(57)【要約】【課題】変色部分や温度上昇があった部分の領域を、容易に且つ精度良く算定して、木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力等の耐力を、効率良く解析できる木製軸組部材の耐力解析方法を提供する。【解決手段】画像解析プログラムが組み込まれたコンピュータ１１による耐力解析方法であって、ディスプレイ１４上の木製軸組部材の燃焼後の断面２０の画像に対して、当該断面２０における炭化した部分２０ａをなぞってゆくことで、燃焼時の加熱で保有耐力が低減した木製軸組部材の燃焼後の耐力を解析する耐力解析ステップＳ4を含んでいる。耐力解析ステップＳ4では、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、燃焼後の断面２０とが重なる重なり部分２３ａ，２３ｂを算定し、この重なり部分２３ａ，２３ｂの保有耐力は、燃焼時の加熱で低減しているとして、ヤング係数に低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数を用いて解析する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像解析プログラムが組み込まれたコンピュータによって、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力を解析する耐力解析方法であって、
燃焼後の前記木製軸組部材の断面の画像を、反対色となる背景と共に読み込む画像読込みステップと、
前記背景と共に読み込まれてディスプレイ上に表示された前記木製軸組部材の断面の画像を、ディスプレイ上に設定された基準枠内に、基準枠内の縮尺と合致させた状態で配置する画像配置ステップと、
ディスプレイ上の前記基準枠内に配置された前記木製軸組部材の断面の画像に対して、当該断面における炭化した部分をなぞってゆくことで、燃焼時の加熱によって保有耐力が低減した部分を含む前記木製軸組部材について、燃焼後の耐力を解析する耐力解析ステップとを含んで構成されており、
該耐力解析ステップでは、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、前記木製軸組部材の断面とが重なる断面領域である重なり部分を算定し、この重なり部分の保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減しているとして、ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数を用いて解析することにより、前記木製軸組部材の燃焼後の耐力を算出する木製軸組部材の耐力解析方法。
【請求項２】
前記画像配置ステップでディスプレイ上の前記基準枠内に配置された前記木製軸組部材の断面の画像に対して、画像処理を行って、背景を除いた前記木製軸組部材の断面をディスプレイ上に表示する断面抜取り表示ステップと、
該断面抜取り表示ステップでディスプレイ上に表示された前記木製軸組部材の断面において、前記耐力解析ステップで算定された前記重なり部分を表示する耐力低減部表示ステップとを含む請求項１記載の木製軸組部材の耐力解析方法。
【請求項３】
前記耐力解析ステップでは、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする、第１の半径の円の軌跡による領域と、前記木製軸組部材の断面とが重なる第１重なり部分を算定すると共に、第１の半径よりも大きな第２の半径の円の軌跡による領域と、前記木製軸組部材の断面とが重なる第２重なり部分を算定し、これらの部分の保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減したとして、ヤング係数に第１の低減係数又は第２の低減係数を掛け合わせた前記想定ヤング係数を用いて解析することにより、前記木製軸組部材の燃焼後の耐力を算出する請求項１又は２に記載の木製軸組部材の耐力解析方法。
【請求項４】
前記第１の半径は５ｍｍであり、前記第２の半径は３０ｍｍであり、前記第１の低減係数は０．５であり、前記第２の低減係数は０．８である請求項３に記載の木製軸組部材の耐力解析方法。
【請求項５】
前記耐力解析ステップにおいて、保有耐力が低減した部分を含む燃焼後の前記木製軸組部材の断面に対して、等価断面中立軸を算定する中立軸算定ステップを含む請求項１〜４のいずれか１項記載の木製軸組部材の耐力解析方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の木製軸組部材の耐力解析方法における各ステップを、コンピュータに実行させる木製軸組部材の耐力解析プログラム。
【請求項７】
請求項６記載の木製軸組部材の耐力解析プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木製軸組部材の耐力解析方法に関し、特に、画像解析プログラムが組み込まれたコンピュータによって、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力を解析する木製軸組部材の耐力解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木材は、その表面が着火・炭化すると、燃焼部分に炭化層が形成される。この炭化層は、木材の燃焼に必要な酸素の供給を遮断すると共に、炭化層の内側にある健全部分を高温加熱から守る断熱性を備えることになる。また、木材自体の熱伝導率は、例えばコンクリートの約１／１０と小さく、木材は気乾状態でもかなりの量の水を含んでいることから、断面がある程度大きい木材では、燃焼がその深部まで及ぶにはかなりの時間を要することになる。
【０００３】
さらに、木材は、その表面が一定の加熱を受けたときに、内部の温度上昇が表面側から中心側に向けて小さくなるようにバラツクことが判明しており、また内部の温度上昇に伴って構造耐力が低下することも判明している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、例えば木造耐力壁の防耐火性能の評価は、例えば１階分の高さの試験用壁体に所定の荷重を載荷した状態で耐火加熱し、所定の時間、遮熱性、遮炎性及び非損傷性が、夫々の許容限界を超えないかどうかを確認することによって行われているが（実大載荷加熱試験）、このような耐火加熱試験を行う施設を設けることのできる地域が限られるうえに、その費用や労力の負担も大きいことから、小規模な実験や計算等によって防耐火性能を効果的に予測できるようにすることが望まれている。
【０００５】
そして、例えば軸組木造建築物の壁の防耐火性能は、遮熱性、遮炎性及び非損傷性のうち、特に非損傷性に支配されるものと考えられており、また例えば軸組木造真壁の非損傷性は、火炎加熱による柱の座屈に支配されると考えられることから、柱のみを試験体とする圧縮試験によって防耐火性能を予測する方法が検討されている。このような方法として、例えば木造真壁の耐火加熱時の非損傷性について予想される、耐火加熱後の力学的状態を再現した柱の試験体を作成すると共に、作成した試験体に対する圧縮実験によって得られた結果から、オイラーの座屈荷重式に一定の係数をかけることで、下記の式（１）によって、防火３０分や準耐火４５分の真壁柱の座屈荷重を予測する方法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
しかしながら、非特許文献２の木造真壁の耐火性能予測では、例えば加熱後４５分の炭化深さを３０ｍｍと仮定し、加熱面正面と両側面の３方向からその炭化深さ分の断面を削ると共に、燃焼している柱内部の温度分布を、炭化端（未炭化の加熱側最外部）からの深さ毎に設定し、設定された温度分布の等温線で囲まれた各範囲でのヤング係数残存率を各断面の断面積の減少分に置き換えて、柱の燃えこみを想定した試験体の断面設計を行うようになっているが、このように柱の燃えこみを想定した断面について予測計算をしても、実際の実大載荷加熱試験において想定したものとは異なる燃えこみが柱に生じた場合には、試験結果が合格であれ不合格であれ、予測が正しかったかどうかの判断がつき難い。また、計算の最初に耐火加熱時の燃えこみの状態を想定するときは、炭化位置や温度上昇位置を単純化すると共に、安全をみて不利側のモデルに設定することが常であったため、仕様の実力値が分かり難く、また精度の良い非損傷性の検証を行うことが難しかった。
【０００８】
これに対して、本願出願人は、実大載荷加熱試験を行うことなく、木製軸組部材を構成する木材の試験体について小規模な燃焼試験を行うだけで、精度の良い非損傷性の検証を効率良く行うことのできる木製軸組部材の非損傷性検証方法を開発している（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
特許文献１の木製軸組部材の非損傷性検証方法は、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の非損傷性を検証するためのものであり、木製軸組部材の原材料の木材に対して加熱実験を行って、所定の温度における木材の変色状況を予め把握しておき、木製軸組部材の原材料の木材における内部温度の上昇と構造耐力の低下との相関関係を予め把握しておき、木製軸組部材を構成する木材の試験体について燃焼試験を行った後、該試験体の所定の断面において、炭化部分を除くと共に、測定された木材の変色部分から温度上昇範囲を設定し、上述の相関関係から内部温度の上昇による構造耐力の低下を考慮して、木製軸組部材の燃焼後の非損傷性を検証するようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「木造建築の防火設計」中村覧一・山田誠著、１９９８年１０月、産調出版発行
【非特許文献２】「木造真壁の耐火性能予測」清水真理子他、日本建築学会構造系論文集第６１１号Ｐ１６５−１７０、２００７年１月、社団法人日本建築学会発行
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５２４２５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１の木製軸組部材の非損傷性検証方法では、燃焼試験を行った後の試験体の所定の断面において、温度上昇範囲を設定するための変色部分の領域や、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分の領域を特定する作業は、主に手作業によって行われている。このため、同じ断面形状の木製軸組部材であっても、燃焼時の燃えこみの状態によって、炭化した部分の形状は個々の木製軸組部材で異なっていることから、各々の木製軸組部材について、変色部分の領域や、温度上昇があったと考えられる部分の領域を、手作業によって精度良く特定する作業に、多くの手間を要することになる。
【００１３】
本発明は、木製軸組部材の燃焼後の断面において、多くの手間を要することなく、温度上昇範囲を設定するための変色部分の領域や、温度上昇があったと考えられる部分の領域を、容易に且つ精度良く算定することを可能にして、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力を、効率良く解析することのできる木製軸組部材の耐力解析方法、耐力解析プログラム、及び該解析プログラムを格納した記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、画像解析プログラムが組み込まれたコンピュータによって、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力（座屈耐力や曲げ耐力を含む）を解析する耐力解析方法であって、燃焼後の前記木製軸組部材の断面の画像を、反対色（補色や黒色を含む）となる背景と共に読み込む画像読込みステップと、前記背景と共に読み込まれてディスプレイ上に表示された前記木製軸組部材の断面の画像を、ディスプレイ上に設定された基準枠内に、基準枠内の縮尺と合致させた状態で配置する画像配置ステップと、ディスプレイ上の前記基準枠内に配置された前記木製軸組部材の断面の画像に対して、当該断面における炭化した部分をなぞってゆくことで、燃焼時の加熱によって保有耐力が低減した部分を含む前記木製軸組部材について、燃焼後の耐力を解析する耐力解析ステップとを含んで構成されており、該耐力解析ステップでは、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、前記木製軸組部材の断面とが重なる断面領域である重なり部分を算定し、この重なり部分の保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減しているとして、ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数を用いて解析することで、前記木製軸組部材の燃焼後の耐力を算出する木製軸組部材の耐力解析方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１５】
そして、本発明の木製軸組部材の耐力解析方法は、前記画像配置ステップでディスプレイ上の前記基準枠内に配置された前記木製軸組部材の断面の画像に対して、画像処理を行って、背景を除いた前記木製軸組部材の断面をディスプレイ上に表示する断面抜取り表示ステップと、該断面抜取り表示ステップでディスプレイ上に表示された前記木製軸組部材の断面において、前記耐力解析ステップで算定された前記重なり部分を表示する耐力低減部表示ステップとを含んでいることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の木製軸組部材の耐力解析方法は、前記耐力解析ステップでは、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする、第１の半径の円の軌跡による領域と、前記木製軸組部材の断面とが重なる第１重なり部分を算定すると共に、第１の半径よりも大きな第２の半径の円の軌跡による領域と、前記木製軸組部材の断面とが重なる第２重なり部分を算定し、これらの部分の保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減したとして、ヤング係数に第１の低減係数又は第２の低減係数を掛け合わせた前記想定ヤング係数を用いて解析することにより、前記木製軸組部材の燃焼後の耐力を算出するようになっていることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の木製軸組部材の耐力解析方法は、前記第１の半径が５ｍｍであり、前記第２の半径が３０ｍｍであり、前記第１の低減係数が０．５であり、前記第２の低減係数が０．８であることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、本発明の木製軸組部材の耐力解析方法は、前記耐力解析ステップにおいて、保有耐力が低減した部分を含む燃焼後の前記木製軸組部材の断面に対して、等価断面中立軸を算定する中立軸算定ステップを含んでいることが好ましい。
【００１９】
また、本発明は、上述の木製軸組部材の耐力解析方法における各ステップを、コンピュータに実行させる木製軸組部材の耐力解析プログラムを提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００２０】
さらに、本発明は、上述の木製軸組部材の耐力解析プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の木製軸組部材の耐力解析方法、木製軸組部材の耐力解析プログラム、又は該解析プログラムを格納した記憶媒体によれば、木製軸組部材の燃焼後の断面において、多くの手間を要することなく、温度上昇範囲を設定するための変色部分の領域や、温度上昇があったと考えられる部分の領域を、容易に且つ精度良く算定することを可能にして、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力を、効率良く解析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好ましい一実施形態に係る木製軸組部材の耐力解析方法を実施するためのコンピュータを含むコンピュータシステムを説明するシステム構成図である。
【図２】本発明の好ましい一実施形態に係る木製軸組部材の耐力解析方法の各ステップを説明するフローチャートである。
【図３】反対色となる背景と共に撮影された燃焼後の木製軸組部材の断面の撮影画像である。
【図４】画像読込みステップで読み込まれた木製軸組部材の断面の画像を説明するディスプレイ上の表示図である。
【図５】画像配置ステップを説明するディスプレイ上の表示図である。
【図６】断面抜取り表示ステップを説明するディスプレイ上の表示図である。
【図７】耐力解析ステップにおいて、木製軸組部材の断面の画像に対して炭化した部分をなぞってゆく状況を説明するディスプレイ上の表示図である。
【図８】耐力低減部表示ステップを説明するディスプレイ上の表示図である。
【図９】中立軸算定ステップを説明するディスプレイ上の表示図である。
【図１０】耐力解析ステップにおけるサブステップを説明するフローチャートである。
【図１１】木製軸組部材の原材料の木材における内部温度の上昇と、構造耐力（残存耐力）の低下との相関関係を説明するチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい一実施形態に係る木製軸組部材の耐力解析方法は、例えば図１に示すような、データベース１２を備えるコンピュータ１１を含むコンピュータシステム１０を用いて実施される。本実施形態の耐力解析方法は、上述の特許文献１に記載の木製軸組部材の非損傷性検証方法によって、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力として、特に座屈耐力を解析する際に、採取された木製軸組部材の燃焼後の断面に対して、多くの手間を要することなく、温度上昇範囲を設定するための変色部分の領域や、温度上昇があったと考えられる部分の領域を、容易に且つ精度良く算定きるようにするための方法として採用されたものである。
【００２４】
ここで、コンピュータシステム１０を構成するコンピュータ１１は、データベース１２を備えるコンピュータとして公知のものであり、データベース１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ、記憶手段、入力手段、表示手段、出力手段等を備えている。
【００２５】
コンピュータ１１のＣＰＵは、ＲＯＭに組み込まれた制御プログラムに従って、ＲＡＭをワークエリアとして使用しながら、データベース１２の全体の動作を制御する。また、ＣＰＵは、各種のデータ解析用プログラムやその他のコンピュータプログラムがハードディスクに組み込まれていることにより、後述するように、木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力の解析や、その他の種々の処理を行うことができるようになっている。データベース１２の記憶手段は、例えばデジタルカメラやスキャナー等の撮影手段を用いて撮影された画像データを、データ記憶部１３に記憶させると共に、記憶させた画像データを読み出させて、データの解析やその他の処理に供することができるようになっている。コンピュータ１１は、ディスプレイからなる表示部１４や、プリンタからなる印刷部１５や、キーボードやマウスからなる入力部１６等と接続している。
【００２６】
本実施形態では、コンピュータ１１のＣＰＵには、データ解析用プログラムとして、公知の画像解析プログラムを含む後述する耐力解析プログラムが組み込まれている。これによって、データ記憶部１３に記憶された、反対色となる背景２１を含む燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像データ（図３参照）を用いて、各種の解析を行うことができるようになっている。
【００２７】
そして、本実施形態の木製軸組部材の耐力解析方法は、画像解析プログラムが組み込まれたコンピュータ１１によって、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の耐力として例えば座屈耐力を解析する耐力解析方法であって、図２に示すように、燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像（図３参照）を、反対色（（補色や黒色を含む）となる背景２１と共に読み込む画像読込みステップＳ1（図４参照）と、背景２１と共に読み込まれてディスプレイ１４上に表示された木製軸組部材の断面２０の画像を、ディスプレイ１４上に設定された基準枠１７内に、基準枠１７内の縮尺と合致させた状態で配置する画像配置ステップＳ2（図５参照）と、ディスプレイ１４上の基準枠１７内に配置された木製軸組部材の断面２０の画像に対して、当該断面２０における炭化した部分２０ａをなぞってゆくことで、燃焼時の加熱によって保有耐力が低減した部分を含む木製軸組部材について、燃焼後の例えば座屈耐力を解析する耐力解析ステップＳ4（図７参照）とを含んで構成されている。耐力解析ステップＳ4では、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、燃焼後の木製軸組部材の断面２０とが重なる断面領域である重なり部分２３ａ，２３ｂを算定し（図８参照）、この重なり部分２３ａ，２３ｂの保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減しているとして、ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数を用いて解析することにより、木製軸組部材の燃焼後の耐力を算出するようになっている。
【００２８】
また、本実施形態の木製軸組部材の耐力解析方法は、画像配置ステップＳ2でディスプレイ１４上の基準枠１７内に配置された木製軸組部材の断面２０の画像に対して、画像処理を行って、背景２１を除いた木製軸組部材の断面２０をディスプレイ１４上に表示する断面抜取り表示ステップＳ3（図６参照）と、この断面抜取り表示ステップＳ3でディスプレイ１４上に表示された木製軸組部材の断面２０において、耐力解析ステップＳ4で算定された重なり部分２３ａ，２３ｂを表示する耐力低減部表示ステップＳ5（図８参照）とを含んでいる。
【００２９】
本実施形態では、コンピュータ１１に組み込まれた画像解析プログラムや、耐力解析プログラムを起動させるのに先立って、画像データを作成可能な公知のデジタルカメラやスキャナー等を撮影手段として用いて、図３に示すように、採取された燃焼後の木製軸組部材の断面２０を、反対色となる背景２１と共に撮影する。すなわち、燃焼後の木製軸組部材の所定の断面２１を、例えば背景となる淡い青色のバックと共に撮影する。また、本実施形態では、画像配置ステップＳ2でディスプレイ１４上に設定される好ましくは正方形の基準枠１７と同様の大きさの、一辺の長さが明らかな正方形の配置枠２２を、木製軸組部材の断面を囲う位置に配設した状態で、この配置枠２２及び背景２１と共に、木製軸組部材の断面２０を撮影するようになっている。撮影手段によって得られた木製軸組部材の断面２０の画像データは、有線又は無線の通信回線や外部記憶媒体を介して、画像読込みステップＳ1においてコンピュータ１１に読み込まれるようになっている。
【００３０】
画像読込みステップＳ1では、画像解析プログラムや耐力解析プログラムを起動させた後に、デジタルカメラやスキャナー等の撮影手段を用いて撮影された、配置枠２２や背景２１を含む燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像データを、有線又は無線の通信回線や外部記憶媒体を介して、コンピュータ１１に読み込む。読み込まれた燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像データは、データ記憶部１３に記憶されると共に、図４に示すように、ディスプレイ１４上に表示される。ディスプレイ１４上に表示された燃焼後の木製軸組部材の断面２０に対して、キーボードやマウスからなる入力部１６を用いて、後述する操作を行うことにより、耐力解析ステップＳ4において、木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力が算出される。
【００３１】
画像配置ステップＳ2では、図５に示すように、耐力解析プログラムの機能によって、ディスプレイ１４上に例えば一辺の長さが明らかな正方形の基準枠１７を設定して表示する。また、画像読込みステップＳ1で読み込まれてディスプレイ１４上に表示された燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像データを、配置枠２２が基準枠１７にぴったりと重なるように位置やサイズを調整することによって、断面２０の画像が基準枠１７の略中央に表示されるよう位置合わせする。これによって、ディスプレイ１４上に表示された燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像の縮尺が、基準枠１７の内部の縮尺と合致することになる。
【００３２】
ここで、ディスプレイ１４上に設定される基準枠１７は、正方形やその他の形状の枠を画面上に表示して設ける必要は必ずしもなく、ディスプレイ１４の画面の全体を所定の縮尺に設定して、当該画面の全体を基準枠１７とすることもできる。この場合に、例えば両端の２点間の長さや形状が既知の基準線分を、ディスプレイ１４上に設定して表示すると共に、燃焼後の木製軸組部材の断面２０を、基準線分と同様の長さや形状の線分と共に撮影して、画像データを作成し、このような画像データを表示したディスプレイ１４上で、撮影された線分が基準線分にぴったりと重なるように画像データの位置やサイズを調整することによって、ディスプレイ１４の画面の全体による基準枠１７の縮尺と、燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像の縮尺とを合致させることが可能になる。
【００３３】
また、本実施形態の木製軸組部材の座屈耐力解析方法は、断面抜取り表示ステップＳ3を含んでおり、この断面抜取り表示ステップＳ3は、耐力解析ステップＳ4に先立って行われるようになっている。すなわち、断面抜取り表示ステップＳ3では、反対色となる背景２１と共に読み込まれた燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像データに対して、画像解析プログラムの機能によって、例えば二値化処理を施すことで、図６に示すように、燃焼後の木製軸組部材の断面２０のみを抽出した抜取り画像２０’を、容易に得ることができる。抽出した燃焼後の木製軸組部材の断面２０の抜取り画像２０’は、好ましくは二値化処理を行う前の画像データと共に、ディスプレイ１４上に表示することができるようになっている。
【００３４】
断面抜取り表示ステップＳ3でディスプレイ１４上に表示された、燃焼後の木製軸組部材の断面２０のみを抽出した抜取り画像２０’には、耐力解析ステップＳ4において、二値化処理を行う前の燃焼後の木製軸組部材の断面２０の画像データについて、炭化した部分２０ａをなぞり線２４によってなぞって行くのに伴って、図７に示すように、なぞられた部分のなぞり線２４’を、同じように表示してゆくことができる。また、燃焼後の木製軸組部材の断面２０のみを抽出した抜取り画像２０’において、炭化した部分２０ａ’をなぞり線２４’によってなぞって行くこともできる。
【００３５】
また、本実施形態では、例えば炭化した部分２０ａ，２０ａ’をなぞって行く操作を終了して、例えばディスプレイ１４上の「設定完了」の部分をクリックすることにより、耐力低減部表示ステップＳ5によって、耐力解析ステップＳ4で算定された、炭化した部分２０ａ，２０ａ’をなぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面２０，２０ａ’とが重なる断面領域である重なり部分２３ａ，２３ｂを、図８に示すように、抜取り画像２０’に色分けした状態で表示できるようになっている。
【００３６】
本実施形態では、後述するように、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする、第１の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面２０とが重なる第１重なり部分２３ａとして算定された変色部分と、第１の半径よりも大きな第２の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面とが重なる第２重なり部分２３ｂとして算定された、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分とが、色分けされた状態で表示されるようになっている。
【００３７】
そして、本実施形態では、耐力解析ステップＳ4において、ディスプレイ１４上の基準枠１７内に配置された木製軸組部材の断面２０の画像に対して、当該断面２０における炭化した部分をなぞってゆくことで、燃焼時の加熱によって保有耐力が低減した部分を含む木製軸組部材について、燃焼後の例えば座屈耐力を解析する。すなわち、耐力解析ステップＳ4では、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、燃焼後の木製軸組部材の断面２０とが重なる断面領域である重なり部分２３ａ，２３ｂを算定し（図８参照）、この重なり部分２３ａ，２３ｂの保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減しているとして、ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数を用いて解析することにより、木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力を算出するようになっている。
【００３８】
本実施形態では、耐力解析ステップＳ4は、図１０に示すように、サブステップとして、温度分布設定ステップＳ4ａと、強度分布設定ステップＳ4ｂと、等価断面算出ステップＳ4ｃと、被損傷性検証ステップＳ4ｄと、中立軸算定ステップＳ4ｅとを含んで構成されており、これらの各サブステップによって、燃焼時の加熱によって保有耐力が低減した部分を含む木製軸組部材について、燃焼後の例えば座屈耐力を解析することができるようになっている。これらのサブステップは、コンピュータ１１に組み込まれた耐力解析プログラムによって実施される。
【００３９】
温度分布設定ステップＳ4ａでは、ディスプレイ１４上の基準枠１７内に配置された木製軸組部材の断面２０，２０’の画像に対して、当該断面２０，２０’における炭化した部分２０ａ，２０ａ’をなぞってゆくことで、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面２０，２０’とが重なる断面領域である重なり部分２３ａ，２３ｂを算定する。
【００４０】
ここで、本実施形態では、上述の特許文献１に記載されるように、例えば木製軸組部材を構成する木材の試験体について燃焼試験を行うのに先立って、木製軸組部材の原材料の木材に対して加熱実験を行って、所定の温度における木材の変色状況を予め把握しておく。すなわち、柱の原材料の木材として、好ましくはヒノキ、スギ、ベイマツ、又はＳＦＰを、例えば巾１０５ｍｍ、厚さ５２ｍｍ、長さ５００ｍｍ程度の変色試験体として裁断して、例えば電気炉の内部に配置し、例えば１００℃、１５０℃、１８０℃、２２０℃、及び２５０℃の温度で、各々加熱温度と木材温度とが等しくなるまで例えば２〜７時間程度加熱して変色させた後に、電気炉から取り出す。取り出したこれらの変色試験体は、後述する燃焼試験を行った後の試験体の所定の断面において、変色部分から温度上昇範囲を設定する際の色見本として使用する。
【００４１】
また、本実施形態では、例えば木製軸組部材を構成する木材の試験体について燃焼試験を行うのに先立って、木製軸組部材の原材料の木材における内部温度の上昇と、構造耐力の一要因として、例えばヤング係数の低下との相関関係を予め把握しておく。このよう木材における内部温度の上昇とヤング係数の低下との相関関係は、例えば上述の非特許文献１の記載内容から容易に把握することができる。例えば上述の非特許文献１の第４０頁の表３−３に記載された弾性係数（ヤング係数）と破壊荷重の残存率（％）の結果から、図１１に示すような内部温度と残存耐力との関係を得ることができる。
【００４２】
そして、図１１に示す内部温度と残存耐力との関係から、図１１に示す近似線を描くことができ、またこれによって、表１に示すような、断面位置とヤング係数との関係を得ることができる。
【００４３】
【表１】
2015090339.tif 000004
【００４４】
表１に示す断面位置とヤング係数との関係では、変色部分（炭化はしていないが、健全部分との色の差異が認められる部分。上述の変色試験体による色見本によれば、例えば目視で判別がつく変色はおよそ１５０〜１８０℃の範囲で発生し、往々にして黄色や茶褐色を有している。）は、炭化端（炭化部分の炭を落とした断面縁）から０〜５ｍｍの領域となっている。この領域では、想定される残存耐力は５０％に低減しており、想定されるヤング係数（ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数）は、０．５Ｅとなっている。
【００４５】
また、上述の非特許文献１により、木材が一定時間、加熱を受けた時の内部温度のバラツキの状況はわかっていて、例えばＩＳＯ８３４の標準加熱曲線に準拠した加熱を直接３０〜４５分受けると、炭化端から変色部分を含めたおよそ３０ｍｍ以内の領域で温度上昇が認められ、炭化端に近いほどその値は大きくなっている。この領域のうち、変色部分を除いた部分は、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分である、この炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分では、残存耐力は８０％に低減しており、想定されるヤング係数（ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数）は、０．８Ｅとなっている。
【００４６】
したがって、本実施形態では、木製軸組部材の断面２０との重なり部分２３ａ，２３ｂを算定するための、なぞり点を中心とする所定の半径として、上述の変色部分に対応する５ｍｍの第１の半径と、上述の炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分に対応する３０ｍｍの第２の半径とを用いている。そして、例えばディスプレイ１４上のポインターにより炭化した部分２０ａ，２０ａ’の炭化端をなぞってゆくことで、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする、５ｍｍの第１の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面２０とが重なる断面領域である変色部分が、コンピュータ１１に組み込まれた画像解析プログラムによる所定の計算式によって、第１重なり部分２３ａとして自動的に算定される。また第１の半径よりも大きな３０ｍｍの第２の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面２０とが重なる断面領域である、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分が、コンピュータ１１に組み込まれた画像解析プログラムによる所定の計算式によって、第２重なり部分２３ｂとして自動的に算定される。これらの重なり部分２３ａ，２３ｂは、上述の耐力低減部表示ステップＳ5によって、ディスプレイ１４上に表示された抜取り画像２０’に、第１重なり部分２３ａや第２重なり部分２３ｂとして、色分けした状態で表示されるようになっている（図８）。
【００４７】
ここで、例えばディスプレイ１４上のポインターによって炭化した部分２０ａ，２０ａ’の炭化端をなぞってゆく際に、炭化端よりも断面２０，２０’の内側にずれた部分をなぞって行かないように注意する必要がある。すなわち、第１の半径の円による軌跡や、第２の半径の円による軌跡は、木製軸組部材の断面２０と重なる断面領域の内側縁部を画定するものであり、炭化端よりもの内側にずれた部分をなぞって行くと、その分、木製軸組部材の断面２０と重なる断面領域を内側に広く拾ってゆくことになる。このため、変色部分や、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分を、精度良く算定することができなくなる。これに対して、炭化端よりもの外側にずれた部分をなぞった場合には、炭化端に沿って再度なぞり直すことで、木製軸組部材の断面２０と重なる断面領域の内側縁部を修正して画定し直すことができるので、変色部分や、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分を、精度良く算定すること可能になる。
【００４８】
耐力解析ステップＳ4の強度分布設定ステップＳ4ｂでは、温度分布設定ステップＳ4ａで算定された、変色部分や、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分の温度分布と、木製軸組部材を構成する木材の高温時強度とを照合して、強度分布を設定する。すなわち、上述の非特許文献１から得られた図１１に示す内部温度と残存耐力との関係によれば、木材は温度上昇に伴ってその構造耐力が低下することは明らかであり、これを温度分布設定ステップＳ4ａで設定した温度上昇範囲と合わせることで、燃焼後の木製軸組部材の断面２０内の強度分布を設定することが可能になる。
【００４９】
耐力解析ステップＳ4の等価断面算出ステップＳ4ｃでは、燃焼後の木製軸組部材の断面２０内の変色部分や、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分の強度の低下を、断面積の低下に置き換えて積算することにより、等価断面を算出する。ここで、材料の強度は、一般的に弾性係数（ヤング係数）Ｅと断面二次モーメントＩを使用した剛性ＥＩで表され、例えばオイラーの長柱の座屈荷重式においても、座屈荷重式はＥＩに比例しているため、非損傷性はこのＥＩの大きさによって評価することができる。したがって、上述のように、変色部分である第１重なり部分２３ａの、ヤング係数Ｅに所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数は０．５Ｅであり、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分である第２重なり部分２３ｂの、ヤング係数Ｅに所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数は０．８Ｅであることから、これらの想定ヤング係数を用いて解析することにより、コンピュータ１１に組み込まれた画像解析プログラムによる所定の計算式によって、木製軸組部材の燃焼後の例えば座屈耐力を容易に算出することが可能になる。
【００５０】
また、矩形断面では、剛性ＥＩ＝Ｅｂｈ3／１２（ｂ＝弱軸方向の幅、ｈ＝強軸方向の幅）であり、全ての断面は微小な矩形断面の集まりと考えると、各微小断面で温度上昇により減少した想定ヤング係数はそれぞれの断面積ｂｈの減少に置き換えることができる。このようにして温度上昇により強度低下した断面部分については、その断面積を減少させて積算すると、力学的に等価な等価断面を得ることが可能になる。
【００５１】
耐力解析ステップＳ4の被損傷性検証ステップＳ4ｄｃでは、等価断面の断面二次モーメントに基づいて非損傷性の検証を行う。すなわち、等価断面の断面二次モーメントＩtを算出して、その大きさや、中立軸と載荷点との離隔距離、縁応力度等の関係から、多様な部材の非損傷性を評価することが可能になる。なお、木造真壁造の防火構造３０分や準耐火構造４５分については、上述の式（１）の予測式が存在するため、50%ＩkにＩtを入力することにより、直接、加熱中に耐えうる木製軸組部材の座屈荷重を知ることが可能になる。
【００５２】
耐力解析ステップＳ4の中立軸算定ステップＳ4ｅでは、耐力解析ステップＳ4の等価断面算出ステップＳ4ｃで得られた燃焼後の木製軸組部材の等価断面に対して、コンピュータ１１に組み込まれた画像解析プログラムによる所定の計算式が実行されて、弱軸方向における等価断面中立軸２５ａが算定される。算定された等価断面中立軸２５ａは、図９に示すように、例えば燃焼後の木製軸組部材の断面２０’のみを抽出した抜取り画像に重ねて、弱軸方向における全残存価断面中立軸２５ｂと共に表示される。
【００５３】
以上の耐力解析ステップＳ4の各サブステップは、例えばディスプレイ１４上の「予測座屈荷重算出」の部分をクリックすることによって、実行されるようになっている。
【００５４】
そして、上述の構成を備える本実施形態の木製軸組部材の耐力解析方法によれば、木製軸組部材の燃焼後の断面２０において、多くの手間を要することなく、温度上昇範囲を設定するための変色部分の領域や、温度上昇があったと考えられる部分の領域を、容易に且つ精度良く算定することを可能にして、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力等の耐力を、効率良く解析することが可能になる。
【００５５】
すなわち、本実施形態の木製軸組部材の耐力解析方法は、画像解析プログラムが組み込まれたコンピュータ１１によって実施され、ディスプレイ１４上に配置された木製軸組部材の断面２０の画像の炭化した部分２０ａをなぞってゆくことで、燃焼時の加熱によって保有耐力が低減した部分を含む木製軸組部材について、燃焼後の耐力を解析する耐力解析ステップＳ4を含んでおり、この耐力解析ステップＳ4では、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする所定の半径の円の軌跡による領域と、燃焼後の木製軸組部材の断面２０とが重なる断面領域である重なり部分２３ａ，２３ｂを算定し（図８参照）、この重なり部分２３ａ，２３ｂの保有耐力は、燃焼時の加熱によって低減しているとして、ヤング係数に所定の低減係数を掛け合わせた想定ヤング係数を用いて解析することにより、木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力等の耐力を算出するようになっている。
【００５６】
したがって、本実施形態によれば、木製軸組部材の断面２０の画像の炭化した部分２０ａをなぞってゆくだけの簡単な操作によって、変色部分である、なぞりながら移動するなぞり点を中心とする第１の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面２０とが重なる第１重なり部分２３ａや、炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分である、第２の半径の円の軌跡による領域と、木製軸組部材の断面とが重なる第２重なり部分２３ｂを自動的に容易に算定することができるので、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の座屈耐力等の耐力を、効率良く解析することが可能になる。
【００５７】
また、本実施形態の木製軸組部材の耐力解析方法は、上述の各ステップをコンピュータに実行させる木製軸組部材の耐力解析プログラムによって、容易に実施することができる。
【００５８】
さらに、木製軸組部材の耐力解析プログラムは、当該耐力解析プログラムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体を介して、コンピュータに容易に組み込むことができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、本発明の木製軸組部材の耐力解析方法は、断面抜取り表示ステップや耐力低減部表示ステップや中立軸算定ステップを含んでいる必要は必ずしも無い。また、第１の半径の円による第１重なり部分及び第２の半径の円による第２重なり部分の双方を算定する必要は必ずしも無く、いずれか一方のみを算定して木製軸組部材の燃焼後の耐力を算出することもできる。なぞりながら移動するなぞり点を中心とする円の半径は、５ｍｍや３０ｍｍである必要は必ずしもなく、ヤング率の低減係数は、０．５や０．８である必要は必ずしもない。本発明の耐力解析方法によって解析される耐力は、座屈耐力の他、柱、梁等の木製軸組部材の燃焼後の曲げ耐力等の、その他の燃焼後の木製軸組部材の耐力であっても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１０  コンピュータシステム
１１  コンピュータ
１２  データベース
１３  データ記憶部
１４  ディスプレイ（表示部）
１５  印刷部
１６  入力部
１７  基準枠
２０，２０’  燃焼後の木製軸組部材の断面
２０ａ，２０ａ’  炭化した部分
２１  背景
２２  配置枠
２３ａ  第１重なり部分（変色部分）
２３ｂ  第２重なり部分（炭化や変色はないが温度上昇があったと考えられる部分）
２４，２４’  なぞり線
２５ａ  等価断面中立軸
２５ｂ  全残存価断面中立軸
【図１】
2015090339.tif 000005
【図２】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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