木材

ビクトリア朝のユーカリ レグナンスから切り出した木材
丸太で埋め尽くされたワシントン州ベリンガムの港、1972年

木材（イギリス、オーストラリア、ニュージーランドではtimberとも呼ばれる）は、梁や板材など、均一で有用なサイズ（寸法木材）に加工された木材です。木材は主に建築用骨組みや仕上げ材（床、壁パネル、窓枠）に使用されます。木材は住宅建設以外にも様々な用途があります。アメリカ合衆国やカナダを含む世界の一部の地域では、timberという用語は、伐採された丸太や伐採前の立木など、 加工されていない木質繊維を指します。

木材は、荒挽きの状態、または片面または複数面に表面処理が施された状態で供給されます。荒挽き材は、家具や、切断と成形を必要とするその他の製品の製造に使用される原材料です。木材は、低価格のため、ホワイトパインやレッドパインなどの広葉樹や針葉樹を含む多くの樹種で入手可能です。 [ 1 ]

仕上げ材は標準サイズで供給され、主に建設業界向けに使用されます。主に針葉樹（マツ、モミ、トウヒ（総称してトウヒ、マツ、モミ）、スギ、ツガ）から作られた針葉樹材が主ですが、高級フローリング材用の広葉樹材も一部使用されています。広葉樹よりも針葉樹から作られることが多く、製材全体の80%は針葉樹です。[ 2 ]

用語

アメリカ合衆国とカナダでは、製材された板は木材と呼ばれ、立木や伐採された木は木材と呼ばれます。[ 3 ]

対照的に、英国、その他の英連邦諸国、そしてアイルランドでは、「timber （木材）」という言葉は両方の意味で使われています。（英国では、「lumber（木材） 」という言葉が木材と関連して使われることはほとんどなく、他にもいくつかの意味があります。）

再生木材

再加工木材とは、製材済みの木材を二次加工または三次加工したものを指します。具体的には、工業用または木材梱包用に伐採された木材を指します。木材は、通常一次製材所では加工できない寸法に加工するために、リップソーまたはリソーで切断されます。

再製材とは、厚さ1～12インチ（25～305 mm）の広葉樹または針葉樹の製材を、2枚以上の薄い板材に分割することです。例えば、長さ10フィート（3.0 m）の2×4（1+1 ⁄ 2 x 3+1 ⁄ 2 インチ（38 x 89 mm）を2つの2×2（ 1+1 ⁄ 2 x 1+ 同じ長さの切断 （1 ⁄ 2インチまたは 38 x 38 mm）は、再切断とみなされます。

プラスチック木材

構造用木材は、リサイクルプラスチックや新しいプラスチック原料から製造されることもあります。その導入は林業業界から強い反対を受けています。[ 4 ]プラスチック製木材にガラス繊維を混合することで、強度、耐久性、耐火性が向上します。[ 5 ]プラスチック製ガラス繊維構造用木材は、「 ASTM規格E 84に準拠した試験において、クラス1の延焼速度が25以下」となる場合があります。これは、ほとんどすべての処理木材よりも燃焼速度が遅いことを意味します。[ 6 ]

木材マーク

木材マークとは、伐採許可証を示すために特別に作られたハンマーで木材を切る際に叩きつけられる記号である。[ 7 ]

歴史

木材を製材した板材という意味での「木材」という言葉の定義は、17世紀の北米で始まりました。[ 8 ]

1420年、マデイラ諸島はポルトガル帝国の植民地となりました。エンリケ航海王子はマデイラ島に入植者を派遣し、彼らは広大な森林を伐採して作物を栽培しました。伐採された木は製材所で加工され、本土へ輸送されました。[ 9 ]

コルネリス・コルネリスゾーン（またはクレリス・ルートジェス）は、1593年に最初の風力製材所を発明したオランダのウイトヘースト出身の風車所有者でした。これにより、丸太から板材への加工速度が、それまでの手動の製材所よりも30倍も速くなりました。[ 10 ] [ 11 ]

木材の丸太の変換

フィンランドのコトカにある、丸太を浮かべた製材所

丸太は、製材、切断、または割材によって木材に変換されます。最も一般的な方法は、リップソーによる製材です。これは、不揃いな木目や大きな節のある低品質の丸太でも使用可能で、より経済的だからです。製材には様々な種類があります。

  • プレーンソーン（フラットソーン、スルーアンドスルー、バスタードソーン） - 丸太の位置を調整せずに丸太を製材し、木目が板の幅全体にわたって通っているもの。
  • 柾目製材と裂目製材– これらの用語は歴史的に混同されてきましたが、一般的には年輪が木材の側面（端ではない）に対して適度に垂直になるように製材された木材を意味します。
  • ボックスハート -髄は木材、柱、または梁の中に残り、露出する余地がいくらかあります。
  • ハートセンター – 丸太の中心の芯。
  • 心抜き（FOHC） – 心材のない側面カットの木材、柱、または梁。
  • 節なし (FOK) – 節が存在しません。

寸法木材

一般的な50×100mm（2×4インチ）のボード

寸法木材とは、標準化された幅と奥行きに切断された木材のことで、多くの場合、ミリメートルまたはインチで指定されます（ただし、公称寸法と実寸については以下を参照してください）。大工は木造建築物の骨組みを作る際に、寸法木材を広く使用します。一般的なサイズには、 2×4（写真）（ツーバイフォーや、オーストラリア、ニュージーランド、イギリスではフォーバイツーなどと呼ばれるその他のバリエーションもあります）、 2×6、4 ×4などがあります。板の長さは通常、幅と奥行きとは別に指定されます。そのため、長さが4フィート、8フィート、12フィートの2×4材を見つけることが可能です。カナダとアメリカ合衆国では、木材の標準的な長さは6、8、10、12、14、16、18、20、22、24フィート（1.8、2.4、3.0、3.7、4.3、4.9、5.5、6.1、6.7、7.3メートル）です。壁の骨組みには、あらかじめカットされた「スタッド」の長さが用意されており、一般的に使用されています。天井高が8、9、10フィート（2.4、2.7、3.0メートル）の場合は、92種類のスタッドが用意されています。+5 ⁄ 8インチ（2.35メートル）、 104+5 ⁄ 8インチ（2.66メートル）、および116+5 ⁄ 8インチ（2.96m）。

北米の針葉樹

寸法木材の単位長さは、製材元の樹木の高さと胴回りによって制限されます。一般的に、最大長さは24フィート（7.32メートル）です。エンジニアードウッド製品は、木材のストランド、粒子、繊維、またはベニア板を接着剤で結合して複合材料を形成することで製造され、一般的な木質建築材料よりも柔軟性と構造強度に優れています。[ 12 ]

プレカット スタッドは、8 フィート、9 フィート、10 フィートの天井用にメーカーによってプレカットされているため、フレーマーの時間を大幅に節約できます。つまり、メーカーは、敷居プレートとダブル トップ プレートを収容できるようにピースから数インチまたは数センチメートルを削除しており、追加のサイズ調整は必要ありません。

アメリカ大陸では、伝統的な板の厚さをインチ単位で表した名称にちなんで2×4（2×4、2×6、2×8、2×10、2×12）と4×4（89 mm × 89 mm）が、現代の建築でよく使われる木材のサイズです。これらは、バルーンフレーム住宅やプラットフォームフレーム住宅などの一般的な構造物の基本的な構成要素です。針葉樹から作られた寸法木材は主に建築に使用され、広葉樹の板はキャビネットや家具の製造によく使用されます。

製材の公称寸法は、完成品の実際の標準寸法よりも大きくなります。歴史的には、公称寸法は未乾燥の（未加工の）荒材（未仕上げ）の板のサイズであり、乾燥とプレーナー加工（木材を滑らかにする）を経て、最終的に小さな完成品の製材となります。今日では、規格で最終的な完成寸法が規定されており、製材所ではその寸法を達成するために必要なサイズに丸太を切断します。通常、この荒材は公称寸法よりも小さくなります。これは、現代の技術により丸太をより効率的に使用できるようになったためです。例えば、「2×4」板は歴史的には、実際には2×4インチ（51mm×102mm）の生の荒材から始まりました。乾燥とプレーナー加工の後、規格外のサイズに小さくなります。今日では、「2×4」板は2×4インチよりも小さいものから始まり、規格では規定されておらず、乾燥とプレーナー加工後、少なくとも1インチになります。+1 ⁄ 2 x 3+1 ⁄ 2インチ（38 mm × 89 mm）。 [ 13 ]

北米産針葉樹材の寸法寸法
名目 実際の 名目 実際の 名目 実際の 名目 実際の 名目 実際の
インチ インチ んん インチ インチ んん インチ インチ んん インチ インチ んん インチ インチ んん
1×23 ⁄ 4  ×  1+1 ⁄ 219 × 38 2×21+1 ⁄ 2  ×  1+1 ⁄ 238×38      
1×33 ⁄ 4  ×  2+1 ⁄ 219 × 64 2×31+1 ⁄ 2  ×  2+1 ⁄ 238 × 64
1×43 ⁄ 4  ×  3+1 ⁄ 219 × 89 2×41+1 ⁄ 2  ×  3+1 ⁄ 238 × 89 4×43+1 ⁄ 2  ×  3+1 ⁄ 289 × 89
1 × 53 ⁄ 4  ×  4+1 ⁄ 219 × 114    
1 × 63 ⁄ 4  ×  5+1 ⁄ 219 × 140 2×61+1 ⁄ 2  ×  5+1 ⁄ 238 × 140 4×63+1 ⁄ 2  ×  5+1 ⁄ 289 × 140 6×65+1 ⁄ 2  ×  5+1 ⁄ 2140 × 140
1 × 83 ⁄ 4  ×  7+1 ⁄ 419 × 184 2 × 81+1 ⁄ 2  ×  7+1 ⁄ 438 × 184 4×83+1 ⁄ 2  ×  7+1 ⁄ 489 × 184   8×87+1 ⁄ 2  ×  7+1 ⁄ 2191 × 191
1 × 103 ⁄ 4  ×  9+1 ⁄ 419 × 235 2 × 101+1 ⁄ 2  ×  9+1 ⁄ 438 × 235    
1 × 123 ⁄ 4  ×  11+1 ⁄ 419 × 286 2 × 121+1 ⁄ 2  ×  11+1 ⁄ 438 × 286

前述のように、規格で生材が公称寸法どおりであることが求められていた時代と比べて、所定の完成サイズを生産するために必要な木材は少なくなっています。しかし、所定の公称寸法の完成材の寸法でさえ、時代とともに変化してきました。1910年には、典型的な1インチ（25 mm）の板は13 ⁄ 16 インチ（21 mm）でした。1928年には4%削減され、1956年にはさらに4%削減されました。1961年、等級簡素化および標準化委員会は、現在の米国規格となるものに合意しました。1インチ（公称）板の仕上げ寸法は3 ⁄ 4 インチに固定され、2インチ（公称）の木材の仕上げ寸法は1 ⁄ 4インチから2 ⁄ 5インチに削減されました。+5 ⁄ 8 インチから現在の1+1 ⁄ 2 インチ[ 14 ]

1964年、ポピュラーメカニクス誌は、（A）フルサイズの2×4インチ、（B）1インチの複数のサンプルの比較強度をテストするために独立した機関を雇いました。+5 ⁄ 8 × 3+5 ⁄ 8インチ、（C） 1+5 ⁄ 8 × 3+1 ⁄ 2インチ、（D） 1+1 ⁄ 2 × 3+1 ⁄ 2インチ（今日の標準）。Aの圧縮強度を「100%」とした場合、BCDはAのフルサイズの2×4の強度の90.7%、82.2%、73.6%でした。言い換えれば、1960年代に小さい方の寸法が1から+5 ⁄ 8対1+1 ⁄ 2インチでは圧縮強度が10.46%減少しました。 [ 15 ]

寸法木材は未完成の状態で入手可能であり、この種の木材の場合、公称寸法が実際の寸法となります。

成績と基準

世界最長の板（2002年）はポーランド（シンボルク付近）にあり、長さは36.83メートル（約120フィート10インチ）です。

個々の木材は、節、木目の傾き、ひび割れ、その他の自然特性に関して、品質と外観に幅広いばらつきがあります。そのため、強度、実用性、そして価値も大きく異なります。

アメリカ合衆国における木材の国家規格制定の動きは、1924年にアメリカ木材規格が制定されたことに始まります。この規格は、木材の寸法、等級、含水率に関する仕様を定め、検査および認定プログラムも整備しました。これらの規格は、木材を他の建築製品と競争力のある状態に保つことを目標に、製造業者や販売業者の変化するニーズに合わせて長年にわたり変更されてきました。現在の規格は、米国商務長官によって任命されたアメリカ木材規格委員会によって制定されています。[ 16 ]

視覚的に等級分けされた構造製品のほとんどの樹種および等級の設計値は、強度低下特性、荷重持続時間、安全性、その他の影響要因を考慮したASTM規格に基づいて決定されます。適用可能な規格は、 USDA森林製品研究所との協力により実施された試験結果に基づいています。ANSI/AF&PA木材構造国家設計仕様®の補足である「木材構造の設計値」は、これらの木材設計値を提供しており、モデル建築基準で認められています。[ 17 ]

カナダには、顧客に均一な品質を保証するために、類似の木材を製造する製材所間で基準を維持する格付け規則があります。等級は、木材の品質を様々なレベルで標準化するもので、購入者による格付け、出荷、荷下ろしの時点における水分含有量、サイズ、製造方法に基づいています。カナダ国立木材等級局（NLGA）[ 18 ]は、カナダの木材格付け規則と基準の作成、解釈、維持に責任を負っています。カナダ木材規格認定委員会（CLSAB）[ 19 ]は、カナダの木材格付けおよび識別システムの品質を監視しています。共通の等級略語であるCLS（Canadian Lumber Standard）は、建設業界で広く利用されています。[ 20 ]

木材の品質を長期にわたって維持しようとする試みは、米国の木材資源の歴史的変化によって困難に直面してきました。1世紀以上前には成長の遅い原生林が一般的でしたが、今日の商業林では成長の速い植林地が一般的です。その結果、木材の品質が低下し、木材業界と消費者の双方にとって懸念事項となっており、代替建築材の使用が増加しています。[ 21 ] [ 22 ]

機械応力等級付けおよび機械評価された木材は、トラス、垂木、積層材、I形梁、ウェブジョイントなど、高強度が不可欠な最終用途に容易に入手可能です。機械等級付けは、曲げ強度などの構造特性と相関する剛性や密度などの特性を測定します。その結果、目視等級付けされた木材よりも各木材の強度をより正確に把握できるため、設計者は設計強度を最大限に活用し、過剰な建造を回避することができます。[ 23 ]

欧州では、長方形の製材（針葉樹と広葉樹の両方）の強度等級分けはEN-14081 [ 24 ]に基づいて行われ、EN-338で定義された等級に分類されるのが一般的です。針葉樹の場合、一般的な等級は（強度が増加する順に）C16、C18、C24、C30です。広葉樹専用の等級もあり、最も一般的に使用される等級は（強度が増加する順に）D24、D30、D40、D50、D60、D70です。これらの等級の数字は、必要な5パーセンタイル曲げ強度（ニュートン/平方ミリメートル）を指します。他にも、グルーラムに使用することを目的とした張力に基づくT等級など、強度等級がいくつかあります。

アフリカおよび南米産の製材品の等級付け規則は、ATIBT [ 27 ]によって、Sciages Avivés Tropicaux Africains (SATA) の規則に基づいて策定されており、皆伐に基づいて開削面積の割合で定められています。[ 28 ]

北米の広葉樹

北米では、広葉樹から作られた寸法製材の市場慣行[ a ]は、針葉樹の販売や仕様指定に使用される規則的に標準化された「寸法製材」のサイズとは大きく異なります。広葉樹の板は、完全に荒削りされた状態で販売されることが多く、 [ b ]または 2 つの (広い) 面のみが機械でかんながかけられています。広葉樹の板がかんながけされた面とともに供給される場合、通常は指定された厚さのランダムな幅 (通常は針葉樹寸法製材の製材と一致する) といくぶんランダムな長さの両方で提供されます。しかし、これらの古くからある (伝統的で通常の) 状況に加えて、近年、一部の製品ラインが拡張され、標準在庫サイズの板も販売されるようになりました。これらは通常、大型店で比較的小規模な指定された長さのセットのみを使用して小売されます。[ c ]広葉樹は消費者に対してボードフィート（144立方インチまたは2,360立方センチメートル）単位で販売されるが、針葉樹については小売業者がボードフィートの単位で販売することはない（購入者の認識では）。[ d ]

北米広葉樹の寸法木材のサイズ
公称（荒挽きサイズ） S1S（片面表面仕上げ） S2S（両面表面処理）
1 ⁄ 2インチ 3 ⁄ 8 インチ（9.5 mm） 5 ⁄ 16 インチ（7.9 mm）
5 ⁄ 8インチ 1 ⁄ 2 インチ（13 mm） 7 ⁄ 16 インチ（11 mm）
3 ⁄ 4インチ 5 ⁄ 8 インチ（16 mm） 9 ⁄ 16 インチ（14 mm）
1インチまたは4 ⁄ 4インチ 7 ⁄ 8 インチ（22 mm） 13 ⁄ 16 インチ（21 mm）
1+1 ⁄ 4インチまたは5 ⁄ 4インチ 1+1 ⁄ 8 インチ（29 mm） 1+1 ⁄ 16 インチ（27 mm）
1+1 ⁄ 2インチまたは6 ⁄ 4インチ 1+3 ⁄ 8 インチ（35 mm） 1+5 ⁄ 16 インチ（33 mm）
2インチまたは8 ⁄ 4インチ 1+13 ⁄ 16 インチ（46 mm） 1+3 ⁄ 4 インチ（44 mm）
3インチまたは12 ⁄ 4インチ 2+13 ⁄ 16 インチ（71 mm） 2+3 ⁄ 4 インチ（70 mm）
4インチまたは16 ⁄ 4インチ 3+13 ⁄ 16 インチ（97 mm） 3+3 ⁄ 4 インチ（95 mm）

北米では、広葉樹材の厚さを示す際に「クォーター」という単位で販売されるのが一般的です。4/4（フォークォーター）は厚さ1インチ（25 mm）の板、8/4（エイトクォーター）は厚さ2インチ（51 mm）の板などを指します。この「クォーター」単位は針葉樹材にはほとんど使用されません。ただし、針葉樹材のデッキ材は、実際には厚さ1インチ（製造工程の電動プレーニング工程 で、片面あたり1 ⁄ 8インチ（3.2 mm）ずつ削り取られるため）であるにもかかわらず、5/4として販売されることがあります。この「クォーター」単位は、北米の木材業界で伝統的に用いられている用語で、特に荒挽き広葉樹材の厚さを示すために使用されます。

荒挽き材の場合、この表記は製材前の木材であることを一目で示し、機械加工後の実際の厚さで測定される製材済みディメンションランズとの混同を回避します。例としては、3 ⁄ 4インチ、19 mm、1xなどがあります。近年、建築家、設計者、建設業者は、仕様書において内部情報として「クォーター」表記を使用する傾向にありますが、実際には仕上げ材であるにもかかわらず、別々の表記法が混同され、混乱が生じています。

家具用の広葉樹は、樹液の流出が止まる秋から冬にかけて伐採されます。春や夏に伐採すると、樹液によって木材本来の色が損なわれ、家具用木材としての価値が下がってしまいます。

エンジニアードランバー

エンジニアードランバーとは、メーカーが特定の構造目的のために設計・製造した木材です。エンジニアードランバーの主なカテゴリーは以下のとおりです。[ 29 ]

  • 積層ベニア板（LVL） – LVLは1種類あります+厚さ3 ⁄ 4インチ（44 mm）で深さは9+1 ⁄ 2、11​ ​+寸法木材は、 7 ⁄ 8、14、16、18、24インチ (240、300、360、410、460、610 mm) あり、2 重または 3 重になっていることがよくあります。これらは、取り外された支持壁やガレージ ドアの開口部、寸法木材が不十分な場所、また、寸法木材が実用的ではないやや短いスパンで上部の床、壁、または屋根から重い荷重がかかっている領域など、長いスパンを支える梁として機能します。この種類の木材は、スパン内または端部のどこかに穴やノッチを付けると劣化しますが、梁を固定したり、LVL 梁で終わる I 形ジョイストや寸法木材ジョイスト用のハンガーを追加したりするために、必要な場所に釘を打ち込むことができます。
  • 木製Iジョイスト – 「TJI」、「トラスジョイスト」、「BCI」と呼ばれることもありますが、いずれも木製Iジョイストのブランド名です。上層階の床根太として、またスラブ床構造ではなく、柱を用いた1階の従来型基礎工事にも使用されます。長スパン用に設計されており、壁が上に設置される箇所では2重に、重い屋根荷重支持壁が上に設置される箇所では3重に重ねて使用されます。Iジョイストは、寸法木材で作られた上弦材と下弦材、またはフランジと、その間にOSB（配向性ストランドボード）製のウェビング（最近では、切断せずに配管を通過させるスチールメッシュフォーム）で構成されています。ウェビングは、メーカーまたはエンジニアの仕様に応じて、特定のサイズまたは形状まで取り外すことができますが、小さな穴を開ける場合は、木製Iジョイストに「ノックアウト」が付属しています。これは、通常、エンジニアリングの承認なしに簡単に穴を開けることができる、事前に切断された穴です。大きな穴が必要な場合、通常はウェビングのみ、かつスパンの中央3分の1のみに開けることができます。上弦材と下弦材は切断すると強度が損なわれるためです。穴のサイズと形状、そして通常は穴の配置自体も、穴を切る前に技術者の承認を得る必要があります。多くの地域では、穴の承認を得る前に、技術者が行った計算を示すシートを建築検査当局に提出する必要があります。一部のIジョイストは、トラスのようにW型のウェビングで作られており、切断を省き、ダクトを通すことができるようになっています。
  • フィンガージョイント材– 無垢材の寸法木材は通常、長さ22～24フィート（6.7～7.3メートル）に制限されていますが、「フィンガージョイント」と呼ばれる技法を用いることで、より長くすることができます。フィンガージョイントとは、通常長さ18～24インチ（460～610ミリメートル）の小さな無垢材をフィンガージョイントと接着剤で接合する工法で、2×6サイズで最大36フィート（11メートル）の長さまで製作できます。フィンガージョイントは、プレカットされた壁のスタッドでも主流です。また、塗装される非構造用広葉樹材の手頃な代替手段でもあります（着色するとフィンガージョイントが目立ってしまうためです）。スタッドが破損する可能性があるため、施工時には接着ジョイントに直接釘を打ち付けないよう注意が必要です。
  • グルーラム梁– 2×4材または2×6材の面を接着して、4×12材や6×16材などの梁を作ります。そのため、1本の梁が1枚の大きな木材のように機能し、同じサイズの梁を作るために、より大きく古い木を伐採する必要がありません。
  • 製造トラス– トラスは、住宅建設において、屋根の垂木や天井根太の代わりにプレハブで製造された部材として使用されます（スティックフレーム）。寸法木材の支柱や棟木を支柱として使用するよりも設置が容易で、屋根を支えるための優れたソリューションと考えられています。米国南部をはじめとする地域では、寸法木材で屋根を支えるスティックフレームが依然として主流です。トラスの主な欠点は、屋根裏スペースの減少、設計と発注にかかる時間、そして従来のフレーム構造で同じプロジェクトを設計した場合に必要な寸法木材よりもコストが高いことです。利点は、人件費の大幅な削減（従来のフレーム構造よりも設置が速い）、一貫性、そして全体的なスケジュールの短縮です。

さまざまな部分とカット

  • 正方形および長方形の形状：板、スラット、バッテン、ボード、ラス、ストラップ（通常3 ⁄ 4 インチ×  1+丸太 には、丸太の両端を鋸で挽いたものや、大きなサイズに四角く切ったものを後で製材に再製材したものなど、部分的に製材した丸太があります。フリッチは、片側または両側に節がある丸太の一種です。用途によって、柱、梁、間柱、垂木、根太、敷居板、壁板などと呼ばれるさまざまな部材もあります。
  • 棒の形態：ポール、（ダボ）、スティック（スタッフ、バトン）

木材杭

アメリカ合衆国では、杭は主にサザンイエローパインとダグラスファーから伐採されています。処理が必要な場合、クロメート処理された銅ヒ素酸塩の含有量が0.60、0.80、2.50ポンド/立方フィート（9.6、12.8、40.0 kg/m 3 ）の杭もご用意しております。

中国の歴史的建造物

12世紀初頭、宋代に制定された『營造法』では、木材の断面寸法は8種類に標準化された。[ 30 ]木材の実際の寸法に関わらず、幅と高さの比率は1:1.5に保たれた。単位は宋代のインチ（31.2mm）である。

クラス身長幅用途
1位9611または9の区画の幅を持つ大広間
2位8.255.57または5ベイ幅の大広間
3位7.555または3ベイ幅の大きなホール、または7または5ベイ幅のホール
4番目7.24.83ベイ幅の大きなホールまたは5ベイ幅のホール
5番目6.64.43つの小さな区画の幅を持つ大広間、または3つの大きな区画の幅を持つホール
6番目64仏塔と小堂
7日5.253.2仏塔と小さな大広間
8日4.53小さな仏塔と天井

8等級未満の木材は「等外」（等外）と呼ばれた。木材の幅は1「材」と称され、他の構造部材の寸法は「材」の倍数で表記された。そのため、実際の木材の幅は様々であったが、各尺度に特定の数値を当てはめることなく、他の部材の寸法を容易に計算することができた。同様の用途における木材の寸法は、隋代（580-618）から近代にかけて徐々に縮小していった。隋代における1等級の木材は、15×10（隋代インチ、29.4mm）と復元されている。[ 31 ]

木材の欠陥

木材に発生する欠陥は、次の 4 つの区分に分類されます。

変換

木材を商業用の木材に変換する過程で、次のような欠陥が発生する可能性があります。

  • チップマーク：この欠陥は、木材の仕上げ面にチップが残した跡によって示されます。
  • 斜めの木目：木材の不適切な製材
  • 破れた木目：工具の落下により仕上げ面に小さなへこみができた場合
  • 丸み：完成品に元々の丸みのある表面が残っていること

菌類や動物による欠陥

以下の条件がすべて揃うと、菌類は木材（木材と木材材の両方）を攻撃します。

  • 木材の水分含有量は乾燥重量ベースで25％以上である
  • 環境は十分に暖かい
  • 酸素（O 2）が存在する

乾燥重量基準で水分含有量が25%未満の木材は、何世紀にもわたって腐朽を起こさずに保たれます。同様に、水中に浸かった木材は、酸素量が不足すると菌類の被害を受けない可能性があります。

菌類による木材の欠陥:

木材の腐敗を引き起こす主な 昆虫および軟体動物は次のとおりです。

自然の力

木材や製材品に欠陥を引き起こす主な自然現象は、異常成長と組織の破壊の2つです。組織の破壊には、「シェイク」と呼ばれる木材の割れや裂け目が含まれます。「リングシェイク」、「風砕」、「リング破損」とは、伐採時または伐採時に木目が年輪の周りで分離することです。シェイクは木材の強度と外観を低下させ、木材の等級を下げ、湿気を吸収して腐敗を促進する可能性があります。イースタンヘムロックはリングシェイクを持つことで知られています。[ 32 ]「チェック」とは、木材の外側が乾燥によって収縮することで生じる表面のひび割れです。チェックは心髄まで伸び、木目に沿って伸びることがあります。シェイクと同様に、チェックも水分を吸収して腐敗を促進する可能性があります。「スプリット」は木材全体を貫通します。チェックやスプリットは、木材の端部で乾燥が速いため、より頻繁に発生します。[ 32 ]

欠陥のほか、水分含有量の変化によって不均一な膨張や収縮が起こると、製材した木材が反り、多くの用途に適さなくなります。

調味料

木材の乾燥は、通常、窯乾燥または自然乾燥のいずれかで行われます。乾燥による欠陥は、割れ、反り、ハニカム構造の主な原因です。乾燥とは、木材を乾燥させ、木質細胞の壁に含まれる結合水分を除去して乾燥した木材を製造する工程です。[ 33 ]

耐久性と耐用年数

適切な条件下では、木材は優れた耐久性を発揮します。しかし、カビや虫害など、耐用年数に影響を与える潜在的な脅威も存在します。これらは様々な方法で回避できます。国際建築基準法（IBC）のセクション2304.11は、腐朽とシロアリに対する保護について規定しています。このセクションは、住宅以外の建築用途、例えば地上部（例えば、骨組み、デッキ、階段など）に使用される木材やその他の用途に関する要件を規定しています。

木造建築物を耐久性上の危険から守り、建物の耐用年数を最大限に延ばすために推奨される方法は4つあります。いずれも適切な設計と施工が必要です。

  • 腐食を防ぐために設計技術を使用して湿気を制御する
  • シロアリやその他の昆虫の効果的な駆除
  • 必要に応じて、圧力処理された木材や天然の耐久性のある木材などの耐久性のある材料を使用する
  • 適切なメンテナンス方法を使用して、設計および建設中、そして建物の耐用年数全体にわたって品質保証を提供します。

湿気コントロール

木材は吸湿性素材です。つまり、自然に水分を吸収・放出することで、内部の水分量と周囲の環境とのバランスを保ちます。木材の水分量は、木材繊維の乾燥重量に対する水分の重量の割合で測定されます。腐敗を抑制する鍵は、水分管理です。腐朽菌が定着すると、腐敗が進行するために必要な最低水分量は22～24%です。そのため、建築専門家は、未処理の木材を使用する場合の安全な最大水分量として19%を推奨しています。水自体は木材に害を及ぼしませんが、常に高い水分量を維持している木材は、真菌の繁殖を促します。

湿気負荷に対処する際の第一の目的は、まず建物の外壁への水の浸入を防ぎ、建物自体の水分含有量のバランスをとることです。承認された設計と施工方法による湿気制御は、木造建築物を腐食から守るシンプルで実用的な方法です。湿気が溜まりやすい用途では、設計者は天然の耐腐朽性樹種や防腐剤処理された木材など、耐久性のある材料を使用します。防腐処理木材の適用例としては、 外装材、シングル、敷居板、露出した木材、またはグルーラム梁などが挙げられます。

防腐剤

防腐処理では腐食性の化学物質が使用されるため、防腐処理された木材には特殊な留め具が使用されます。

腐朽やシロアリの被害を防ぐため、未処理の木材は地面やその他の湿気の発生源から隔離されます。これらの隔離は多くの建築基準法で義務付けられており、恒久的な構造物における木材要素を腐敗防止のための安全な水分含有量に保つために必要と考えられています。木材を湿気の発生源から隔離できない場合、設計者は防腐剤処理された木材を使用することが多いです。[ 34 ]

木材は、基本的な特性を変えることなく、厳しい条件下での耐用年数を向上させる防腐剤で処理することができます。また、耐火性化学物質を加圧含浸させることで、火災時の性能を向上させることもできます。[ 35 ]火災を遅らせる「耐火木材」の初期の処理の一つは、1936年にプロテクソル社によって開発されました。これは、木材を塩で大量に処理するものです。[ 36 ]木材は単に濡れたからといって劣化するわけではありません。木材が分解するのは、生物がそれを食べているからです。防腐剤は、これらの生物が餌を食べられないようにすることで効果を発揮します。適切に防腐処理された木材は、未処理の木材の5～10倍の耐用年数を持つことができます。防腐処理された木材は、枕木、電柱、海洋杭、デッキ、フェンス、その他の屋外用途に最もよく使用されます。特定の用途に求められる特性と必要な保護レベルに応じて、様々な処理方法と化学物質の種類が利用可能です。[ 37 ]

処理方法には、加圧処理と非加圧処理の2つの基本的な方法があります。非加圧処理は、処理対象材にブラシ、スプレー、または浸漬処理によって防腐剤を塗布する方法です。圧力をかけて防腐剤を木材の細胞に浸透させることで、より深く、より徹底した浸透を実現します。適切な量の薬剤を木材に浸透させるために、圧力と真空を様々な組み合わせで使用します。加圧処理用防腐剤は、溶剤に溶解した化学物質で構成されています。

かつて北米で最も一般的に使用されていた木材防腐剤であるクロム酸銅ヒ素酸塩は、2004 年にほとんどの住宅用途から段階的に廃止され始めました。その代わりにアミン銅クワットと銅アゾールが使用されています。

アメリカとカナダで使用されるすべての木材防腐剤は、それぞれ米国環境保護庁とカナダ保健省の害虫管理規制庁によって登録されており、定期的に安全性の再検査を受けています。[ 37 ]

木造骨組み

木骨組みは、現代の木骨組みよりも重い骨組み要素（より大きな柱や梁）を使用する建築様式です。現代の木骨組みでは、より小さな標準寸法の木材が使用されます。木材は丸太の幹から切り出され、鋸、大斧、または手斧で角を取られ、釘を使わずに木組みで接合されます。現代の木骨組みは、1970年代以降、アメリカ合衆国で人気が高まっています。[ 38 ]

木材の環境影響

グリーンビルディングは、建物の環境への影響、つまり「環境フットプリント」を最小限に抑えます。木材は再生可能で、継続的に補充可能な主要な建築材料です。[ 37 ]研究によると、木材の製造は鉄鋼やコンクリートよりもエネルギー消費量が少なく、大気汚染や水質汚染も少ないことが示されています。[ 39 ]しかし、木材の需要が森林破壊の原因となっているとされています。[ 40 ]

残材

石炭からバイオマス発電への転換は米国で増加傾向にある。[ 41 ]

英国、ウズベキスタン、カザフスタン、オーストラリア、フィジー、マダガスカル、モンゴル、ロシア、デンマーク、スイス、エスワティニの各政府は、再生可能な有機物であり、伐採、製材、製紙工程の残渣や副産物を含むバイオマス由来のエネルギーの役割拡大を支持している。特に、これらの国々はバイオマスを、石油とガスの消費量を削減し、林業、農業、農村経済の成長を支援することで、温室効果ガスの排出を削減する手段と捉えている。米国政府の調査によると、米国の森林と農地を合わせた土地資源は、現在の石油消費量の3分の1以上を持続的に供給できる力を持っていることが明らかになっている。[ 42 ]

バイオマスは北米の林業にとって既に重要なエネルギー源となっています。企業が熱電併給設備（コージェネレーション）を保有するのは一般的で、木材や製紙業で発生するバイオマスの一部を電気エネルギーと蒸気の形で熱エネルギーに変換します。この電気は、木材の乾燥や製紙工程で使用される乾燥機への熱供給などに使用されます。

環境への影響

木材は、その構造性能、 CO2固定能力、製造プロセス中のエネルギー需要の低さを考えると、現代の建築材料（コンクリートや鉄鋼など）を置き換えることができる持続可能で環境に優しい建設材料です。[ 43 ]

木材をコンクリートや鉄鋼に代替することで、これらの材料による炭素排出を回避できます。セメントとコンクリートの製造は世界の温室効果ガス排出量の約8%を占め、鉄鋼業界はさらに5%を占めています（コンクリート1トンの製造には0.5トンのCO2が排出され、  鉄鋼1トンの製造には2トンのCO2が排出されます）。[ 44 ]

木材の利点：

  • 耐火性能:火災が発生した場合、マス ティンバーの外層は予測どおりに焦げる傾向があり、効果的に自己消火して内部を保護し、激しい火災でも数時間にわたって構造的完全性を維持できます。
  • 炭素排出量の削減：建築資材と建設は、世界の温室効果ガス排出量の11%を占めています。正確な量は樹種、林業慣行、輸送コスト、その他いくつかの要因によって異なりますが、1立方メートルの木材は約1トンのCO2を吸収します。 [ 45 ]木材は大気中に放出されるCO2の量を半減させることができると推定されています。[ 46 ] [ 47 ]さらに、木材はCO2を吸収する能力が非常に高く、その放出量を抑えます。しかし、木材が（自然破壊または燃焼によって）破壊されると、それまで吸収されていたCO2がすべて大気中に放出されます。[ 48 ]
  • 天然断熱材:木材は天然断熱材なので、窓やドアに特に適しています。
  • 建設時間、労働コスト、廃棄物の削減：プレハブ木材の製造は容易で、部材を同時に（比較的少ない労働力で）組み立てることができます。これにより、材料の無駄が削減され、現場における膨大な在庫を回避し、現場での混乱を最小限に抑えることができます。針葉樹材業界によると、「マスティンバー建築はコンクリート建築に比べて建設時間が約25%速く、建設現場の交通量は90%削減されます」[ 49 ] 。

終末期

EPAの調査では、米国における都市固形廃棄物（MSW）、木材梱包材、その他の木材製品の典型的な使用済み木材廃棄物のシナリオが示されました。2018年のデータによると、木材廃棄物の約67%が埋め立てられ、16%がエネルギー回収を伴う焼却処分され、17%がリサイクルされました。[ 50 ]

エディンバラ・ネイピア大学が2020年に実施した調査では、英国における回収木材の廃棄物割合が示されました。調査によると、都市固形廃棄物由来の木材と包装廃棄物は、収集された廃棄物のそれぞれ13%と26%を占めていました。建設廃棄物と解体廃棄物は、合計で52%と最も大きな割合を占め、残りの10%は産業廃棄物でした。[ 51 ]

循環型経済において

木材産業は、特に製造工程において大量の廃棄物を生み出します。丸太の皮剥ぎから完成品に至るまで、複数の加工段階があり、固形木材廃棄物、有害ガス、残留水など、相当量の廃棄物が発生します。[ 52 ]

香港で実施された研究の一つ[ 52 ]は、ライフサイクルアセスメント（LCA）を用いて行われた。この研究は、香港における建築建設活動から生じる木材廃棄物管理の環境影響を、様々な代替管理シナリオを用いて評価・比較することを目的としていた。木材とその廃棄物には様々な利点があるにもかかわらず、木材の循環型経済研究への貢献は依然として非常に小さい。木材の循環性を向上させるために改善できる点は以下の通りである。

  1. まず、リサイクル木材の利用を支援するための規制です。例えば、等級基準の設定や、特に建設・解体業など大量の木材廃棄物を排出する分野における不適切な廃棄に対する罰則の適用などが挙げられます。
  2. 第二に、より強力な供給力を構築します。これは、解体プロトコルと技術の改善、そして循環型ビジネスモデルを通じて二次原材料市場の強化によって実現できます。
  3. 第三に、建設業界と新築住宅所有者に対し、リサイクル木材の利用を促すインセンティブを導入することで需要を高めます。これは、新築住宅の建設税の減税といった形で実施できます。

二次原料

二次原料とは、廃棄物をリサイクルし、生産材料として再利用したものを指します。木材は、以下に示すように、様々な段階で二次原料として利用できる高い可能性を秘めています。

肥料として使用するための枝葉の回収
木材は、商業利用に適した形状、サイズ、規格の木材になるまでに、複数の加工段階を経ます。この工程では大量の廃棄物が発生しますが、ほとんどの場合、それらは無視されます。しかし、有機廃棄物であるため、肥料として、あるいは厳しい気象条件下での土壌保護に利用できるという利点があります。
熱エネルギー発電のための木材チップの回収
木材製品の製造過程で発生する廃棄物は、熱エネルギーを生成するために利用することができます。使用済みの木材製品は、チップ状にダウンサイクルされ、熱エネルギーを生成するためのバイオマスとして利用することができます。[ 51 ]これは、熱エネルギーを必要とする産業にとって有益です。

循環型経済の実践は、廃棄物に関する効果的な解決策を提供します。廃棄物の削減、再利用、リサイクルを通じて、不要な廃棄物の発生を抑えます。木質パネル業界において循環型経済の明確な実証は存在しません。しかし、循環型経済の概念とその特性に基づくと、原材料の抽出段階から製品の寿命に至るまで、木質パネル業界には様々な機会が存在します。したがって、まだ探求すべきギャップが存在します。[ 52 ]

参照

説明ノート

  1. ^高価な広葉樹材の加工ははるかに困難でコストもかかるため、また、幅の短い板を複数枚繋ぎ合わせてキャビネットの側面や天板などの表面材に利用できる場合もあるため、業界では一般的に最小限の加工のみを行い、板の幅は可能な限り確保しています。そのため、間引きや幅の決定は、その板を使ってキャビネットや家具を 製作する職人の手に委ねられています
  2. ^柾目製材の厚さ、つまり製材所のテーブルから出てきた時の厚さと幅の寸法です。長さは気温によって最も変化するため、米国の広葉樹の板はやや長めになっていることが多いです。
  3. ^特定の長さの限定販売：アメリカ合衆国における固定長広葉樹材の板材は、長さ4～6フィート（1.2～1.8メートル）が最も一般的で、幅8フィート（2.4メートル）のものも豊富に取り揃えています。幅は限定されており、まれに12フィート（3.7メートル）までの長さの板材も存在します。これより長いサイズは、特注が必要となる場合が多いです。
  4. ^固定された板の長さはすべての国に適用されるわけではありません。たとえば、オーストラリアと米国では、多くの広葉樹の板が共通の幅プロファイル（寸法）のパックで木材置き場に販売されていますが、必ずしも同一の長さの板で構成されているわけではありません。

参考文献

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