(57)【要約】【課題】鉄骨構造での、耐火性能と強度の向上に効果を有する建築構造材、建築物の骨組み及び建築物を提供する。【解決の手段】複数の難燃処理された木質部材５、６を耐火被覆材として、鉄骨部材の周囲にボルト１４やビス１０などにより被覆する。更に、鉄骨部材２と木質部材５、６を密着して固定することにより、木質部材５、６を鉄骨部材２の補強材としても用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難燃処理された木質部材が耐火被覆材として、ボルト、ビス、接着剤等の固定手段により、鉄骨部材の周囲に被覆固定されていることを特徴とする建築構造材。
【請求項２】
上記の難燃処理された木質部材が、鉄骨部材に密着して固定されていることにより鉄骨部材の補強材とされていることを特徴とする請求項１記載の建築構造材。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の建築構造材が用いられていることを特徴とする建築物の骨組み。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の建築構造材が用いられていることを特徴とする建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨構造における、耐火被覆手段を改善した建築構造材、建築物の骨組み及び建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨構造の建築物は、火災時の高温により構造材が変形、破壊する恐れがあるため、その耐火基準が建築基準法施行令第１０７条により、壁、床、梁等の各部分における耐火時間として規定されている。
この耐火基準を満たすために様々な耐火被覆工法が従来から実施されている。例えば、鉄骨部材の周囲にコンクリートの打設やモルタルを塗り付ける工法、ＡＬＣ版や珪酸カルシウム板などの成形板を鉄骨部材に取り付ける工法、ロックウールをポルトランドセメントと水でペースト状に調整しスプレーガンで吹き付ける工法、などの耐火被覆工法が一般的である。  
【０００３】
上記工法の中でも特に、ロックウールをペースト状に調整して吹き付ける工法については、耐火被覆を薄くでき、吹き付け厚さにより耐火時間が規定できることから使用頻度が高い工法である。しかし、課題としては吹き付け用の専用機械を必要とするだけではなく、現場でのモルタル調合や均一な吹き付けに熟練を要する上に、養生期間が長いなど施工に手間と時間がかかり工期の短縮が困難である点が挙げられる。更にはロックウール繊維の飛散による人体への影響を防止するため作業現場の安全確保にも手間がかかる。また、鉄骨の耐火被覆が脆く鉄骨の振動により剥がれ易いため、工場で鉄骨にロックウールを吹き付けるいわゆる先付け施工ができない等の課題がある。また、施工後の状態は見栄えが悪く化粧材等で鉄骨部材の周囲を隠す等の対策が必要である。
【０００４】
これらの課題を解決する手段として、木材を耐火被覆材として利用する発明が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の発明は、構造材である鉄骨部材に木材を耐火被覆材として被覆する発明であり、ロックウール等の吹き付けによる耐火被覆を必要としない。また、耐火性能については、火災を受けた場合に、耐火被覆材である木材の表面が燃焼したとしても、その部分に形成される炭化層が遮熱力を有するため、耐火被覆材の深部にまで急速に燃焼が及ぶことが無く、形成される炭化層より内方は比較的低温に保たれ、鉄骨部材が焼損したり、加熱による耐力低下を生じたりすることが無く、安全性が保たれる、と記載されている。また、耐火被覆材が木材で構成されるため仕上げ材としても利用できることが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１７７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発明のように木材の火災時に形成される炭化層に期待した耐火被覆材では、木材の層の厚み方向への炭化速度が０．６〜０．８ｍｍ／分程度と速い、このため耐火時間を確保するためには木材に厚みをもたせる必要がある。しかし、耐火被覆材である木材を厚くすることにより燃焼時間を遅らせることはできるが、燃焼を抑制する効果はほとんどないため、結局建築物は焼失してしまう。また、特許文献１の耐火被覆材である木材は、鉄骨部材の強度を補助するものではなく、強度は全て鉄骨部材にて負担するものである。
これらのことより、本発明は上記の課題を一挙に解決しようとするものであり、耐火性能と強度の向上に効果がある耐火被覆材を有する建築構造材とそれを用いた建築物の骨組み及び建築物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の建築構造材は、難燃処理された木質部材が耐火被覆材として、ボルト、ビス、接着剤等の固定手段により、鉄骨部材の周囲に被覆固定されていることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２記載の発明の建築構造材は、上記の難燃処理された木質部材が、鉄骨部材に密着して固定されていることにより鉄骨部材の補強材とされていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３記載の発明の建築物の骨組みや請求項４記載の発明の建築物は、請求項１又は請求項２記載の建築構造材が用いられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明における難燃処理とは、木質部材（燃えやすい有機材料）などに難燃薬剤等を含浸等させて燃え難いものに変質させる処理をすることである。本発明に使用する木質部材としては、木材単独のものの他、木材と合成木材など他材料の複合物でも良く、木材の種類も限定されるものでなく、意匠が重要視される場合は天然木などを使用、強度が重視される場合は集成材や合板などの使用が好ましい。難燃処理の手段としては、例えば、天然木にホウ酸化合物の水溶液を減圧・加圧法により木材組織に含浸させ、乾燥させて製造する準不燃認定材（国土交通省認定書  国住指第１０１９号  認定番号ＱＭ−００３７）のような処理や、特許文献（特開２００２−１８８１３号公報）に記載のあるような、スギ板を珪酸化合物からなる溶液等に含浸させ、その後、酢酸溶液等に浸漬し中和反応させ、この中和塩と珪酸塩より木材を難燃化したもの等が使用できる。これらの中でも特に国土交通省より不燃や準不燃認定をうけたものは、性能が保証されているため好ましい。
【００１０】
また、鉄骨部材については、Ｉ型、Ｈ型、Ｌ型、Ｔ型、山型、溝型等の形鋼やトラス型、格子型等の鋼材、鋼板、管鋼等の鉄骨構造のあらゆる構造材が利用可能である。
なお、本発明での建築構造材は、鉄骨建築物等の構造材、橋桁や橋梁等の土木・建設資材用の構造材、などの一般建築物全般に対して使用可能なものである。
また、本発明の骨組み、建築物についても同様に土木・建設に係わる一般建築物全般に使用可能なものである。
【００１１】
建築物の梁、柱にあわせた形状、長さの鉄骨部材に、耐火被覆材として難燃処理した木質部材を固定して建築構造材が構成されている。建築物の骨組み及び建築物は、この建築構造材が複数組み合わされることにより構成されている。この際に、建築構造材の鉄骨部材の両端部は難燃処理した木質部材を設けずに、他の建築構造材とのボルトや溶接による接合部分として使用すれば接合部の施工が容易となるため好ましい。
【００１２】
上記鉄骨部材に対する木質部材の固定手段については、例えば、Ｈ型鋼等の鉄骨部材ではウェブ部分の両面を難燃処理された木質部材で密着し、鉄骨部材と木質部材のそれぞれに連結孔を設けて、ウェブを挟み込むようにしてボルトにて締結する手段。または、鉄骨部材に難燃処理された木質部材を密着させ、ビスにより固定する手段や、接着剤を使用して鉄骨部材と木質部材を密着貼りする手段などがある。更に、木質部材が十分に強度を負担できるように、強固な固定を行うためには、上記手段を併用することが好ましい。
なお、接着剤を使用する際は、鉄骨部材と木質部材の伸縮率の違いや鉄骨構造の振動を考慮し、弾性を有する接着剤である、変成シリコーン系、変成シリコーンエポキシ系、ポリサルファイド系接着剤等の使用や、火災時の熱による剥離を考慮し耐火性を有する特許文献（特開平８−４１４２６号公報）記載のシロキサン骨格を有するシラノール溶液にモンモリロナイト、含水珪酸アルミニウム及び鉱物繊維を添加してなる耐火接着剤の使用が好ましい。
【００１３】
上記請求項１記載の発明の構成により、鉄骨部材の周囲に被覆固定された木質部材により見栄えが良くなり、また、火災時には、耐火被覆材である難燃処理された木質部材が、その難燃処理の働きである可燃ガス抑制作用や吸熱作用等により燃焼が抑制され、木質部材の断熱性と相まって鉄骨部材への高熱の伝達が抑制され、鉄骨部材が変形したり、崩壊したりすることが防止される。
【００１４】
また、特許文献１記載の発明の建築構造材では鉄骨部材と耐火被覆材である木材が密着していないため木材が強度を負担することが出来なかったが、請求項２記載の発明の構成では鉄骨部材の周囲を木質部材で密着させて固定するため、木質部材が強度の一部を負担することが可能である。特に、Ｈ型鋼等の鉄骨部材のウェブ部分では、鉄骨部材の弱点である座屈を拘束し、木質部材が座屈防止の補強材として有効に働く。また、木質部材が曲げ、圧縮、引張り、せん断等の強度を負担することより、鉄骨部材の断面形状を小さくすることも可能である。これらのことより建築構造材全体としても高い強度をもつ梁や柱となり鉄骨部材についても従来のＨ型鋼に較べ断面を小さくすることができる。また、従来Ｈ型鋼でないと不可能であった断面に対しても、単なる板状の鋼板からなる鉄骨部材でも可能となる場合がある。
【００１５】
更に、請求項３や請求項４記載のように、上記建築構造材を建築物の骨組み、又は建築物に使用することで、請求項１記載の発明での作用の通り、建築構造材の難燃処理された木質部材により耐火性能の優れた建築物の骨組み、及び建築物となる。また、鉄骨部材の周囲を木質部材で密着して固定した場合、請求項２記載の発明での作用の通り、強度の優れた建築物の骨組み、及び建築物となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明により、鉄骨部材の周囲を難燃処理された木質部材で被覆固定することで、木質部材の難燃処理が働き、通常の無垢材や集成材を利用した場合に比べて優れた耐火性能を示す。更に、請求項２記載の発明により、耐火被覆材である木質部材を鉄骨部材に密着させて固定することにより、木質部材が鉄骨部材の補強材となり強度を負担することが可能となり、鉄骨部材の断面形状を小さくすることも可能である。請求項３、４記載の発明により、耐火性、強度が向上した建築物の骨組み、建築物が実現可能となる
【００１７】
また、耐火被覆材が木質部材にて構成されるため、木質部材を仕上げ材として用いることが可能であり、仕上げ材を改めて施工する必要がない。また、耐火被覆材として木質部材を利用しているため、輸送中の振動等により剥がれることがないため、現場施工に限定されず工場にての施工が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１、図２は本発明の建築構造材の例を示す図であり、図１は建築構造材１の端部の斜視図、図２は建築構造材１の構成を示す図１のII―II線矢視断面図を示す。また、図４はこの建築構造材１を用いた建築物の骨組みを、図５はこの建築構造材を用いた建築物を示す。なお、図５は建築構造材が使用されていることが解るように、一部破断させ内部が見えるようにしている。
【００２０】
図１の建築構造材１は、Ｈ−３００ｍｍ×１５０ｍｍ×４．５ｍｍ×６ｍｍＨ型鋼からなる鉄骨部材２の周囲を、複数の難燃処理された木質部材５、６を耐火被覆材として被覆することにより構成されている。この建築構造材１は、鉄骨部材２のウェブ３を垂直に、フランジ４を水平になるようにして建築物の梁として使用されている。
木質部材５、６は、鉄骨部材２の両端部１１を除く全周囲に被覆を行う。また、鉄骨部材２の両端部１１は木質部材５、６により被覆を行わず、建築構造材の接合部分として使用する。この鉄骨部材の露出した接合部材を用いて、ボルトや溶接により他の建築構造材と連結し、鉄骨構造の骨組みＡ（図４）が構成され、骨組みＡと内装材、外装材、設備等が複数組み合わされて建築物Ｂ（図５）が構成されている。
耐火被覆材として利用する難燃処理された木質部材５、６としては、天然木を難燃処理した国土交通省の準不燃認定材（国土交通省認定書  国住指第１０１９号  認定番号ＱＭ−００３７）が使用されている。
【００２１】
木質部材５は鉄骨部材２の主にウェブ３を被覆するものである。密着して被覆ができるように、鉄骨部材２のウェブ３及びフランジ４の形状に合わせ木質部材５の形状の加工が行われる。具体的には、ウェブ３とフランジ４に囲まれた部分の大きさに合わせ、上下にあるフランジ４の厚み部分を突出させた形状に加工が行われている。また、ウェブ３と木質部材５はボルト７及びナット８により固定がされているため、鉄骨部材２のウェブ３に連結孔１２を木質部材５に連結孔１３が設けられている。その連結孔１２、１３は両材を固定する際にお互いにその中心が合致する位置に適宜設けられている。更に、木質部材５に設けた連結孔１３にはボルト７のボルト頭１４及びナット８を木質部材５から突出しないように納めるための座堀加工１５が行われている。これらの連結孔１２、１３にボルト７が挿入され、ナット８により締結されることにより固定が行われている。この際、木質部材５が、ウェブ３を両側よりサンドイッチ状に挟み込むようにして締結が行われている。ウェブ３の連結孔１２の径は、木質部材５の連結孔１３の径より大きくなっており、ボルト７がウェブ３に接触しないようになっている。接触しないことにより、ボルト７の熱が鉄骨部材２に伝わることがない。
【００２２】
木質部材６は鉄骨部材２のフランジ４を被覆するものであり、密着して被覆ができるようにフランジ４の形状に合わせて木質部材６の形状の加工が行われている。具体的には、フランジ４の幅とフランジ４の両端に木質部材５の突出した部分の長さを合わせた大きさの板材に加工が行われている。木質部材６を鉄骨部材２のフランジ４と密着させ、ビス１０により木質部材６と木質部材５の突出した部分とを固定することにより被覆が行われている。これらの構成により、鉄骨部材２の両端部以外の全周囲が木質部材５、５、６、６により被覆された状態となる。
【００２３】
これらの構成により建築構造材１は、耐火被覆材である木質材料５、６に使用した準不燃認定材（国土交通省認定書  国住指第１０１９号  認定番号ＱＭ−００３７）の難燃薬剤の主成分であるホウ酸化合物が、木材の発火温度である２５０度程度の高温になると吸熱分解反応を起こし、木質部材の温度を下げ、木材の発火温度以下となる。それと同時に、吸熱分解反応により生成する不燃性生成物が可燃性ガスの濃度を下げることにより、通常の無垢材や集成材を使用した際の炭化層のみに期待した耐火被覆材に比べて優れた耐火性能が発揮される。
【００２４】
また、これらの構成は鉄骨部材２のウェブ３を木質部材５により、サンドイッチ状に挟み込み固定しているので、ウェブ３が拘束され、鉄骨部材の弱点であるウェブの座屈破壊が抑制されている。よって鉄骨部材単体の場合に比べて座屈に対する強度を有する建築構造材１となる。また、木質部材５、６が構造材として引張り、圧縮、曲げ、せん断等の強度を負担することより、鉄骨部材２の断面形状を小さくすることも可能である。
【００２５】
更に、木質部材５、６が十分に強度を負担できるように、鉄骨部材２と強固な固定をするためには、上記ウェブ３と木質部材５、フランジ４と木質部材６との固定の際に、接触する面に変成シリコーン系接着剤９が塗布され、ボルト及びビスとの併用固定としている。
変成シリコーン系接着剤９による固定を行う際には、鉄骨部材２の表面の錆、汚れを除去し、有機溶剤等にて鉄骨部材２表面の脱脂が行われている。また、鉄骨部材２を適当な表面粗さとなるように面荒らし加工が行われていることより、高い接着強度が得られる。
【００２６】
従って、この建築構造材１を用いた建築物の骨組みＡや建築物Ｂも同様に、優れた耐火性能と強度を有するものとなっている。
【実施例２】
【００２７】
図３は本発明の建築構造材の他の実施の形態の断面図であり、鉄骨構造の建築物に用いられる。
【００２８】
この実施例２は、実施例１と基本的構成は同じであり、相違点としては、実施例１にある木質部材５、６を補強材として利用することにより鉄骨部材２の断面形状を小さくすることが可能であることから、実施例１での、鉄骨部材２のＨ型鋼に替えて鉄骨部材２２として、３００ｍｍ×４．５ｍｍ鋼板を用いた場合の実施例である。また、難燃処理した木質部材の木材として合板を使用している。よって、実施例１と同様の事項については記述の省略を行う。
【００２９】
基本的な構成は実施例１と同様であり、図３の建築構造材２１は鉄骨部材２２として鋼板を用いたものであり、その周囲を難燃処理された木質部材２５、２６により耐火被覆した構成である。
【００３０】
鉄骨部材２２の両端部を除く全周囲を難燃処理された木質部材２５、２６により被覆が行われ、難燃処理された木質部材２５、２６は鉄骨部材２２の形状に合わせて加工が行われている。具体的には木質部材２５は鉄骨部材２２の幅に合わせた大きさに加工した板材であり、木質部材２６は鉄骨部材２２の厚みに両側に挟み込む木質部材２５の厚み分を合わせた大きさに加工が行われている。鉄骨部材２２と木質部材２５にはボルト２７及びナット２８により固定されるため鉄骨部材２２に連結孔３２、木質部材２５に連結孔３３が設けられている。木質部材２５が鉄骨部材２２を両側より挟み込み、連結孔３２、３３にボルト２７を挿入しナット２８により締結することより固定が行われている。鉄骨部材２２の連結孔３２の径は、木質部材２５の連結孔３３の径より大きくなっており、ボルト２７が鉄骨部材２２に接触しないようになっている。接触しないことにより、ボルト７の熱が鉄骨部材２に伝わることがない。木質部材２６はビス３０により固定され、結果として鉄骨部材２２が両端部を除くすべての部分が木質部材２５、２５、２６、２６により被覆された状態となっている。
【００３１】
この構成により、実施例１と同様に、耐火性と強度を有した建築構造材、建築物の骨組み、建築物となる。
更に、この構成に係わる建築構造材２１は鉄骨部材２２が単純な形状の平坦な鋼板であり、実施例１のようにＨ型鋼のフランジ４が突出していないため、木質部材２５、２６を鉄骨部材２２の形状に合わせて加工する際、断面矩形を単純な形状とすることができ加工が容易である。そのため、事前加工に要する手間が削減され、全体として比較的安価にて製作することが可能である。
【００３２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のことより、本発明の建築構造材、建築物の骨組み又は建築物として使用することによって、優れた耐火性能、強度を有する。また、耐火被覆材である木質部材が表面にくるため、住宅、寺社、劇場等の内部仕上げとして木質デザインの好まれる建築構造材又は建築物の骨組み又は建築物に対しての利用が有効である。また、工場での耐火被覆施工が可能なため、現場加工が少ない。また、耐火被覆材である木質部材を仕上げ材として利用することで、仕上げ材の施工も必要としないため工期短縮と施工費用の削減が可能である。更に、床板の施工に際しても耐火被覆材である木質部材に、合板やパーティクルボードを直接ビスや釘で固定することが可能であり施工が容易であり、現場施工の工数削減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係わる建築構造材の実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】図１の、II―II線における断面図である。
【図３】本発明に係わる建築構造材での他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係わる建築構造材を使用した骨組みの模式図である。
【図５】本発明に係わる建築構造材を使用した建築物の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１            建築構造材
２            鉄骨部材（Ｈ型鋼）
３            ウェブ
４            フランジ
５、２５      木質部材
６、２６      木質部材
７、２７      ボルト
８、２８      ナット
９            接着剤
１０、３０      ビス
１１            鉄骨部材２の両端部
１２、３２      鉄骨部材に設けた連結孔
１３、３３      木質部材に設けた連結孔
１４            ボルト頭
１５            座彫加工
２１            建築構造材
２２            鉄骨部材（鋼板）
Ａ            建築物の骨組み
Ｂ            建築物
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006089999.tif 000005
【図４】
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【図５】
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