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日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2013 年 8 月

耐火木造部材の耐火性能に関する研究
その 3

柱梁接合部の載荷加熱実験

耐火木造部材
燃え止まり

耐火性能接合部

載荷加熱実験

正会員
同
同同○大橋 宏和*1
長岡 勉*1
五十嵐 信也*3
吉川 利文*4

同
同
同
同永盛
大野遊佐
金城

洋樹*1
正人*2
秀逸*4
仁*4

1. はじめに筆者らは木材を最大限利用した耐火構造部材として「燃え止まり性能を有する木質構造部材」の研究を行っている 1）。既報 2）ではカラマツ集成材を用いた耐火木造部材の部材断面が耐火性能に与える影響を報告した。本報では柱梁接合部の耐火性能を確認するため実施した載荷加熱実験について報告する。
2. 耐火実験
2.1 試験体
試験体は図 1 に示すように柱・梁ともカラマツ集成材を用いた耐火木造とし、各部材は図 2,3 のようにモルタルを組み込んでいる。柱は W470 mm 角、梁は W470mm×H735 mm としガセットプレート（GPL）およびベースプレート（BPL）からなる接合金物を介し、ボルトにより柱と梁を接合した L 形架構とした。試験体仕図 1 試験体図様を表 1 に、接合部詳細を図 4 に示す。
接合部の目地は 25mm とし、ロックウールブランケット（深さ 85 mm）を充填し、カラマツ材による木栓（深さ 15 mm）仕上げとした。
2.2 実験装置・方法・手順
実験は竹中工務店保有の多目的炉により行った。試験体の支持条件は、図 1 に示すように柱脚は固定、柱頭は自由、梁端部については炉外の位置でピン支持とした。
柱と梁それぞれに油圧ジャッキで載荷しながらISO834 に従い 1 時間加熱した。載荷は図 1 に示す位置

図 2 柱断面図

断面図

図 3 梁断面図

立面図

で、柱には荷重支持部に長期圧縮応力を、梁には接合部に長期せん断応力を生じるように行った。加熱終了後も載荷したまま炉内に 23 時間放置した。その後目視により燃え止まりを確認し、炉外で解体して接合部における炭化等の燃焼状況を確認した。
表 1 試験体仕様
試験体

部位
燃 え 代 層 +燃 え 止 ま り 層

梁

共通

荷重支持部
燃 え 代 層 +燃 え 止 ま り 層
荷重支持部
燃 え止ま り層

接合部

目地

柱材料

含水率 [％ ]カ ラ マ ツ 集成材
カ ラ マ ツ 集成材
モ ル タルﾛ ｯｸｳ ｰ ﾙ ﾌ ﾞﾗ ﾝ ｹ ｯﾄ

比重 ※10.70.54

10.8
10.2
11.6
3.6
0.9

0.54
0.52
0.54
2.230.05

木 栓 （カ ラ マ ツ ）10.70.52※ カ ラ マ ツ は 気乾比重 （12％ ）、 モ ル タ ル 、 ロ ッ ク ウ ー ル ブ ラ ン ケ ッ ト は 絶 乾 比 重

図 4 接合部詳細図

A Study on Fire Resistance Wooden Structure

OHASHI Hirokazu, NAGAMORI Hiroki, NAGAOKA Tsutomu,

Part3. Loaded Fire Resistance Test on Column and BeamConnection

IGARASHI Shinya, OHNO Masahito,
YUSA Shuitsu, YOSHIKAWA Toshifumi, KINJO Hitoshi― 141 ―

*1 竹中工務店 技術研究所 *2 竹中工務店 設計部*3 竹中工務店 エンジニアリング 本部

変 形 量 [㎜ ]荷 重 [kN]

温 度 [℃]

2.3 測定5. まとめ試験体内部温度および加熱温度の測定位置は図 1,4 に示す
カラマツ集成材を用いた耐火木造部材の柱梁接合部に通りであり、K 型熱電対 φ0.
32および K 型シース熱電対関する載荷加熱実験を行った結果、本接合部は１時間加φ3.
2を用いて行った。柱・梁に与えた荷重はロードセルで、 熱後も耐火性能の低下が生じないことを確認した。
柱の軸方向収縮量および梁のたわみ量は変位計で測定した。。
200梁 （荷 重 支 持 部 ）測定は加熱中および加熱終了後 23 時間の計 24 時間継続
柱 （荷 重 支 持 部 ）梁GPL
ドリフトピン
して行った。梁支持点反力は、加熱前に支点冶具に設置し150
BPL（ 柱 側 ）GPL（ 梁側 ）たひずみゲージで荷重―ひずみ関係を推定して算出した。
ドリフ トピン2.4 判定条件
100
接合部における耐火性能の判定は以下の通りとした。
・実験中における荷重支持部の温度が 260℃未満
50BPL
・実験終了時の試験体外観に赤熱や発煙がないこと
GPL
柱・荷重支持部に炭化が確認されないこと
0036912・著しい回転変形やたわみが生じていないこと
時 間 [hour]
3. 結果
図 5 接合部温度
試験体表面に加熱開始約 3 分で着炎し、その後全体が炎に覆われたため、加熱温度は ISO834 標準加熱曲線よりも高10000く推移した。約 72 分で表面の炎は消えたが、赤熱は点在し柱軸方向収縮量800-20ていた。しかし、24 時間後にはすべての測定温度が約 50℃
梁たわみ量まで下降したので実験を終了した。その時点で試験体外観P1：柱 載 荷 荷 重 ：715.5kN
600-40に赤熱や発煙はなかった。
図 5 に接合部の 12 時間までの温度測定結果を示す。柱梁400-60P2：梁 載 荷 荷 重 ：218.6kNの荷重支持部、GPL、BPL、ドリフトピンの各温度はすべて200-80260℃未満であった。ここで、GPL が 7 時間経過頃、一時的
P2-R： 接 合 部 が 負 担 す る 荷 重に温度上昇した以外は 100℃未満であり、木材の着火温度にR：支 点 反 力 （ 梁 自 由 端 側 ）0-100
対して十分低い温度であった。また、弱点となりうる目地
03691215182124時 間 [hour]部付近の柱梁荷重支持部は、柱が 100℃、梁が 200℃未満であり、判定条件と照合し耐火性能を有すると判断できる。
図 6 載荷荷重と変形量
図 6 に実験中の載荷荷重および変形量の推移を示す。部
材の変形は柱で h/831(h は試験体初期高さ 3466mm)、梁でL2/998d(L は支点間距離 3300mm、d は構造断面の引張縁から圧縮縁までの距離 650mm)、接合部付近での柱梁の鉛直方向の変位差は最大 2.2 mm 柱頭の水平方向変位も 1.5mm と小さかった。ただし、実験終了時に梁載荷冶具の木部へのめり込が確認されたので、実質的な梁のたわみ量は測定値より少なかったと考えられる。
解体後の目視より接合部金物のめり込みは微小で、荷重支持部の炭化は確認されず（写真 1,2）、変形量の急激な変化が見られず、12 時間経過以降は安定した挙動を示した。
写真 2 梁接合部
写真 1 柱接合部
4. 考察【参考文献】
本実験では梁自由端側の支点冶具に生じるひずみから、
1)
上原茂男ら,燃え止まり性能を有する木質構造部材に関する支点反力を算出し、梁の載荷荷重からの差で接合部に生じ研究:その 1〜8,日本建築学会大会学術講演梗概集,2004〜2008
る荷重を推定した。その結果、平均 117kN の荷重が接合部
2)
大橋宏和ら,耐火木造部材の耐火性能に関する研究 そのに生じていることが判断され、この値は接合部の長期許容
１,2 日本建築学会大会学術梗概集,2012【謝辞】
荷重より 3.5%ほど大きい。しかし、実験中を通して荷重に試験体製造に際し齋藤木材工業株式会社に多大なご協力を頂きまし大きな変化は見られず、変形性状も安定しており、接合部た。記して謝意を表します。
は梁のせん断力を伝達できているものと推察される。
*1 Takenaka Corporation Research & Development Institute*2 Takenaka Corporation Building Design Department *3 Takenaka Corporation Engineering Department*4 一般財団法人 ベターリビング*4 Center for Better Living― 142 ―