木造躯体顕わし60分耐火試験クリアー

FSB工法での、木造準耐火60分構造外壁及び耐火区画壁の耐火試験に、(一社)岩手県建築士事務所協会及び岩手県森林組合連合会並びに結設計が連携して、(公財)日本住宅木材技術センター試験機関にて、林野庁の助成金活用で2016年9月合格することが出来ました。ようやくという感じです。異常気象等を始め地球環境をどんどん異常な状態に押しやっている現代文明において、正常に近づける作用をする建築の工法としては、このような、CO2の吸収固定を増進して廃棄物を削減する、部材のリユースを前提とした工法にせざるを得ない中、現実的で完成形に近い工法技術でクリアーできました。この試験結果をもって国交省に60分耐火壁としての認定を受け、年内には下りると思われます。

耐火試験を行う炉です、炉の各穴から1000度近い炎で吹き付けます。046

炉の内部ではこれだけ激しく燃えています。055

燃焼試験が行われる壁の内部側の燃焼前の躯体顕わしの壁面です。047

木造躯体顕わし準耐火構造(60分)耐火試験に合格と言っても、殆どの方はそれがどうかしたの?、という感想ではないかと思われます。このことは、如何に建築が法律でがんじがらめに拘束され、木を現して使える領域が少ないかを知っている者には分かって貰えますが、そうでない方には、猫に小判、馬の耳に念仏かも知れません。

市街地の殆どには防火のために、外壁を防火構造や準耐火構造に、又、面積や用途によって不燃材にしなければならない規制があり、木造で建てようとしても、その木を内外に顕わしに出来ないことが多いのです。木造三階建てでも同じです。

通常の木造建築は柱間が空洞になっているか断熱材が充填されてあるため、躯体を内外サイディングや石膏ボード等の新建材で包むことで、30分や60分の耐火性能を満たし、内外に燃え抜けがない様にします。この方法ですと現実の建築では手間や材料費が嵩み、鉄骨造等で建てた方が安価になることも多く、しかも木材を顕わしに出来ず、木造で建てる意味やメリットがなかったのです。

耐火試験をクリアーしたFSB工法の壁は、柱と同寸の杉の無垢材で充填されているため、空洞がなく、角材間に隙間を生じさせなければ、燃え抜けない様にすることが可能です。試験した壁の内部は木造躯体を顕わし、外部には断熱材を貼り、杉の仕上げ材(下見板や縁甲板等、殆どの木材の仕上げを可能とする条件)を貼った105mm角の柱を含んだ構造外壁です。さらにもう一種類、内外に仕上げも断熱材も貼らない躯体だけの、120mm角の角材の内外同一仕様の壁(耐火区画や間仕切り用の構造外壁)の二種類です。

柱を太くすればより容易にクリアーすることが可能ですが、それではその分コストが嵩み、普段使いがしにくくなり、どれだけ小さな構造柱でクリアーさせるかが勝負所なのです。試験でクリアーした柱は外部仕上げタイプが105角、耐火区画壁は120mm角で、どちらも240mm角まで使用できる条件でクリアーしました。

この二種類の60分耐火壁によって、木造躯体現し(石膏ボードやサイディング等の新建材使用が削減)の準耐火構造建築が可能になり、これまで通常材料使いの木造では難しかった、延べ床3000平米の建築や三階建ての幼稚園や老人ホームなどの福祉施設や公共建築が、FSB工法でなら可能になるのです。通常材料での木造の活用領域が、工事単価の割り増しなく大幅に拡大します。しかもこの工法では建物の使用期間が終わって解体されても、断熱材以外廃棄処分に困る新建材は殆ど使用せず、壁パネル等は他の建築物の壁として再使用できます。

耐火試験をクリアーした方法としては、木材が持つ、木は燃えると炭化して燃焼速度を遅滞させる性質=燃え代耐火性能を活用しています。それで一定時間内の燃え抜けを阻止し、断熱材以外全て循環型素材の木材の活用で、特殊防火材や薬剤等は一切使用していません。木は1mm炭化するのに1分間程時間を要します。60分耐火構造壁の試験では60分間以上、900から1000度の炎で、3m×3.6mの大きさの壁の片側で燃焼させて、その壁の反対側にピンホール等の穴であっても、一瞬たりとも火を見せず、熱を伝えず、かつ構造的に必要な載荷重に耐え続けるかを試験します。しかも試験は偶然性をなくすために、同じ仕様で同じ方向からの燃焼試験を二体づつ行います。つまり外壁の場合は内からと外からそれぞれ二体づつ計4体、耐火区画壁は内外対象形なので、一方向からの計二体、合計で6体の燃焼試験を行いました。

私たちの壁は柱を立て並べた壁ですから、ただ並べたら一本一本の間に火によるねじれ等で隙間が生じる可能性があり、そこから火が燃え抜ける危険性があります。あるいは土台や梁(桁)の間も隙間が生じて燃え抜ける可能性があります。これらをどのようにして燃え抜けないようにするかが重要な技術的ノウハウですが、詳細は記載しきれないので省略します。

燃え抜けない様にするだけなら色々な方法があり、材を太くしたり、複雑で緻密な構造や燃えにくい耐火シール材等を挟んだりするやり方もありますが、それでは制作費や工事費が嵩み、工事施工や壁パネルの解体後の再使用時にも余計な手間がかかり、結局予算の少ない通常工事では採用できない工法になってしまいます。しかも柱は構造体であり、必要な荷重を担う必要がありますので、燃焼して太さが細くなると、座屈といって、柱が折れ曲がって載荷に耐えきれなくなります。これらの問題を全て60分間耐えられる構造壁でないといけないのです。

30分耐火は一昨年既に、内外躯体顕わしで試験をクリアーしていましたので、どのような接合詳細にする必要があるかはだいたい予測できていました。しかし60分となると105角の柱材では炭化が60㎜近く進み、残り45㎜では座屈に耐えられないことが容易に予測されます。外壁仕上げ方向からの燃焼試験の場合は仕上げ材による時間稼ぎに期待できそうですが、内部からの燃焼の場合は確実に座屈を生じます。かといって120角の材にした場合、材積の違いで工事価格にそれだけの差が生じ、特に30分耐火の性能(防火構造)でもよい場合に120角を使用せざるを得なくなるのは工事費のことを考えると避けたいところです。そのため105角の材で座屈せず、燃え抜けないよう、色々と技術的工夫と苦労を重ねることでクリアーしました。間仕切り用の壁はそれもあって最初から120角にしました。

外壁は躯体だけで国交省の耐火認定を取得した場合、外部の仕上げを施した仕様では建築確認申請での是非は、審査機関の建築主事が判断することになっていました。しかし殆どの主事はその判断を避ける傾向があります。そこで今回の外部専用タイプは断熱材貼りの外部仕上げを施した仕様の試験としました。30分と60分の両方の試験をした場合は費用が倍かかるので、60分でクリアーできれば30分にも使用できるので、外部仕上げの仕様では105角で60分の耐火試験をクリアーしました。多分無垢の木を丸鋼材で緊めただけの躯体壁で105㎜角柱での60分耐火をクリアーした事例は、世界でもまだ聞いたことなく、ギネスものかもしれません。お陰で貴重な技術的ノウハウの蓄積が出来ました。

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炉に壁を取付け、時計が示す様に耐火試験開始30分後の外部仕上げ側の様子です。壁にいくつかの線が張り付いているのは温度変化を測るためです。実は炉の設置面上部等からうっすらと煙が生じています。これは試験体の壁の仕様の問題というより、設置の仕方の問題ですが、でもここから壁そのものに類焼しても試験は失敗となります。30分はクリアーしましたが、これでは60分はもたないだろうと半ば諦めの心境になりました。

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燃焼試験50分の段階で、何とか45分はクリアーしてくれましたが、もう無理かなと思いつつ、後10分頑張ってくれと、手に汗握っているところです。

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上部の煙が増えてきましたが、とにかく60分クリアーしました。

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炉の中の炎の吹き出しは止め、壁を炉から取り外す瞬間です。壁の向こう側は未だ燃えています。

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取り外した壁の燃焼側の様子です。これに放水して消化します。

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消化して下に置いた、燃焼試験した壁です。柱部分は炭化して削ぎ落ちているところがあり、その原因も判明しました。座屈寸前ではなかったかと思われます。

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炭化した部分を掻き出して、105㎜厚の中央にあるボルトのナット部分を露にしているところです。ボルト付近までは炭化していましたが、落下までは至りませんでした。どう燃えるのかがよく分かりました。

耐力試験の報告は又次回。