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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2018 年 9 月

標準火災加熱を受ける構造用集成材の変形挙動および破壊時間 その１ 実験計画および載荷加熱実験方法
同 染谷 朝幸*4
正会員 ○馬場 重彰*1
2
同 金城 仁*5
同平島 岳夫*
同片岡 辰幸*3
同 山下 平祐*6
構造用集成材
スギ梁
カラマツ柱
変形挙動
破壊時間
載荷加熱実験
1.

研究目的

じた火災加熱を与え(加熱時間)，加熱時間後も載荷を継続

火災時の木質構造の倒壊防止を検討するには，建物のして加熱開始から最大 12 時間まで計測した。なお，加熱荷重を支持する柱・梁の火災時耐力の把握が必要である。 開始後 12 時間経過しても所定の荷重を支持していた試験
準耐火構造では，要求される火災継続時間に応じた炭化体は，その時点で漸増載荷(載荷速度はスギ梁では 2.3kN/深さを部材断面から減じて残りの未炭化部分で常温構造分，カラマツ柱では 20kN/分)して最大荷重を測定した。

設計を行う 1)ことで，火災発生から 1 時間位までは柱・梁の荷重支持能力が喪失しない対策がなされている。しかし，火災時には建物内部の可燃物が燃え尽きた後も，部

表 1 スギ梁の試験体一覧
加熱時間

断面(単位 mm)

材断面内部の温度は上昇する。木質材料による柱・梁で30 分

未炭化部分の温度が 100℃程度になると，その部分の強度が設計基準強度を下回り，燃えしろ設計された建物でも60 分倒壊する恐れがある 。そこで，木質構造で盛期火災に至

90 分

2)

420x210420x210600x360
600x360った際，火災加熱を受けた部材がいつまで荷重を支持し得るのか(破壊時間)を把握することは重要であり，部材の表2

火災時破壊時間を把握するには部材の変形挙動にくわえ，加熱時間

火災時における部材の断面内温度の経時変化・炭化深さ

30 分

要がある。
以上より，本研究では，大断面構造用集成材による

60 分

梁・柱の火災時変形挙動および破壊時間を把握するため，

90 分

ち，実験結果概要，変形挙動，破壊時間結果および本試

試験体②★
試験体④ 試験体⑤★
試験体⑦★
試験体⑧
★：内部温度測定試験体断面

長期許容荷重に対する比(荷重比)12/31/3300x300 試験体⑨★ 試験体⑩300x300 試験体⑪
試験体⑫ 試験体⑬★
450x450 試験体⑭
試験体⑮★
450x450 試験体⑯ 試験体⑰★ 試験体⑱★：内部温度測定試験体

加熱時間後の放冷過程を考慮した梁および柱の載荷加熱実験を実施した。本報その 1~5 では，それらの結果のう

試験体①
試験体③
試験体⑥

カラマツ柱の試験体一覧(単位 mm)および高温となった非炭化領域の残存強度を把握する必長期許容荷重に対する比(荷重比)12/31/33.

試験体
スギ梁試験体の断面は，せい 420 mm×幅 210 mm（ラ験体に対する変形挙動の数値解析結果を報告する。

ミナ厚さ 28 mm を 15 枚；以下，せい 420 梁）とせい 600

2.

mm×幅 360 mm（ラミナ厚さ 30 mm を 20 枚；以下，せい梁・柱の実験概要
梁についてはカラマツ構造用集成材を用いた先行研究600 梁）の 2 種類とした。対称異等級のスギ構造用集成材があるため 2)，スギ構造用集成材による梁（以下，スギ梁） (強度等級 E65-F225)で梁を構成し，レゾルシノール・フェノール樹脂系接着剤でラミナを接着した。梁試験体の全の載荷加熱実験を行った。一方，柱については，カラマツ構造用集成材による柱（以下，カラマツ柱）の載荷加長は 6 m である。ラミナのサンプル試験の平均値より，熱実験を行った。スギ梁およびカラマツ柱の試験体一覧

気乾密度は，せい 420 梁が 0.41 g/cm3，せい 600 梁が 0.39を表 1 および表 2 に示す。スギ梁試験体で計 3 体，カラg/cm3 であった。 含水率は，せい 420 梁が 12.8%，せいマツ柱試験体では計 4 体，断面内温度を計測した(炉内温600 梁では 9.8%であった。スギ梁上部には珪酸カルシウ

度，断面内温度および炭化性状結果は文献 3)を参照)。

ム板(厚さ 100mm，幅 650mm)を設置した。

載荷加熱実験の実験変数は，梁・柱ともに加熱時間(30カラマツ柱試験体の断面は正方形で，１辺の長さは 300分・60 分・90 分)・断面寸法(梁では 420x210・600x360，mm と 450 mm（以下，300 角と 450 角）の 2 種類とし，

柱 で は 300x300 ・ 450x450) ・ 長 期 許 容 荷 重 に 対 す る 比

両断面ともラミナの厚さを 30mm とした。同一等級のカ（1.0・2/3・1/3；以下，荷重比）とし，スギ梁試験では計ラ マ ツ 構 造 用 集 成 材 ( 強 度 等 級 E95-F315 ， ラ ミ ナ 等 級8 体，カラマツ柱試験では計 10 体の載荷加熱実験を実施

L100)で柱を構成し，その接着にはレゾルシノール・フェした。実験では，ISO834-1 の標準加熱温度時間曲線に準ノール樹脂系接着剤を用いた。柱試験体の全長は 3300mm

Deformation Behavior and Failure Time of Structural Glulam
Timbers Exposed to Standard Fire HeatingPart 1 Outline of this study and test setup

BABA Shigeaki, HIRASHIMA Takeo,
KATAOKA Tatsuyuki, SOMEYA Tomoyuki,
KINJO Hitoshi and YAMASHITA Heisuke― 251 ―

である。ラミナのサンプル試験の平均値より，気乾密度No.711,pp.831-840,2015.4

は 300 角柱が 0.58 g/cm ，450 角柱が 0.59 g/cm であった。 3)平島岳夫他：火災時における構造用集成材の断面内温含水率は 300 角柱が 11.6 %，450 角柱は 10.4 %であった。 度と炭化性状 その 1～4，平成 30 年度 日本火災学会研究発表会梗概集，2018.5（投稿中）
4. 載荷加熱試験および計測方法
33

スギ梁試験の載荷加熱試験方法を図 1 に示す。スギ梁の実験はベターリビングの床・梁炉を使用した。支点間距離は 5.4 m，加熱長さは約 4 m である。力学的境界条件
は支点をピン・ローラーとする単純支持および載荷点をピンとして，3 等分 2 線荷重により載荷をおこなう。同図に示す通り，オイルジャッキにより載荷し，ロードセルにより荷重を制御した。荷重比 1 でのロードセルの荷重は自重を考慮し，せい 420 梁では 52.1kN，せい 600 梁では 176.1kN である。試験体中央，載荷点および支持点に変位計を設置し，支持点位置の変位を差し引くことで，試験体のたわみを算出した。加熱時間終了後は，炉蓋を閉めた状態で載荷荷重を保持した。梁試験での破壊時間
は，オイルジャッキの荷重が減少してきた時点とした。
カラマツ柱試験の載荷加熱試験方法を図 2 に示す。カ
ラマツ柱の実験は建材試験センターの柱炉を用いて実施した。試験体端部に球座を設置して力学的境界条件をピ

図1

スギ梁試験の載荷加熱試験方法

ン・ピンとし，試験体上下に被覆を施し，加熱長さは約3m とした。試験体下部の油圧ジャッキで載荷し，5MN ロードセルにて荷重を制御した。荷重比 1 でのロードセルの荷重は，300 角柱で 788.4kN，450 角柱で 1930kN である。
球座下で変位計を 2 箇所設置して鉛直変位を測定し，その平均により軸方向収縮量を算出した。加熱時間終了後も載荷荷重を保持して計測を行った。柱試験での破壊時
間とは，載荷荷重が試験荷重の 95%未満まで低下した時点とした。なお，試験終了後，柱試験体の破壊性状を検討するため，球座の回転状況を確認した。
5.

まとめ

大断面構造用集成材による梁・柱の火災時変形挙動および破壊時間を検討するために，梁・柱の加熱後の放冷過程を考慮した載荷加熱実験を実施した。その 1 では実
験概要，試験体および載荷加熱方法を記述した。以下，
その 2～その 5 では，梁・柱の実験結果および数値解析結果を紹介する。
【謝辞】
本研究は国土交通省平成 29 年度住宅・建築物技術高度化事業の助成を受けた。ここに記して謝意を表す。
【参考文献】
1)日本建築学会：木質構造設計規準・同解説，2006.12
2)金城仁他：標準加熱を受けたカラマツ集成材梁の放冷過程 における挙動，構造用集成材梁の耐火性に関する研究
そ の 1 ， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集 ， Vol.80 ，*1 大成建設*3 日本集成材工業協同組合*5 ベターリビング*2 千葉大学*4 日建設計*6 建材試験センター

図2

カラマツ柱試験の載荷加熱試験方法*1 Taisei Corporation*2 Chiba University*3 Japan Laminated Wood Products Association *4 Nikken Sekkei*5 Better Living *6 Japan Testing Center for Construction Materials― 252 ―