木材と鉄筋コンクリート等の複合建築物に関する構造技術の開発独立行政法人建築研究所構造研究グループ河合直人講演内容 Ⅰ 「木質複合建築構造技術の開発」プロジェクトの概要 Ⅱ 同プロジェクトの検討内容・成果 Ⅲ 今後の技術開発課題 Ⅰ 「木質複合建築構造技術の開発」プロジェクトの概要 • 平成１１年に５カ年の建設省総プロとしてスタート。 • 最終年度（H15）国交省総プロ「木材活用型低環境負荷建築構造技術の開発」独法建研課題「木質複合建築構造技術の開発」技術開発の対象木質ハイブリッド部材鉄板鋼板等集成材集成材集成材集成材ボルト等ボルトボルトボルト等集成材集成材木材補強部材（F R P、金属等）鋼板、FRP等木質ハイブリッド構造背景 O2 酸素 O2 CO2　CO2 二酸化炭素樹齢の成長樹齢の成長（二酸化炭素の固定）（ CO2の吸収）建物の使用期間建物内に固定された（固定した二酸化炭素の保存）炭素の保存樹本の再成長森林におけるCO （二酸化炭素の再固定） 2 の再固定 • 地球環境問題（CO2削減） • 建築基準法の性能規定化 • 民間における木質複合部材の開発状況技術開発の目的 • 木質ハイブリッド部材、接合部及び木質ハイブリッド構造の構造性能と防火性能に関して、性能評価法と設計法を開発する。 • 技術的課題としては; - 高性能の部材、接合部等の開発, - 木質ハイブリッド部材の耐力・剛性評価, - 木質ハイブリッド構造の地震時挙動, - 火災安全性の実現方策, 等。検討体制国土交通省国総研独法建研公益法人共同研究建築センター, 建築業協会, 構造技術者協会, 住木センター, ツーバイフォー協会, 等研究調整委員会構造分科会全体構造WG 複合システムWG 各部構造WG 木質システムWG 研究協力防災科研防火分科会共同住宅試設計WG 大学部材・構造耐火性能WG 区画火災制御WG 森林総研 Ⅱ プロジェクトの検討内容と成果（１）防火性能に関する検討（２）構造性能に関する検討（３）試設計（４）研究成果のまとめ現行建築基準法における耐火建築物に対する要求 • 階数４以上の建築物は、主要構造部を耐火構造とすることが要求される • 耐火建築物は火災の後も建ち続けなければならない。 • １時間耐火構造の部材の試験では、１時間の加熱後、炉内に３時間放置して鉛直荷重支持能力が保たれることを確認する。現行基準法における耐火時間の要求要求耐火時間非損傷性建築物の部分間耐力壁仕切非耐力壁壁耐力壁壁非耐力壁外 (延焼部分) 壁非耐力壁 (上記以外) 柱床はり屋根階段最上階・最上階から2 ～4の階 1時間最上階から5～ 14の階 2時間最上階から15以上の階 2時間遮熱性遮炎性 ― ― 1時間 1時間 2時間 2時間 1時間 ― ― 1時間 1時間 1時間 2時間 2時間 2時間 30分間 30分間 3時間 2時間 3時間 30分間 30分間 ― 1時間 ― ― ― ― ― ― 30分間 ― 木材活用型の耐火構造の部材の提案「燃え止まり部材」「被覆系部材」耐火試験の実施燃え止まるメカニズム耐火試験の概要 • 試験体 – 個数：原則として加熱面ごとに２体 – 形状と大きさ：原則として実際と同一壁３ × ３ｍ以上床４ × ３ｍ以上柱３ｍ以上はり４ｍ以上試験条件 • 炉内温度（ISO834） T  345log10 8t  1  20 判定条件 非損傷性 – 壁、柱最大軸方向収縮量ｈ/100 (mm) 〃収縮速度３ｈ/1000 (mm/分) – 床、はり、屋根最大たわみ量最大たわみ速度 L2/400ｄ (mm) L2/9000ｄ (mm/分) ｈ：初期高さ、L：支点間距離、ｄ：圧縮縁から引張り縁までの距離 (mm) 判定条件 遮熱性：壁、床裏面の温度上昇平均 140K以下最大 180K以下 遮炎性：壁、床、屋根非加熱側へ火炎が噴出しないこと非加熱面への発炎がないこと損傷を生じないこと • 準不燃材料以外を含む場合 – 加熱終了後も（加熱時間の3倍時間）、再燃焼などによる温度上昇、それに伴う崩壊などの危険がないことを確かめる耐火試験の例柱 1時間耐火燃え止まり型（試験体） H形鋼300×300×10/15 集成材（ベイマツ）60mm被覆柱 1時間耐火燃え止まり型（加熱終了後）炉外に取り出した時点で燃焼なし、鋼材の最高温度は約110℃ 各部詳細 • 各部詳細の検討外壁と床の取り合い、最下階の床、軒裏、防火区画の貫通部、防火戸などの防火設備、バルコニー、その他 • 防火被覆の留意点室内から見てすきまなく連続部材の接合部分も連続耐火構造以外の部材との取り合い防火被覆の留意点サッシ屋内側の耐火被覆外壁の屋外側耐火被覆取合い部は隙間なく耐火被覆材で覆う床( 上面) の耐火被覆床( 下面) の耐火被覆取合い部は隙間なく耐火被覆材で覆う屋内側の耐火被覆防火被覆は室内から見てすきまなく連続させるコンセントボックス廻りの耐火試験 RW-1 RW-2 RW-3 他の耐火建築物の可能性 • 構造レベルの複合による耐火建築物 • スプリンクラーの利用可燃物の燃焼の制御木材の着火の防止炭化の抑制（２）構造性能に関する検討 • • • • 各部構造に関する検討全体構造に関する検討複合システムに関する検討木質システムに関する検討各部構造に関する検討 • • • • 部材・接合部等の耐力・剛性評価耐力・剛性に及ぼす影響因子部材・接合部設計の考え方接着耐久性の評価法実験例：炭素繊維シート補強部材の曲げ試験 80 荷重 (kN) 補強あり集成材（補強なし） 40 炭素繊維シート補強なし 0 100 変位 (mm) 200 接着耐久性の評価法 • 木質ハイブリッド構造には、耐力剛性の高い接着接合が有効。 • 接着耐久性の確保方策、評価法の確立が課題 • 木材と他材料の接着について基礎的な実験を実施。 • 接着耐久性の評価の考え方を整理し、標準試験法・評価法を提案した。構造システムに関する検討 • • • • • • 地震時挙動及び設計用地震力床の面外の力学的挙動静的地震力に対する応力算出方法構造物全体の長期的挙動限界耐力計算適用上の課題構造性能評価の原則地震時挙動及び設計用地震力 • 立面的な複合システムについて、Ai分布の妥当性、剛性率による地震力割増しの必要性を検討せん断力係数の分布形層せん断力係数の分布形複合システムに関する構造的検討 • 複合システム（木＋ＲＣ等の平面的複合構造システム）の構造設計指針の内容検討 • 複合システムの振動台実験を実施 • 設計の自由度を拡大するための割裂強度算定式の提案複合システムの振動実験複合システムの試設計例（中田・山辺・杉本）木質システムに関する構造的検討 • Ｈ形鋼を用いた接合部の開発 • 木質システムに有効な高性能耐力壁及び連層壁システムの開発及び性能評価 • ホテルの試設計（ツーバイフォー協会） • 狭小間口対応の試設計（木住協）木質システム・木質ハイブリッド部材で構成される構造システム・木質構造の異種構造どうしの複合構造（３）共同住宅の試設計 • 耐火構造となる５階建て共同住宅の試設計を以下の２ケースにつき実施 • １階Ｓ造、２～５階は燃え止まり部材（内部Ｈ形鋼・外部集成材）によるラーメン構造 • １階Ｓ造、２～５階を燃え止まり部材の柱梁＋壁式構造共同住宅の試設計断面図柱梁接合部詳細（４）研究成果のまとめ • 構造部材に木材を活用した４階以上の建築物が現行基準法で建設可能であることを示し、実用化の段階に入った。 • 成果物として、以下の文書をとりまとめた。「木質複合建築物の性能評価の原則」「木質複合建築物の設計・施工指針」 Ⅲ 今後の技術開発課題 • 平面的複合システムの耐震設計法：地震時挙動と設計用静的地震力簡易な耐震設計法の開発 • 燃え止まり部材の製造方法の改善：隙間を充填するタイプの接着剤の使用耐火性能の確認国産材を用いた燃え止まり部材の開発 • 燃え止まり部材による合理的な設計法