まにゃまる日記

木材を乾燥させた時の重さと、同じ体積の水の重さを比べた値です。

『水1m3 =1000kg=1t に対し 1m3 の木材の重さ』という考え方です。

2種類の物質の比重を比較すると、その物質が浮くのか沈むのかを判断することができます。

例えば、水の比重「1」より比重が小さい物質は水に浮くという事も言えます。

実際、鉄の比重7.87は1より大きいため水に沈みます。

比重にも、気乾比重と全乾比重があり、気乾比重はある程度の乾燥状態に放置した時(含水率15%程度)の比重をいいます。

全乾比重とは、木材がもっとも軽い状態(含水率0%)となった状態の比重です。

木材の硬さや強度を表す基準の一つで、数値が大きいほど重く、小さいほど軽いといえます。


木材の比重計算

■比重=(質量g/体積cm3 )となります。

例えば水の比重は
1000(1㎏)/1000cm3 (1m3 )=1.0 になります。

例えば木材0.0432m3(柱1本程度)が16.42kgであったりすると
16420g/43200cm3 =0.38になります。
この関係を使い木材の重量を計算することも可能です。

杉柱120×120×3000㎜ 比重0.38
0.12m×0.12m×3m=0.0432m3 比重=0.38
0.432×0.38=0.016416t=16.42kg/本
と計算することが可能です。

木材に関しての基礎知識

木材を構成する細胞や組織は、その種類ごとに特定の方向に配列されています。
このため、これらの配列違いから、繊維方向、半径方向、接線方向で収縮率や力学的性質が大きく異なってきます。
これらを木材の『異方性』と呼んでいます。

①収縮の異方性

木材は乾燥が進むにつれて収縮・変形をしますがその収縮の割合は木材の方向によって異なります。

木材の半径方向の収縮を1とした場合、繊維方向には1/10しか収縮しないのに対し接線方向には2倍収縮します。
木材の反りや吾亦紅云った性質により起こります。

収縮比率は 接線方向>半径方向>繊維方向
       20  :  10 :  1

木材に関しての基礎知識

②強度の異方性

木材の強度は荷重のかかる方向が、平行か直角かによって強度が大きく変わります。
荷重と繊維方向との角度が0°の時の強度を100とした時その角度が大きくなるほど各強度が低下していきます。
つまり、荷重が繊維方向に並行であるほど強度は強くなります。

収縮比率は 繊維方向>半径方向>接線方向
       20  :  2 :  1

木材に関しての基礎知識

部分に生じる応力

建物に荷重が作用すると、個々の部材に『圧縮、引張、曲げ、せん断、めり込み』などの様々な応力が生じます。
樹種によっても違いますが、同一部材で考えた場合は『曲げ>引張>圧縮>せん断』の順に強度が強い性質があります。

柱材は上階の荷重により、軸方向に強い圧縮力を受けるために圧縮に強い部材を、また梁材は材軸に垂直方向に荷重を受けるため、曲げに強い材料を選定することが重要です。

木材に関しての基礎知識

木材の密度・強度

木材は鋼材やコンクリートに比べ、非常に軽量です。
密度を比較すると、非常に軽いことが解ります。
このため、軽量化が可能で、地震力も小さくて済みます。

一般的には重い材料の方が強いと言われていますが同じ重さで強度比較(比強度)をした場合は、木材は圧倒的より少ない材料で強い物を作ることができるということです。

木材に関しての基礎知識

なぜ比強度が強いのでしょうか?
理由は木材が中空パイプのような細胞が集まってできた、ハチの巣のようなハニカム構造だからです。
身近なものでは段ボールなどはハニカム構造になっています。





木材の燃焼性・耐久性

木材の着火・発火点は樹種によって異なりますが、おおよそ約260℃で口火着火し、約400℃で自然発火すると言われています。

鉄が一定の温度を超えると急激に強度低下する性質を持っているのに比べ、火災時の過熱による強度低下が緩やかです。

火災から10分経過した鉄の強度20%以下まで落ちるのに対し木材は炭化層の働きにより、約80%に保たれます。

また表面に着火した場合、それが内部に燃えすすむスピード(炭化速度)もわずか0.6~0.8㎜/分程度と言われています。

これは木材が燃えると表面に炭化層が形成され、内部への酸素供給が断たれるため中心まではなかなか燃えない性質をもっています。

また、この性質に着目し部材断面を割り増しして構造上耐力の支障のないとする設計を燃え代設計と言います。

燃え代設計では、燃え代を省いた有効断面を用いて許容応力度計算を行い、表面部分が燃えても構造耐力上支障のないことを確かめる方法により木材でも準耐火建築物を建築することも可能になっています。

木材に関しての基礎知識