JP6776016B2 - 耐火構造 - Google Patents

Description

本発明は、建築物の構造材に設けられる耐火構造に関する。

従来から、構成を簡素にしつつ、耐火性能を向上した鉄骨造の壁や床、屋根を構成するものとして、例えば、特許文献１に開示される鉄骨造が提案されている。

特許文献１に開示された鉄骨造は、耐火被覆の部材を取付ける下地材として板厚２．３ｍｍ未満の薄板軽量形鋼を採用し、構造躯体とそれ以外の部分を包含して耐火被覆を構成する。そして、特許文献１に開示された鉄骨造は、構造躯体とそれ以外の部分を包含した壁又は床、屋根として耐火被覆を構成することで耐火性能が向上するものとされている。

特開２０１０−２４８１１号公報

ここで、特許文献１に開示された鉄骨造は、構造躯体となる柱又は梁にロックウール等が吹き付けられて、柱又は梁と仕上げ用面材との間にロックウール等の耐火被覆材が充填される。このため、特許文献１に開示された鉄骨造は、柱又は梁と仕上げ用面材との間にロックウール等が充填されるため、耐火被覆材の材料コストや耐火被覆材を充填するための施工コスト、施工工期が増大するという問題点があった。

また、特許文献１に開示された鉄骨造は、ロックウール等の耐火被覆材に替えて、石膏ボード等の面材の耐火被覆材を、構造躯体となる柱又は梁に取り付けできるとされている。このとき、特許文献１に開示された鉄骨造は、石膏ボード等の面材の耐火被覆材が、柱又は梁に当接されて取り付けられているため、柱又は梁と石膏ボード等との間に空気層が形成されず、構造躯体の耐火性能が十分に向上しないという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、耐火被覆材の材料コスト及び施工コストを抑制すると同時に、建築物の構造材の耐火性能を十分に向上させることのできる耐火構造を提供することにある。

第１発明に係る耐火構造は、建築物の構造材に設けられる耐火構造であって、梁材又は柱材等の構造材として設けられる鉄骨材と、前記鉄骨材から離間させて設けられる仕上材とを備え、前記仕上材と前記鉄骨材との間には、前記仕上材が前記鉄骨材に最も接近した位置で前記鉄骨材から離間させて形成される接近隙間部に、耐火被覆材が設けられておらず、前記仕上材は、建築物の専有部分を隔てる戸境壁の一部として、前記戸境壁の両側面に一対となって設けられて、前記戸境壁は、一対の前記仕上材に挟まれて前記鉄骨材が設けられるとともに、前記接近隙間部よりも大きい空間の中空隙間部が形成され、前記戸境壁の火災時に加熱される片側面又は両側面での前記接近隙間部及びこれと連通する前記中空隙間部に、空気層が形成されることを特徴とする。

第２発明に係る耐火構造は、第１発明において、前記鉄骨材は、一対のフランジと、一対の前記フランジに架設されるウェブとを有するＨ形鋼が用いられて、前記フランジと前記仕上材とが前記鉄骨材の側方で互いに略直交する方向に配置されて、一対の前記仕上材に挟まれて設けられることを特徴とする。

第３発明に係る耐火構造は、第１発明又は第２発明において、前記鉄骨材は、一対のフランジと、一対の前記フランジに架設されるウェブとを有して、一対の前記フランジを互いに離間させた部材成よりも、各々の前記フランジでの部材幅を小さくした細幅Ｈ形鋼が用いられることを特徴とする。

第４発明に係る耐火構造は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記仕上材は、石膏ボード、ロックウール板、けい酸カルシウム板、ＡＬＣ板又はＧＲＣ板等の耐火板が用いられることを特徴とする。

第１発明〜第４発明によれば、鉄骨材にロックウール等の耐火被覆材が設けられないことで、過剰な耐火性能とならないものとして、耐火被覆材の材料コスト及び施工コストが抑制されると同時に、仕上材と鉄骨材とを離間させた接近隙間部に空気層が形成されることで、火災時に鉄骨材の温度上昇を遅延させて、梁材又は柱材等の構造材となる鉄骨材の耐火性能を十分に向上させることが可能となる。

第１発明〜第４発明によれば、仕上材と鉄骨材との間の接近隙間部に、耐火被覆材が設けられることなく、空気層が形成されるため、仕上材から鉄骨材への振動伝播が抑制されて、戸境壁等での遮音性能を向上させることが可能となり、また、仕上材と鉄骨材との間の接近隙間部に空気層が形成されることで、梁材又は柱材等の構造材となる鉄骨材の建方誤差にかかわらず、鉄骨材の片側又は両側に仕上材を容易に設置することが可能となる。
また、第１発明〜第４発明によれば、戸境壁の両側面で鉄骨材が一対の仕上材に挟まれて、鉄骨材の梁間方向又は高さ方向等で接近隙間部よりも大きい空間の中空隙間部が形成されることで、薄壁の戸境壁が設けられて接近隙間部の空気層が小さくなった場合でも、接近隙間部以外の位置での中空隙間部の空気層が十分に断熱効果を発揮するため、戸境壁の火災時に加熱される一方の片側面から他方の片側面への伝熱を抑制することが可能となる。

特に、第２発明、第３発明によれば、鉄骨材として細幅Ｈ形鋼が用いられて、鉄骨材のフランジと仕上材とが、互いに略直交する方向に配置されることで、一対の仕上材に挟まれて戸境壁の内部に収まるように鉄骨材が設けられる場合であっても、鉄骨材の耐火性能を十分に向上させると同時に、鉄骨材による梁型又は柱型等を形成させることなく、薄壁の戸境壁を設けることが可能となる。

特に、第４発明によれば、石膏ボード等の仕上材の断熱性能を活用しながら、接近隙間部の空気層に断熱効果を発揮させて、仕上材から鉄骨材への伝熱が抑制されることで、鉄骨材の温度上昇を遅延させることが可能となる。

本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物を示す斜視図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物を示す平面図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物の各階を示す側面図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物の各階を示す正面図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物の専有部分及び共用部分を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物の梁間鉄骨梁を示す断面図であり、（ｂ）は、その桁行鉄骨梁を示す断面図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物で下階及び上階の梁間鉄骨梁が鉄骨ブレースで互いに連結された状態を示す側面図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物で下階及び上階の梁間鉄骨梁が壁柱で互いに連結された状態を示す側面図である。 本発明を適用した耐火構造が構造材に設けられる建築物で梁間鉄骨梁と桁行鉄骨梁とコンクリート柱との接合箇所を示す斜視図である。 本発明を適用した耐火構造を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐火構造で梁間鉄骨梁となる鉄骨材を示す断面図であり、（ｂ）は、その壁柱となる鉄骨材を示す断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐火構造で複数の細幅Ｈ形鋼が連結された鉄骨材を示す断面図であり、（ｂ）は、その桁行方向及び梁間方向の両側方に仕上材が設置された鉄骨材を示す断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐火構造でフランジと仕上材とが略直交する方向に配置された鉄骨材を示す断面図であり、（ｂ）は、そのフランジと仕上材とが略平行となるように配置された鉄骨材を示す断面図である。 （ａ）は、本発明を適用した耐火構造で接近隙間部に空気層が形成された仕上材を示す断面図であり、（ｂ）は、従来の鉄骨造で構造躯体と仕上げ用面材との間に充填された耐火被覆材を示す断面図である。 （ａ）は、構造躯体と仕上げ用面材とが当接された従来技術の解析モデルを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の弱軸直交の解析モデルを示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の強軸直交の解析モデルを示す断面図である。 本発明を適用した耐火構造の解析モデルと従来技術の解析モデルとで温度履歴を比較した結果を示すグラフである。

以下、本発明を適用した耐火構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した耐火構造１は、図１に示すように、主に、階層構造の建築物８の構造材に設けられる。本発明を適用した耐火構造１は、例えば、桁行方向Ｘを長手方向とするとともに、梁間方向Ｚを短手方向とする板状集合住宅等の建築物８に設けられる。本発明を適用した耐火構造１は、病院やオフィス等の一般建築物に設けられてもよい。

建築物８は、例えば、高さ方向Ｙで４５ｍ程度の全体高さとなる階層構造として、桁行方向Ｘに延びる一対の桁行外周部８１と、梁間方向Ｚに延びる一対の梁間外周部８２とに取り囲まれて、平面形状が略矩形状となるように構築される。

建築物８は、階層構造の各階を区切る床スラブ４と、梁間方向Ｚに延びる梁間鉄骨梁５と、桁行方向Ｘに延びる桁行鉄骨梁６と、高さ方向Ｙに延びるとともに梁間鉄骨梁５及び桁行鉄骨梁６が接合されるコンクリート柱７とを備える。

建築物８は、図２に示すように、梁間方向Ｚの両側で、一対の桁行外周部８１が互いに略平行となるように桁行方向Ｘに延びて設けられるとともに、桁行方向Ｘの両側で、一対の梁間外周部８２が互いに略平行となるように梁間方向Ｚに延びて設けられる。

建築物８は、階層構造の各階で、住戸等の複数の専有部分Ｐが桁行方向Ｘに並べられて設けられる。また、建築物８は、各々の専有部分Ｐから利用することのできるバルコニーＢや、複数の専有部分Ｐに出入りするための通路Ｃ等が、共用部分Ｓとして設けられる。

専有部分Ｐは、各々の住戸等の所有者又は入居者等が専有する空間となる。専有部分Ｐは、梁間方向Ｚの一方の片側で、共用部分ＳのバルコニーＢに出入りするための開口部Ａが設けられるとともに、梁間方向Ｚの他方の片側で、共用部分Ｓの通路Ｃから出入りするための玄関Ｅ等が設けられる。

専有部分Ｐは、桁行方向Ｘで隣り合った専有部分Ｐと、梁間方向Ｚに延びる戸境壁Ｄで隔てられる。戸境壁Ｄは、桁行方向Ｘで互いに隣り合った複数の専有部分Ｐを隔てる境界の全面に亘って、例えば、２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度の壁厚として、最小で１８０ｍｍ程度、標準で２００ｍｍ程度の壁厚で設けられるものとなる。

共用部分Ｓは、非常時等に隣り合った専有部分Ｐから互いに通過することのできるように、桁行方向Ｘに連続してバルコニーＢが設けられるとともに、常時から各々の専有部分Ｐに出入りできるように、桁行方向Ｘに連続して通路Ｃが設けられる。

バルコニーＢ及び通路Ｃは、図３、図４に示すように、転落防止又は目隠し等を目的として、高さ方向Ｙで床面から１ｍ程度の高さ寸法となる手摺壁８０が、桁行外周部８１に沿って設けられる。また、バルコニーＢ及び通路Ｃは、必要に応じて、手摺壁８０の上方に図示しない手摺り又は目隠しガラス等が取り付けられる。

専有部分Ｐ及び共用部分Ｓは、図５に示すように、高さ方向Ｙに隣り合った下階Ｆｄと上階Ｆｕとが床スラブ４で区切られるとともに、各々の専有部分Ｐと、各々の専有部分Ｐに隣接する共用部分Ｓとによって、各住戸の単位要素が構成される。

コンクリート柱７は、断面略矩形状等の鉄筋コンクリートが用いられて、必要に応じて、その内部に単一Ｈ形鋼又はクロスＨ形鋼等の鉄骨柱を内蔵した鉄骨鉄筋コンクリートが用いられてもよい。コンクリート柱７は、各住戸の単位要素の四隅に配置されることで、建築物８の梁間方向Ｚの両側で、一対の桁行外周部８１の各々に配置されて、専有部分Ｐに設けられることなく、バルコニーＢ及び通路Ｃの共用部分Ｓに設けられる。

梁間鉄骨梁５は、図６（ａ）に示すように、断面略Ｈ形状のＨ形鋼が用いられる。梁間鉄骨梁５は、例えば、部材成ｈを５００ｍｍ〜６００ｍｍ程度として、部材幅ｗを２００ｍｍ程度、ウェブ板厚ｔｗを９ｍｍ程度、フランジ板厚ｔｆを２５ｍｍ程度とする。

桁行鉄骨梁６は、図６（ｂ）に示すように、断面略Ｈ形状のＨ形鋼が用いられる。桁行鉄骨梁６は、例えば、部材成ｈを１０００ｍｍ程度として、部材幅ｗを２５０ｍｍ程度、ウェブ板厚ｔｗを１９ｍｍ程度、フランジ板厚ｔｆを２８ｍｍ程度とする。

梁間鉄骨梁５及び桁行鉄骨梁６は、図７、図８に示すように、建築物８の高さ方向Ｙに隣り合った下階Ｆｄ及び上階Ｆｕで、上階Ｆｕの下部に配置される桁行鉄骨梁６が、下階Ｆｄの上部に配置される梁間鉄骨梁５の上方に、互いに段違いの状態で設けられる。

梁間鉄骨梁５は、階層構造の各階の上部に配置されるとともに、梁間方向Ｚに対向する一対のコンクリート柱７に架設される。梁間鉄骨梁５は、必要に応じて、図７に示すように、略同一の断面形状及び断面寸法の鉄骨ブレース５１が傾斜して設けられて、鉄骨ブレース５１の下端及び上端が、下階Ｆｄ及び上階Ｆｕの梁間鉄骨梁５に取り付けられる。

梁間鉄骨梁５は、フランジ幅全体が戸境壁Ｄの内部に収まるように設けられて、例えば、桁行方向Ｘの両側に仕上材３等が設置される。梁間鉄骨梁５は、一対のコンクリート柱７に架設されることで、所定の構造耐力が確保されるとともに、専有部分Ｐの室内空間に突出させないことで、梁型を形成させずに設けられる。

梁間鉄骨梁５は、必要に応じて、図８に示すように、高さ方向Ｙに延びるＨ形鋼の壁柱５２が設けられてもよい。壁柱５２は、複数のＨ形鋼が接合された鉄骨柱が用いられて、下階Ｆｄの梁間鉄骨梁５と上階Ｆｕの梁間鉄骨梁５とが、壁柱５２で互いに連結される。

壁柱５２は、戸境壁Ｄの内部に収まるように設けられて、例えば、桁行方向Ｘの両側に仕上材３等が設置される。壁柱５２は、例えば、専有部分ＰとバルコニーＢの共用部分Ｓとの境界、及び、専有部分Ｐと通路Ｃの共用部分Ｓとの境界の各々に沿って配置される。壁柱５２は、複数のＨ形鋼が接合されて用いられるほか、単一のＨ形鋼のみが用いられてもよく、断面略長方形状又は断面略正方形状に形成されてもよい。

壁柱５２は、例えば、２〜３階程度の階層ごとに、下階ＦｄのＨ形鋼の鉄骨柱と、上階ＦｕのＨ形鋼の鉄骨柱とが、高力ボルト摩擦接合又は溶接接合で接合される。壁柱５２は、建築物８の水平耐力を向上させるものとなるため、バルコニーＢ及び通路Ｃの何れか一方又は両方で梁間鉄骨梁５の寸法を小さくして、又は、梁間鉄骨梁５の設置を省略することができる。

桁行鉄骨梁６は、階層構造の各階の下部に配置されるとともに、桁行方向Ｘに対向する一対のコンクリート柱７に架設される。桁行鉄骨梁６は、各々の専有部分Ｐに設けられることなく、バルコニーＢ及び通路Ｃの共用部分Ｓに設けられて、建築物８の梁間方向Ｚの両側で、一対の桁行外周部８１の各々に沿って配置される。

桁行鉄骨梁６は、必要に応じて、梁間方向Ｚの両側にパンチングメタル又は仕上材３等が設置されて、バルコニーＢ側の手摺壁８０の内部、及び、通路Ｃ側の手摺壁８０の内部に、フランジ幅全体が収まるように設けられる。

梁間鉄骨梁５及び桁行鉄骨梁６は、図９に示すように、各々がコンクリート柱７に接合される。梁間鉄骨梁５及び桁行鉄骨梁６は、コンクリート柱７に接合される箇所で、下階Ｆｄの上部に配置される梁間鉄骨梁５と、上階Ｆｕの下部に配置される桁行鉄骨梁６とが、ボルト接合、高力ボルト摩擦接合又は溶接接合等により段違いで接合される。

本発明を適用した耐火構造１は、図１０に示すように、梁材又は柱材等の構造材として設けられる鉄骨材２と、鉄骨材２から離間させて設けられる仕上材３とを備える。

鉄骨材２は、図１１、図１２に示すように、図７、図８に示す梁間鉄骨梁５等の梁材として設けられるほか、図７に示す鉄骨ブレース５１等の斜材、又は、図８に示す壁柱５２等の柱材等として設けられて、主に、戸境壁Ｄの内部に収まるように設けられる。

鉄骨材２は、主に、断面略Ｈ形状のＨ形鋼が用いられて、一対のフランジ２０と、一対のフランジ２０に架設されるウェブ２３とを有する。鉄骨材２は、図６（ａ）に示すように、特に、一対のフランジ２０を互いに離間させた部材成ｈよりも、各々のフランジ２０での部材幅ｗを小さくして、断面略Ｈ形状の細幅Ｈ形鋼が用いられることが望ましい。

鉄骨材２は、図１１（ａ）に示すように、梁間鉄骨梁５等の梁材として設けられる場合には、高さ方向Ｙで上部側の上フランジ２１と下部側の下フランジ２２とが一対となって、下フランジ２２から上フランジ２１まで高さ方向Ｙに延びてウェブ２３が架設される。

鉄骨材２は、図１１（ｂ）に示すように、壁柱５２等の柱材として設けられる場合には、梁間方向Ｚで一方側の上フランジ２１と他方側の下フランジ２２とが一対となって、下フランジ２２から上フランジ２１まで梁間方向Ｚに延びてウェブ２３が架設される。

鉄骨材２は、１個の細幅Ｈ形鋼等が単独で用いられるほか、図１２（ａ）に示すように、複数の細幅Ｈ形鋼等が互いのフランジ２０でボルト接合、摩擦接合又は溶接接合等で接合されることで、互いに連結された複数の細幅Ｈ形鋼等が用いられてもよい。

鉄骨材２は、戸境壁Ｄの両側面で一対となった仕上材３が、桁行方向Ｘの両側方にのみ設置されることで、梁間方向Ｚの両側方には仕上材３が設置されることなく、戸境壁Ｄの内部に収まるように設けられる。鉄骨材２は、これに限らず、図１２（ｂ）に示すように、桁行方向Ｘ及び梁間方向Ｚの両側方に仕上材３が設置されてもよい。

鉄骨材２は、戸境壁Ｄ等の内部に収まるように設けられる場合に、鉄骨材２の断面方向で、図１３に示すように、細幅Ｈ形鋼等の強軸α又は弱軸βと、戸境壁Ｄの両側面で一対となった仕上材３とが、互いに略直交して配置されることが望ましい。

鉄骨材２は、図１３（ａ）に示すように、各々のフランジ２０と仕上材３とが鉄骨材２の側方で互いに略直交する方向に配置されて、一対の仕上材３に挟まれて設けられる。このとき、鉄骨材２は、細幅Ｈ形鋼等の強軸αと仕上材３とが互いに略直交して配置されるものとなる。

鉄骨材２は、図１３（ｂ）に示すように、各々のフランジ２０と仕上材３とが、互いに略平行となるように配置されて、一対の仕上材３に挟まれて設けられる。このとき、鉄骨材２は、細幅Ｈ形鋼等の弱軸βと仕上材３とが互いに略直交して配置されるものとなる。

鉄骨材２は、鉄骨材２となる細幅Ｈ形鋼等の外周に、ロックウール又はグラスウール等が巻き付けられたり吹き付けられたりすることなく、耐火被覆が施されない状態（ロックウール等の被覆厚０ｍｍ）で用いられる。なお、鉄骨材２は、鉄骨材２となる細幅Ｈ形鋼等の外周に、耐火被覆が施されない状態となるものの、遮音性能の向上のみを目的としたグラスウール等のインシュレーションが設けられてもよい。

仕上材３は、略平板状等に形成された石膏ボード、ロックウール板、けい酸カルシウム板、ＡＬＣ板（高温高圧蒸気養生された軽量気泡コンクリート板）又はＧＲＣ板（セメントモルタルとガラス繊維との複合板）等、所定の断熱性能を発揮する耐火板が用いられる。仕上材３は、単一種類の耐火板が複層となって用いられるほか、複数種類の耐火板が複層となって用いられてもよい。仕上材３は、鉄骨材２の断面方向で、鉄骨材２から桁行方向Ｘ等に離間させて設けられる。

仕上材３は、戸境壁Ｄの両側面で一対となって設けられて、一対の仕上材３が戸境壁Ｄの一部として設けられる。戸境壁Ｄは、一対の仕上材３に挟まれて鉄骨材２が設けられて、一対の仕上材３を互いに離間させた戸境壁Ｄの内部に収まるように鉄骨材２が設けられる。

仕上材３と鉄骨材２との間には、図１１〜図１３に示すように、仕上材３が鉄骨材２に最も接近した位置で鉄骨材２から離間させて接近隙間部３０が形成される。また、仕上材３は、接近隙間部３０以外の位置でも、鉄骨材２から離間させて中空隙間部３１が形成される。

仕上材３と鉄骨材２との間には、図１１〜図１３に示す何れの場合においても、図１４（ａ）に示すように、鉄骨材２から離間させて形成される接近隙間部３０に、所定の層厚ｄで空気層Ｇが形成される。なお、接近隙間部３０での空気層Ｇの層厚ｄは、例えば、０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下程度となる。また、仕上材３は、接近隙間部３０以外の位置で、鉄骨材２から離間させて形成される中空隙間部３１にも、空気層Ｇが形成される。

仕上材３は、図１３（ａ）に示すように、鉄骨材２のフランジ２０と略直交する方向に配置される場合に、フランジ２０の側端部２０ａが最も接近した位置に配置されて、フランジ２０の側端部２０ａと仕上材３とが離間して形成された隙間が接近隙間部３０となる。そして、仕上材３は、フランジ２０の外面２０ｂ側となる片側又は両側に、接近隙間部３０よりも大きい空間の中空隙間部３１が形成される。

仕上材３は、図１３（ｂ）に示すように、鉄骨材２のフランジ２０と略平行となるように配置される場合に、フランジ２０の外面２０ｂが最も接近した位置に配置されて、フランジ２０の外面２０ｂと仕上材３とが離間して形成された隙間が接近隙間部３０となる。そして、仕上材３は、フランジ２０の側端部２０ａ側となる片側又は両側に、接近隙間部３０よりも大きい空間の中空隙間部３１が形成される。

本発明を適用した耐火構造１は、図１４（ａ）に示すように、戸境壁Ｄ等となる仕上材３の断熱性能を活用するとともに、接近隙間部３０に形成された空気層Ｇで仕上材３から鉄骨材２への伝熱を抑制することで、鉄骨材２の耐火性能を向上させるものである。このため、本発明を適用した耐火構造１は、特に、戸境壁Ｄの火災時に加熱される片側面又は両側面での接近隙間部３０に、熱伝導を低減させるための空気層Ｇが形成されるものとなる。

ここで、従来の鉄骨造９は、図１４（ｂ）に示すように、構造躯体９１となる柱又は梁と仕上げ用面材９２との間に、ロックウール等の耐火被覆材９０が充填されるため、構造躯体９１と仕上げ用面材９２との間に空気層Ｇが形成されないものとなる。これに対して、本発明を適用した耐火構造１は、図１４（ａ）に示すように、鉄骨材２に最も接近した位置で鉄骨材２から離間させて形成される接近隙間部３０に、ロックウール等の耐火被覆材９０が設けられることなく、空気層Ｇが形成される。このとき、本発明を適用した耐火構造１は、接近隙間部３０に形成された空気層Ｇの断熱効果で、仕上材３から鉄骨材２への伝熱を抑制することができる。

図１５では、接近隙間部３０に形成された空気層Ｇの断熱効果を検証するために、専有部分Ｐの火災室ＦＲでの盛期火災を火災外力として、火災加熱を受ける戸境壁Ｄを対象とした熱伝導解析を実施して、戸境壁Ｄの内部に設けられる鉄骨材２の温度を評価した。

この熱伝導解析では、図６（ａ）に示す鉄骨材２の部材成ｈを４００ｍｍ、部材幅ｗを２００ｍｍ、ウェブ板厚ｔｗを８ｍｍ、フランジ板厚ｔｆを１３ｍｍとして、仕上材３となる石膏ボードの板厚ｔを１２．５ｍｍとした。また、この熱伝導解析では、接近隙間部３０以外の位置に形成される中空隙間部３１にも空気層Ｇが形成されるものとした。

この熱伝導解析では、図１５（ａ）に示すように、構造躯体９１と仕上げ用面材９２とが当接されて空気層Ｇが形成されないものを従来の鉄骨造９とした。また、本発明を適用した耐火構造１は、図１５（ｂ）に示すように、鉄骨材２の弱軸βと仕上材３とが略直交して配置される場合、及び、図１５（ｃ）に示すように、鉄骨材２の強軸αと仕上材３とが略直交して配置される場合を、従来の鉄骨造９と比較した。

この熱伝導解析では、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、仕上材３と鉄骨材２との間で接近隙間部３０に形成された空気層Ｇの層厚ｄを２５ｍｍとした。加熱条件は、火災時に加熱される戸境壁Ｄの一方の片側面をＩＳＯ８３４標準加熱曲線に準拠した３０分加熱として、他方の片側面を常温の空気に接した状態とした。なお、この熱伝導解析における各材料の熱物性値は、Ｅｕｒｏｃｏｄｅ及びＡＩＪ耐火設計指針に掲載の値を採用した。

この熱伝導解析では、火災時に加熱される戸境壁Ｄの片側面で、フランジ２０の側端部２０ａにおける温度履歴を解析した結果が図１６に示される。ここでは、図１５（ａ）に示す構造躯体９１と仕上げ用面材９２とが当接されて空気層Ｇが形成されない場合を従来技術とした。また、図１５（ｂ）に示す鉄骨材２の弱軸βと仕上材３とが略直交して配置される場合を本発明の弱軸直交として、図１５（ｃ）に示す鉄骨材２の強軸αと仕上材３とが略直交して配置される場合を本発明の強軸直交とした。なお、図１６では、図１４（ｂ）に示す耐火被覆材９０が充填される従来の鉄骨造９の場合を耐火被覆材ありとした。

本発明を適用した耐火構造１は、図１６に示すように、従来技術と比較して、加熱開始３０分後におけるフランジ２０の側端部２０ａの温度が、本発明の弱軸直交で５０℃程度低減するとともに、本発明の強軸直交で３０℃程度低減することがわかる。このことから、本発明を適用した耐火構造１は、従来技術と比較して、本発明の弱軸直交及び強軸直交の何れにおいても、加熱開始３０分後におけるフランジ２０の側端部２０ａの温度が低減するため、接近隙間部３０の空気層Ｇが断熱効果を発揮することがわかる。

このとき、本発明を適用した耐火構造１は、石膏ボード等の仕上材３の断熱性能を活用しながら、接近隙間部３０の空気層Ｇに断熱効果を発揮させて、仕上材３から鉄骨材２への伝熱が抑制されることで、鉄骨材２の温度上昇を遅延させることが可能となる。さらに、本発明を適用した耐火構造１は、鉄骨材２に耐火被覆材９０が設けられないため、耐火被覆材９０の材料コストを削減して、また、鉄骨材２の複雑形状となる部位への耐火被覆材９０の施工を不要として、施工手間の削減により工期を短縮させることが可能となる。

これにより、本発明を適用した耐火構造１は、鉄骨材２にロックウール等の耐火被覆材９０が設けられないことで、耐火被覆材９０の材料コスト及び施工コストが抑制されると同時に、仕上材３と鉄骨材２とを離間させた接近隙間部３０に空気層Ｇが形成されることで、火災時に鉄骨材２の温度上昇を遅延させて、梁材又は柱材等の構造材となる鉄骨材２の耐火性能を十分に向上させることが可能となる。

また、本発明を適用した耐火構造１は、従来の鉄骨造９で耐火被覆材９０が充填される場合と比較して、加熱開始３０分後における鉄骨材２の温度が高くなる。しかし、防耐火性能試験・評価業務方法書（一般財団法人日本建築総合試験所）によると、一般の壁構造においては、加熱開始３０分後の温度が４００℃を下回ればよいとされており、本発明を適用した耐火構造１でも、鉄骨材２の温度上昇が十分に遅延することがわかる。このとき、本発明を適用した耐火構造１は、加熱開始３０分後の温度が４００℃を下回り、十分な耐火性能を発揮するため、図１４（ｂ）に示す耐火被覆材９０が充填される従来の鉄骨造９（耐火被覆材あり）では、図１４（ａ）に示す本発明を適用した耐火構造１と比較して、過剰な耐火性能となることがわかる。

本発明を適用した耐火構造１は、仕上材３と鉄骨材２との間の接近隙間部３０に、耐火被覆材９０が設けられることなく、空気層Ｇが形成されるため、仕上材３から鉄骨材２への振動伝播が抑制されて、戸境壁Ｄ等での遮音性能を向上させることが可能となる。また、本発明を適用した耐火構造１は、仕上材３と鉄骨材２との間の接近隙間部３０に空気層Ｇが形成されることで、梁材又は柱材等の構造材となる鉄骨材２の建方誤差にかかわらず、鉄骨材２の片側又は両側に仕上材３を容易に設置することが可能となる。

本発明を適用した耐火構造１は、特に、鉄骨材２として細幅Ｈ形鋼が用いられるとともに、図１３（ａ）に示すように、鉄骨材２のフランジ２０と仕上材３とが、互いに略直交する方向に配置されることが望ましい。このとき、本発明を適用した耐火構造１は、一対の仕上材３に挟まれて戸境壁Ｄの内部に収まるように鉄骨材２が設けられる場合であっても、鉄骨材２の耐火性能を十分に向上させると同時に、鉄骨材２による梁型又は柱型等を形成させることなく、薄壁の戸境壁Ｄを設けることが可能となる。

また、本発明を適用した耐火構造１は、図１３に示すように、戸境壁Ｄとして鉄骨材２が一対の仕上材３に挟まれることで、鉄骨材２のフランジ２０の外面２０ｂ側又は側端部２０ａ側に、接近隙間部３０よりも大きい空間の中空隙間部３１が形成される。このとき、本発明を適用した耐火構造１は、薄壁の戸境壁Ｄが設けられて接近隙間部３０の空気層Ｇが小さくなった場合でも、接近隙間部３０以外の位置での中空隙間部３１の空気層Ｇが大きくなり、中空隙間部３１の空気層Ｇが十分に断熱効果を発揮して、戸境壁Ｄの火災時に加熱される一方の片側面から他方の片側面への伝熱を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

１ ：耐火構造
２ ：鉄骨材
２０ ：フランジ
２０ａ ：側端部
２０ｂ ：外面
２１ ：上フランジ
２２ ：下フランジ
２３ ：ウェブ
３ ：仕上材
３０ ：接近隙間部
３１ ：中空隙間部
４ ：床スラブ
５ ：梁間鉄骨梁
５１ ：鉄骨ブレース
５２ ：壁柱
６ ：桁行鉄骨梁
７ ：コンクリート柱
８ ：建築物
８０ ：手摺壁
８１ ：桁行外周部
８２ ：梁間外周部
Ａ ：開口部
Ｂ ：バルコニー
Ｃ ：通路
Ｄ ：戸境壁
Ｅ ：玄関
ＦＲ ：火災室
Ｆｄ ：下階
Ｆｕ ：上階
Ｇ ：空気層
Ｐ ：専有部分
Ｓ ：共用部分
Ｘ ：桁行方向
Ｙ ：高さ方向
Ｚ ：梁間方向
α ：強軸
β ：弱軸

Claims (4)

1. 建築物の構造材に設けられる耐火構造であって、
   梁材又は柱材等の構造材として設けられる鉄骨材と、前記鉄骨材から離間させて設けられる仕上材とを備え、
   前記仕上材と前記鉄骨材との間には、前記仕上材が前記鉄骨材に最も接近した位置で前記鉄骨材から離間させて形成される接近隙間部に、耐火被覆材が設けられておらず、
   前記仕上材は、建築物の専有部分を隔てる戸境壁の一部として、前記戸境壁の両側面に一対となって設けられて、
   前記戸境壁は、一対の前記仕上材に挟まれて前記鉄骨材が設けられるとともに、前記接近隙間部よりも大きい空間の中空隙間部が形成され、前記戸境壁の火災時に加熱される片側面又は両側面での前記接近隙間部及びこれと連通する前記中空隙間部に、空気層が形成されること
   を特徴とする耐火構造。
2. 前記鉄骨材は、一対のフランジと、一対の前記フランジに架設されるウェブとを有するＨ形鋼が用いられて、前記フランジと前記仕上材とが前記鉄骨材の側方で互いに略直交する方向に配置されて、一対の前記仕上材に挟まれて設けられること
   を特徴とする請求項１記載の耐火構造。
3. 前記鉄骨材は、一対のフランジと、一対の前記フランジに架設されるウェブとを有して、一対の前記フランジを互いに離間させた部材成よりも、各々の前記フランジでの部材幅を小さくした細幅Ｈ形鋼が用いられること
   を特徴とする請求項１又は２記載の耐火構造。
4. 前記仕上材は、石膏ボード、ロックウール板、けい酸カルシウム板、ＡＬＣ板又はＧＲＣ板等の耐火板が用いられること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の耐火構造。

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