JP7724355B1 - Wooden fireproof structure - Google Patents
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Abstract
【課題】耐火性能が確保できるうえに施工性に優れた木質耐火構造体を提供する。
【解決手段】建物の柱又は梁に使用される木質耐火構造体1は、荷重を支持する木質構造用芯材10と、木質構造用芯材10の外周面を覆う第1被覆材11と、第1被覆材11の外周面を覆う第2被覆材12と、を備え、第1被覆材11は、有機繊維を含むとともに、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が6.0%以上であり、第2被覆材12は、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が3.0%以下である。また、第1被覆材11は、スラグせっこう板あるいは木毛セメント板のいずれかで構成され、第2被覆材12は、けい酸カルシウム板で構成されている。
【選択図】図1
[Problem] To provide a fire-resistant wooden structure that can ensure fire resistance and has excellent workability.
[Solution] A fire-resistant wooden structure 1 used for building columns or beams comprises a wooden structural core material 10 that supports a load, a first covering material 11 that covers the outer surface of the wooden structural core material 10, and a second covering material 12 that covers the outer surface of the first covering material 11. The first covering material 11 contains organic fibers and has a moisture content of 6.0% or more derived from free water or crystal water, while the second covering material 12 has a moisture content of 3.0% or less derived from free water or crystal water. The first covering material 11 is made of either a slag gypsum board or a wood wool cement board, and the second covering material 12 is made of a calcium silicate board.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、木質耐火構造体に関する。 The present invention relates to a wood fire-resistant structure.
従来、火災時の火炎に晒されて表面が炭化しても、芯材が炭化しないようにして、長期間に亘って荷重を保つようにすることができる耐火構造物が知られている。耐火構造物の一例として、木質構造用芯材の外周面に、不燃材を取り付けた木質耐火構造物を挙げることができる。 Conventionally, fire-resistant structures have been known that can maintain load capacity for long periods of time, even if the surface is carbonized by exposure to flames during a fire, by preventing the core material from carbonizing. One example of a fire-resistant structure is a wooden fire-resistant structure in which a non-combustible material is attached to the outer surface of a wooden structural core material.
例えば、特許文献1には、荷重を受ける長尺かつ矩形横断面の構造部と、構造部の横断面の四方をその全長に亘って被覆する被覆部と、構造部と被覆部との間に層状に介在し、構造部に作用した荷重が被覆部に伝達されないようにするせっこうボードと、を有する木製建築部材が開示されている。構造部は、せっこうボードで覆われているので、火炎に直接晒されず炭化が極緩やかに進行するため、耐火性能を向上させることができる。また、木製建築部材の表面は被覆部で被覆されているため、せっこうボードが外部に露出することがなく、その見栄えを確保することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a wooden building component having a long, rectangular structural section that receives loads, a covering section that covers all four sides of the structural section's cross section along its entire length, and gypsum board that is layered between the structural section and the covering section and prevents the load acting on the structural section from being transmitted to the covering section. Because the structural section is covered with gypsum board, it is not directly exposed to flames and carbonization proceeds very slowly, thereby improving fire resistance. Furthermore, because the surface of the wooden building component is covered with the covering section, the gypsum board is not exposed to the outside, ensuring its appearance.
ところで、特許文献1に記載の木製建築部材では、不燃材料としてせっこうボードが使用されている。しかしながら、せっこうボードは、被覆材として重く施工性が悪いという不都合があった。従って、耐火性能を確保するための被覆材としては、少なくともせっこうボード単体で用いることは望ましいものではない。 Incidentally, the wooden building components described in Patent Document 1 use gypsum board as a non-combustible material. However, gypsum board has the disadvantage of being heavy and difficult to install as a covering material. Therefore, it is not desirable to use gypsum board alone, at least as a covering material to ensure fire resistance.
そこで、本発明は、耐火性能が確保できるうえに施工性に優れた木質耐火構造体を提供することを目的としている。 The present invention therefore aims to provide a fire-resistant wooden structure that not only ensures fire resistance but also offers excellent construction properties.
上記課題に対して、本発明の木質耐火構造体は、建物の柱、梁又は壁に使用される木質耐火構造体であって、荷重を支持する木質構造用芯材と、前記木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材と、前記第1被覆材の外周面を覆う第2被覆材と、を備え、前記第1被覆材は、有機繊維、自由水あるいは結晶水を含むとともに、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が6.0%以上であり、前記第2被覆材は、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が3.0%以下である、ことを特徴とする。 In response to the above-mentioned issues, the fire-resistant wooden structure of the present invention is a fire-resistant wooden structure used for the columns, beams, or walls of a building, and comprises a wooden structural core material that supports a load, a first covering material that covers the outer surface of the wooden structural core material, and a second covering material that covers the outer surface of the first covering material, characterized in that the first covering material contains organic fibers, free water, or crystallization water, and has a moisture content of 6.0% or more derived from free water or crystallization water, and the second covering material has a moisture content of 3.0% or less derived from free water or crystallization water.
ここで、前記第2被覆材のかさ密度は、0.15g/cm3以上0.70g/cm3未満であることが望ましい。 Here, the bulk density of the second coating material is preferably 0.15 g/cm 3 or more and less than 0.70 g/cm 3 .
また、本発明の木質耐火構造体は、建物の柱、梁又は壁に使用される木質耐火構造体であって、荷重を支持する木質構造用芯材と、前記木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材と、前記第1被覆材の外周面を覆う第2被覆材と、を備え、前記第1被覆材は、スラグせっこう板で構成され、前記第2被覆材は、けい酸カルシウム板で構成されていることを特徴とする。 The fire-resistant wooden structure of the present invention is a fire-resistant wooden structure used for the columns, beams, or walls of a building, and comprises a wooden structural core material that supports a load, a first covering material that covers the outer surface of the wooden structural core material, and a second covering material that covers the outer surface of the first covering material, wherein the first covering material is made of slag gypsum board, and the second covering material is made of calcium silicate board.
なお、前記第1被覆材の厚さは、10mm以上30mm以下であり、前記第2被覆材の厚さは、10mm以上30mm以下であることが望ましい。 It is desirable that the thickness of the first coating material be 10 mm or more and 30 mm or less, and that the thickness of the second coating material be 10 mm or more and 30 mm or less.
また、本発明の木質耐火構造体は、建物の柱、梁又は壁に使用される木質耐火構造体であって、荷重を支持する木質構造用芯材と、前記木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材と、前記第1被覆材の外周面を覆う第2被覆材と、を備え、前記第1被覆材は、木毛セメント板で構成され、前記第2被覆材は、けい酸カルシウム板で構成されていることを特徴とする。 The fire-resistant wooden structure of the present invention is a fire-resistant wooden structure used for the columns, beams, or walls of a building, and comprises a wooden structural core material that supports a load, a first covering material that covers the outer surface of the wooden structural core material, and a second covering material that covers the outer surface of the first covering material, wherein the first covering material is made of a cemented wood wool board, and the second covering material is made of a calcium silicate board.
なお、前記第1被覆材の厚さは、10mm以上20mm以下であり、前記第2被覆材の厚さは、20mm以上30mm以下であることが望ましい。 It is desirable that the thickness of the first coating material be 10 mm or more and 20 mm or less, and the thickness of the second coating material be 20 mm or more and 30 mm or less.
ここで、前記第2被覆材の外周面を覆う表面材をさらに備え、前記表面材は、固定部材により前記第1被覆材及び前記第2被覆材に対して固定され、前記固定部材の先端は、前記第1被覆材を貫通しないように、前記第1被覆材の内部に配置されていることが望ましい。 Here, it is desirable that the device further includes a surface material that covers the outer peripheral surface of the second covering material, the surface material being fixed to the first covering material and the second covering material by a fixing member, and the tip of the fixing member being positioned inside the first covering material so as not to penetrate the first covering material.
また、前記第2被覆材の外周面を覆う表面材をさらに備え、前記表面材は、前記第1被覆材及び前記第2被覆材を貫通する固定部材により前記木質構造用芯材に対して固定されていることが望ましい。 It is also desirable that the structure further includes a surface material that covers the outer surface of the second covering material, and that the surface material is fixed to the wooden structural core material by fixing members that penetrate the first covering material and the second covering material.
また、前記第1被覆材の厚さは、前記第2被覆材の厚さの3倍以下であることが望ましい。あるいは、前記第2被覆材の厚さは、前記第1被覆材の厚さの3倍以下であることが望ましい。あるいは、前記第1被覆材は前記第2被覆材と同じ厚さを有することが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the thickness of the first coating material be three times or less the thickness of the second coating material. Alternatively, it is desirable that the thickness of the second coating material be three times or less the thickness of the first coating material. Alternatively, it is desirable that the first coating material have the same thickness as the second coating material.
このように、本発明の木質耐火構造体は、木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材は、有機繊維を含むとともに、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が6.0%以上であり、第1被覆材の外周面を覆う第2被覆材は自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が3.0%以下である。また、本発明の木質耐火構造体は、木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材は、スラグせっこう板又は木毛セメント板で構成され、第2被覆材はけい酸カルシウム板で構成されている。 In this way, in the fire-resistant wooden structure of the present invention, the first coating material covering the outer surface of the wooden structural core material contains organic fibers and has a moisture content of 6.0% or more derived from free water or crystallization water, and the second coating material covering the outer surface of the first coating material has a moisture content of 3.0% or less derived from free water or crystallization water. Furthermore, in the fire-resistant wooden structure of the present invention, the first coating material covering the outer surface of the wooden structural core material is made of slag gypsum board or wood wool cement board, and the second coating material is made of calcium silicate board.
これにより、木質構造用芯材の周囲を、層構造をなすように耐火性の高い第1被覆材及び第2被覆材が覆っている。従って、木質耐火構造体の耐火性の向上を図るとともに、優れた施工性を確保することができる。 As a result, the core material for a wooden structure is covered with the highly fire-resistant first and second covering materials in a layered structure. This improves the fire resistance of the fire-resistant wooden structure while ensuring excellent workability.
ここで、第2被覆材のかさ密度は、0.15g/cm3以上0.70g/cm3未満である。これにより、かさ密度が強化せっこうボードより小さく軽い第2被覆材を用いることで更に施工性を向上させることができる。 Here, the bulk density of the second covering material is 0.15 g/cm or more and less than 0.70 g/cm. This allows for further improvement in workability by using a second covering material that has a lower bulk density and is lighter than reinforced gypsum board.
また、木質耐火構造体は、第2被覆材の外周面を覆う表面材をさらに備え、表面材は、固定部材により第1被覆材及び第2被覆材に対して固定され、固定部材の先端は、第1被覆材を貫通しないように、第1被覆材の内部に配置されている。これにより、火災時に固定部材が木質構造用芯材を炭化させる熱橋となることを防止することができる。従って、木質耐火構造体の更なる耐火性の向上を図ることができる。 The fire-resistant wooden structure also includes a surface material that covers the outer surface of the second covering material. The surface material is fixed to the first and second covering materials by fixing members, and the tips of the fixing members are positioned inside the first covering material so as not to penetrate the first covering material. This prevents the fixing members from becoming thermal bridges that carbonize the wooden structural core material in the event of a fire. This further improves the fire resistance of the fire-resistant wooden structure.
また、表面材は、第1被覆材及び第2被覆材を貫通する固定部材により木質構造用芯材に対して固定されている。これにより、固定部材が表面材、第1被覆材、第2被覆材及び木質構造用芯材をより強固に一体化することができる。 The surface material is fixed to the core material for wooden structures by fixing members that penetrate the first and second covering materials. This allows the fixing members to more firmly integrate the surface material, first and second covering materials, and core material for wooden structures.
また、第1被覆材の厚さは、第2被覆材の厚さの3倍以下であり、あるいは第2被覆材の厚さは、第1被覆材の厚さの3倍以下であり、あるいは第1被覆材は第2被覆材と同じ厚さを有する。これにより、いずれの場合であっても、木質構造用芯材の周囲を層構造をなすように耐火性の高い部材で覆うことができる。従って、これらいずれの場合であっても木質耐火構造体の更なる耐火性の向上を図ることができる。 Furthermore, the thickness of the first covering material is no more than three times the thickness of the second covering material, or the thickness of the second covering material is no more than three times the thickness of the first covering material, or the first covering material has the same thickness as the second covering material. In either case, this allows the core material for a wooden structure to be covered with highly fire-resistant materials to form a layered structure. Therefore, in either case, the fire resistance of the fire-resistant wooden structure can be further improved.
さらに、第1被覆材がスラグせっこう板であり第2被覆材がけい酸カルシウム板である場合、第1被覆材の厚さは10mm以上30mm以下であり、第2被覆材の厚さは、10mm以上30mm以下である。また、第1被覆材が木毛セメント板であり第2被覆材がけい酸カルシウム板である場合、第1被覆材の厚さは10mm以上20mm以下であり、第2被覆材の厚さは、20mm以上30mm以下である。即ち、不燃性を有する第1被覆材と軽量なけい酸カルシウム板とを上記の厚さの範囲で併用することにより、耐火性能及び優れた施工性のいずれも確保することができる。 Furthermore, when the first covering material is a slag gypsum board and the second covering material is a calcium silicate board, the thickness of the first covering material is 10 mm to 30 mm, and the thickness of the second covering material is 10 mm to 30 mm. Also, when the first covering material is a wood wool cement board and the second covering material is a calcium silicate board, the thickness of the first covering material is 10 mm to 20 mm, and the thickness of the second covering material is 20 mm to 30 mm. In other words, by combining a non-flammable first covering material with a lightweight calcium silicate board within the above thickness ranges, both fire resistance and excellent workability can be ensured.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る木質耐火構造体の斜視図であり、図2は、その断面図である。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. Figure 1 is a perspective view of a fire-resistant wooden structure according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view thereof.
図1に示すように、木質耐火構造体1は、建物の柱、梁又は壁に使用される構造物であって、荷重を支持する木質構造用芯材10と、木質構造用芯材10の外周面を覆う第1被覆材11と、第1被覆材11の外周面を覆う第2被覆材12と、第2被覆材12の外周面を覆う表面材13とを備える。 As shown in Figure 1, the fire-resistant wooden structure 1 is a structure used for the columns, beams, or walls of a building, and comprises a wooden structural core material 10 that supports a load, a first covering material 11 that covers the outer surface of the wooden structural core material 10, a second covering material 12 that covers the outer surface of the first covering material 11, and a surface material 13 that covers the outer surface of the second covering material 12.
<木質構造用芯材>
木質構造用芯材10は、4つの側面を有する四角柱状に形成されている。木質構造用芯材10は、樹種の制限はなく、スギ、ヒノキ、アカマツ、クロマツ、ヒバ、カラマツ、ベイヒ、ベイヒバ、ベイマツ、ベイツガ、ケヤキ、クリ、カシ、ナラ、又はブナ等の木材とすることができる。木質構造用芯材10は、無垢材、集成材、単板積層材、直交積層板又は無等級材とすることができる。木質構造用芯材10は、一般流通材又は特注材を用いることができる。
<Wooden structural core material>
The wooden structural core 10 is formed in the shape of a rectangular prism with four sides. The wooden structural core 10 is not limited to any particular tree species, and can be made of wood such as cedar, cypress, red pine, black pine, cypress, larch, Japanese cedar, Japanese cedar, Douglas fir, western hemlock, zelkova, chestnut, oak, Japanese oak, or beech. The wooden structural core 10 can be solid wood, laminated lumber, laminated veneer lumber, cross-laminated lumber, or ungraded lumber. The wooden structural core 10 can be made of commercially available or custom-made lumber.
木質構造用芯材10は、密度の制限は無いが、例えば、密度0.38±0.08g/cm3以上とすることができる。木質構造用芯材10は、水分を含み、水分の割合の制限は無いが、例えば、含水率を15%以下とすることができる。図1及び図2に示すように、木質構造用芯材10は、断面長方形(例えば、600mm×600mm)の角材とすることができる。 The wooden structural core material 10 is not limited in density, but may have a density of 0.38±0.08 g/ cm3 or more. The wooden structural core material 10 contains moisture, and although there is no limit to the moisture content, the moisture content may be 15% or less. As shown in Figures 1 and 2, the wooden structural core material 10 may be a square timber with a rectangular cross section (e.g., 600 mm x 600 mm).
<第1被覆材>
第1被覆材11は、木質構造用芯材10の4つの側面を囲むように断面視筒状に形成されている。図2に示すように、第1被覆材11は、複数の板状部材により構成され、それぞれの板状部材がビス等の第1固定具21により木質構造用芯材10の各側面に対して固定されている。第1固定具21は、第1被覆材11を厚み方向に貫通するとともに、先端が木質構造用芯材10に挿入される。第1被覆材11は、例えばスラグせっこう板又は木毛セメント板により形成されている。
<First coating material>
The first covering material 11 is formed to have a cylindrical cross section so as to surround the four side surfaces of the wooden structural core material 10. As shown in Fig. 2, the first covering material 11 is composed of a plurality of plate-like members, each of which is fixed to each side surface of the wooden structural core material 10 by a first fastener 21 such as a screw. The first fastener 21 penetrates the first covering material 11 in the thickness direction, and its tip is inserted into the wooden structural core material 10. The first covering material 11 is formed, for example, from a slag gypsum board or a wood wool cement board.
<スラグせっこう板>
スラグせっこう板は、JIS A5430に規定する繊維強化セメント板に分類される素材であり、スラグ、石膏の他に、古紙を主体とした有機繊維を有する。具体的には、スラグせっこう板は、1~5wt%以下の有機繊維(古紙)が混入した不燃材料であり、高炉水砕スラグを30~50wt%、二水石膏を30~50wt%、古紙を5wt%以下含む。スラグせっこう板は、加熱前から高い硬度を有する材料であり、加熱中も加熱前と同様に硬さを保持している。スラグせっこう板に靭性の高い有機繊維が含まれているため、加熱によるひび割れの発生が極めて小さく、破壊を防止することができる。また、ひび割れから裏面への熱の流入を低減させることができる。
<Slag gypsum board>
Slag gypsum board is a material classified as a fiber-reinforced cement board under JIS A5430. It contains slag, gypsum, and organic fibers, primarily waste paper. Specifically, slag gypsum board is a non-combustible material containing 1-5 wt% or less of organic fiber (waste paper), including 30-50 wt% granulated blast furnace slag, 30-50 wt% gypsum dihydrate, and 5 wt% or less of waste paper. Slag gypsum board is a material with high hardness even before heating and maintains the same hardness during heating. Because slag gypsum board contains highly tenacious organic fibers, cracking due to heating is extremely small, preventing damage. Furthermore, heat infiltration through cracks to the backside can be reduced.
スラグせっこう板は、自由水及び結晶水を含み、かさ密度は0.90g/cm3以上1.20g/cm3未満であり、一例として23℃、50%RHの環境下で保存されたものは1.17g/cm3であった。スラグせっこう板は、自由水及び結晶水に由来する水分の割合は13.2%程度、自由水及び結晶水の量は0.16g/cm3程度(23℃、50%RHの環境下で保存されたものの一例)である。スラグせっこう板は、強化せっこうボードと同じ体積中に含まれる自由水及び結晶水の量は、同等以上である。また、スラグせっこう板を第1被覆材として使用したものの一例において、スラグせっこう板の最高到達温度は300℃程度であった。 The slag gypsum board contains free water and crystalline water, and has a bulk density of 0.90 g/cm or more and less than 1.20 g/cm. For example, a slag gypsum board stored in an environment of 23 °C and 50% RH had a bulk density of 1.17 g/cm. The slag gypsum board has a moisture content derived from free water and crystalline water of about 13.2%, and the amount of free water and crystalline water is about 0.16 g/cm ( an example of a slag gypsum board stored in an environment of 23°C and 50% RH). The amount of free water and crystalline water contained in the slag gypsum board per volume is equal to or greater than that of reinforced gypsum board. In addition, in an example where the slag gypsum board was used as the first coating material, the maximum temperature reached by the slag gypsum board was about 300°C.
ここで、結晶水とは、スラグせっこう板中の材料成分に化学的に結合している水のことをいい、化学的に結合していない水(自由水)とは異なるものである。スラグせっこう板中の石膏は、強化せっこうボード中の石膏と同様に二水石膏(CaSO4・2H20)であり、加熱により水分を放出しながら、半水石膏(CaSO4・1/2H2O)となる。半水石膏を加熱すると水分を放出しながら無水石膏(CaSO4)となる。石膏に含有される結晶水が、耐火性能を発揮することにより、防火材料として利用することができる。スラグせっこう板は、室温~200℃の質量減少分を水分の量とした。 Here, crystallization water refers to water that is chemically bound to the material components in the slag gypsum board, and is different from water that is not chemically bound (free water). The gypsum in the slag gypsum board is gypsum dihydrate (CaSO 4 ·2H 2 O), just like the gypsum in reinforced gypsum board, and when heated, it releases moisture and becomes gypsum hemihydrate (CaSO 4 ·½H 2 O). When hemihydrate is heated, it releases moisture and becomes gypsum anhydrate (CaSO 4 ). The crystallization water contained in the gypsum exhibits fire resistance, allowing it to be used as a fireproof material. The amount of moisture in the slag gypsum board was determined by the mass loss from room temperature to 200°C.
なお、スラグせっこう板に含まれるせっこう及び高炉スラグは副産物であり、そのまま廃棄すると環境負荷となるが、スラグせっこう板として用いることで環境負荷低減につながる。また、スラグせっこう板に使用される古紙もリサイクル材料である。スラグせっこう板は材料の87%を再生材料で構成しているため、CO2の排出量を減少することができる。 The gypsum and blast furnace slag contained in slag gypsum boards are by-products, and disposing of them as is would be an environmental burden, but using them in slag gypsum boards reduces that burden. Furthermore, the waste paper used in slag gypsum boards is also a recycled material. Because 87% of the material in slag gypsum boards is made from recycled materials, CO2 emissions can be reduced.
<木毛セメント板>
木毛セメント板は、JIS A5404に規定する木質系セメント板に分類される素材であり、例えば有機繊維として国内産ヒノキ間伐材を100%使用した準不燃材料である。具体的には、木毛セメント板は、1~30wt%以下の有機繊維(木毛)が混入した準不燃材料であり、セメントを70wt%以上、木毛を30wt%以下含む。木毛セメント板は、加熱前から硬度を有する材料であり、加熱中も加熱前と同様に硬さを保持している。
<Wood cement board>
Wood wool cement board is a material classified as a wood-based cement board as defined in JIS A5404, and is a semi-non-combustible material that uses, for example, 100% domestically produced thinned cypress as the organic fiber. Specifically, wood wool cement board is a semi-non-combustible material that contains 1 to 30 wt% or less of organic fiber (wood wool), and contains 70 wt% or more of cement and 30 wt% or less of wood wool. Wood wool cement board is a material that has hardness even before heating, and maintains the same hardness during heating.
木毛セメント板に靭性の高い有機繊維が含まれているため、加熱によるひび割れの発生が極めて小さく、耐衝撃性を高めることができる。木毛セメント板は、自由水及び結晶水を含み、かさ密度は1.0g/cm3以上であり、一例として23℃、50%RHの環境下で保存されたものは1.13g/cm3であった。木毛セメント板は、自由水及び結晶水に由来する水分の割合は7.0%程度、自由水及び結晶水の量は0.08g/cm3程度(23℃、50%RHの環境下で保存されたものの一例)である。木毛セメント板は、室温~200℃の質量減少分を水分の量とした。また、実施例の一つとして木毛セメント板の最高到達温度は300℃程度である。 Because the wood wool cement board contains highly tough organic fibers, cracking due to heating is extremely small, enabling increased impact resistance. The wood wool cement board contains free water and crystalline water, and has a bulk density of 1.0 g/ cm3 or more; for example, a board stored in an environment of 23°C and 50% RH had a bulk density of 1.13 g/ cm3 . The wood wool cement board has a moisture content derived from free water and crystalline water of approximately 7.0%, and the amount of free water and crystalline water is approximately 0.08 g/ cm3 (an example of a board stored in an environment of 23°C and 50% RH). The moisture content of the wood wool cement board was determined by the mass loss from room temperature to 200°C. In one example, the maximum temperature reached by the wood wool cement board was approximately 300°C.
木毛セメント板は、450℃付近でセメントペースト硬化体の結晶水の分解が生じるが、木毛セメント板をけい酸カルシウム板の内側に被覆する場合、加熱条件によっては木毛セメント板が450℃に到達せず、結晶水の分解はされない可能性がある。 When using wood wool cement boards, the decomposition of crystalline water in the hardened cement paste occurs at around 450°C. However, when wood wool cement boards are used to cover the inside of calcium silicate boards, depending on the heating conditions, the wood wool cement board may not reach 450°C, and the decomposition of crystalline water may not occur.
なお、強化せっこうボードのかさ密度は、0.75~0.95g/cm3程度であり、一例として23℃、50%RHの環境下で保存されたものは0.79g/cm3であった。 The bulk density of reinforced gypsum board is about 0.75 to 0.95 g/cm 3 . For example, the bulk density of board stored in an environment of 23°C and 50% RH was 0.79 g/cm 3 .
<第2被覆材>
第2被覆材12は、第1被覆材11の外周面を覆うように断面視筒状に形成されている。第2被覆材12は、例えばけい酸カルシウム板により形成されている。
<Second covering material>
The second covering material 12 is formed to have a cylindrical cross section so as to cover the outer peripheral surface of the first covering material 11. The second covering material 12 is formed of, for example, a calcium silicate plate.
図2に示すように、第2被覆材12は、複数の板状部材により構成され、それぞれの板状部材がビス等の第2固定具22により第1被覆材11に対して固定されている。第1被覆材11及び第2被覆材12を木質構造用芯材10に対して強固に固定する場合には、第2固定具22は、第2被覆材12を厚み方向に貫通するとともに、先端が第1被覆材11に挿入される。なお、第2固定具22は、第1被覆材11及び第2被覆材12を厚み方向に貫通し、木質構造用芯材10に挿入されることが望ましい。第2固定具22は、例えば木質構造用芯材10の隅角部から30mm以上離すことが望ましい。第2固定具22の素材は鉄よりも熱伝導率の低いステンレスを用いる方が望ましい。 As shown in FIG. 2, the second covering material 12 is composed of multiple plate-shaped members, each of which is fixed to the first covering material 11 by a second fastener 22 such as a screw. To firmly fasten the first covering material 11 and the second covering material 12 to the wooden structural core material 10, the second fastener 22 penetrates the second covering material 12 in the thickness direction and has its tip inserted into the first covering material 11. It is desirable that the second fastener 22 penetrates the first covering material 11 and the second covering material 12 in the thickness direction and is inserted into the wooden structural core material 10. It is desirable that the second fastener 22 be positioned at a distance of 30 mm or more from the corners of the wooden structural core material 10. It is preferable that the second fastener 22 be made of stainless steel, which has a lower thermal conductivity than iron.
<けい酸カルシウム板>
本発明の実施形態に係るけい酸カルシウム板は、加熱収縮による構造変化が小さく耐火性能、断熱性が高いゾノトライト系に属する不燃材料であり、けい酸カルシウムを65~80wt%、水酸化カルシウムを10wt%未満、結晶質シリカ(石英)を3wt%未満含む。けい酸カルシウム板は、低温時から高温時にわたって低い熱伝導率を維持することができる、即ち断熱性が高い材料であり、耐火温度は1000℃程度である。けい酸カルシウム板は、水分を含み、かさ密度は0.15g/cm3以上0.70g/cm3未満であり、一例として23℃、50%RHの環境下で保存されたものは0.30g/cm3であった。また、けい酸カルシウム板は、自由水及び結晶水に由来する水分の割合は2.2%程度(3.0%以下)、水分の量は0.007g/cm3程度(23℃、50%RHの環境下で保存されたものの一例)である。なお、けい酸カルシウム板には、結晶水はほぼ含まれていないため、105℃乾燥による質量減少分を水分の量とした。
<Calcium silicate board>
The calcium silicate board according to an embodiment of the present invention is a non-combustible material belonging to the xonotlite group, which exhibits minimal structural change due to heat shrinkage and high fire resistance and thermal insulation. It contains 65-80 wt% calcium silicate, less than 10 wt% calcium hydroxide, and less than 3 wt% crystalline silica (quartz). The calcium silicate board maintains low thermal conductivity over a wide temperature range, i.e., it is a highly insulating material, with a fire resistance temperature of approximately 1000°C. The calcium silicate board contains moisture and has a bulk density of 0.15 g/ cm3 or more but less than 0.70 g/ cm3 . For example, a board stored at 23°C and 50% RH had a bulk density of 0.30 g/ cm3 . Furthermore, the calcium silicate board has a moisture content of approximately 2.2% (less than 3.0%) derived from free water and crystalline water, and a moisture content of approximately 0.007 g/ cm3 (for an example of a board stored at 23°C and 50% RH). Since calcium silicate boards contain almost no water of crystallization, the weight loss due to drying at 105°C was taken as the amount of water.
<表面材>
表面材13は、第2被覆材12を囲むように断面視筒状に形成されている。表面材13は、例えば一般的な板状に形成された木材により形成されたものであればよく、材料は特に限定されるものではない。表面材13の表面には、耐候性、耐久性、美観性を高める塗装だけでなく、ホウ酸系やリン酸系の薬剤を塗布してもよい。ホウ酸系やリン酸系の薬剤は加熱により水分を放出し、火災時に本発明の温度の上昇を緩やかにし、耐火性を向上させる。
<Surface material>
The surface material 13 is formed to have a cylindrical cross section so as to surround the second covering material 12. The surface material 13 may be formed, for example, from wood formed into a general board shape, and the material is not particularly limited. The surface of the surface material 13 may be coated with a paint that enhances weather resistance, durability, and aesthetics, as well as a boric acid or phosphoric acid agent. The boric acid or phosphoric acid agent releases moisture when heated, slowing the temperature rise of the present invention in the event of a fire and improving fire resistance.
表面材13は、ビス等の第3固定具(固定部材)23により第1被覆材11及び第2被覆材12に対して固定されている。第3固定具23の先端は、第1被覆材11を貫通しないように、第1被覆材11の内部に配置されている。即ち、第3固定具23は、表面材13、第2被覆材12、第1被覆材11を厚み方向にこの順で貫通するとともに、先端は木質構造用芯材10に到達していない。 The surface material 13 is fixed to the first covering material 11 and the second covering material 12 by third fasteners (fixing members) 23 such as screws. The tips of the third fasteners 23 are positioned inside the first covering material 11 so as not to penetrate the first covering material 11. In other words, the third fasteners 23 penetrate the surface material 13, the second covering material 12, and the first covering material 11 in that order in the thickness direction, and the tips do not reach the wooden structural core material 10.
また、第1被覆材11及び第2被覆材12を木質構造用芯材10に対して強固に固定する場合には、第3固定具23は第1被覆材11及び第2被覆材12を貫通し、木質構造用芯材10に挿入されることが望ましい。第3固定具23は、例えば木質構造用芯材10の隅角部から30mm以上離すことが望ましい。第3固定具23の素材は鉄よりも熱伝導率の低いステンレスを用いる方が望ましい。 Furthermore, when firmly fixing the first covering material 11 and the second covering material 12 to the wooden structural core material 10, it is desirable that the third fixing device 23 penetrate the first covering material 11 and the second covering material 12 and be inserted into the wooden structural core material 10. It is desirable that the third fixing device 23 be located, for example, at least 30 mm away from the corners of the wooden structural core material 10. It is desirable to use stainless steel as the material for the third fixing device 23, as it has a lower thermal conductivity than iron.
なお、第3固定具23には、ビス頭を隠す木栓23aを施してもよく、あるいは木栓23aの代わりに不燃木材、不燃材料を施してもよい。このようにビス頭に施された木栓23a、不燃木材、不燃材料がビスの熱橋を低減することができる。 The third fixing device 23 may be fitted with a wooden plug 23a to hide the screw head, or non-combustible wood or a non-combustible material may be used instead of the wooden plug 23a. The wooden plug 23a, non-combustible wood, or non-combustible material fitted to the screw head in this way can reduce thermal bridges in the screws.
ここで、火災発生時等における木質耐火構造体1の一般的な加熱の進行に応じた変化を図3乃至図4に基づいて説明する。図3(a)は、加熱前における木質耐火構造体1の模式的な拡大断面図であり、図3(b)は、加熱中の第1段階における木質耐火構造体の模式的な拡大断面図であり、図4(a)は、加熱中の第2段階における木質耐火構造体の模式的な拡大断面図であり、図4(b)は、加熱中の第3段階における木質耐火構造体の模式的な拡大断面図である。 Here, the changes that occur as the wood fire-resistant structure 1 undergoes general heating during a fire or other event will be explained with reference to Figures 3 and 4. Figure 3(a) is a schematic enlarged cross-sectional view of the wood fire-resistant structure 1 before heating, Figure 3(b) is a schematic enlarged cross-sectional view of the wood fire-resistant structure in the first stage of heating, Figure 4(a) is a schematic enlarged cross-sectional view of the wood fire-resistant structure in the second stage of heating, and Figure 4(b) is a schematic enlarged cross-sectional view of the wood fire-resistant structure in the third stage of heating.
図3(a)に示すように、加熱前の段階では、第1被覆材11及び表面材13には多くの水分W(図中の丸印参照)が含まれている。なお、断熱効果を目的で配置されている第2被覆材12には、水分がほとんど含まれていない。図3(b)に示す加熱中の第1段階では、外側から火炎等により加熱された表面材13が炭化するとともに、加熱された第1被覆材11中の水分が減少する。 As shown in Figure 3(a), before heating, the first coating material 11 and surface material 13 contain a large amount of moisture W (see the circles in the figure). The second coating material 12, which is placed there for the purpose of heat insulation, contains almost no moisture. In the first stage of heating shown in Figure 3(b), the surface material 13, which is heated from the outside by a flame or the like, is carbonized, and the moisture in the heated first coating material 11 decreases.
次の図4(a)に示す加熱中の第2段階では、炭化した表面材13が焼失するとともに、第2被覆材12を介して加熱された第1被覆材11中の水分がさらに減少する。さらに次の図4(b)に示す加熱中の第3段階では、第2被覆材12を介して加熱された第1被覆材11中の水分がさらに減少する。なお、第1被覆材11が自由水及び結晶水を保持している間は、第1被覆材11により木質構造用芯材10の温度上昇を抑制し、木質構造用芯材10の木材の炭化温度(約260℃)以下に保持することができると考えられる。従って、第1被覆材11中の水分の割合が高い方が望ましい。なお、図4(b)に示すように、第1被覆材11及び第2被覆材12中の水分の割合が減少した場合でも、これらは断熱材として耐火被覆の性能を保持することができる。 In the second stage of heating shown in Figure 4(a), the carbonized surface material 13 is burned away, and the moisture content of the first coating material 11 heated through the second coating material 12 is further reduced. In the third stage of heating shown in Figure 4(b), the moisture content of the first coating material 11 heated through the second coating material 12 is further reduced. As long as the first coating material 11 retains free water and crystallized water, the first coating material 11 is believed to suppress the temperature rise of the wooden structural core material 10 and maintain the temperature below the carbonization temperature of the wood in the wooden structural core material 10 (approximately 260°C). Therefore, a high moisture content in the first coating material 11 is desirable. Even if the moisture content of the first coating material 11 and the second coating material 12 decreases as shown in Figure 4(b), they can still maintain their fire-resistant coating performance as insulating materials.
木質耐火構造体1の耐火性を向上させるためには、第1被覆材11と第2被覆材12の少なくともいずれかが水分量が多いこと、換言すれば温度が上昇しにくいことが重要となる。以下、第1被覆材11あるいは第2被覆材12を構成する材料について比較説明する。 To improve the fire resistance of the wood fire-resistant structure 1, it is important that at least one of the first covering material 11 and the second covering material 12 has a high moisture content, in other words, that it is difficult for the temperature to rise. Below, we will compare and explain the materials that make up the first covering material 11 and the second covering material 12.
第1被覆材11に使用されるスラグせっこう板、第2被覆材12に使用されるけい酸カルシウム板の熱伝導率、線収縮率、見かけの容積比熱及び温度上昇に要する熱量について説明する。なお、従来から使用されている強化せっこうボードについても比較対象として説明する。 This section explains the thermal conductivity, linear shrinkage rate, apparent volumetric specific heat, and amount of heat required to raise the temperature of the slag gypsum board used in the first covering material 11 and the calcium silicate board used in the second covering material 12. Conventionally used reinforced gypsum board will also be explained for comparison.
図5は、スラグせっこう板、けい酸カルシウム板及び強化せっこうボードの温度と熱伝導率との関係を示すグラフである。熱伝導率が小さいほど熱を伝えにくく、熱伝導率が最も小さいのはけい酸カルシウム板であった。例えば、第2被覆材12にけい酸カルシウム板を使用することで、内部への熱の流入を抑える効果があると考えられる。 Figure 5 is a graph showing the relationship between temperature and thermal conductivity for slag gypsum board, calcium silicate board, and reinforced gypsum board. The lower the thermal conductivity, the less heat is transferred, with calcium silicate board having the lowest thermal conductivity. For example, using calcium silicate board for the second coating material 12 is thought to have the effect of suppressing the inflow of heat into the interior.
図6は、スラグせっこう板、けい酸カルシウム板及び強化せっこうボードの温度と、加熱による被覆材の線収縮率との関係を示すグラフである。各材料ともに、室温から600℃程度の範囲内では温度上昇に伴い線収縮率は徐々に増加するとともに、600℃を超えると、強化せっこうボード及びスラグせっこう板の線収縮率は急激に増加した。 Figure 6 is a graph showing the relationship between the temperature of slag gypsum board, calcium silicate board, and reinforced gypsum board and the linear shrinkage rate of the coating material due to heating. For each material, the linear shrinkage rate gradually increased with increasing temperature within the range from room temperature to approximately 600°C, and once the temperature exceeded 600°C, the linear shrinkage rate of reinforced gypsum board and slag gypsum board increased sharply.
線収縮率は目地の開きやすさや亀裂の生じやすさに影響すると考えられ、線収縮率が最も小さいのはけい酸カルシウム板であった。高温になりやすい外側の耐火被覆層(第2被覆材12)をけい酸カルシウム板とすることで、目地の開きや亀裂による内部への熱の流入を抑える効果があると考えられる。 The linear shrinkage rate is thought to affect the ease with which joints open and cracks occur, with calcium silicate board having the smallest linear shrinkage rate. Using calcium silicate board for the outer fire-resistant coating layer (second coating material 12), which is prone to high temperatures, is thought to have the effect of preventing heat from entering the interior due to joints opening and cracks.
図7は、スラグせっこう板、けい酸カルシウム板及び強化せっこうボードの温度と、温度の上がりにくさを表す見かけの容積比熱との関係を示すグラフである。強化せっこうボード及びスラグせっこう板は、約100~200℃で見かけの容積比熱が大きくなった。これは強化せっこうボード及びスラグせっこう板に含まれる結晶水の蒸発潜熱等によるものと考えられる。 Figure 7 is a graph showing the relationship between the temperature of slag gypsum board, calcium silicate board, and reinforced gypsum board and the apparent volumetric specific heat, which indicates how difficult it is to heat up. The apparent volumetric specific heat of reinforced gypsum board and slag gypsum board increased at approximately 100 to 200°C. This is thought to be due to the latent heat of vaporization of the crystalline water contained in the reinforced gypsum board and slag gypsum board.
スラグせっこう板、強化せっこうボード、けい酸カルシウム板に含まれる自由水及び結晶水の量が大きいほど見かけの容積比熱は大きくなり、見かけの容積比熱が大きいほど温度が上がりにくい。木質構造用芯材10として用いる木材の炭化温度の目安は約260℃とされるが、約100~200℃の範囲で温度が上がりにくいスラグせっこう板を内側の第1被覆材11とすることで、木質構造用芯材10の表面が炭化温度に達するまでの時間を長くする効果があると考えられる。 The greater the amount of free water and crystalline water contained in slag gypsum board, reinforced gypsum board, and calcium silicate board, the greater the apparent volumetric specific heat, and the greater the apparent volumetric specific heat, the less likely it is that the temperature will rise. The target carbonization temperature for wood used as the wooden structural core material 10 is said to be approximately 260°C, but using slag gypsum board, which is less likely to rise in temperature in the range of approximately 100 to 200°C, as the inner first coating material 11 is thought to have the effect of lengthening the time it takes for the surface of the wooden structural core material 10 to reach the carbonization temperature.
図8は、スラグせっこう板、けい酸カルシウム板及び強化せっこうボードの温度上昇とその温度上昇に要する熱量との関係を示す図である。温度上昇の幅として、20℃~260℃、20℃~300℃、20℃~400℃、20℃~500℃の4つの範囲について見かけの容積比熱から算出した。 Figure 8 shows the relationship between the temperature rise of slag gypsum board, calcium silicate board, and reinforced gypsum board and the amount of heat required to achieve that temperature rise. The temperature rise was calculated from the apparent volumetric specific heat for four ranges: 20°C to 260°C, 20°C to 300°C, 20°C to 400°C, and 20°C to 500°C.
図8に示すように、いずれの範囲でも、スラグせっこう板、強化せっこうボード、けい酸カルシウム板の順に温度上昇に要する熱量が大きいことが確認できた。温度上昇に要する熱量が大きいほど温度が上がりにくい。グラフに記載の温度範囲で、温度上昇に要する熱量が最も大きいのはいずれもスラグせっこう板であった。このことから強化せっこうボードよりスラグせっこう板の方が温度が上がりにくいことが確認できた。 As shown in Figure 8, it was confirmed that in all ranges, the amount of heat required to raise the temperature was greatest for slag gypsum board, followed by reinforced gypsum board and calcium silicate board. The greater the amount of heat required to raise the temperature, the more difficult it is to raise the temperature. In all temperature ranges shown in the graph, the amount of heat required to raise the temperature was greatest for slag gypsum board. This confirms that slag gypsum board is less likely to raise its temperature than reinforced gypsum board.
このように、実施形態に係る木質耐火構造体1において、木質構造用芯材10の外周面を覆う第1被覆材11は、有機繊維、自由水あるいは結晶水を含むとともに、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が6.0%以上であり、第1被覆材11の外周面を覆う第2被覆材12は、自由水あるいは結晶水に由来する水分の割合が3.0%以下である。また、第1被覆材11は、スラグせっこう板あるいは木毛セメント板のいずれかで構成され、第2被覆材12は、けい酸カルシウム板で構成されている。 As such, in the fire-resistant wooden structure 1 according to this embodiment, the first coating material 11 covering the outer surface of the wooden structural core material 10 contains organic fibers, free water, or crystal water, and has a moisture content of 6.0% or more derived from free water or crystal water, while the second coating material 12 covering the outer surface of the first coating material 11 has a moisture content of 3.0% or less derived from free water or crystal water. Furthermore, the first coating material 11 is composed of either a slag gypsum board or a wood wool cement board, and the second coating material 12 is composed of a calcium silicate board.
これにより、木質構造用芯材10の周囲を、層構造をなすように耐火性の高い第1被覆材11及び第2被覆材12が覆っている。従って、耐火性能及び優れた施工性を確保することができる木質耐火構造体1を得ることができる。 As a result, the highly fire-resistant first covering material 11 and second covering material 12 surround the wooden structural core material 10 in a layered structure. This allows for the production of a fire-resistant wooden structure 1 that ensures excellent fire resistance and ease of construction.
ここで、第2被覆材12のかさ密度は、0.15g/cm3以上0.70g/cm3未満である。これにより、かさ密度が強化せっこうボードより小さく軽い第2被覆材12を用いることで施工性を向上させることができる。 Here, the bulk density of the second covering material 12 is 0.15 g/cm or more and less than 0.70 g/ cm . This allows for the use of a second covering material 12 that has a smaller bulk density and is lighter than reinforced gypsum board, thereby improving workability.
また、木質耐火構造体1は、第2被覆材12の外周面を覆う表面材13をさらに備え、表面材13は、第3固定具(固定部材)23により第1被覆材11及び第2被覆材12に対して固定され、第3固定具23の先端は、第1被覆材11を貫通しないように、第1被覆材11の内部に配置されている。これにより、火災時に固定部材が木質構造用芯材を炭化させる熱橋となることを防止することができる。従って、木質耐火構造体1の更なる耐火性の向上を図ることができる。 The fire-resistant wooden structure 1 also includes a surface material 13 that covers the outer surface of the second covering material 12. The surface material 13 is fixed to the first covering material 11 and the second covering material 12 by a third fixing device (fixing member) 23, and the tip of the third fixing device 23 is positioned inside the first covering material 11 so as not to penetrate the first covering material 11. This prevents the fixing member from becoming a thermal bridge that carbonizes the wooden structural core material in the event of a fire. This further improves the fire resistance of the fire-resistant wooden structure 1.
また、表面材13は、第1被覆材11及び第2被覆材12を貫通する第3固定具23により木質構造用芯材に対して固定されている。これにより、第3固定具23が表面材13、第1被覆材11、第2被覆材12及び木質構造用芯材10を一体化する。従って、木質耐火構造体全体の強度を確保することができる。 Furthermore, the surface material 13 is fixed to the wooden structural core material by a third fastener 23 that penetrates the first covering material 11 and the second covering material 12. As a result, the third fastener 23 integrates the surface material 13, the first covering material 11, the second covering material 12, and the wooden structural core material 10. This ensures the strength of the entire fire-resistant wooden structure.
また、第1被覆材11の厚さは、第2被覆材12の厚さの3倍以下であり、あるいは第2被覆材12の厚さは、第1被覆材11の厚さの3倍以下であり、あるいは第1被覆材11は第2被覆材12と同じ厚さを有する。これにより、いずれの場合であっても、木質構造用芯材10の周囲を層構造をなすように耐火性の高い部材で覆うことができる。従って、これらいずれの場合であっても木質耐火構造体1の更なる耐火性の向上を図ることができる。 Furthermore, the thickness of the first covering material 11 is no more than three times the thickness of the second covering material 12, or the thickness of the second covering material 12 is no more than three times the thickness of the first covering material 11, or the first covering material 11 has the same thickness as the second covering material 12. As a result, in either case, the wooden structural core material 10 can be covered with highly fire-resistant materials to form a layered structure. Therefore, in either case, the fire resistance of the wooden fire-resistant structure 1 can be further improved.
さらに、第1被覆材11がスラグせっこう板であり第2被覆材12がけい酸カルシウム板である場合、第1被覆材11の厚さは10mm以上30mm以下であり、第2被覆材12の厚さは、10mm以上30mm以下である。また、第1被覆材11が木毛セメント板であり第2被覆材12がけい酸カルシウム板である場合、第1被覆材11の厚さは10mm以上20mm以下であり、第2被覆材12の厚さは、20mm以上30mm以下である。即ち、不燃性を有する第1被覆材11と軽量なけい酸カルシウム板とを上記の厚さの範囲で併用することにより、耐火性能及び優れた施工性を確保することができる。 Furthermore, when the first coating material 11 is a slag gypsum board and the second coating material 12 is a calcium silicate board, the thickness of the first coating material 11 is 10 mm to 30 mm, and the thickness of the second coating material 12 is 10 mm to 30 mm. Also, when the first coating material 11 is a wood wool cement board and the second coating material 12 is a calcium silicate board, the thickness of the first coating material 11 is 10 mm to 20 mm, and the thickness of the second coating material 12 is 20 mm to 30 mm. In other words, by using the non-flammable first coating material 11 and the lightweight calcium silicate board together within the above thickness ranges, fire resistance and excellent workability can be ensured.
次に、実施形態に係る木質耐火構造体1の耐火性能を確認するための耐火実験について説明する。試験体としての木質耐火構造体1を加熱炉内に配置し、標準加熱温度曲線により1時間加熱した後、加熱を停止しその後180分程度放冷した(図10参照)。 Next, a fire resistance experiment to confirm the fire resistance performance of the fire-resistant wooden structure 1 according to the embodiment will be described. The test specimen, a fire-resistant wooden structure 1, was placed in a heating furnace and heated for one hour according to the standard heating temperature curve. After that, the heating was stopped and the structure was allowed to cool for approximately 180 minutes (see Figure 10).
木質耐火構造体1における計測点は、図9に示すように木質耐火構造体1内部のA1~A8の8ヶ所とした。具体的には、A1、A3、A5、A7の4箇所で隅角部温度を測定し、A2、A4、A6、A8の4箇所で平面部温度を測定した。 Measurement points for the wooden fire-resistant structure 1 were eight locations A1 to A8 inside the wooden fire-resistant structure 1, as shown in Figure 9. Specifically, corner temperatures were measured at four locations: A1, A3, A5, and A7, and flat surface temperatures were measured at four locations: A2, A4, A6, and A8.
耐火実験の実験結果を図11に示す。実験結果から、木質耐火構造体1の温度は、隅角部(A1、A3、A5、A7)の温度の方が平面部(A2、A4、A6、A8)の温度よりも高い温度となり、いずれの計測点においても木質構造用芯材10の炭化温度目安260℃以下であった。また実験後被覆材を取り外し、木質構造用芯材10の状態を確認したが木質構造用芯材10に炭化はなく、本発明が耐火性能を有することを確認した。
<試験体仕様>
・木質構造用芯材(集成材)、600mm×600mm
・スラグせっこう板、厚さ12mm
・けい酸カルシウム板、厚さ30mm
・表面材(集成材)、厚さ18mm
The results of the fire resistance experiment are shown in Figure 11. The results show that the temperature of the fire-resistant wooden structure 1 was higher at the corners (A1, A3, A5, A7) than at the flat surfaces (A2, A4, A6, A8), and that the temperature was below 260°C, the target carbonization temperature of the wooden structural core material 10, at all measurement points. After the experiment, the covering material was removed and the condition of the wooden structural core material 10 was checked. No carbonization of the wooden structural core material 10 was observed, confirming that the present invention has fire resistance.
<Test specimen specifications>
・Wooden structural core material (laminated wood), 600mm x 600mm
- Slag gypsum board, thickness 12 mm
Calcium silicate board, 30 mm thick
- Surface material (laminated wood), thickness 18mm
(実施例1)
内側から、木質構造用芯材10、第1被覆材11、第2被覆材12をこの順で被覆するように配置して木質耐火構造体1の要素試験体を作製した。第1被覆材11にはスラグせっこう板を用い、第2被覆材12にはけい酸カルシウム板を用いた。
<試験体仕様>
・木質構造用芯材(製材)、厚さ60mm
・スラグせっこう板、厚さ30mm
・けい酸カルシウム板、厚さ10mm
Example 1
An element test specimen of a fire-resistant wooden structure 1 was fabricated by arranging a wooden structural core material 10, a first covering material 11, and a second covering material 12 in this order from the inside. A slag gypsum board was used for the first covering material 11, and a calcium silicate board was used for the second covering material 12.
<Test specimen specifications>
- Core wood for wooden structures (lumber), thickness 60 mm
- Slag gypsum board, thickness 30 mm
Calcium silicate board, 10 mm thick
(実施例2~3)
実施例2~3は、第1被覆材11と第2被覆材12の厚さが異なる以外は実施例1と共通している。具体的には、実施例2は、第1被覆材11には厚さ20mmのスラグせっこう板を用い、第2被覆材12には厚さ20mmのけい酸カルシウム板を用いた。実施例3は、第1被覆材11には厚さ10mmのスラグせっこう板を用い、第2被覆材12には厚さ30mmのけい酸カルシウム板を用いた。
(Examples 2 and 3)
Examples 2 and 3 are the same as Example 1 except for the thicknesses of the first covering material 11 and the second covering material 12. Specifically, Example 2 used a 20 mm thick slag gypsum board for the first covering material 11 and a 20 mm thick calcium silicate board for the second covering material 12. Example 3 used a 10 mm thick slag gypsum board for the first covering material 11 and a 30 mm thick calcium silicate board for the second covering material 12.
(比較例1~4)
比較例1は、厚さ40mmのスラグせっこう板のみを用いた。比較例2は、厚さ40mmのけい酸カルシウム板のみを用いた。比較例3は、第1被覆材11には厚さ20mmのけい酸カルシウム板を用い、第2被覆材12には厚さ20mmのスラグせっこう板を用いた。また、比較例4として、厚さ40mmの強化せっこうボードのみを用いた。
(Comparative Examples 1 to 4)
In Comparative Example 1, only a 40 mm thick slag gypsum board was used. In Comparative Example 2, only a 40 mm thick calcium silicate board was used. In Comparative Example 3, a 20 mm thick calcium silicate board was used for the first covering material 11, and a 20 mm thick slag gypsum board was used for the second covering material 12. In Comparative Example 4, only a 40 mm thick reinforced gypsum board was used.
(実施例4~5)
次に、第1被覆材11が木毛セメント板で構成され、第2被覆材12がけい酸カルシウム板で構成されている木質耐火構造体1についての実施例及び比較例について説明する。実施例4~5では、内側から、木質構造用芯材10、第1被覆材11、第2被覆材12をこの順で被覆するように配置して木質耐火構造体1の要素試験体を作製した。第1被覆材11には木毛セメント板を用い、第2被覆材12にはけい酸カルシウム板を用いた。
<試験体仕様>
・木質構造用芯材(製材)、厚さ60mm
・木毛セメント板
・けい酸カルシウム板
(Examples 4 and 5)
Next, examples and comparative examples of a fireproof wooden structure 1 in which the first covering material 11 is made of a cemented wood board and the second covering material 12 is made of a calcium silicate board will be described. In examples 4 and 5, elemental test specimens of the fireproof wooden structure 1 were prepared by arranging the wooden structural core material 10, the first covering material 11, and the second covering material 12 in this order from the inside to outside. A cemented wood board was used for the first covering material 11, and a calcium silicate board was used for the second covering material 12.
<Test specimen specifications>
- Core wood for wooden structures (lumber), thickness 60 mm
・Wood cement board ・Calcium silicate board
実施例4は、厚さ20mmの木毛セメント板を用い、厚さ20mmのけい酸カルシウム板を用いた。実施例5は、厚さ10mmの木毛セメント板を用い、厚さ30mmのけい酸カルシウム板を用いた。 In Example 4, a 20 mm thick wood wool cement board was used, and a 20 mm thick calcium silicate board was also used. In Example 5, a 10 mm thick wood wool cement board was used, and a 30 mm thick calcium silicate board was also used.
(比較例5)
比較例5は、厚さ40mmの木毛セメント板のみを用いた。実施例1~5及び比較例1~5の実験条件は、表1に示す通りである。
(Comparative Example 5)
Only a 40 mm thick wood wool cement board was used in Comparative Example 5. The experimental conditions for Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 are as shown in Table 1.
<評価>
実施例1~5及び比較例1~5においては、小型電気炉で加熱し、木材の表面温度が260℃に到達するまでの経過時間を測定した。また、木質耐火構造体1全体の重量に基づいて施工性を評価した。評価結果を表1に示す。
<Evaluation>
In Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, the wood was heated in a small electric furnace, and the time elapsed until the surface temperature of the wood reached 260°C was measured. In addition, the workability was evaluated based on the weight of the entire wood fire-resistant structure 1. The evaluation results are shown in Table 1.
実施例1~3は、比較例1~5よりも、表面温度が260℃に到達するまでの経過時間が長いという結果が得られた。中でも、実施例1及び実施例2は、他の実施例及び比較例1~4よりも表面温度が260℃に到達するまでの経過時間が長かった。更にけい酸カルシウム板を組み合わせることにより軽量化を図ることができるため、施工性の向上を図ることができる。 The results showed that Examples 1 to 3 took longer for the surface temperature to reach 260°C than Comparative Examples 1 to 5. In particular, Examples 1 and 2 took longer for the surface temperature to reach 260°C than the other Examples and Comparative Examples 1 to 4. Furthermore, by combining calcium silicate boards, weight can be reduced, thereby improving workability.
このように、木質耐火構造体1の内側に位置する耐火被覆材をスラグせっこう板とし、外側に位置する耐火被覆材をけい酸カルシウム板とした実施例1~3の総合評価は〇であり、総合評価が×である比較例1~5と比較して耐火性能及び施工性いずれも満たしていることが確認できた。 As such, Examples 1 to 3, in which the fire-resistant covering material on the inside of the wood fire-resistant structure 1 was a slag gypsum board and the fire-resistant covering material on the outside was a calcium silicate board, received an overall rating of ◯. Compared to Comparative Examples 1 to 5, which received an overall rating of ×, it was confirmed that they met both fire resistance performance and workability requirements.
実施例4~5は、比較例2~5よりも、表面温度が260℃に到達するまでの経過時間が長いという結果が得られた。更に、けい酸カルシウム板を組み合わせることにより軽量化を図ることができるため、施工性の向上を図ることができる。なお、比較例1は、実施例4~5よりも表面温度が260℃に到達するまでの経過時間が長いが、スラグせっこう板のみにより構成されているため軽量化を図ることが難しく、施工性が悪いという結果が得られた。 In Examples 4-5, it took a longer time for the surface temperature to reach 260°C than in Comparative Examples 2-5. Furthermore, by combining calcium silicate boards, weight can be reduced, improving workability. Note that in Comparative Example 1, the time it took for the surface temperature to reach 260°C was longer than in Examples 4-5, but because it was constructed solely from slag gypsum boards, it was difficult to reduce weight, resulting in poor workability.
このように、木質耐火構造体1の内側に位置する耐火被覆材を木毛セメント板とし、外側に位置する耐火被覆材をけい酸カルシウム板とした実施例4~5の総合評価は〇であり、総合評価が×である比較例1~5と比較して耐火性能及び施工性いずれも満たしていることが確認できた。 As such, Examples 4 and 5, in which the fire-resistant covering material on the inside of the wood fire-resistant structure 1 was a cemented wood board and the fire-resistant covering material on the outside was a calcium silicate board, received an overall rating of ◯. Compared to Comparative Examples 1 to 5, which received an overall rating of ×, it was confirmed that they met both fire resistance performance and workability requirements.
以上、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configurations are not limited to these embodiments, and design changes that do not deviate from the gist of the present invention are included in the present invention.
例えば、上記実施形態では、木質構造用芯材10と第1被覆材11との固定、第1被覆材11と第2被覆材12との固定、第2被覆材12と表面材13との固定、は、いずれもビスのみによるものであってもよく、接着剤のみによるものであってもよく、ビスと接着剤の組合せによるものであってもよい。 For example, in the above embodiment, the fixing of the wooden structural core material 10 to the first covering material 11, the fixing of the first covering material 11 to the second covering material 12, and the fixing of the second covering material 12 to the surface material 13 may all be done using screws only, adhesive only, or a combination of screws and adhesive.
また、上記実施形態では、第1被覆材11、第2被覆材12及び表面材13はいずれも単層の板状部材により構成されることとしたが、いずれも複数の板状部材を厚み方向に重ねてもよい。また、第1被覆材11と第2被覆材12は、それぞれ単数張りとしてもよく、複数張りとしてもよい。具体的には、第1被覆材11の周囲を覆うように配置された第2被覆材12の周囲をさらに第1被覆材11で覆ってもよく、さらに第1被覆材11の周囲を第2被覆材12で覆ってもよい。更に、木質構造用芯材10に耐久性を高める塗装を施してもよい。 In addition, in the above embodiment, the first covering material 11, the second covering material 12, and the surface material 13 are all configured from a single layer of plate-like material, but each may be configured by stacking multiple plate-like materials in the thickness direction. Furthermore, the first covering material 11 and the second covering material 12 may each be configured as a single layer or multiple layers. Specifically, the second covering material 12, which is arranged to cover the periphery of the first covering material 11, may be further covered with the first covering material 11, or the periphery of the first covering material 11 may be further covered with the second covering material 12. Furthermore, the wooden structural core material 10 may be coated with a paint to increase durability.
1 :木質耐火構造体
10 :木質構造用芯材
11 :第1被覆材
12 :第2被覆材
13 :表面材
1: Wooden fire-resistant structure 10: Wooden structural core material 11: First covering material 12: Second covering material 13: Surface material
Claims (10)
荷重を支持する木質構造用芯材と、
前記木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材と、
前記第1被覆材の外周面を覆う第2被覆材と、を備え、
前記第1被覆材は、スラグせっこう板で構成され、
前記第2被覆材は、けい酸カルシウム板で構成されている
ことを特徴とする、木質耐火構造体。 A fire-resistant wooden structure used for the columns, beams or walls of a building,
a wooden structural core material that supports a load;
a first covering material that covers the outer peripheral surface of the core material for wooden structure;
a second coating material that covers an outer peripheral surface of the first coating material,
The first covering material is made of a slag gypsum board,
A fire-resistant wooden structure, wherein the second covering material is made of a calcium silicate board.
荷重を支持する木質構造用芯材と、
前記木質構造用芯材の外周面を覆う第1被覆材と、
前記第1被覆材の外周面を覆う第2被覆材と、を備え、
前記第1被覆材は、木毛セメント板で構成され、
前記第2被覆材は、けい酸カルシウム板で構成されている
ことを特徴とする、木質耐火構造体。 A fire-resistant wooden structure used for the columns, beams or walls of a building,
a wooden structural core material that supports a load;
a first covering material that covers the outer peripheral surface of the core material for wooden structure;
a second coating material that covers an outer peripheral surface of the first coating material,
the first covering material is made of a wood wool cement board,
A fire-resistant wooden structure, wherein the second covering material is made of a calcium silicate board.
前記表面材は、固定部材により前記第1被覆材及び前記第2被覆材に対して固定され、
前記固定部材の先端は、前記第1被覆材を貫通しないように、前記第1被覆材の内部に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の木質耐火構造体。 Further provided is a surface material that covers an outer peripheral surface of the second coating material,
the surface material is fixed to the first covering material and the second covering material by a fixing member;
3. A wood fire-resistant structure according to claim 1 , wherein the tip of the fixing member is arranged inside the first covering material so as not to penetrate the first covering material.
前記表面材は、前記第1被覆材及び前記第2被覆材を貫通する固定部材により前記木質構造用芯材に対して固定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の木質耐火構造体。 Further provided is a surface material that covers an outer peripheral surface of the second coating material,
3. The fire-resistant wooden structure according to claim 1 , wherein the surface material is fixed to the core material for the wooden structure by a fixing member that penetrates the first covering material and the second covering material.
前記第2被覆材の厚さは、10mm以上30mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の木質耐火構造体。 The thickness of the first coating material is 10 mm or more and 30 mm or less,
2. The fire-resistant wooden structure according to claim 1 , wherein the thickness of the second covering material is 10 mm or more and 30 mm or less.
前記第2被覆材の厚さは、20mm以上30mm以下であることを特徴とする請求項2に記載の木質耐火構造体。 The thickness of the first coating material is 10 mm or more and 20 mm or less,
3. The fire-resistant wooden structure according to claim 2 , wherein the thickness of the second covering material is 20 mm or more and 30 mm or less.
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