［第二変形例］
図１０に示す第二変形例の耐火部２０２は、石膏で構成された第一板材１１０と、難燃化処理された木質の第二板材１１２と、が積層されて構成されている。更に、第二板材１１２におけるボルト７０の貫通部位には、貫通孔１１４が形成されている。そして、この貫通孔１１４に石膏が充填されて固化することで石膏部２１０が形成されている。

本変形例では、ボルト７０を介して熱伝導される熱は、石膏部２１０の結晶水が蒸発することで吸収される。よって、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が更に低減される。

［第三変形例］
図１１に示す第三変形例の耐火部２０４は、石膏で構成された第一板材１１０と、難燃化処理された木質の第二板材１１２と、が積層されて構成されている。更に、第二板材１１２におけるボルト７０の貫通部位に貫通孔１１４が形成されている。そして、この貫通孔１１４にモルタルが充填されて固化することでモルタル部２２０が形成されている。

本変形例では、モルタル部２２０は、木製の第二板材１１２よりも熱容量が大きいので、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が更に低減される。

［第四変形例］
図１２に示す第四変形例の耐火部３００は、複数の石膏板３１０が積層されて構成されている。

本変形例では、耐火部３００は、石膏で構成されているので、石膏で構成された第一板材１１０と難燃化処理された木質の第二板材１１２とが積層された耐火部１００（図３参照）よりも結晶水が多く含まれる。したがって、本変形例の耐火部３００の方が、耐火部１００（図３参照）よりも熱吸収効果が大きい。よって、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が更に低減される。

［第五変形例］
図１３に示す参考例としての第五変形例の耐火部４００は、薬剤を含浸させて難燃化処理された木質の木質部４１０で構成されている。更に、木質部４１０におけるボルト７０の貫通部位には、貫通孔４１４が形成されている。そして、この貫通孔４１４に石膏が充填されて固化することで石膏部４１２が形成されている。

本変形例では、ボルト７０を介して熱伝導される熱は、石膏部４１２の結晶水が蒸発することで吸収される。よって、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が低減される。

なお、貫通孔４１４内にボルト７０が螺合するブリッジ部４２０が設けられていてもよい。このブリッジ部４２０は、難燃化処理した木材、金属材及びモルタル等で構成され、その端部４２２は木質部４１０と接合されている。このようにブリッジ部４２０を設けることで、仮に石膏部４１２が熱で破損してもブリッジ部４２０がボルト７０を保持するので、防火シャッター６０の落下が防止される。なお、同様のブリッジ部を第二変形例の貫通孔１１４に設けてもよい。

［第六変形例］
図１４に示す参考例としての第六変形例の耐火部４０２は、薬剤を含浸させて難燃化処理された木質の木質部４１０で構成されている。更に、木質部４１０におけるボルト７０の貫通部位には、貫通孔４１４が形成されている。そして、この貫通孔４１４にモルタルが充填されて固化することでモルタル部４１６が形成されている。

本変形例では、ボルト７０を介して熱伝導される熱は、木材よりも熱容量の大きなモルタル部４１６で吸収される。よって、ボルト７０を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱が低減される。

［第七変形例］
図示は省略するが第七変形例の耐火部は、石膏で構成された第一板材１１０（図３参照）が内側（荷重支持部１２（図３参照）側）で難燃化処理された第二板材１１２（図３参照）が外側で積層され接合されている。つまり、第七変形例の耐火部は、図３の第一板材１１０と第二板材１１２が内外逆に積層された構造である。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、木質の第二板材１１２は、木製単板を繊維方向を揃えて積層し接着した単板積層材（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｖｅｎｅｅｒ Ｌｕｍｂｅｒ（ＬＶＬ））で構成されていたが、これに限定されない。例えば、ひき板（ラミナ）を並べた後、繊維方向が直交するように積層接着した直交集成材（Ｃｒｏｓｓ Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｔｉｍｂｅｒ（ＣＬＴ））等の他の集成材であってもよいし、単材であってもよい。

また、上記実施形態では、第二板材１１２は、薬剤を含浸させて難燃化処理されていたが、これに限定されない。薬剤を含浸させて準不燃化処理又は不燃化処理されていてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、かかり代となる保持部は、木質の第二板材１１２及びコンクリート又はモルタルで構成された第二板材２１２であったが、これに限定されない。火災によってもボルト７０のかかり代を確保することが可能な材料で構成されていてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、第一板材１１０は、石膏で構成されていたが、これに限定されない。例えば、珪酸カルシウム、セルフレベリング材（ＳＬ材）、モルタル及びセメント等で構成されていてもよい。

また、例えば、上記実施形態では、第二板材２１２は、セメント又はモルタルを材料としたが、これに限定されない。例えば、木材よりも熱容量が大きい材料で構成されていればよい。

要は、耐火部は、耐火被覆層よりもボルト７０（金属部材）を介して荷重支持部１２に熱伝導される熱を低減できる材料や構造であればよい。別の観点から説明すると、木質構造部材における木質の荷重支持部に到達する金属部材の貫通部分を、耐火被覆層よりも金属部材を介して荷重支持部に熱伝導される熱を低減できる耐火部に置き換えればよい。

また、上記実施形態では、木質梁１０に防火シャッター６０を固定したが、これに限定されない。防火シャッター６０以外の被固定部材、例えば、防火扉、エアコン及びスイッチボックス等を固定してもよい。

また、上記実施形態では、金属部材はボルト７０であったが、これに限定されない。例えば、ネジ、釘及びインサート等であってもよい。要は、表面から貫通して荷重支持部１２に至る金属部材であればよい。

また、上記実施形態では、木質構造部材は、木質梁１０であったが、これに限定されない。木質構造部材は、例えば、木質柱であってもよいし、ブレース材であってもよい。なお、木質柱及びブレース材の場合は、耐火被覆層は、荷重支持部の全周の外側に荷重支持部を囲むように設けられている。

また、例えば、荷重支持部１２、燃止層３０の木製部３２及び燃代層２２は、木材によって形成されていればよい。例えば、米松、唐松、檜、杉及びあすなろ等の一般の木造建築に用いられる一般木材によって形成してもよいし、これらの一般木材を角柱状の単材に加工し、この単材を複数集成し単材同士を接着剤により接着して一体化することによって形成してもよい。

また、燃止部３４は、モルタルで構成されていたが、これに限定されない。熱の吸収が可能な材料で構成されていればよい。例えば、燃止部３４は、一般木材よりも熱容量が大きな材料、一般木材よりも断熱性が高い材料及び一般木材よりも熱慣性が高い材料によって形成してもよい。また、燃止層３０は木製部３２と燃止部３４で構成されていたが、これに限定されない。燃止部３４のみで構成されていてもよい。

なお、一般木材よりも熱容量が大きな材料としては、モルタル、石材、ガラス、繊維補強セメント等の無機質材料、各種の金属材料などが挙げられる。一般木材よりも断熱性が高い材料としては、珪酸カルシウム板、ロックウール、グラスウールなどが挙げられる。一般木材よりも熱慣性が高い材料としては、セランガンバツ、ジャラ、ボンゴシ等の木材が挙げられる。

また、上記実施形態では、耐火被覆層２０は、燃止層３０と燃代層２２との二層構造であったが、これに限定されない。耐火被覆層は、三層以上で構成されていてもよいし、一層で構成されていてもよい。

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。複数の実施形態及び変形例等は、適宜、組み合わされて実施可能である。

１０ 木質梁（木質構造部材の一例）
１２ 荷重支持部
２０ 耐火被覆層
２２ 燃代層
３０ 燃止層
３４ 燃止部
７０ ボルト（金属部材の一例）
１００ 耐火部
１１０ 第一板材
１１２ 第二板材
２００ 耐火部
２０２ 耐火部
２０４ 耐火部
３００ 耐火部
４００ 耐火部
４０２ 耐火部
４１０ 木質部

Claims (4)

1. 木質の荷重支持部と、
   前記荷重支持部の外側に配置された耐火被覆層と、
   前記耐火被覆層の一部に替えて設けられ、表面から貫通して前記荷重支持部に到る金属部材を介して熱伝導される熱を前記耐火被覆層よりも低減させる耐火部と、
   前記耐火部の前記表面に接触し、前記金属部材によって固定された被固定部材と、
   を備え、
   前記耐火被覆層は、
   前記荷重支持部の外側に配置された燃止層と、
   前記燃止層の外側に配置された木質の燃代層と、
   を有し、
   前記耐火部は、
   石膏で構成され、前記金属部材が貫通する第一板材を有し、
   前記金属部材を介して熱伝導される熱が、前記石膏に含まれた結晶水が蒸発することで吸収される、
   木質構造部材。
2. 前記耐火部は、
   前記第一板材と、
   難燃化処理木材、準不燃化処理木材、不燃化処理木材、コンクリート及びモルタルのいずれかで構成され、前記金属部材が貫通する第二板材と、
   が積層されて構成されている、
   請求項１に記載の木質構造部材。
3. 前記第二板材は、前記第一板材の内側に配置され、前記荷重支持部に接合されている、
   請求項２に記載の木質構造部材。
4. 前記耐火被覆層と前記耐火部の境界部分の隙間には、耐火シール剤が充填されている、
   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。
   

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