【文献】
伊藤拓真ら,H形鋼内木質耐火構造部材の実用化に向けての開発研究 〜木質柱と間仕切壁の取り合い部の耐火性能検証と小型実験による詳細温度の測定〜,2011年度大会(関東)学術講演梗概集,社団法人 日本建築学会,2011年,A−2,p.177-180
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0018】
<第一実施形態>
本発明の第一実施形態の木質構造材と壁との接合構造について、
図1〜
図3を用いて説明する。なお、鉛直方向をZ方向とし、水平方向における直交する二方向をX方向及びY方向とする。
【0019】
(全体構成)
まず、全体構成について説明する。
【0020】
図1及び
図2に示すように、木質構造材の一例としての耐火性能を有する断面矩形状の木質柱100の側面100Aに、耐火性能を有する防火区画用の壁200が接合されている。これにより
図1に示す壁200(及び木質柱100)の面外方向の外側の空間K1と空間K2とが防火区画されている。
【0021】
なお、防火区画とは、建築基準法に定められた区画で、火災時に火炎が急激に燃え広がることを防ぐためのものである。また、準耐火建築物及び耐火建築物に求められるもので、技術的基準は建築基準法施行令第112条に定められている。
【0022】
(木質柱)
つぎに、木質柱100について説明する。
【0023】
図1に示すように、木質柱100は、心材部(荷重支持部)110と、心材部110の外側に配置された燃止層(燃え止まり層)120と、燃止層120の外側に配置された燃代層(燃え代層)130と、を有している。なお、燃代層130の外周面130Aが、木質柱100の側面100Aを構成している。
【0024】
心材部110は、木質柱100が負担する荷重を支持可能に構成されている。燃止層120は、心材部110の外側(外周)に、心材部110を囲むように配置されている。燃止層120は、火災時における燃代層130の燃焼を停止(自然鎮火)させ、心材部110の燃焼を抑制する層である。この燃止層120は、心材部110の外周面に沿って配置される木製部124と、燃止部材(高熱容量部)の一例としてのモルタル板122と、で構成されている。
【0025】
モルタル板122は、断面略矩形の板状に形成されており、長手方向を木質柱100の軸方向(Z方向)として配置されている。また、モルタル板122は、モルタルを硬化させたものであり、心材部110、木製部124及び燃代層130よりも熱容量が大きい。そして、モルタル板122と木製部124とを心材部110の外周面110Aに沿って交互に配置することにより、燃止層120の熱容量が心材部110及び燃代層130の熱容量よりも大きくなるように構成されている。
【0026】
燃止層120の外側(外周)には、燃止層120を囲むように燃代層130が配置されている。燃代層130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、心材部110への火災熱の浸入を抑制する層であり、この燃代層130の厚み(層厚)は、木質柱100に求められる要求耐火性能(耐火時間)や燃代層130の燃焼速度及び遮熱性能に応じて適宜設定されている。
【0027】
心材部110、燃止層120の木製部124、及び燃代層130は、木材によって形成されていればよい。なお、本実施形態の木質柱100は、木材を板状や角柱状等の単材に加工し、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されている。
【0028】
また、本実施形態では、燃止層120の木製部124を構成する木材は、心材部110を構成する木材及び燃代層130を構成する木材よりも、熱慣性が高い木材で形成されている。更に、モルタル板122は、燃止層120の木製部124を構成する木材よりも熱慣性が高い。
【0029】
熱慣性とは、部材の温度変化に対する抵抗の度合いを示す指標(尺度)であり、下記式(1)のように、熱伝導率k、密度ρ、比熱cの積の平方根で表される。この熱慣性が高くなると部材が燃え難くなり、低くなると部材が燃え易くなる。
【0030】
【数1】
ただし
ρ:密度(kg/m
3)
c:比熱(kJ/kgK)
k:熱伝導率(kW/mK)
である。
【0031】
本実施形態では、心材部110を構成する木材及び燃代層130を構成する木材がスギ(杉)で構成されており、燃止層120の木製部124を構成する木材がスギよりも高密度で熱慣性が高いカラマツ(唐松)で構成されている。これにより、燃止層120の木製部124がスギで構成されている場合と比較して、火災時に隣接するモルタル板122との間から心材部110へ浸入する火災熱が低減されるようになっている。
【0032】
なお、本実施形態では、上述したように心材部110を構成する木材及び燃代層130を構成する木材がスギ(杉)で構成され、燃止層120の木製部124を構成する木材がカラマツ(唐松)で構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、心材部110、燃代層130、及び燃止層120が、カラマツ(唐松)で構成されていてもよい。
【0033】
熱慣性が低い木材(低熱慣性木材)としては、例えば、バルサ、キリ、ベイスギ、スプルースが挙げられ、熱慣性が高い木材(高熱慣性木材)としては、例えば、ベイヒバ、ベイマツ、カラマツ、カツラ、ナラ、ケヤキ、ジャラ、セランガンバツ、イペ、ボンゴシが挙げられる。また、高熱慣性木材としては、人工的に圧縮することにより密度を高めた木材や、密度調整材(例えばシリコン系樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール等)を注入した木材等が挙げられる。
【0034】
また、熱慣性の調整は、木材の熱伝導率によっておこなってもよく、密度及び熱伝導率を組み合わせておこなってもよい。密度の調整は、樹種の選択、圧縮加工、密度調整剤の注入などによっておこなうことができ、熱伝導率の調整は、繊維の方向を変えることによっておこなうことができる。
【0035】
なお、心材部110を構成する木材、燃代層130を構成する木材、及び燃止層120の木製部124は、上記以外の一般の木造建築に用いられる一般木材で構成されていてもよい。
【0036】
また、燃止層120は、木製部124とモルタル板122とが交互に配置された構成であるが、これに限定されない。モルタル板以外の燃止部材、例えば、石膏ボードと木製部とが交互に配置された構成であってもよい。更に、火炎及び熱の進入を抑えて燃え止まり効果を発揮できる層であればどのような構成であってもよい。例えば、モルタル板や石膏ボード等の燃止部材のみで構成されていてもよいし、難燃薬剤を注入して不燃化処理した木製部(木材)のみで構成されていてもよい。
【0037】
別の観点から説明すると、燃止層120は、難燃性を有する層や熱の吸収が可能な層であればよい。また、難燃性を有する層と、熱の吸収が可能な層と、を組み合わせて(例えば、難燃性を有する層と、熱の吸収が可能な層とを交互に配置して)燃止層120を形成してもよい。
【0038】
なお、難燃性を有する層としては、前述した木材に難燃薬剤を注入して不燃化処理した難燃薬剤注入層が挙げられる。
【0039】
また、熱の吸収が可能な層は、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、又は一般木材よりも熱慣性が高い材料、これらの材料と一般木材とを組み合わせなどが、挙げられる。
【0040】
また、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、石膏等の無機質材料、各種の金属材料などが挙げられる。
【0041】
また、一般木材よりも断熱性が高い材料としては、けい酸カルシウム板、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。
【0042】
更に、上記と重複した記載となる場合があるが、燃止層120には、不燃木材、珪酸カルシウム板、ロックウール、グラスウール等の断熱材を採用することもできる。不燃木材としては、例えば、株式会社TKマテリアルズが販売するもの(国土交通大臣認定番号NM−168)等を使用することができる。また、コンクリート、モルタル、石材、ガラス、繊維補強セメントなどの無機質材料、鉄筋などの鉄、ステンレスなどの金属材料を木材の断面及び長さに合わせて予め成形したもの、同一断面の中空矩形状断面の鋼管等のパイプ内に無機材料、液体金属、水、無機水和塩、消石灰等の蓄熱材料を充填して一体化したものからなる高熱容量材を使用することができる。また、これら断熱材と高熱容量材とを組み合わせてもよいし、これら断熱材及び高熱容量材と木製材と組み合わせてもよい。
【0043】
(防火区画用の壁)
つぎに、防火区画用の壁200について説明する。
【0044】
図1に示すように、防火区画用の壁200は、二枚の強化石膏ボード212A,212Bを貼り合わせた耐火ボード210が面外方向(Y方向)に間隔をあけて設けられ、これら耐火ボード210の間に鉛直方向(Z方向)を長手方向として配置されたスタッド202(
図2も参照)がX方向に間隔をあけて設けられた構造となっている。
【0045】
各スタッド202は、軽鉄製のC形鋼とされており、各スタッド202の下端部は、構造物の躯体を構成するスラブ(図示略)に設けられたランナー(図示略)に、ビスやタップネジ等で固定されることで支持されている。そして、各スタッド202に図示していないビスやタップネジ等で耐火ボード210が固定されている。
【0046】
ここで、石膏ボードは、石膏を主成分とした素材を板状にして特殊な用紙で包んで構成された耐火ボードであり、強化石膏ボードは石膏の芯にガラス繊維などを加えて耐火性能を強化した耐火ボードである。なお、石膏は硫酸カルシウム2水和物のため多量の結晶水を含んでおり、炎や熱に晒されると、この結晶水が蒸気として空気中に放出される。そして、この結晶水の蒸発により熱が吸収されることによって、断熱(又は遮熱)効果や耐火性能が発揮される。
【0047】
(接合部位)
つぎに、
図1〜
図3に示す木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)と壁200の接合部位10について説明する。
【0048】
図3に示すように、接合部位10では、壁200を構成する耐火ボード210は、木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)から隙間(目地部)60をあけて配置されている。
【0049】
なお、面外方向外側の強化石膏ボード212Aの端部212ATよりも面外方向内側の強化石膏ボード212Bの端部212BTの方が木質柱100から離れている。つまり、二枚の強化石膏ボード212Aの端部212AT及び強化石膏ボード212Bの端部212BTは、X方向にずれて配置され段差が形成されている。
【0050】
また、面外方向外側の強化石膏ボード212Aの端部212ATと木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)との隙間を隙間62とし、面外方向内側の強化石膏ボード212Bの端部212BTと木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)との隙間を隙間64とする。
【0051】
壁200の内部には、木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)に板面50Aが接触するように板材50が設けられている。なお、板材50は、図示していないビスやタップネジ等で木質柱100に固定されている。また、板材50は、壁200を構成する強化石膏ボード212A,212Bと同様、多量の結晶水を含む強化石膏ボードで構成されている。
【0052】
板材50の端部50Tは、面外方向内側の強化石膏ボード212Bの端部212BTと木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)との隙間64に配置されている。
【0053】
板材50の端部50Tと強化石膏ボード212Bの端部212BTとの間に耐火性能を有するフェルト状のロックウール70が挟まれている。また、板材50の端部50Tの外側で、面外方向外側の強化石膏ボード212Aの端部212ATと木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)との隙間62に耐火性能を有するシーリング材72が充填されている(
図1も参照)。
【0054】
なお、この隙間(目地部)60(隙間62及び隙間64)が、木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)と壁200との接合部位10における各種施工誤差等を吸収する。
【0055】
(作用及び効果)
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【0056】
木質柱100では、荷重を支持する心材部110が燃止層120及び燃代層130によって被覆されている。したがって、火災時には、先ず、燃代層130が徐々に燃焼して燃止層120の周囲に炭化層(断熱層)を形成する。これにより、燃止層120及び心材部110へ浸入する火災熱が低減される。さらに、燃止層120によって、燃代層130の燃焼を停止(自然鎮火)させることができる。したがって、火災終了後も心材部110に荷重を支持させることができる。また、燃止層120に、熱慣性の高いモルタル板122を用いているので、高い燃え止まり効果を有する。
【0057】
一方、耐火区画用の壁200は、強化石膏ボード212A,212Bに含まれる結晶水(及び自由水)が蒸気として空気中に放出される。そして、この結晶水(及び自由水)の蒸発により熱が吸収され、これにより耐火性能が発揮される。
【0058】
更に、木質柱100の側面102A(燃代層130の外周面130A)と壁200の接合部位10においては、強化石膏ボードで構成された板材50に含まれる結晶水(及び自由水)が蒸気として空気中に放出され、この結晶水(及び自由水)の蒸発により熱が吸収される。よって、板材50の板面50Aが接触している木質柱100の燃代層130の温度上昇が抑制され、これにより燃代層130の燃焼が抑制される。
【0059】
また、施工誤差等を吸収する接合部位10の隙間60(隙間62及び隙間64)には、耐火性能を有するロックウール70及びシーリング材72が設けられているので、隙間60(隙間62及び隙間64)からの火炎の侵入が防止される。
【0060】
したがって、火災時における木質柱100と壁200との接合部位10に隙間が生じ防火区画が成立しなくなることが抑制される、つまり、接合部位10の防火区画性能が向上する。
【0061】
また、板材50の端部50Tは、面外方向内側の強化石膏ボード212Bの端部212BTと木質柱100の側面100A(燃代層130の外周面130A)との隙間64に配置され、板材50の端部50Tと強化石膏ボード212Bの端部212BTとの間に耐火性を有するフェルト状のロックウール70が挟まれている。
【0062】
よって、ロックウール70がシーリング材72と板材50の端部50Tとの間に配置されている構成(例えば、後述する
図7に示す変形例)と比較し、強化石膏ボード212Bの厚み分だけ、燃代層130の外周面130Aと板材50の板面50Aとの接触面積を広くすることができるので、燃代層130の燃焼が更に抑制される。したがって、火災時における接合部位10の防火区画性能が更に向上する。
【0063】
<第二実施形態>
本発明の第二実施形態の木質構造材と壁との接合構造について、
図4〜
図6を用いて説明する。なお、鉛直方向をZ方向とし、水平方向における直交する二方向をX方向及びY方向とする。また、第一実施形態と同一に部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0064】
(全体構成)
まず、全体構成について説明する。
【0065】
図4〜
図6に示すように、耐火性能を有する防火区画用の壁200の上端部に、木質構造材の一例としての耐火性能を有する断面矩形状の木質梁102が直交し、木質梁102三つの側面102A,102B,102Cに壁200が接合されている。これにより壁200(及び木質梁102)の面外方向の外側の空間K1と空間K2とが耐火区画されている。
【0066】
(木質梁)
つぎに、木質梁102について説明する。
【0067】
図1に示すように、木質梁102は、心材部(荷重支持部)110と、心材部110の外側に配置された燃止層120と、燃止層120の外側に配置された燃代層130と、を有している。燃代層130の外周面130Aが、木質梁102の三つの側面102A、102B,102Cを構成している。
【0068】
なお、木質梁102は、第一実施形態の木質柱100(
図1参照)とは、心材部(荷重支持部)100の上面を除く三面の外側に燃止層120及び燃代層130とが設けられている以外は、同様の構造であるので、詳しい説明を省略する。
【0069】
(防火区画用の壁)
防火用の壁200は、木質梁102との接合部位12を除いて、第一実施形態と同様の構造であるので、説明を省略する。
【0070】
(接合部位)
つぎに、
図4〜
図6に示す木質梁102の三つの側面102A、102B,102C(燃代層130の外周面130A)と壁200の接合部位12について説明する。
【0071】
図4に示すように、接合部位12では、木質梁102の三つの側面102A,102B,102Cに壁200が接合されている。また、この三つの側面102Aに板面50Aが接触するように、壁200の内部に板材50が設けられている。
【0072】
なお、接合部位12の各側面102A,10CB,102Cにおける側面と直交する断面の詳細構造は、第一実施形態の
図3と同様の構造である。よって、詳しい説明は省略する。
【0073】
(作用及び効果)
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
【0074】
第一実施形態と同様に、木質梁102の側面102A、102B,102C(燃代層130の外周面130A)と壁200の接合部位12においては、強化石膏ボードで構成された板材50に含まれる結晶水(及び自由水)が蒸気として空気中に放出され、この結晶水(及び自由水)の蒸発により熱が吸収される。よって、板材50の板面50Aが接触している木質梁102の燃代層130の温度上昇が抑制され、これにより燃代層130の燃焼が抑制される。
【0075】
また、木質梁102の側面102A、102B,102C(燃代層130の外周面130A)と壁200との接合部位12における施工誤差等を吸収する隙間60(隙間62及び隙間64)には、耐火性能を有するロックウール70及びシーリング材72が設けられているので、隙間60からの火炎の侵入が防止される。
【0076】
したがって、火災時における木質梁102の側面102A、102、102C(燃代層130の外周面130A)と壁200の接合部位12の防火区画性能が向上する。
【0077】
また、木質梁102に対して防火区画用の壁200を直交(交差)して配置することできるので、壁200の配置の自由度が向上する。
【0078】
(その他)
本実施形態では、防火区画用の壁200の上端部に木質梁102が直交していたが、これに限定されない。例えば、壁200の上端部に木質梁102が斜めに交差した構成であってもよい。
【0079】
また、防火区画用の壁200の上端部の上に木質梁102が同方向に配置されて接合された構成であってもよい。つまり、
図1の木質柱100が木質梁102となり、X方向が鉛直方向(Z方向)になったような構成であってもよい。
【0080】
<変形例>
図7に示す変形例では、ロックウール70がシーリング材72と板材50の端部50Tとの間に配置されている。そして、ロックウール70が、シーリング材72のバックアップ材として機能する。
【0081】
<その他>
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
【0082】
上記実施形態では、板材50は、強化石膏ボードで構成されていたが、これに限定されない。強化石膏ボード以外の石膏ボードであってもよい。また、石膏ボード以外のボード、例えば、木毛セメント板であってもよい。要は、結晶水を含む板材であればよい。
【0083】
また、木質構造部材(上記実施形態では、木質柱100及び木質梁102)と壁との接合部位における施工誤差等を吸収する隙間には、目地材として耐火性能を有するロックウール70及びシーリング材72が設けられていたが、これに限定されない。例えば、シーリング材のみが設けられた構成であってもよい。或いは、その他、耐火性能を有る目地材であってもよい。
【0084】
また、上記実施形態では、防火区画用の壁200は、二枚の強化石膏ボード212A、212Bを貼り合わせた耐火ボード210を面外方向(Y方向)に間隔をあけて設けられた構造であったが、これに限定されない。一枚のボードからなる耐火ボードであってもよいし、三枚以上のボードを貼り合わせた耐火ボードであってもよい。更に、その他、耐火区画が可能な性能を有する壁であれば、どのような構造や材質の壁であってもよい。
【0085】
そして、どのような構造や材質の壁であっても、木質構造材と壁との接合部位において、木質構造材の燃代層に板面が接触するように結晶水を含む板材が壁内に設けられると共に、接合部位に形成した隙間(目地部)に耐火性能を有する目地材が設けられていればよい。
【0086】
また、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ことは、言うまでもない