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大規模・中高層木造は、脱炭素社会の実現や森林資源活用の観点から、近年、盛んに研究されている。耐火木造の従来の設計手法では、2、3時間と要求耐火時間が長くなるほど、被覆層を厚くすることで耐火性能を担保する部材設計が一般的であるが、木材は他の構造部材と比較して可燃物であるため、被覆層が肥大化することは、可燃物を増やすことになるため、構造的な面のほか、防耐火上不利になりかねない。そこで、本研究では15階建て以上の建築物を建築可能な3時間耐火性能を確保する燃え止まり型木質耐火構造部材を対象とし、材積最小化に必要な基礎的な燃焼性状と部材の断面構成を把握した。
(1)小型試験による被覆層の縮小・軽量化に向けた検討
2021年度の研究成果から、被覆層の縮小・軽量化に向けて燃えしろ層をスギ、燃え止まり層を難燃処理スギとして構成された、小型試験体の3時間耐火加熱実験を行った。これより、燃え止まり層浅部の薬剤量低減は、放冷中に燃え止まり層深部における赤熱燃焼の進行を抑制することを明らかにし、被覆層の縮小・軽量化への見通しを得た。
(2)実大梁を用いた材積最小化に向けた検討
2方向からの加熱を受けて入熱条件が不利になりやすい隅角部や実部材を想定した梁の熱容量が炭化性状に与える影響を把握するために、実大梁を用いた実大耐火加熱試験を行った。これにより、梁部材の中で、二方向で加熱を受ける隅角部では、入熱量が大きく、かつ温度低下し難いため、薬剤量を増加させることで炭化の進行を抑制する必要があること、実大部材での被覆層の必要薬剤量と厚さの関係を把握した。以上より、本課題では高層耐火木造の実現に向けて、小型試験体及び実大梁試験体を用いた耐火加熱実験を実施し、3時間耐火性能を確保する木質耐火構造部材の断面構成を把握し、さらに被覆層の縮小・軽量化に向けた燃焼・炭化性状を明らかにした。
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