JP7174514B2

JP7174514B2 - 木質耐火部材

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Publication number: JP7174514B2
Application number: JP2017204887A
Authority: JP
Inventors: 由華池畠; 真太郎道越; 慎司中濱; 雅樹加藤
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: JP2019078044A

Description

本発明は、木質荷重支持部の外側に、耐火被覆層と、仕上げ木材層とを備えた木質耐火部材に関する。

平成２２年に「公共建築物等における木材の利用の促進に関する法律」が施行されたことに伴い、建築物への木材利用の機運が高まっている。一方、可燃物である木材を柱材や梁材等の構造部材に使用する場合には、火災時等の安全性を確保できる耐火性を備えているのが望ましい。
木質構造部材の耐火性を確保することを目的として、木質荷重支持部に対して耐火被覆する耐火構造が多数開発されている。なお、耐火構造には、火災終了時においても木質荷重支持部が炭化しないことが求められている。耐火被覆層は、例えばモルタル板、石膏ボード、難燃薬剤を含浸させた木質構造部材等の板材を荷重支持層に貼り付けることにより形成するのが一般的である。例えば、特許文献１には、難燃処理が施された木材からなる燃え止まり層が、木材からなる化粧材木材と木質荷重支持部との間に介設された木質構造部材が開示されている。
上記のように耐火被覆層は、火災時や火災終了時にあっては、周囲の熱が木質荷重支持部にまで伝達しない厚みを確保する必要がある。そのため、木質荷重支持部の外面に単に耐火被覆層を形成すると、木質構造部材の断面積が大きくなってしまう。よって、木質構造部材の断面積が大きくなると、供用スペース（居住空間等）の利用の自由度が制限されてしまう。そのため、耐火被覆層として、通常使用時には薄層状態を保持しながら、火災時には熱により発泡する発泡材で木質荷重支持部を被覆することで、通常使用時での部材断面積を最小限に抑えるとともに、火災発生後には発泡材が発泡することで燃え止まり層に必要な層厚さを確保することが可能な木質構造部材が開示されている。例えば、特許文献２には、木質荷重支持部と仕上げ木材層との間に、不燃材と発泡層とが積層されてなる遮熱部が介設された木質構造部材が開示されている。また、特許文献３には、木質荷重支持部と仕上げ木材層との間に、発泡層と膜状の不燃材とが積層されてなる遮熱部が介設された木質構造部材が開示されている。また、特許文献２および特許文献３では、木質荷重支持部と遮熱部とが接着剤により接着されているとともに、遮熱部と仕上げ木材層とが接着剤により接着されている。一方、発泡材の表面はフラット面ではないため、発泡材の表面に仕上げ木材層を直接接合させるのは困難であった。

特開２０１５－０２５２４５号公報特開２０１０－２３６２５５号公報特開２０１２－１８０７００号公報

本発明は、鉛直荷重や地震荷重を負担する主要構造部分に配置される木質耐火部材として、木材が持つ質感を外被部に備えていて、かつ施工性が良く、なおかつ火災時の熱が主要構造部分に及ぶことを防止した木質耐火部材を提案することを課題とする。

本発明者らは、木質耐火部材として、木質荷重支持部の外周面に、水分遮断層、耐火被覆層、仕上げ木材層を外側に向かって順に積層することで、耐火被覆層により所定の断熱性能を確保できることに着眼して、本発明の木質耐火部材に至った。
前記課題を解決するために、第１の発明の木質耐火部材は、木質荷重支持部の外周面や両側外側面（木質荷重支持部の上下面や左右の側面等の対向する外側面）に耐火被覆層と仕上げ木材層が設置された木質耐火部材であって、断面視形状が矩形状、または円形状の前記木質荷重支持部と、前記木質荷重支持部の外側面に設けられる水分遮断層と、前記水分遮断層を被覆する湿式耐火被覆材からなる耐火被覆層と、前記耐火被覆層の外側に設けられた仕上げ木材層と、を備え、前記水分遮断層は、水分遮断塗膜、水分遮断シート、及び防水紙のいずれかで形成されていることを特徴とする。
かかる木質耐火部材によれば、木質荷重支持部と耐火被覆層との間に水分遮断層が形成されていて、耐火被覆層に湿式耐火被覆材を使用しているため、湿式耐火被覆材の水分が木質荷重支持部に浸透するのを防止できるために、木質荷重支持部の強度特性に及ぼす影響を抑止することができる。また、外皮部に仕上げ木材層を設置し、当該仕上げ木材層の内部側に向って耐火被覆層、木質荷重支持部を設けて、木質耐火部材を形成することで、木材を外皮部に配置し、断面中央部に木質荷重支持部を備えた木質耐火部材を実現した。また、木質荷重支持部の外周面が水分遮断塗膜、水分遮断シート、及び防水紙のいずれかで形成される水分遮断層で覆われているために、耐火被覆層の水分が木質荷重支持部に浸透することが防止されている。そのため、木材で構成される木質荷重支持部が、耐火被覆層を形成する湿式耐火被覆材の水分により強度低下や変色等が生じることがなく、構造性能および耐火性能を確保することができる。

さらに、本発明者らは、木質荷重支持部の外周面にスペーサ－機能として連結部材を配置し、仕上げ木材層の位置を固定することで、表面が平坦ではない耐火被覆層であっても高品質に仕上げ木材層を形成できることに着眼して、第２の発明の木質耐火部材に至った。第２の発明の木質耐火部材は、木質荷重支持部の外周面または両側外側面に耐火被覆層と仕上げ木材層が設置された木質耐火部材であって、断面視形状が矩形状、または円形状の前記木質荷重支持部と、前記木質荷重支持部の外側面に設けられる水分遮断層と、前記水分遮断層を被覆する湿式耐火被覆材からなる前記耐火被覆層と、前記耐火被覆層の外側に設けられた前記仕上げ木材層と、前記耐火被覆層を貫通して配置された連結部材と、を備え、前記連結部材は、柱状あるいは板状のモルタル部材あるいは石膏ボードで形成されていることを特徴とする。
かかる木質耐火部材によれば、木質荷重支持部の外周面や外側面に配置する耐火被覆層は、仕上げ木材層の外側面からビス留めや仕上げ木材層の内側面に接着させて固定するのではなく、木質荷重支持部の外周面に所定間隔を空けて複数の連結部材を設置し、当該連結部材の両側小口面を木質荷重支持部、及び仕上げ木材層と接着させ、木質荷重支持部と仕上げ木材層との間に耐火被覆層の設置スペースを確保し、その設置スペースに耐火被覆層を配置させた。よって、表面をフラット面とすることが困難（不均一）な耐火被覆層の外周面であっても仕上げ材を高品質に設置することができる。

また、第３の発明の木質耐火部材は、柱または壁柱を構成する木質耐火部材であって、前記仕上げ木材層の上端及び下端（材端）に前記耐火被覆層を配置したことを特徴とする。
このようにすれば、上述の作用効果に加えて、木質耐火部材が建物躯体と接する木質荷重支持部に沿って配置される仕上げ木材層の両側材端に耐火被覆層を配置することで、火災時において、建物躯体と木質耐火部材を構成する仕上げ木材層との間の延焼を抑制することができる。また、木質耐火部材を構成する仕上げ木材層の材端部に、仕上げ木材層に比べて圧縮剛性が低い耐火被覆層を設けることで、地震時に木質耐火部材に大変形が生じた際には耐火被覆層の露出部分が変位を吸収できるため、木質耐火部材と建物躯体との当接部における破損を防止することができる。

本発明によれば、木材が持つ質感を外被部に備えていて、かつ施工性が良く、耐火性能に優れた木質耐火部材を提供することができる。

（ａ）は第一実施形態に係る木質耐火部材を模式的に示す平断面図、（ｂ）は同木質耐火部材の断面図である。（ａ）～（ｃ）は、他の形態に係る水分遮断層の形成例を示す平断面図である。（ａ）～（ｃ）は、図１の木質耐火部材の形成方法を模式的に示す平断面図である。（ａ）は本実施形態の木質耐火部材について実施した加熱実験で使用した木質耐火被覆柱体の加熱実験用試験体の外観、（ｂ）は同加熱実験結果による木質耐火部材を構成する木質荷重支持部の切断断面である。加熱実験結果による木質耐火部材の発泡後の耐火被覆層を含む平断面である。本実施形態の木質耐火部材の定常伝熱モデルである。第二実施形態に係る木質耐火部材を模式的に示す平断面図である。（ａ）および（ｂ）は２時間耐火性能を確保するための木質耐火部材の断面設計例である。

本発明は、木質荷重支持部の外周面に、水分遮断層、耐火被覆層、仕上げ木材層が外側に向かって順に設けられた木質耐火部材である。木質耐火部材の特徴は、燃え代部分に相当する仕上げ木材層と、延焼中、または加熱終了後に燃焼、炭化を食い止めることができる燃え止まり部分に相当する耐火被覆層とを備えるとともに、木質荷重支持部と耐火被覆層との間に水分遮断層を設ける点である。木質荷重支持部と耐火被覆層との間に水分遮断層を設けることで、木質荷重支持部と発泡性耐火塗料、または湿式耐火被覆材からなる耐火被覆層との間での水分移動を阻止できる。よって、木質荷重支持部に水分が浸透することはなく、木質荷重支持部を形成する木材の腐食を防止できる。
本発明の第一の実施形態を図１に示すとともに、第二の実施形態を図７に示し、さらに、２時間耐火性能を確保するための木質耐火部材の断面設計例を図８に示す。
以下、添付図面を参照して、本発明による木質耐火部材の各構成と、耐火性能に関する加熱実験結果と熱伝導解析結果について説明する。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態の木質耐火部材１は、建物の柱を構成する部材であって、図１（ａ）に示すように、断面視正方形を呈している。なお、木質耐火部材１の断面形状は限定されるものではなく、例えば、矩形状や円形状であってもよい。
木質耐火部材１は、木質荷重支持部２と、水分遮断層３と、耐火被覆層４と、仕上げ木材層５とを備えている。

木質荷重支持部２は、いわゆる構造部材であって、図１（ｂ）に示すように、木質耐火部材１に上載あるいは接続される建物躯体７（例えば、屋根、梁、床等）を支持することが可能な断面寸法（本実施形態では、６００×６００ｍｍ）を有している。本実施形態の木質荷重支持部２は、断面正方形のカラマツの集成材により構成されている。なお、木質荷重支持部２を構成する材料は、カラマツに限定されるものではなく、例えば、スギ、ヒノキまたはツガ等であってもよい。また、木質荷重支持部２は、集成材に限定されるものではなく、複数の細径木材を組み合わせ、其々を接合して形成してもよい。さらに、木質荷重支持部２の断面寸法および断面形状は限定されるものではなく、木質耐火部材１に作用する応力に応じて適宜決定すればよい。

水分遮断層３は、木質荷重支持部２の周囲を被覆している。すなわち、本実施形態の木質耐火部材１は、木質荷重支持部２と耐火被覆層４との間に形成された水分遮断層３を有している。水分遮断層３は０．３ｍｍ厚の金属板３１を木質荷重支持部２の外面に巻き付けた後、端部をビス止めすることにより形成されている。水分遮断層３は、構造部材ではない。なお、金属板３１の厚さは限定されるものではない。また、金属板３１の固定方法も限定されるものではなく、例えば、接着してもよい。また、水分遮断層３の形成方法は限定されるものではなく、例えば、図２（ａ）に示すように、木質荷重支持部２の各面に対して個別に金属板３１を固定してもよいし、図２（ｂ）に示すように、一対の断面コ字状の金属板３１を突き合わせることにより形成してもよい。また、図２（ｃ）に示すように、２枚または４枚（図面では２枚）の断面Ｌ字状の金属板３１を木質荷重支持部２の外面に固定してもよい。また、水分遮断層３を構成する材料は、水分の浸透を遮断することが可能なものであれば、金属板に限定されるものではなく、例えば、水分遮断塗膜（例えば、キシラデコールコンゾラン（商品名）等）、水分遮断シート（例えば、エア・ドライ（登録商標）等）、または、防水紙を配設することにより形成してもよい。なお、水分遮断塗膜を採用する場合には、木質荷重支持部２の外周面に吹付け方式、または刷毛を使用した塗布方式で所定の塗膜を設ける。また、水分遮断シートや防水紙を採用する場合には、固定ピンまたは接着剤を使用して木質荷重支持部２の外周面に固定する。

耐火被覆層４は、図１（ａ）に示すように、水分遮断層３の外側周囲を被覆している。本実施形態の耐火被覆層４は、水分遮断層３の外面に発泡性耐火塗料を塗布あるいは吹き付けることにより、所定の厚さ（本実施形態は２～１０ｍｍ）を有して形成されている。耐火被覆層４は、工場において発泡性耐火塗料を付着させた板状材（発泡性耐火板）を水分遮断層３の外側周囲に設置することにより形成しても良い。耐火被覆層４の厚さは、所望の耐火時間に応じて決定する。耐火被覆層４は、構造部材ではない。耐火被覆層４は、図１（ａ）に示すように、角ができないように塗布する（面取りする）。すなわち、木質耐火部材１の角部に対応する部分では、発泡性耐火塗料を弧状に塗布する。こうすることで、角部において耐火被覆層４に割れが生じるなどの発泡障害を防止する。なお、耐火被覆層４の角部は隅切りしてもよい。発泡性耐火塗料には、火災時等において木材が炭化し始める温度（炭化開始温度２６０℃）に達する前に発泡するものを使用する。本実施形態では、約１５０℃以下の比較的低い温度で発泡し始める発泡性耐火被覆材を使用する。なお、耐火被覆層４に使用する発泡性耐火被覆材はこれに限定されるものではなく、例えば、一般的に使用されている約２００℃～３００℃で発泡し始めるものを使用してもよい。発泡性耐火塗料とは、数ｍｍ～数十ｍｍ厚の塗膜で１時間～３時間程の耐火性能を発揮する耐火被覆材であり、火災時に２０～１００倍に発泡して炭化層を形成することで、火災から木質荷重支持部２を守るものである。発泡性耐火塗料には、例えば、発泡性アクリル系樹脂塗料やエスケー化研株式会社製の水性発泡性耐火塗料のＳＫタイカコート（登録商標）等がある。なお、耐火被覆層４を構成する材料は発泡性耐火塗料に限定されるものではなく、例えば、板状の耐火被覆材またはシート状の耐火被覆材であってもよい。板状やシート状の耐火被覆材は、木質荷重支持部２の外周面に、貼付け、または巻き立てることで、所定の層厚さを確保する。板状またはシート状の耐火被覆材とは、表面に着色不織布を備えた耐熱ロックウール材、またはゾノトライト系けい酸カルシウム耐火被覆材である。例えば、耐熱ロックウール材は、ニチアス株式会社製の耐火被覆材マキベエ（登録商標）である。

また、耐火被覆層４は、吹き付け方式による湿式耐火被覆材で形成しても良い。具体的には、湿式耐火被覆材とは、ロックウールとセメント、水を主成分とする吹付けロックウール、または白セメント、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムを主成分とする吹付けセラミック系耐火被覆材である。吹付けロックウールは、重量比において、ロックウール：セメント：水が６：４：８の割合で練り混ぜられた耐火被覆材であり、水分割合は４４％である。吹付けセラミック系耐火被覆材は、吸熱効果の高い水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、セメントを主成分としており、ロックウールなどの断熱タイプより薄層にて優れた耐火性能を実現している。

本実施形態の耐火被覆層４は、図１（ｂ）に示すように、外側に開口する凹部を有していることで断面視コ字状を呈している。すなわち、耐火被覆層４は、木質耐火部材１の端部（柱端部）の厚さが、それ以外の部分に比べて大きい。

仕上げ木材層５は、木質耐火部材１の外面を覆うように、耐火被覆層４の外側に周設されている。仕上げ木材層５は構造部材ではない。本実施形態では、耐火被覆層４の外面に形成された凹部に仕上げ木材層５が配設されている。したがって、耐火被覆層４は、木質耐火部材１の端部（柱端部）において外面に露出している。なお、木質耐火部材１の材端部における耐火被覆層４の露出部分は、必要に応じて形成すればよく、必ずしも形成する必要はない。
本実施形態の仕上げ木材層５は、図１（ａ）に示すように、断面視枠状に配置された４枚の仕上げ板材５１からなる。仕上げ板材５１の端部同士は当接している仕上げ板材５１同士は、必要に応じて接着材やビス等により接合してもよい。本実施形態の仕上げ板材５１には、厚さ１０ｍｍのスギ板を使用する。なお、仕上げ板材５１を構成する材料はスギ板に限定さえるものではない。また、仕上げ木材層５の層厚および仕上げ板材５１の板厚は限定されるものではなく、適宜決定すればよいが、耐火被覆層４の発泡を妨害させない厚さρおよび密度ｄ（例えば、ρｄ≦０．００４）に設定するのが望ましい。仕上げ板材５１は、連結部材６を介して木質荷重支持部２に支持されている。

連結部材６は、木質荷重支持部２の各面（四面）の中央部に配設された柱状あるいは板状の部材であって、図１（ｂ）に示すように、木質耐火部材１の軸方向（上下方向）に対して、所定の間隔で複数配設されている。連結部材６の形状は限定されるものではなく、例えば、角柱状や円柱状であってもよいし、矩形状の平板であってもよい。また、連結部材６の寸法は限定されるものではないが、耐火被覆層４の厚さ以上の高さ（厚さ）を有している。連結部材６は、熱伝導率が低く、かつ、燃え難い材料（例えば、モルタル、石膏ボード等）により構成されている。連結部材６は、コンクリート・金属・木材用接着剤（例えば、セメダイン株式会社製のＰＭ１６５ＲＰ５０ｍｌＲＥ－２２０、コニシ株式会社製のコンクリボンドＫ１０Ａ）を使用して、一方端を木質荷重支持部２に固定し、当該連結部材６の他方端を仕上げ板材５１（仕上げ木材層５）に固定している。すなわち、連結部材６は、図１に示すように、矩形状断面の木質荷重支持部２の場合は、当該木質荷重支持部２の外周各面、及び鉛直方向に沿って所定間隔おきに設置するスペーサーである。

次に、本実施形態の木質耐火部材１の形成方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、集成材からなる木質荷重支持部２に、連結部材６の一方端面をコンクリート・金属・木材用接着剤を使用して接着する。なお、連結部材６は、金属板３１を木質荷重支持部２の外面に固定した後に、木質荷重支持部２に固定してもよい。
次に、図３（ｂ）に示すように、木質荷重支持部２の外面に、金属板３１を固定することにより水分遮断層３を形成する。金属板３１は、木質荷重支持部２の外面にビス止めする。なお、金属板３１には、連結部材６の位置に応じて開口（図示せず）が形成されている。金属板３１は、開口に連結部材６を挿通させた状態で、木質荷重支持部２の外面に設置する。
続いて、図３（ｃ）に示すように、水分遮断層３の外面に、発泡性耐火塗料を塗布することにより、耐火被覆層４を形成する。耐火被覆層４は、連結部材６の高さを目安に厚さを管理する。また、耐火被覆層４の層厚は、図１（ｂ）に示すように木質荷重支持部２の柱端部で大きくなるように塗布する（断面コ字状に塗布する）。
最後に、耐火被覆層４の外面に仕上げ板材５１を設置して、仕上げ木材層５を形成する（図１参照）。このとき、仕上げ板材５１は、連結部材６の小口端面と間に、コンクリート・金属・木材用接着剤を塗布した後、連結部材６の小口端面に当接させて固定する。また、仕上げ木材層は、木質荷重支持部２を形成する各側面の耐火被覆層４の外側に配置し、連結部材６と接着させてもよく、凹形状に形成させた仕上げ木材層５を耐火被覆層４の外側に配置し、連結部材６と接着させてもよい。なお、仕上げ板材５１の裏面（耐火被覆層４側の面）には、必要に応じて水分遮断材（水分遮断塗料や水分遮断シート等）を設置しておいてもよい。
具体的には、木質耐火部材１の実施例では、工場において木質荷重支持部２の外面に、水分遮断層３、耐火被覆層４、及び仕上げ木材層５を設けた木質部材を製作したものを建設現場に搬入し、床スラブ上または柱頭部上に建て込み、柱梁架構を構築する。または、木質荷重支持部２の外面側の耐火被覆層４まで工場で製作した木質耐火部材１の半工場品（ハーフプレキャスト製品）を建設現場に搬入し、所定位置に建て込んだ後、耐火被覆層４の外側に仕上げ木材層５を隙間なく形成しても良い。

以下に、本実施形態の木質耐火部材１の作用効果について、述べる。
本実施形態の木質耐火部材１によれば、木質構造部材の耐火構造を実現することで、低炭素社会に貢献することができる。また、火災時には仕上げ木材層５が外側表面から燃焼し、炭化が進むが、仕上げ木材層５と木質荷重支持部２との間に耐火被覆層４が設けられているため、木質構造部材を構成する外皮部の仕上げ木材層が燃焼して脱落しても、木質荷重支持部２を外側に水分遮断層３と耐火被覆層４による２層構造によって耐火性能を確保することで、木質荷重支持部２の燃焼および炭化を防止することができる。よって、耐火性能を備えた木質耐火部材１を構築することができ、ひいては、建築基準法を満足する耐火構造を実現することが可能となる。また、仕上げ木材層５は、連結部材６の外側小口端面に接着剤で固定されているために、仕上げ木材層の燃焼時、または炭化した段階で脱落した際には、燃焼が木質荷重支持部２に燃え移ることが防止されている。そのため、火災が発生した場合であっても、構造部材としての機能を維持することができる。
仕上げ木材層５が連結部材６を介して木質荷重支持部２に支持されているため、表面が不均一な（フラット面ではない）耐火被覆層４の外周囲においても仕上げ板材５１を精度よく設置することができる。
また、木質耐火部材１は、木質荷重支持部２を含む全ての層、または耐火被覆層４までが工場で形成された工場製品であるために、耐火被覆層４や仕上げ木材層５を容易に形成することができ、かつ、本発明の木質耐火部材１を用いた建物躯体７ごとに要求される多様な耐火性能（１時間耐火や２時間耐火等）を容易に確保することができる。また、木質耐火部材１は、施工性良く、板材同士の目地部分であっても隙間なく耐火被覆材（発泡性耐火塗料、発泡性耐火板、湿式耐火被覆材）で覆うことができ、かつ木質荷重支持部２の外面側に、耐火被覆層４と仕上げ木材層５を高い品質管理の元で一体化できる。また、木質耐火部材１を短時間で大量生産できる。

また、木質耐火部材１の材端部には耐火被覆層４が形成されていることで、木質耐火部材１と接する建物躯体７を介して、仕上げ木材層５に延焼することを防止できる。また、仕上げ木材層５に比べて圧縮剛性が低い耐火被覆層４が材端部に設けられていることで、地震時に木質耐火部材１に大変形が生じた際に、耐火被覆層４の露出部分が変位を吸収できるために、木質耐火部材１と建物躯体７との当接部における破損を防止することができる。
また、耐火被覆層４に発泡性耐火塗料を使用することで、通常使用時には発泡性耐火塗料は未発泡状態であり、発泡性耐火塗料の層厚さは薄く、木質耐火部材１の断面寸法を小さくすることができる。また、木質荷重支持部２と耐火被覆層４との間に水分遮断層３を設けることで、耐火被覆層４を構成する湿式の耐火被覆材から放出された水分の木質荷重支持部２への浸透を防止できる。よって、木質荷重支持部２が水分に浸ることはなく、腐食や水の影響によって強度低下が生じることがなく、構造性能および耐火性能を維持することができる。なお、火災時の熱などにより木質荷重支持部２から水蒸気が発生した際には、発泡性耐火塗料に発泡障害が発生することを防止することができる。すなわち、水分遮断層３によって水蒸気が耐火被覆層４に接することが防止されているため、耐火被覆層４が水蒸気によって冷却されることを防ぐことができる。
また、木質耐火部材１は、発泡性耐火塗料のほかに、吹き付け方式による湿式耐火被覆材（例えば、吹付けロックウール）により耐火被覆層４が形成することができる。湿式耐火被覆材は水分量が４０％程であり、一般的な木質部材よりも大きい。例えば、桧の柱の含水率は１８％前後、桧フローリング材で１５％前後、杉の柱で２０～３０％、杉フローリング材で１５～２２％程度である。そのため、湿式耐火被覆材を使用する場合には、木質荷重支持部２と耐火被覆層４との間に、水分遮断塗膜または水分遮断シートからなる水分遮断層３を設置して、木質荷重支持部２への水分の浸透を阻止し、構造性能と耐火性能を確保する。

（木質耐火被覆柱体の加熱性能実験）
以下、本実施形態の木質耐火部材１を模擬した木質耐火被覆柱体の加熱実験の試験体概要と、その実験結果を示す。
図４（ａ）に加熱実験で使用した木質耐火被覆柱体の試験体外観を示す。試験体は、断面視中央部に複数の板材を接着剤で再構成して作られる矩形断面１２０ｍｍ×１２０ｍｍで、高さ１２００ｍｍのスギ集成材（木質荷重支持部）を配置し、そのスギ集成材の外周面に、厚さ０.３ｍｍの金属薄板（水分遮断層）と、発泡性耐火塗料パネル（耐火被覆層）を被覆させた木質耐火被覆柱体である。発泡性耐火塗料パネルは、エポキシ系耐火塗料を型枠内に流し込み、パネル化した。なお、本性能確認実験では、火災時の熱や延焼によって発泡性耐火塗料を一様に発泡させるとともに、発泡後の発泡性耐火塗料の層厚さを明確に計測するために、発泡性耐火塗料パネルを厚さ５０ｍｍとした。金属薄板は、スギ集成材の外周面にコンクリート・金属・木材用接着剤（例えば、セメダイン株式会社製のＰＭ１６５ＲＰ５０ｍｌＲＥ－２２０）で接着させた。
加熱実験は、加熱炉内に試験体を設置した後、国際規格である標準加熱曲線（ＩＳＯ８３４）に従って加熱開始２時間後に１０４９℃まで炉内温度を上昇させた後、加熱を停止し、木質荷重支持部の表面温度の変化を計測するとともに、２４時間放置した後、耐火塗料パネルの発泡状態と、試験体の炭化状態を観察した。

図４（ｂ）に、加熱試験後、試験体を加熱炉内に２４時間放置した後の耐火塗料パネルと金属薄板を取り除いた木質荷重支持部の切断断面（高さ位置６００ｍｍ）を示す。加熱試験後の木質荷重支持部の切断断面は、表面温度が炭化開始温度２６０℃以下であることを裏付けるように、木質荷重支持部に炭化や亀裂などは確認されなかった。
また、図５に、加熱試験後の木質耐火被覆柱体について、木質荷重支持部を覆う耐火塗料パネルの発泡状況を示す。耐火塗料パネルは、発泡前の層厚さ５０ｍｍが加熱実験後にはパネル厚さが２２０ｍｍ程度まで一様に発泡し、発泡倍率は約４.４倍に至った。
よって、本実施形態の木質耐火部材を模擬した木質耐火被覆柱体を対象とした２時間の耐火性能実験結果によると、木質荷重支持部の外周面に水分遮断層と耐火被覆層を形成させることで、木質荷重支持部の外皮温度は木材の炭化開始温度である２６０℃には到達せず、木質荷重支持部が２時間の耐火性能を有することが確認された。

（定常伝熱モデルによる加熱性能実験結果の検証）
図６に、本実施形態の木質耐火部材１を模擬した木質耐火被覆柱体の加熱実験試験体について、定常伝熱モデルに基づく計算例を示す。
本計算例では、図６に示す定常伝熱モデルにおいて、火災温度（耐火被覆層４の外気側の温度）が１０００℃の場合について、耐火被覆層４の外側面（表面）温度Ｔ_１を外気温度と読み替えて１０００℃とし、木質荷重支持部２の断面中央部の温度を加熱実験結果では木質荷重支持部２が炭化していなかった点を踏まえて、常温２０℃とする条件のもと、木質荷重支持部の外側表面温度Ｔ_２について、耐火被覆層４と木質荷重支持部２の其々の層厚さｄと熱伝導率λ、及び熱伝達率αを用いて推定する。詳細には、加熱実験試験体は、水分遮断層３のモデル化は行わず、耐火被覆層４、及び木質荷重支持部２で構成される定常伝熱モデルとする。耐火被覆層４は、加熱実験結果で計測された発泡後の層厚さｄを２２０ｍｍとし、α＝０.０６Ｗ／（ｍ^２・ｋ）とする。木質荷重支持部２は、断面中央までの層厚さとして６０ｍｍとし、λ＝０．１０７Ｗ／（ｍ・ｋ）とする。
柱体各部の温度分布は、各部の温度差と、熱抵抗（熱伝達抵抗、熱伝導抵抗）の大きさが次式（式１）の関係にある。よって、以下式により木質荷重支持部２の外側表面温度Ｔ_２を推定する。
１０００―Ｔ_２：Ｔ_２―２０＝１/α：ｄ/λ （式１）
１０００―Ｔ_２：Ｔ_２―２０＝１/０.０６：０.０６/０.１０７
１８．４５Ｔ_２＝８９４
Ｔ_２＝４８．５
上記に示すように、加熱性能実験結果を定常伝熱モデルを用いて推定される木質荷重支持部２の外側表面温度Ｔ_２は、４８．５℃となり、木質荷重支持部２の外周面では実験結果で確認されたように木材の炭化開始温度２６０℃を下回る結果となった。
上記に示す加熱性能実験とその検証結果によると、本実施形態の木質耐火部材１によれば、火災時等において、木質耐火部材１の外気の温度が１０００℃にまで上昇した場合であっても、木質荷重支持部２の外周囲に水分遮断層３、耐火被覆層４を設け、耐火被覆層４を発泡させることで、火災時の熱伝導が低減され、２時間の耐火性能を有する木質耐火部材１が実現可能であることが確認できる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の木質耐火部材１は、第一の実施形態と同様に、建物の柱を構成する部材であって、図７に示すように、断面視正方形を呈している。なお、木質耐火部材１の断面形状は限定されるものではなく、例えば、正方形状や円形状であってもよい。
木質耐火部材１は、木質荷重支持部２と、水分遮断層３と、耐火被覆層４と、仕上げ木材層５とを備えている。なお、木質荷重支持部２、水分遮断層３および仕上げ木材層５の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

耐火被覆層４は、水分遮断層３の周囲を被覆している。本実施形態の耐火被覆層４は、水分遮断層３の各面（四面）に対して、板状の耐火被覆材（以下、「耐火パネル４１」という。）を個別に貼り付けることにより形成する。耐火パネル４１の板厚は限定されるものではなく、所望の耐火時間に応じて適宜決定すればよい。耐火被覆層４は、構造部材ではない。なお、耐火パネル４１には、連結部材６の位置に応じて開口が形成されている。耐火パネル４１は、開口に連結部材６を挿通させた状態で、水分遮断層３の外面に貼り付ける。耐火被覆層４の四隅には、耐火被覆塗料４２（例えば発泡性耐火塗料）を扇状に塗布する。すなわち、隣り合う耐火パネル４１同士は、耐火被覆塗料４２を介して連結されていて、水分遮断層３は、４枚の耐火パネル４１および耐火被覆塗料４２により被覆されている。なお、耐火被覆塗料４２は、断面視三角形状に塗布してもよい。
本実施形態の耐火被覆層４は、外側に開口する凹部を有していることで断面視コ字状を呈している（図１（ｂ）参照）。すなわち、耐火被覆層４は、木質耐火部材１の端部（柱端部）の厚さが、それ以外の部分に比べて大きい。なお、耐火被覆層４の断面形状は限定されるものではなく、例えば平板状であってもよい。

〔実施例〕
図８に、２時間耐火が必要な建物を対象とした木質耐火部材１の断面設計例（実施例１、実施例２）を示す。
図８（ａ）は実施例１であり、木質耐火部材１が断面正方形状の柱で、木質荷重支持部２が６００ｍｍ×６００ｍｍである。実施例１では、木質荷重支持部２はカラマツ材で形成し、当該木質荷重支持部２から外側に向って、水分遮断層３、耐火被覆層４および仕上げ木材層５を順に積層した。水分遮断層３は防水紙等の防水シートを木質荷重支持部２の外面に貼着することにより形成した。耐火被覆層４は、発泡温度が２００℃以下の発泡性耐火塗料を約２～１０ｍｍ厚で塗布することにより形成した。仕上げ木材層５は、連結部材６を介して木質荷重支持部２に支持された厚さ１０ｍｍの平板を枠状に組み合わせることにより形成した。
木質荷重支持部２を形成するカラマツ材は、日本では北海道から本州北部にかけて分布する針葉樹であり、乾燥時の比重は０.５３程度で、其々の強度特性として、圧縮強度Ｆｃは４５Ｎ/ｍｍ^２、引張強度は８５Ｎ/ｍｍ^２、せん断強度８Ｎ/ｍｍ^２程度である。また、カラマツ材と圧縮強度が同等のコンクリートと比較した場合、木材であるカラマツ材は、芯材の有無や乾燥状態で強度のバラツキがあるものの、コンクリートに比べて、引張強度、せん断強度ともに約１０倍を上回る強度特性を示す構造材である。よって、実施例１によるカラマツ材を木質荷重支持部２に用いた木質耐火部材１は、Ｆｃ＝４５Ｎ/ｍｍ^２程度のコンクリート柱に相当する鉛直荷重程度まで負担できる。

また、図８（ｂ）は実施例２であり、木質耐火部材１が壁柱で、木質荷重支持部２が厚さ２２０ｍｍの直交集成材（ＣＬＴ：ＣｒｏｓｓＬａｍｉｎａｔｅｄＴｉｍｂｅｒ）、または単板積層材（ＬＶＬ：ＬａｍｉｎａｔｅｄＶｅｎｅｅｒＬｕｍｂｅｒ）からなる。木質荷重支持部２を挟んだ上側面、又は下側面などの対向する両側外側面に向かって、水分遮断層３、耐火被覆層４および仕上げ木材層５を順に積層した。水分遮断層３、耐火被覆層４及び仕上げ木材層５を構成する材料および寸法等は実施例１と同様とした。

〔その他の変形例〕
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、水分遮断層３に波板を使用し、木質荷重支持部２と水分遮断層３との間に隙間を形成することで、水蒸気の逃げ道を形成してもよい。
前記各実施形態では、柱（木質耐火柱）について説明したが、木質耐火部材１の用途は限定されるものではなく、例えば、梁（木質耐火梁）であってもよい。木質耐火梁の場合、木質荷重支持部２が梁本体となり、木質荷重支持部２の上面に床スラブが設けられることが多く、床スラブ付きの木質耐火梁では、木質耐火梁を形成する矩形形状の下方側のコ型状の３面に、水分遮断層３、耐火被覆層４、仕上げ木材層５を形成する。
前記各実施形態では、仕上げ板材５１として平板を使用したが、仕上げ板材５１は平板に限定されるものではない。例えば、断面視コ字状の成形木材や断面視Ｌ字状の成形木材を組み合わせることにより仕上げ木材層５を形成してもよい。

１木質耐火部材（木質耐火柱、木質耐火梁）
２木質荷重支持部
３水分遮断層
４耐火被覆層
５仕上げ木材層
６連結部材
７建物躯体

Claims

木質荷重支持部の外周面または両側外側面に耐火被覆層と仕上げ木材層が設置された木質耐火部材であって、
断面視形状が矩形状、または円形状の前記木質荷重支持部と、
前記木質荷重支持部の外側面に設けられる水分遮断層と、
前記水分遮断層を被覆する湿式耐火被覆材からなる前記耐火被覆層と、
前記耐火被覆層の外側に設けられた前記仕上げ木材層と、を備え、
前記水分遮断層は、水分遮断塗膜、水分遮断シート、及び防水紙のいずれかで形成されていることを特徴とする木質耐火部材。
木質荷重支持部の外周面または両側外側面に耐火被覆層と仕上げ木材層が設置された木質耐火部材であって、
断面視形状が矩形状、または円形状の前記木質荷重支持部と、
前記木質荷重支持部の外側面に設けられる水分遮断層と、
前記水分遮断層を被覆する湿式耐火被覆材からなる前記耐火被覆層と、
前記耐火被覆層の外側に設けられた前記仕上げ木材層と、
前記耐火被覆層を貫通して配置された連結部材と、を備え、
前記連結部材は、柱状あるいは板状のモルタル部材あるいは石膏ボードで形成されていることを特徴とする木質耐火部材。
柱または壁柱を構成する木質耐火部材であって、
前記仕上げ木材層の上端及び下端に前記耐火被覆層を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の木質耐火部材。