日本建築学会大会学術講演梗概集（北海道） 2004年 8 月

3006
構造用製材の耐火性能

その１：スギとカラマツの炭化速度
正会員○成瀬 友宏*１、同 中村 賢一*2、同 遊佐 秀逸*2
同増田 秀昭*1、同 原田 寿郎*3、同 山田 誠*4、同

構造用製材
ISO834加熱

スギ
炭化速度

従来 、建築基準法で燃えしろ設計が可能な材料には 、構造用製材を除く構造用集成材及び構造用単板積層材が認められていた。これは、構造用製材の耐火性能に関 す る 技 術 資 料 が 限 ら れ 1) 、 燃 え し ろ 設 計 の 検 討 対 象にならなかったことが主な理由である。そこで、(財)日本住宅・木材技術センターでは製材耐火性能開発委
員会を設置し、その技術資料を得ることを目的として各試験を行った。本報告では、製材品の炭化速度に関する試験結果を報告する 。なお 、構造用製材は平成 16
年３月に燃えしろ設計が可能な材料に追加された。

２．試験体
試験体には、表−１に示すように国産材のスギ（背割り入）及びカラマツの柱及びはり部材を選定した。
スギ、カラマツ試験体仕様(長さ1.2m)

試験体№記号

断面寸法 樹種・部 加熱(mm)
時間位

含水率

比重（％）

2CNL‑S1845

180×18045分

15.3g/cm0.343

CNL‑K1830

4

CNL‑K1845

180×180 カラマツ 30分
柱180×180
45分

19.30.65

5

CNL‑S2445

240×240

スギ柱

45分

32.40.346

CNL‑K2445

240×240

ｶﾗﾏﾂ柱

45分

19.70.637

CNL‑S3045

300×300

45分

46.40.328

CNL‑S3060

300×300

60分

47.10.30

9CNL‑K3045

300×300

10

CNL‑K3060

300×300

24.60.60

11

BNL‑S1530

150×30030分

13.30.32

12BNL‑S1545

150×300

45分

9.70.33

13BNL‑K1530

14BNL‑K1545

150×300 カラマツ 30分梁
150×300
45分

15.90.45

15BNL‑S1845

180×360

スギ梁

45分

18.20.35

16BNL‑K1845

180×360

ｶﾗﾏﾂ梁

45分

10.80.60

17BNL‑S2445

240×400

18BNL‑S2460

240×400

41.80.32

19BNL‑K2445

240×400

20BNL‑K2460

240×400

48.10.56

スギ柱

スギ柱
ｶﾗﾏﾂ柱
スギ梁

スギ
ｶﾗﾏﾂ梁

45分
60分

45分60分
45分60分まで）にして含水率と比重を求めた。試験前の含水率は表−１に示すように、 9.7 〜 48.1 ％と高いものが含ま れて いた 。 スギ の比 重 は 0.30 〜 0.35g/cm3、 平均 で0.33g/cm3、カラマツの比重は 0.45 〜 0.65g/cm3、平均で0.58g/cm3 であった。

３．試験方法
試験は、図−１に示すように、試験体上下の木口面にけい酸カルシウム板を張って、森林総合研究所の水平炉（炉内の幅 2.0m 、長さ 2.0m 、深さ 1.5m ）の中に設置し、無載荷による ISO 834 に規定する耐火加熱標
準曲線に沿って、表−１の加熱時間の間加熱した。
加熱終了後、速やかに試験体を炉から取り出して注水消火した。消火後、試験体一体につき３〜５等分して残存断面を測定し、周囲が均等に燃焼したと仮定して加熱前の断面寸法から差し引いて炭化深さとした。
ただし 、炭化深さの算出に背割り部は考慮していない 。

3

炉蓋

けい酸カルシウム板

試験体
1,500

表−１

章*4

カラマツ

１．目的

試験体

佐藤

2,000

図−１

加熱炉（森林総合研究所、水平炉）

４．試験結果試験体断面は、柱材では一辺 18cm 〜 30cm の正方形 、梁材では 15 × 30cm 〜 24 × 40cm のものを用いた 。
試験に供した材料は、まず長さ 3m 、 4m 又は 6m 材を人工乾燥して表面の含水率を 15 ％以下に調整し、次に長さ 1.2m に切断して試験体とした。残存部分からサンプルを採取し、絶乾状態（ 105 ℃で恒量に達する

残存断面から計算した各試験体の平均炭化速度を表−２に示し 、炭化状況を写真−１及び写真−２に示す 。
スギの柱部材では炭化速度は 0.58 〜 0.78mm/ 分、平均で 0.63mm/ 分、スギ梁材では 0.47 〜 0.76mm/分、平均 で 0.64mm/ 分 で あ っ た 。 カ ラ マ ツ 柱 材 で は 0.50 〜0.64mm/ 分、平均で 0.59mm/ 分、カラマツ梁材では 0.48〜 0.61mm/ 分 、 平 均 で 0.58mm/分 で あ っ た 。 ま た 、 柱及び梁部材の平均炭化速度はスギで 0.63mm/ 分、カラマツで 0.59mm/ 分であった。
しかし、今回の実験では、試験体の含水率 15 ％を目標として人工乾燥を行ったが、表−１に示すようにFire Resistance of Structural Timber Part １： Charring Rate of Cedar and Larch

̶11̶

NARUSE Tomohiro et.al..

表−２ 無載荷加熱試験結果概要
断面寸法 加熱時間 平均炭化速度
樹種 部位
試験体記号
(mm／分)(cm×cm) （分）18×180.78
CNL‑S1845
450.6624×240.58
CNL‑S2445
柱30×300.61
CNL‑S3045
0.5530×3060
CNL‑S30600.63
柱：平均炭化速度0.80
15×3030
BNL‑S1530
スギ
15×300.67
BNL‑S1545
0.64
4518×360.76
BNL‑S1845
梁
24×400.51
BNL‑S2445
0.47
24×4060
BNL‑S2460
梁：平均炭化速度
0.640.64
柱、梁の平均炭化速度
18×1830
CNL‑K1830
0.66
18×180.64
CNL‑K1845
450.6024×240.56
CNL‑K2445
柱30×300.59
CNL‑K3045
0.50
30×3060
CNL‑K3060
0.59
柱：平均炭化速度
カラ0.7215×3030
BNL‑K1530
マツ
15×300.54
BNL‑K1545
450.5718×360.61
BNL‑K1845
梁
24×400.55
BNL‑K2445
0.48
24×4060
BNL‑K2460
梁：平均炭化速度0.58
柱、梁の平均炭化速度0.59

試験前の含水率は 15 ％を上回るものが含まれ、バラツキも大きく繊維飽和点を超える試験体も含まれていた。木材の炭化速度に影響する主な因子として含水率と比重があり、このうち含水率の影響は大きい。米国
林産試験場発刊の文献 ２ ） では非線型炭化モデルを基に( 1 )及び( 2 )式に示した算定式が紹介されている。そこ
で、この式を用いて試験結果を含水率 15 ％における炭化深さ（炭化速度）に補正した。
t = m ・ xc1.23
m = − 0.147 ＋ 0.000564 ρ ＋ 1.21 μ ＋ 0.532fc

(1)
(2)

こ こ に 、 t ： 時 間 （ 分 ）、 m ： 炭 化 係 数 、 xc： 炭 化 深さ ( mm )、 fc： 炭 化 減 少 率 、 ρ ： 絶 乾 比 重 ( g/cm3)、 μ：含水率である。
加熱試験を行ったスギとカラマツに対する炭化減少率は既知でないため、含水率による炭化速度の補正は次の手順により行った。
①各試験体の加熱時間と炭化深さから試験体ごとの炭化係数 m を求める。
② ( 3 )式 に 示 す 試 験 体 の 含 水 率 と 含 水 率 の 影 響 を 除 いた F を求め、気乾( 15 ％)の炭化係数 m (15%)を求める。
③気乾状態に補正した炭化深さと炭化速度を求める。
m (15%) =F ＋ 1.21 μ(3)ただし 、F = − 0.147 ＋ 0.000564 ρ ＋ 0.532fc である 。
これらに基づき算出した結果を表−３に示す 。また 、各試 験 体ご とに 標準 的 な絶 乾比重 3) （スギ： 0.330 、 カ
ラマツ： 0.435 ）に補正した炭化速度も求めた。
スギ30cm角柱(背割り入)表−３

カラマツ24cm角柱

補正炭化速度
含水率を15％ 含水率を15%・試験結果 に補正した炭 平均比重に補正

写真−１ 柱部材、45分加熱後の炭化状況(mm/分)
柱0.63
スギ はり0.64
柱・はり平均値 0.64
柱0.59
カラはり0.58
マツ
柱・はり平均値 0.59化速度

した炭化速度(mm/分)
0.88
0.73
0.80
0.64
0.69
0.66

(mm/分)
0.87
0.71
0.79
0.73
0.74
0.74

５．まとめ
1 )スギの平均炭化速度は、含水率を 15 ％及び平均比重に補正した場合は 0.79mm/ 分であった。
2 )カラマツの平均炭化速度は、含水率を 15 ％及び平均比重に補正した場合は 0.74mm/ 分であった。
参考文献
1 )大断面木造建築物設計施工ﾏﾆｭｱﾙ , 日本建築ｾﾝﾀｰ編 , 1988

スギ18×36cm梁(背割り入)
写真−２

カラマツ18×36cm梁

梁部材、45分加熱後の炭化状況*1：独立行政法人 建築研究所*2：財団法人 ベターリビング筑波建築試験センター*3：独立行政法人 森林総合研究所*4：財団法人 日本住宅・木材技術センター2 ) Wood Handbook Chapter17, FIRE SAFETY, FPR, 1999
3 )木材工業ﾊﾝﾄﾞﾌﾞｯｸ p232, 丸善(株) , 1973

*1：Buiding Research Institute*2：Tukuba Building Test Laboratory,Center for Better Living*3 ： Forestry and Forest Prodeucts Research Institute*4 ： The Japan Housing & Wood Technology Center̶12̶