日本建築学会大会学術講演梗概集	 （関東）	 2015 年	 9	 月	 3058

木材の含水率が高温時の力学的性能に及ぼす影響(その 2)広葉樹材(ケヤキ)の高温時ヤング係数・曲げ強度の把握
正会員	  ○加來	 千紘*1	  正会員	  鈴木	 達朗*1	 
*3*4

正会員	  	  上川	 大輔 	  正会員	  安井	 昇 	 
正会員	  	  腰原	 幹雄*6	  正会員	  長尾	 博文*3	 
ケヤキ	 
温度依存性	 

ヤング係数	 
含水率	 

正会員	 

長谷見	 雄二*2	 

正会員	 	 

亀山	 直央*5	 	 

曲げ強度	 
残存率	 測のため、熱電対を試験体の力学的性能に影響しない支

1. はじめに	  本研究は、前報(その 1)に引き続き、伝統木造建築物で大断面部材として使用される広葉樹(ケヤキ)について、点の外側に設置する（図 1）。
3. 実験結果及び考察	  含水率とヤング係数及びヤング係数残存率、曲げ強度100℃以下での無欠点小試験体を用いた３点曲げ試験により、含水率が高温時の力学的性能に及ぼす影響を検証・報告する。との関係を図 3,4,5 に示す。図には、繊維飽和点を 30％と仮定し 3)、30％未満では実測値の線形近似を直線で示し、30％以上では含水率に関わらず力学的性能は一定とし平2. 実験概要
2-1. 検討方法	  本研究では、木材の含水率が高温時の力学的性能に及均値の直線を示す。また各実験条件下におけるヤング係数及びヤング係数残存率、曲げ強度の平均値を表 2,3,4に示す。

ぼす影響を把握するため、１~100％の含水率範囲の無欠点小試験体を用いて、常温、50℃、80℃、95℃の四段階の温度条件下でヤング係数及び曲げ強度を算定する。ま

3-1. 含水率低域での力学的特性	  全乾に近い 2％程度の含水率状態では、内部温度の上昇に伴い、ヤング係数及び曲げ強度が低下した。スギではた各試験体のヤング係数について、高温時の破壊試験で得られたヤンング係数の値を常温時の非破壊試験で得られた値で除した値をヤング係数残存率として算定する。

伝統木造建築物の大断面部材として一般的なケヤキを選択し、寸法は 20mm×20mm×320mm とする。含水率が繊維飽和点よりも十分に高い丸太から必要本数を切り出し、ࠉ㸸⇕㟁ᑐタ⨨఩⨨

図 1 試験体概要図
表 1 試験体条件ヨ㦂᮲௳

含水率の領域が①低域：5％未満、②中域：5％以上 30％未満、③高域：30％以上の三分類 (詳細については前報(その 1)に記載)となるよう含水率調整を行う。含水率調整は全て乾燥により、必要に応じて 60℃の恒温炉を用いる。
なお、試験体製作時から実験実施までの期間、含水率が平衡含水率を超える条件の試験体は、アルミホイルで包ෆ㒊 ᗘᖖ㻡㻜䉝㻤㻜䉝㻥㻡䉝పᇦ㻌㼇㻡㻑ᮍ‶㼉ᮏᩘᖹᆒྵỈ⋡㻝㻡㻞㻚㻝㻝㻡㻞㻚㻜㻝㻡㻞㻚㻜㻝㻡㻝㻚㻤ྵỈ⋡୰ᇦ䠖㻌㼇㻡㻑ࠥ㻟㻜㻑㼉ᮏᩘᖹᆒྵỈ⋡㻞㻢㻝㻟㻚㻢㻞㻢㻝㻟㻚㻣㻞㻟㻝㻞㻚㻠㻞㻞㻝㻝㻚㻥㧗ᇦ㻌㼇㻟㻜䠂௨ୖ㼉ᮏᩘᖹᆒྵỈ⋡㻝㻥㻣㻢㻚㻟㻝㻥㻣㻣㻚㻡㻞㻝㻣㻜㻚㻥㻞㻝㻢㻥㻚㻝㻖↓ḞⅬᑠヨ㦂య䠄䜿䝲䜻䠅䛾඲஝ᐦᗘ䛾ᖹᆒ್䠖㻜㻚㻡㻢㻌㼓㻛㼏㼙㻟①含水率調整、寸法測定

み養生することで、水分放出を抑制することとする。
2-3. 実験条件及び試験概要	  実験の手順を図 2 に示す。試験は JISZ2101「木材の曲②全試験体：非破壊曲げ試験(常温時ヤング係数の把握)
加力条件：スギ0.25kN、ケヤキ0.5kN③恒温炉内で加熱④常温
破壊曲げ試験とし、ケヤキの実験では、常温時ヤング係数を把握するための非破壊曲げ試験(図 2 の②)における加力条件を0.5kN とする。また曲げ試験に際し試験体の内部温度計

Influence of Water Content on the Mechanical Properties ofWood under Heating
Part2: Exposure temperature and Water Content dependenceof Young’s modulus and bending strength of Zelkova

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2-2. 試験体の条件	  本実験で用いる無欠点小試験体の概要図を図 1 に、試験体条件及び本数、平均含水率を表 1 に示す。試験体は、げ試験方法」に準拠して、280mm スパンの 3 点曲げ試験とし、試験装置は、温度調整炉付きの圧縮試験機を使用する。実験手順における詳細な内容は前報(その 1)と同様

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④50℃
破壊曲げ試験

④80℃
破壊曲げ試験

④95℃
破壊曲げ試験

⑤全試験体：試験直後に質量測定105℃恒温炉に入れ、絶乾方式により試験時の含水率算定
含水率領域の分類：低域(5%未満) / 中域 (5%以上30%未満)/ 高域(30%以上)

図 2 実験手順

KAKU Chihiro, SUZUKI Tatsuro, HASEMI Yuji,
KAMIKAWA Daisuke, YASUI Noboru, KAMEYAMA Naohisa,KOSHIHARA Mikio, NAGAO Hirofumi― 121 ―

2

均値に対し６割程度まで低下したのに対し、ケヤキではヤング係数残存率が 0.89 と同程度に、曲げ強度は常温時の 7 割程度となった。またこれらのケヤキの結果は、既往研究 1),2)の傾向とも合致する。
3-2. 含水率中域での力学的特性	  50℃以下の内部温度では、含水率の増減に関わらず一定のヤング係数を確保するものと考えられる。しかし80℃以上の内部温度においては、含水率の上昇に伴いヤング係数が低下し、95℃では残存率の平均が 0.62 と低下が顕著に現れた。一方曲げ強度は、内部温度の上昇及び含水率の上昇の双方に伴い強度が低下し、50℃では常温時の平均値に対し７割程度となった。これらの低下傾向は、前報(その 1)のスギとほぼ同じであると考えられる。
3-3. 含水率高域での力学的特性	  30％よりも高い含水率状態では、ヤング係数残存率は80℃で 0.51、曲げ強度は 50℃で常温時平均の 6 割程度と低下が顕著となった。同条件のスギでは、ヤング係数残存率は 80℃で 0.67、曲げ強度は 50℃で常温時平均の 8 割程度となり、ケヤキの方が、高温時の力学的性能における含水率の影響が大きいと考えられる。
4. 総括

表 2 各実験条件におけるヤング係数 [N/mm ]ヨ㦂᮲௳పᇦ㻌㼇㻡㻑ᮍ‶㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻣㻥㻡㻥㻡㻢㻝㻣㻢㻞㻣㻤㻣㻜㻣㻟㻢㻢㻟㻥㻣㻢㻥㻣㻡㻤㻠㻣ෆ㒊 ᗘᖖ㻡㻜䉝㻤㻜䉝㻥㻡䉝ྵỈ⋡୰ᇦ䠖㻌㼇㻡㻑ࠥ㻟㻜㻑㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻤㻡㻢㻝㻡㻥㻡㻣㻢㻝㻡㻤㻠㻥㻡㻣㻥㻤㻥㻢㻡㻡㻝㻜㻝㻝㻝㻡㻞㧗ᇦ㻌㼇㻟㻜䠂௨ୖ㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻤㻤㻠㻝㻝㻞㻝㻣㻣㻞㻟㻢㻤㻠㻠㻠㻜㻢㻝㻢㻤㻟㻟㻡㻣㻤㻝㻝㻡㻞

表 3 各実験条件におけるヤング係数残存率ヨ㦂᮲௳పᇦ㻌㼇㻡㻑ᮍ‶㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻝㻚㻜㻞㻜㻚㻜㻝㻣㻜㻚㻥㻣㻜㻚㻜㻝㻥㻜㻚㻥㻠㻜㻚㻜㻝㻝㻜㻚㻤㻥㻜㻚㻝㻣㻢ෆ㒊 ᗘᖖ㻡㻜䉝㻤㻜䉝㻥㻡䉝ྵỈ⋡୰ᇦ䠖㻌㼇㻡㻑ࠥ㻟㻜㻑㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻝㻚㻜㻣㻜㻚㻝㻞㻝㻜㻚㻥㻞㻜㻚㻜㻡㻣㻜㻚㻣㻡㻜㻚㻝㻝㻠㻜㻚㻢㻞㻜㻚㻝㻠㻤㧗ᇦ㻌㼇㻟㻜䠂௨ୖ㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻝㻚㻜㻟㻜㻚㻝㻜㻜㻚㻤㻤㻜㻚㻜㻣㻜㻚㻡㻝㻜㻚㻜㻥㻜㻚㻠㻟㻜㻚㻝㻞2

表 4 各実験条件における曲げ強度 [N/mm ]ヨ㦂᮲௳పᇦ㻌㼇㻡㻑ᮍ‶㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻝㻜㻤㻚㻢㻝㻝㻚㻣㻝㻝㻜㻜㻚㻣㻝㻞㻚㻢㻜㻥㻜㻚㻞㻡㻚㻜㻢㻤㻝㻚㻥㻥㻚㻢㻜ෆ㒊 ᗘᖖ㻡㻜䉝㻤㻜䉝㻥㻡䉝ྵỈ⋡୰ᇦ䠖㻌㼇㻡㻑ࠥ㻟㻜㻑㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻝㻜㻞㻚㻤㻝㻜㻚㻞㻥㻣㻤㻚㻞㻝㻞㻚㻞㻝㻡㻜㻚㻜㻝㻟㻚㻣㻜㻠㻜㻚㻢㻝㻜㻚㻞㻣㧗ᇦ㻌㼇㻟㻜䠂௨ୖ㼉ᖹᆒ್ᶆ‽೫ᕪ㻤㻤㻚㻝㻝㻝㻚㻣㻠㻡㻤㻚㻤㻠㻚㻡㻢㻟㻞㻚㻟
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図 3 内部温度ごとの含水率とヤング係数の関係定のヤング係数を確保する。
・曲げ強度は、内部温度の上昇及び含水率上昇に伴い強度が低下する。

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能の評価方法確立に向け、本研究における実験方法及び!"!#!#結果の更なる検証・考察を行うとともに、部材の非損傷(!#$!#)!#%!#*!#&!#含水率-./+!#'!#,!#(!!#性予測への応用を検討していく必要がある。

図 4 内部温度ごとの含水率とヤング係数残存率の関係【参考文献】
1) 加來千紘他：火災加熱が木材の力学的性能に及ぼす影響―加熱した針葉樹材及び広葉樹材の高温時及び加熱冷却後のヤング係数・曲げ係数の測定―、日本建築学会構造系論文集 701 号、pp1065-1072、2014. 72) 保川みずほ他：大断面広葉樹（ケヤキ）製材による軸組柱の防耐火性能予測に関する研究、日本建築学会環境系論文集 第 685 号、pp.633638、2013.3
3) 森林総合研究所監修:木材工業ハンドブック改訂 4 版、丸善、
2004.3【謝辞】	  本実験は、科学研究費基盤研究「大断面木質部材の防耐火性能設計の工学モデル」（代表研究者：長谷見雄二）及び公益財団法人 LIXIL 住生活財団の研究助成により実施しました。試験体製作及び実験実施にご尽力頂きました皆様には、心からお礼申し上げます。

'%!"*1 早稲田大学大学院*2 早稲田大学理工学術院教授*3 国立研究開発法人 森林総合研究所*4 早稲田大学理工学研究所招聘研究員	 
*5 亀山建設(株)*6 東京大学生産技術研究所教授

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図 5 内部温度ごと含水率と曲げ強度の関係*1 Graduate School of Waseda Univ.
*2 Prof., Department of Architecture, Waseda Univ.
*3 Forestry and Forest Products Research Institute*4 Visiting Researcher,	  RISE Waseda Univ.
*5 President, Kameyama Construction*6 Prof., Institute of Industrial Science, The University of Tokyo― 122 ―