JP7724355B1

JP7724355B1 - 木質耐火構造体

Info

Publication number: JP7724355B1
Application number: JP2024228057A
Authority: JP
Inventors: 直輝石川; 佳代子篠原; 亮磨田中
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 2024-12-24
Filing date: 2024-12-24
Publication date: 2025-08-15
Anticipated expiration: 2044-12-24

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

Description

本発明は、木質耐火構造体に関する。

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。

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。

特許第４３５９２７５号公報

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。

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。

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。

ここで、前記第２被覆材のかさ密度は、０．１５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３未満であることが望ましい。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ここで、第２被覆材のかさ密度は、０．１５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態に係る木質耐火構造体の内部を部分的に示す斜視図である。本発明の実施形態に係る木質耐火構造体の断面図である。（ａ）は加熱前における木質耐火構造体の模式的な拡大断面図、（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る。（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、（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。各材料の温度変化と熱伝導率との関係を示すグラフである。各材料の温度変化と線収縮率との関係を示すグラフである。各材料の温度変化と見かけの容積比熱との関係を示すグラフである。各材料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。耐火実験における試験体の概要を説明するための図である。耐火実験における加熱炉内の温度変化を示すグラフである。耐火実験における試験体の各計測点の温度変化を示すグラフである。

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。

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。

＜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。

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／ｃｍ^３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。

＜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。

＜スラグせっこう板＞
スラグせっこう板は、ＪＩＳＡ５４３０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。

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／ｃｍ^３以上１．２０ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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。

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（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２０）であり、加熱により水分を放出しながら、半水石膏（ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ）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（ＣａＳＯ_４）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。

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、ＣＯ_２の排出量を減少することができる。

＜木毛セメント板＞
木毛セメント板は、ＪＩＳＡ５４０４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。

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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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。

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。

なお、強化せっこうボードのかさ密度は、０．７５～０．９５ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３であった。

＜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。

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。

＜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／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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／ｃｍ^３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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

ここで、第２被覆材１２のかさ密度は、０．１５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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

（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

（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。

（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。

（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

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。

（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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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、木質耐火構造体。
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、木質耐火構造体。
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を特徴とする請求項１又は２に記載の木質耐火構造体。
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を特徴とする請求項１又は２に記載の木質耐火構造体。
前記第１被覆材の厚さは、前記第２被覆材の厚さの３倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の木質耐火構造体。
前記第２被覆材の厚さは、前記第１被覆材の厚さの３倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の木質耐火構造体。
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を特徴とする請求項１又は２に記載の木質耐火構造体。
前記第２被覆材のかさ密度は、０．１５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３未満であ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。
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以下であることを特徴とする請求項１に記載の木質耐火構造体。
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以下であることを特徴とする請求項２に記載の木質耐火構造体。