日本建築学会大会学術講演梗概集	 （関東）	 2015 年	 9	 月	 3055

構造用集成材梁部材の火災時耐力
その 4. 既往耐力評価方法による計算値と実験値の比較
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カラマツ集成材
火災

梁
放冷過程

○松本匠*
金城仁***
齋藤潔****

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平島岳夫**
堀尾岳成***
遊佐秀逸*****

耐力
耐火構造

1.はじめに筆者らは、カラマツ集成材の梁を対象とした加熱後載炭化速度 0.7mm/分に変色劣化領域 7mm を加えた値を炭化深さとして用いて計算を行っている。

荷実験および載荷加熱実験を行い、放冷過程を含めた火以上の 2 つの算定式は、火災加熱を受ける木構造部材災時耐力を得た 1)。しかし、燃えしろ設計 2)などの既往耐を外周部の炭化領域とその内側の未炭化領域に分け、見力式は火災時耐力のみを検討するものであり、放冷過程炭化領域を有効断面とし、常温時強度の値を用いて計算における耐力を算定することができない。火災時耐力のする方法である。今回の結果より妥当性が再確認できた。

算定に関しては、海外で様々な方法がとられている。まユーロコード 5 の Reduced strength and stiffness method

た、筆者らは放冷過程の耐力算定方法 を提案したが、こ（EN-RSS 法）では、炭化速度は 0.7mm/分とするが、加の時はユーロコード 5 の付録 B「高度な計算方法」に示

熱による曲げ強度の低下率を考慮して計算を行っている。

される木材の高温時における強度低下率を用いていた。

計算による耐火時間が、No.4 と No.6 の耐火時間の範囲内

3)4)

本報では、既往実験による火災時耐力と海外の耐力算定方法を比較する。また、高温素材実験 により、木材の5)であることから、曲げ強度の低下率の設定の妥当性を確認することができた。

高温時における圧縮および引張の強度低下率が明らかに

Odeen 法は、経験に基づき提案された式であり、最大曲なったため、この値を用いて、放冷過程の耐力を再検討

げ耐力、断面係数および基準材料強度より算出される kした。という値を用いている。炭化速度は 0.7mm/分を用いた。

2.加熱時の耐力前報(その 3)1)の実験結果の中で火災時耐力について調べ計算結果は、Odeen 法の算定式の妥当性を示している。

た No.4 および No.6 との比較を行う。既往実験 No.4 によの方法に比べて、耐火時間が長くなっているのは、炭化り得られた最大曲げ耐力 79.4kNm を用いた場合の耐火時速度に 0.6mm/分を用いて計算しているためと考えられる。

間を 6 種類の火災時耐力算定式に基づき算出した。EN 残Stiller 法では、梁幅方向の炭化深さを計算式により求め、Lie 法は、かなり簡略した式を用いている。Lie 法が他

存断面法 ・EN-RSS 法 ・Odeen 法 ・Lie 法 ・ Stiller

その値から梁背方向の炭化深さを計算している。多数の法 8)に関しては、文献 9)の中で紹介されている算定方法を実験データに基づいて、隅角部の影響および断面中心部用いた。今回の梁幅 210mm 梁背 420mm の断面寸法に関の強度低下を考慮した値となっているため、炭化深さが4)4)6)7)して、それぞれの算定式により得られた耐火時間を表 1

梁幅・梁背方向共に他の算定法より大きな値となっていに示す。本計算には、基準材料強度 10)31.5N/mm2 を用いた。 る。残存断面の寸法が他の計算方法よりも小さくなって日本の準耐火構造の燃えしろ設計 2)では、30 分で 25mm、 いるため、耐火時間が短く算出される結果となった。
45 分で 35mm、60 分で 45mm の燃え代が必要とされてい設計基準強度を用いた計算の場合、燃え代設計法・ENる。言い換えれば、加熱開始から 30 分までは 0.83mm/分

残存断面法・EN-RSS 法・Odeen 法・Lie 法では、No.4 おで、30 分以降では 0.67mm/分で炭化が進行していると仮よび No.6 の実験による耐火時間の範囲に収まる結果とな定している。炭化速度はこの値で耐火時間を算出した。

った。Stiller 法のみ No.4 実験の耐火時間 60 分を下回る計
EN 残存断面法では、ユーロコード 54)に示されるように、 算結果となった。
表 1 既往の実験結果と火災時耐力計算式による耐火時間の比較(梁幅 210mm 梁背 420mm の場合)

耐火時間

No.4実験 No.6実験 燃え代設計法
60(67.5)分
79分
67分

EN残存断面法 EN-RSS法 Odeen法
61分
65分
62分

Fire resistance of structural glued laminated timber beam
Part4 Comparison between Calculated value by previous resistance approximation andexperimental value― 115 ―

Lie法
74分

Stiller法
48分

T.Matsumoto, T.Hirashima, H.kinjo,
T.horio, K,Saito and S.Yusa

3. 加熱終了後の放冷過程における耐力
筆者らが提案した提案 3)では、ユーロコード 54)の木材

4.まとめ
幅 210mm 背 420mm のカラマツ集成材に関する火災時の高温時における強度低下率を用いていた。同カラマツ

および放冷過程における耐力を実験結果と計算値を用い集成材を用いた高温素材実験 による圧縮および引張の高て比較した結果を以下にまとめる。

温時強度残存率の値を用いて、放冷過程における耐力を(1) 既往に提案されている火災時耐力算定式に基づく耐火再検討する。ユーロコード 5 に基づく火災時耐力の算定

時間は、Stiller 法を除き、実験 No.4 と No.6 の耐火時

では、せん断強度に関しても検討したが、せん断強度を間の範囲であった。

5)調べるための素材実験は行っていないため今回は検討し(2) 高温素材実験の圧縮および引張の高温時強度低下率をない。

用いて算出される火災時曲げ耐力は、特に放冷過程に本計算に用いた、実験による常温時強度に対する圧縮

おいて、ユーロコード 5 の高温時強度低下率を用いたおよび引張の高温時強度残存率を表 2 に示す。この値を計算値および実験値よりも大きな値となった。

用いて、火災時曲げ耐力を計算した結果を表 3 に示す。

以上、火災時耐力は様々な耐力算定式による値と実験表の網掛け部分が変更点であり、追加実験結果に基づく値が概ね一致した。しかし、放冷過程では計算値と既往強度残存率を用いて算定した値となっている。残存断面の実験値に大きな差があるため、今後更なる検討が必要

モデルは、筆者らが設定したもの 3)を用いた。

である。また、せん断耐力を再検討するため、加熱時の2 つの計算結果を比較すると、加熱終了直後の内部温度せん断強度を把握するための素材実験を行う必要がある。

があまり上昇していない段階では、火災時曲げ耐力が近参考文献

い値となった。しかし、放冷過程では素材実験に基づく

1) 松本匠、金城仁、齋藤潔、堀尾岳成、遊佐秀逸、平島岳夫：構造用集成火災時曲げ耐力が、ユーロコード 5 に基づくものよりか材梁の火災時耐力(その 3 火災終了後の耐力),日本建築学会大会学術講演なり大きな値となり、実験結果 を大きく上回った。
1)

梗概集 A-2, pp.261-262, 2014.9
2) 昭和 62 年建設省告示第 1902 号および平成 12 年建設省告示第 1380 号

表 2 圧縮および引張の高温時強度残存率
高温圧縮強度低下率
高温引張強度低下率

75℃
0.670.74

100℃ 125℃ 150℃ 175℃
0.62
0.49
0.47
0.47
0.71
0.70
0.72
0.67

加熱開始からの時間[放冷時間]
1時間 2時間 3時間 4時間[0時間] [1時間] [2時間] [3時間]
355.8
345.6
342.6
343.9
A180.0
80.0
80.0
80.0
A2
42.8
35.2
37.6
34.4
A142.5
106.0
129.7
132.5
A2
90.5
161.4
163.0
149.9
A137.9
30.2
29.8
30.2
A230.7
29.8
29.4
30.7
A1
37.1
24.7
20.9
20.4
A2
27.3
20.0
20.0
20.0
A1
8265
4750
3895
3800
A24940
3325
3230
3610
A18075
3325
2850
2755
A23610
2280
2280
2375

断面領域実験値1)[kNm]

A1+A2(残存断面)

89.4

60.5

57.0

熱を受けたカラマツ集成材の放冷過程における挙動,

日本建築学会構造系論文集 Vol.80, No.711, 2015.5 掲載予定
4) BS EN1995-1-2：Eurocode 5 Design of timber structures, Part1-2:General-

表 3 放冷過程の耐力計算値と実験値の比較

梁背h'[mm]
梁幅b1[mm]
梁幅b2[mm]
断面内温度[℃]
高温時引張強度[N/mm2]高温時圧縮強度[N/mm2]高温時引張弾性係数[N/mm2]高温時圧縮弾性係数[N/mm2]
高温素材実験結果に基づく火災時曲げ耐力
Mu[kNm]ユーロコード5に基づく火災時曲げ耐力3)
Mu[kNm]3) 金城仁、遊佐秀逸、堀尾岳成、平島岳夫、松本匠、齋藤潔：標準火災加Structural fire design. , 2004
5) 松本匠、平島岳夫、金城仁、遊佐秀逸、堀尾岳成、齋藤潔：カラマツ集
成材の強度に及ぼす温度と水分蒸発の影響, 日本建築学会関東支部研究報告集, 2015.3
6) Ödeen, K. ： Fire resistance of glued laminated timber structures,SymposiumNo3

Fireand

StructuralUseofTimber

ininBuildings,HMSO, London, pp. 7–15, 1969
7) Lie, T. T.： A method of assessing the ﬁre resistance of laminated timber beams
and columns, Canadian Journal of Civil Engineering, 4, 161–9, 1977
8) Stiller, J. ： Berechnungsmethode für brandbeanspruchte Holzstützen

undHolzbalken aus brettschichtverleimtem Nadelholz, in Arbeitsbericht 1981-1983,
SFB 148 Brandverhalten von Bauteilen, Technische Universität Braunschweig,

56.2

pp. 219–76, 1983

A1+A2(残存断面)

81.3

38.0

34.8

33.8

79.4

--37.4

9) John A. Purkiss : FIRE SAFETY ENGINEERING DESIGN OF STRUCTURES,Second Edition, 2007

*千葉大学大学院工学研究科 大学院生**千葉大学大学院工学研究科 教授・博士(工学)***(一財)ベターリビング****齋藤木材工業株式会社***** (一財)ベターリビング 工学博士10) 日本建築学会：木質構造設計基準・同解説, 2006.12*Graduate Student, Graduate School of Eng., Chiba Univ.
**Prof., Graduate School of Eng., Chiba Univ., Dr. Eng.
***Center for Better Living****Saito Wood Industry***** Center for Better Living, Dr. Eng.

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