耐火木造の大臣認定技術|燃え代設計・燃え止まり型・メンブレン型と建築事例

耐火木造の大臣認定技術 | Forest Eight

木材は本質的に燃える材料です。それでも、設計と技術を工夫すれば「燃えても構造が崩れない・延焼させない」耐火構造として成立させられます。2000年に建築基準法が性能規定化されて以降、この分野は一気に発展しました。耐火木材の大臣認定は2024年時点で累計100〜120件規模に達し、純木造の耐火建築としては国内最高44m(横浜・ポートプラス、2022年)、海外では86.6m(米ミルウォーキー・Ascent MKE、2022年)まで実現しています。ここでは耐火木造を支える3つの技術、認定の取得動向、そして国内外の建築事例を、難しくなりすぎないように整理していきます。

目次

耐火木材の3つの技術体系

耐火木造の実現方法は、大きく「燃え代設計」「燃え止まり型」「メンブレン型」の3つに分かれます。それぞれ建築基準法上の位置づけも、対応できる耐火時間も、コストも違います。まずは断面の概念図で全体像をつかんでください。

耐火木材の3技術体系の概念図 燃え代設計・燃え止まり型・メンブレン型の構造概念 耐火木材の3技術体系(断面概念図) 燃え代設計 構造耐力 必要断面 表層から炭化 内側健全部で耐力維持 対応:準耐火(45〜90分) 燃え止まり型 構造 中間に燃え止まり層 炭化進行を物理的に停止 対応:耐火(1〜3時間) メンブレン型 木質構造 石膏ボード等で被覆 炭化前に火源を遮断 対応:耐火(1〜3時間) ※ 図は概念。実物は樹種・厚さ・含水率・接合部処理で個別最適化 ※ 中央:構造耐力健全部、中間層:燃え止まり層/被覆層、外側:炭化層想定
図1:耐火木材の3技術体系(断面の概念図)

燃え代設計

木材は火災時に表面から炭化していきますが、内部の健全な部分はしっかり構造耐力を保ちます。この性質を逆手にとるのが燃え代設計です。要求される耐火時間のあいだに炭化する厚さ(=燃え代)をあらかじめ見込んで、その分だけ部材を太くしておくという考え方です。

炭化速度はスギ・ヒノキでおおむね0.6〜0.8mm/分。たとえば準耐火60分なら「0.7mm/分×60分=42mm」が燃え代になります。構造的に120mm角で足りる柱でも、外周3面に燃え代を上乗せして概ね200mm角にする、といった具合です。設計法が告示で定型化されているので、準耐火構造の主要構造部に比較的取り入れやすいのが利点です。木材を見せる意匠と相性が良いのもこの方式の魅力です。

燃え止まり型

中間層に「燃え止まり層」(モルタル、難燃処理木材、石膏系材料など)を仕込み、炭化が一定の深さまで進んだところで物理的・化学的に止めてしまう構造です。1〜3時間の耐火構造として大臣認定で運用され、木の意匠を残しつつ高い耐火性能を出せるため、中大規模木造の柱・梁に多く採用されます。

典型的な構成は「化粧木材+燃え止まり層+中心の構造木材」という3層サンドイッチ。構造耐力は中心の集成材・LVL・CLTが受け持ち、外周は燃え止まり専用の役割に割り切る設計が一般的です。燃え止まり層には高密度モルタル、ホウ酸系難燃処理木材、ケイ酸カルシウム板、強化石膏ボードなどが使われ、3時間耐火で柱断面合計500mm角・梁せい1,000mmといった大断面の認定も取得されています。

メンブレン型

木質の構造体を強化石膏ボードなどで丸ごと被覆し、火災の熱を木材本体まで届かせない構造です。石膏ボードは加熱されると約100℃で結晶水が抜け、水蒸気として吸熱しながら蒸発するため、木材温度を発火点(約260℃)以下に保てます。被覆の枚数と厚さで耐火時間が決まり、1時間耐火なら2枚張り、2時間耐火なら3枚以上が目安です。

木は見えなくなるので壁・天井は石膏ボード仕上げが基本になりますが、その分コストを抑えて耐火性能を取りやすく、オフィスビルや共同住宅で広く使われます。性能を左右するのはジョイント処理の精度で、隙間やピンホールがあると熱気が侵入して木材を直接あぶってしまうため、留付ピッチ・テープ幅・パテ厚などが認定仕様で細かく決められています。

大臣認定の取得動向

耐火木材の大臣認定取得件数の推移(推計) 2005年から2024年までの認定件数推移と主要技術別の割合 2005 2010 2015 2020 2024 120 90 60 30 0 累計認定件数 燃え止まり型(最多) メンブレン型 耐火木材の大臣認定取得件数(推計) ※ 推計:建築研究所・日本建築総合試験所等の認定実績の公表情報からの概算
図2:耐火木材の大臣認定取得件数の推移(推計、累計)

耐火木材の大臣認定は2000年代後半から件数が伸び、2024年までの累計で約100〜120件規模に達しています。技術別では燃え止まり型が最多。ゼネコン・ハウスメーカー・木材メーカーがそれぞれ認定を取得し、汎用カタログ仕様として設計者に提供する形が主流です。近年は3時間耐火(超高層対応)の認定、CLT+石膏ボードの組合せ、接合部や床版・壁版を含む包括認定が増えています。

主な取得者は、ゼネコン(大林組・竹中工務店・清水建設・鹿島建設)、住宅メーカー(住友林業・三井ホーム・大和ハウス)、木材・CLTメーカー(銘建工業・山佐木材など)。1件あたりの認定取得には加熱試験・構造試験などで数千万円規模の費用と1〜3年の期間がかかり、試験は建築研究所(つくば)や日本建築総合試験所(吹田)といった公的機関で実施されます。コストと時間のハードルが高いぶん、取得した認定は各社の強みとして長く活用されます。

木質ハイブリッドという選択肢

純木造にこだわらず、木材と鉄骨・コンクリートを組み合わせる「木質ハイブリッド」も有力です。鉄骨柱を木で覆うタイプ、CLT床+RC柱の合成構造などがあり、構造耐力と耐火性能を鉄骨・RCで確実に担保しつつ、内外装に木を露出させて木質感を出せます。施工が従来工法の延長線上にあるので工期やコストの予測が立てやすく、超高層・大規模建築で採用が増えています。ただし純木造ならではのCO2固定や木造ブランディングは薄まるため、用途や建築主の意向しだいで使い分けられます。

国内外の建築事例

2010年代後半から、耐火木造の竣工事例が国内外で着実に積み上がってきました。高さの比較で全体感を見てみましょう。

国内外の耐火木造建築の代表事例 国内外の主要な耐火木造・木質ハイブリッド建築の階数・高さ比較 主要な耐火木造・木質ハイブリッド建築の高さ比較 90m 70m 50m 30m 0m 86.6m Ascent 米2022 85.4m Mjøstårnet ノルウェー2019 84m HoHo Wien 墺2020 53m Brock C. 加2017 44m ポートプラス 日2022 23m 木材会館 日2009 日本国内事例 海外事例 日本:純木造耐火 建築の高さ記録は 2022年ポートプラス で44m。 海外:北米・北欧で 80m級が複数。
図4:国内外の耐火木造・木質ハイブリッド建築の代表事例(高さ比較)

ポートプラス(横浜、2022年)は、大林組がみなとみらいに建てた地上11階・高さ約44mの純木造耐火建築(研修施設)。鉄骨やコンクリートを構造体に併用しない純木造での高層化として、日本の高さ記録を更新し、業界の参照点になりました。主要構造部の集成材はカラマツ・スギの国産材が約8割を占めます。

都市部の先駆例としては木材会館(東京・新木場、2009年)があります。地上7階の事務所ビルで、大断面集成材を意匠的に露出させた燃え代設計を採用し、いまも見学需要が続く物件です。地方では住田町役場(岩手、2014年)が地域材スギ・カラマツを主構造に使い、その後の自治体木造庁舎のモデルになりました。CLT PARK HARUMI(東京・晴海、2019年)はCLTを多用したパビリオンで、CLTの社会的認知を一気に広げた事例です。

海外に目を向けると、Ascent MKE(米ミルウォーキー、2022年、86.6m・25階)が世界最高の木造として知られ、それ以前はMjøstårnet(ノルウェー、2019年、85.4m・18階)が世界一でした。ほかにHoHo Wien(オーストリア、2020年、84m)、Brock Commons(カナダ、2017年、53m)など、15〜25階建の木造・木質ハイブリッドが2020年代に各国で同時多発的に立ち上がっています。

コストの目安

耐火木材は通常の木造より割高ですが、技術によって価格帯が変わります。通常木造を1.0としたときの倍率の目安は次のとおりです。

  • 燃え代設計(準耐火):1.0〜1.2倍(断面増加分)
  • メンブレン型(1時間耐火):1.2〜1.5倍(石膏ボード+施工費)
  • 燃え止まり型(1時間耐火):1.4〜1.8倍(特殊材料+認定対応)
  • 燃え止まり型(2〜3時間耐火):1.8〜2.5倍以上
  • 木質ハイブリッド(鉄骨内蔵):1.5〜2.0倍

同等性能の鉄骨造・RC造と比べると、坪単価でおおむね同等〜10〜15%高い水準です。ただしCO2削減・環境価値・木質意匠という付加価値が評価される用途(環境配慮型オフィス、公共施設、木質仕様の商業施設など)では、その差を正当化しやすくなっています。運用30年分のCO2削減量を炭素価格で換算すると、総合評価では経済性が逆転するケースも増えてきました。

よくある疑問

耐火木材は本当に火災で安全なの?

大臣認定を取得した構造は、ISO834の標準加熱試験で「要求時間のあいだ崩壊しない・延焼させない」性能が確認されています。適切に設計・施工されていれば鉄骨造・RC造と遜色ない安全性です。2010年代以降の中大規模木造で、耐火認定構造物が構造崩壊に至った報告は確認されていません。

木は見えるの?それとも隠れるの?

燃え代設計と燃え止まり型は木材を露出できます。一方メンブレン型は石膏ボードで覆うため木は見えません。木の意匠を出したいか、コストを抑えたいか、要求される耐火時間はどれくらいか——このバランスで使い分ける設計判断になります。

既存の木造を耐火改修できる?

内側からの石膏ボード被覆(メンブレン型に相当)で、用途変更や規模拡大に伴う耐火要求に対応できる場合があります。ただし建築確認の再取得や既存不適格の整理が必要なので、計画段階から専門家に相談するのが現実的です。

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出典・参考:国土交通省 住宅・建築建築研究所日本建築総合試験所日本CLT協会林野庁 木材産業課

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この記事を書いた人

ハウスメーカーで住宅の構造を担当したのち、林業の世界へ。林業・木材・建築の3領域を横断する視点で、Forest Eight の記事を編集しています。

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