単板積層材(LVL)の耐火性能

背景と目的

大規模木造建築物に使用される大断面の構造材については地震，風，火災などに対して建物崩壊の危険性を回避する安全性能を自ら持つことが必要とされている。多くの実施例を持つ集成材では，部材の耐火設計の際，構造計算から求められる断面の周囲に，燃え代として厚さ25mmの割増が求められている(耐火時間が30分の場合)。他方，集成材と同じく大断面構造材が製造可能な単板積層材(LVL: Laminated Veneer Lumber)についての耐火設計は確立していない。単板の積層によって製造されるLVLは国産材の有効利用の面からも集成材より有利であり，用途拡大のうえから大断面構造用材料としての火災安全性の確認は重要となる。ここでは構造用LVLの耐火性能を検証した。

成果

カラマツ，ベイマツ構造用LVLの接合方法の違い(図1)による破壊までの時間(耐火時間)を，載荷加熱試験により比較を行った。LVLは日本農林規格に従って製造したもので，接着剤はフェノール樹脂およびレゾルシノール樹脂接着剤を用いた。

断面寸法が幅150mm×梁せい(高さ)300mmのLVLの，コントロール(接合なし)では60分間以上の耐火時間を示した。また，銅銭はさみ込み・ドリフトピン接合方法では40分間破壊せず，側面添え板銅銭ボルト接合や上下添え板鋼鈑・ラグボルト接合方法に比較して良好な耐火性能を示した(図2)。同じ接合方法の場合，断面が大きくなると破壊までの時間(耐火時間)は延長した。

LVLが燃えて炭化した部分は材の周囲で均一な厚さの炭化層となる。この層は断熱・遮炎作用を発揮し，燃え進むことを抑制する効果を示す。LVLが炭化する速度は毎分0.6〜0.8mmであり，これは集成材と同じであった(写真1)。鯛飯などの接合金物は熱の伝わりが大きく周囲の炭化を促進するために，これらの被覆を木材で行うことで炭化を阻止することができる(写真2)。以上のことから，カラマツおよびベイマツLVLの耐火性能は集成材と同等であること，鋼飯はさみ込み(鋼飯被覆)接合方法(接合1)が，最も有効な接合方法であることを明らかにした。

図1 LVLの接合方法詳細

図2 接合方法の違いによるLVLの耐火時間（荷重2.6t）
D: ベイマツ
K: カラマツ
コントロール: 接合なし
接合1: 鋼板はさみ込みドリフトピン接合
接合2: 上下添え板鋼板ラグボルト接合
接合3: 側面添え板鋼板ボルト接合

写真1 外層に均一な炭化層をつくり遮炎・断熱効果を発揮する。

写真2 接合金物を木材で被覆することにより金物周囲の炭化促進を阻止する（接合3）