集成材とは何ですか？

集成材として業界内で広く知られている集成材は、建築家やエンジニアのロングスパン木造建築に対する考え方を変えつつあります。単一の製材丸太に依存するのではなく、等級分けされた木材の薄い層を乾燥させ、接合し、構造用接着剤でプレスして、同じサイズの無垢材よりも優れた性能を発揮する部材を形成します。この記事では、集成材とは実際何なのか、集成材がどのように製造されるのか、層自体がパフォーマンスを向上させる理由、実際の建物のどこに集成材が現れる傾向があるのか​​について考察します。

集成材の正体

接着積層材は、乾燥した強度等級別寸法木材の複数の層を、耐久性と耐湿性の構造用接着剤を熱と圧力下で塗布して接着することによって製造されます。それは単に木材をランダムに積み重ねて接着しただけではありません。水分含有量を制御し、結び目などの欠陥を除去し、持続的な圧力下で接着剤を完全に硬化させることにより、個々の積層体が完成した部材に適切な荷重を分散できるようになります。 剛性と寸法安定性が、製材された固体丸太に匹敵することはほとんどありません 。完成品は、デザインの要求に応じて、真っ直ぐな梁、柱、またはトラスとして製造することも、アーチ型または湾曲した形状にプレスすることもできるため、材料は構造上の役割と、建物の目に見える特徴のかなりの部分の両方を担います。

原材料の選択と準備

生産者は通常、トウヒ、カラマツ、サザンパインなど、木目が均一で樹脂含有量が適度であるように選ばれた針葉樹種から開始し、それらを製材して厚さ約 20 ～ 45 ミリメートルの板に切り分けた後、完成した建築環境の水分レベルに近い水分レベルまで窯乾燥させます。乾燥後、各板を個別に等級分けし、大きな節や板目の部分を切り出し、フィンガージョイントを使用して再接合します。これにより、各積層の弱点が単一の断面内に積み重なるのではなく、部材内のさまざまな位置に分散されます。これが、積層梁の機械的性能が同等のサイズの無垢材の断面よりも一貫している傾向がある理由の大部分を占めています。

階層構造によって負荷パフォーマンスが向上する理由

1 本の丸太の強度は、節や揺れなどの最も弱い部分によって制限されることが多く、その部分に許容量を超える荷重がかかると、丸太全体の耐荷重能力が急激に低下します。集成材は、厚さをいくつかの薄い層に分割し、再結合する前に個別に検査、フィンガージョイント、修復が行われます。これにより、統計的に 1 つの弱点による影響が相殺されます。さまざまな断面サイズにわたるテストでは、同等の断面の場合、集成材は通常、 単一の丸太から切り出された無垢材よりも高い曲げ強度と剛性 部品ごとのばらつきが少なくなるため、エンジニアはより小さな安全マージンで作業でき、全体的に使用する材料が少なくなります。

接着システムと接着品質

積層間の接着剤の線は偶然ではありません。アセンブリの弱点にならずに層間のせん断応力を伝達するように設計されています。レゾルシノール ベースおよびメラミン ベースの構造用接着剤は、持続的な荷重下でのクリープに耐性があり、湿潤と乾燥の繰り返しサイクルにも耐えられるため、一般的に選択されます。メーカーは、生産工程から採取した切断サンプルの層間剥離およびせん断ブロックテストを通じて接着品質を定期的にテストしています。これは、硬化が不十分な接着剤のラインが完成したビームの外側から見えなくなるためです。

成形性と建築的表現

接着剤が完全に硬化するまで、薄い積層体は金型内で湾曲、アーチ型、またはより精巧な形状にプレスできるほど十分な柔軟性を保ち、接着剤が固まるとその位置に永久に固定されます。この特性により、集成材は大きな湾曲スパンが必要な体育館の屋根、展示ホール、教会のドームに適しており、建築家は木の表面の温かさを保ちながら、鋼鉄やコンクリートで経済的に実現するにはコストがかかる流れるようなフォルムを追求することができます。

天候と防火性能

防水接着剤で接着された構造用集成材は、雨や湿度の変化によってもたらされる膨張と収縮を管理する保護コーティングと組み合わせることで、屋外露出用に指定できます。裸火にさらされると、外面は徐々に焦げますが、この焦げた層は熱伝導が悪く、その下の未燃の木材への熱の伝達が遅くなります。結果として生じる燃焼速度は比較的予測可能であるため、エンジニアは、規定の期間耐荷重を保持するために必要な追加の断面サイズを計算できます。これは、高温に達すると、強度が大幅に低下し、特に警告なしに強度が低下する鋼とは対照的です。

火災の中で形成される炭化層は、集成材の梁を外側から内側まで均等に弱めるわけではありません。構造計算が推測になるのではなく、予測可能な状態を保つのに十分な期間コアを保護します。

一般的なアプリケーション

集成材は、スポーツアリーナや展示ホールの屋根の梁、空港ターミナルの湾曲したトラス、歩道橋や短径間車両橋の主要構造、コンサートホールのドーム骨組み、さらには高層住宅やオフィスビルの耐力フレームにも使用されることが増えています。直交積層材などのパネル製品と組み合わせられることが多く、集成材が梁と柱の線形荷重を支え、パネルが床と壁の面内荷重を受け止め、プロジェクトに必要なスパンと階数を達成しながら、建物の主要構造全体を木造で構築できます。

他の加工木材製品との併用

一般的な大量木材の作業では、集成材が単独で作業することはほとんどありません。直交積層木材パネルは床と壁を形成し、積層ベニヤ木材はスパンの短いジョイストとヘッダーを処理し、集成材は固体部分​​を非現実的に大きくする必要がある長くてより重荷重がかかる梁や柱を担当します。これらの製品の中から選択するのは、通常、スパンの長さ、荷重経路、および仕上げの後ろに隠れるのではなく、外観を維持するためにフレームのどの程度を露出させておく必要があるかということになります。

ますます多くの地域で建築基準が、高層の大量木材建築に対する防火および構造上の許容範囲を拡大する中、集成材は主に納屋、教会、スポーツ施設で使用される特殊な材料から、中層の骨組、橋、および長スパンの公共の建物のためのより日常的な選択肢へと移行しており、その一方で、建築家がその場所の木材に惹かれた視覚的な温かみは保たれています。