JP7251796B2 - 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。

木造耐火建築物に要求される性能を満足させるため、“官庁施設における木造耐火建築物の整備指針”（非特許文献１）に記載されるように、構造耐力上主要な部分である荷重支持部の周囲を石膏ボードなどからなる耐火被覆（燃え止まり層）で被覆する技術が周知である。

"官庁施設における木造耐火建築物の整備指針"、[online]、平成２５年３月２９日、国土交通省大臣官房官庁営繕部、［平成３０年１０月９日検索］、インターネット＜URL:http://www.mlit.go.jp/common/000993924.pdf＞

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、荷重支持部を被覆する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、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。

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少なくとも２層の燃え止まり層と、を有している。そして、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更に空気層が設けられていると共に、荷重支持部は、不燃液剤がん侵木材からなる。空気層は、荷重支持部の横断面上にその全周に亘って延びる複数のスペーサーによって形成されている。

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斜視図である。 柱の内部構造を示す斜視図である。 柱を示す横断面図である。 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。 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少なくとも２層の燃え止まり層１４０と、を有している。図１～図３に示す柱１００では、燃え止まり層１４０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。

燃え止まり層１４０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１４０を構築することができる。なお、内方に配置された燃え止まり層１４０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。

燃え止まり層１４０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、２層の燃え止まり層１４０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１６０が設けられている。具体的には、２層の燃え止まり層１４０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１８０が配設され、２層の燃え止まり層１４０をスペーサー１８０の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層１６０が設けられる。図１～図３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１４０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１８０によってその外方に配置された燃え止まり層１４０との間に空気層１６０が形成されているが、その個数、配置位置は任意に決めることができる。なお、スペーサー１８０としては、例えば、木材、燃え止まり層１４０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。

次に、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、最初に、燃え止まり層１４０が火炎に晒される。燃え止まり層１４０は不燃材料又は難燃材料からなるため、これが火炎に晒されても容易かつ短時間で焼失することがなく、その内方に配置された荷重支持部１２０が火炎に晒されるまでの時間を遅くすることができる。

外方に配置された燃え止まり層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１６０が断熱材として機能し、空気層１６０の内方に配置された燃え止まり層１４０の温度上昇が緩やかになる。このため、空気層１６０が設けられない柱１００と比較して、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１６０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１６０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。そして、空気層１６０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。

燃え止まり層１４０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、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１４０としての機能を十分発揮できるようになる。このため、石膏ボードによる温度制限時間だけ、荷重支持部１２０の炭化進行を緩やかにすることができる。

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、燃え止まり層１４０が完全に焼失するまで木造建築物が倒壊することがない。

図４は、木製建築部材の他の例として挙げられる梁３００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少なくとも２層の燃え止まり層３４０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、燃え止まり層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、ここに燃え止まり層３４０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、２層の燃え止まり層３４０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３６０が設けられている。具体的には、２層の燃え止まり層３４０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３８０が配設され、２層の燃え止まり層３４０をスペーサー３８０の厚さだけ離間させることで、空気が満たされる空気層３６０が設けられる。図４に示す梁３００では、内方に配置された燃え止まり層３４０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３８０によってその外方に配置された燃え止まり層３４０との間に空気層３６０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３８０としては、例えば、木材、燃え止まり層３４０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から燃え止まり層３４０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及び燃え止まり層３４０を一体化することが望ましい。なお、図４に示す梁３００では、燃え止まり層３４０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及び燃え止まり層３４０は、柱１００の荷重支持部１２０及び燃え止まり層１４０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。

梁３００は、図４に示す構成に限らず、図５に示すように、荷重支持部３２０の横断面の四方を燃え止まり層３４０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止まり層３４０が被覆していればよい。

ここで、柱１００のスペーサー１８０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６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１８０は、図７に示すように、柱１００の横断面において燃え止まり層１４０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８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。要するに、スペーサー１８０は、２層の燃え止まり層１４０の間に空気層１６０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。

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を、不燃液剤がん侵木材から構成するようにしてもよい。また、内方に配置された燃え止まり層１４０，３４０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、内方に配置された燃え止まり層１４０，３４０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。さらに、燃え止まり層１４０，３４０の外周面には、柱１００及び梁３００の見栄えを良くするために、例えば、耐火塗装を施したり、耐火性能を有するクロスを貼り付けたりしてもよい。

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 燃え止まり層
１６０ 空気層
１８０ スペーサー
３００ 梁（木製建築部材）
３２０ 荷重支持部
３４０ 燃え止まり層
３６０ 空気層
３８０ スペーサー

Claims (3)

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更に空気層が設けられ、
   前記荷重支持部は、不燃液剤がん侵木材からなり、
   前記空気層は、前記荷重支持部の横断面上にその全周に亘って延びる複数のスペーサーによって形成された、
   木製建築部材。
2. 前記燃え止まり層は、石膏ボードからなる、
   請求項１に記載の木製建築部材。
3. 前記スペーサーは、その一部が切り取られた、
   請求項１又は請求項２に記載の木製建築部材。

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