JP6936630B2

JP6936630B2 - 耐火被覆梁

Info

Publication number: JP6936630B2
Application number: JP2017114760A
Authority: JP
Inventors: 智仁岡▲崎▼; 平川　恭章; 恭章平川; 賢二山▲崎▼; 潤一郎蔦壁; 長岡　勉; 勉長岡
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: JP2019002130A

Description

本発明は、耐火被覆梁に関する。

鉄骨梁等の金属製の梁において、ダクト等の設備配管を挿通するための貫通孔が設けられることがある。ここで、建築基準法などで規定される耐火性能や準耐火性能、防火性能が必要な建物の梁として金属製の梁を用いる場合、火災時における耐力低下や剛性低下を抑制するため、所定の厚さの耐火被覆部材で金属製の梁を被覆する必要がある。

このため、梁に貫通孔が設けられている場合、貫通孔の内周面（小口面）にも所定の厚さの耐火被覆が必要となり、耐火被覆部材によって貫通孔の有効径（実径）が狭まることで貫通孔に配置される設備配管の大きさが制限されていた。

この問題を解決するため、例えば特許文献１には、ロックウール等の耐火被覆部材より厚さの薄い熱膨張性耐火シートを鉄骨梁の貫通孔の内周面に設けることで、耐火性能を確保しつつ、貫通孔の有効径（実径）が狭まることを抑制する構成が開示されている。

特開２００７−１９８０２９号公報

しかし、熱膨張性耐火シートの認定条件には、鉄骨梁の寸法や耐火被覆部材の比重等の条件があるため、条件を満たさない鉄骨梁では耐火性能を確保することができない虞があった。

本発明は上記事実に鑑み、耐火性能を確保しつつ、梁に形成された貫通孔の有効径が狭まることを抑制することができる耐火被覆梁を提供することを目的とする。

第１態様に係る耐火被覆梁は、貫通孔が形成された金属製の梁と、前記貫通孔の周囲に取付けられた水酸化アルミニウムを含む吸熱部材と、前記梁及び前記吸熱部材を被覆する耐火被覆部材と、を有する。

上記構成によれば、金属製の梁の貫通孔の周囲に水酸化アルミニウムを含む吸熱部材が取付けられ、梁及び吸熱部材が耐火被覆部材によって被覆されている。このため、火災時等において、吸熱部材の水酸化アルミニウムが反応することで、貫通孔の周囲の熱を吸熱して梁の温度上昇を抑制することができ、梁の温度上昇に伴う耐力低下や剛性低下を抑制することができる。

これにより、貫通孔の内周面に被覆される耐火被覆部材を無くす、又は耐火被覆部材の厚さを低減させることができ、耐火性能を確保しつつ、貫通孔の有効径が狭まることを抑制することができる。

第２態様に係る耐火被覆梁は、第１態様に係る耐火被覆梁であって、前記吸熱部材は、前記梁の材軸方向に沿って前記貫通孔の両側に取付けられている。

一般的に、金属製の梁は、材軸方向における貫通孔の両側の温度が最も上昇し易い。ここで、上記構成によれば、吸熱部材が梁の材軸方向に沿って貫通孔の両側に取付けられているため、梁の温度上昇を効率よく抑制することができる。

第３態様に係る耐火被覆梁は、第１態様又は第２態様に係る耐火被覆梁であって、前記吸熱部材は、袋体と、前記袋体に収納されたゲル状、湿粉状、又は乾粉状の水酸化アルミニウムと、を備えている。

上記構成によれば、吸熱部材が、袋体に収納されたゲル状、湿粉状、又は乾粉状の水酸化アルミニウムで構成されている。このため、水酸化アルミニウムが接着剤等と混合されて固形状とされている構成と比較して、吸熱部材の水酸化アルミニウムの比重を大きくすることができるとともに、水酸化アルミニウムの表面積を大きくすることができる。これにより、吸熱部材の反応効率を高めることができる。

本発明によれば、耐火性能を確保しつつ、梁に形成された貫通孔の有効径が狭まることを抑制することができる。

実施形態の一例における耐火被覆梁の梁に吸熱部材を取付ける前の状態を示す斜視図である。実施形態の一例における耐火被覆梁を示す斜視図である。図２におけるＡ−Ａ線断面図である。火災時における耐火被覆梁への熱の流れを示す説明図である。火災時における従来の梁の温度と時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態の一例における耐火被覆梁について、図１〜図３を用いて説明する。

（構成）
図１〜図３に示すように、本実施形態の耐火被覆梁１０は、金属製の梁１２と、梁１２に取付けられた吸熱部材１８と、梁１２及び吸熱部材１８を被覆する耐火被覆部材２０と、を有している。

梁１２は、例えば断面がＨ形状とされたＨ形鋼で構成されている。なお、梁１２は、ロール成形によって成形されたロールＨであってもよく、一対のフランジ１２Ａ、１２Ｂとウェブ１２Ｃとを溶接して組み立てたビルドＨであってもよい。

また、梁１２の断面はＨ形状には限られず、Ｔ形状やＬ形状、Ｃ形状等であってもよい。さらに、梁１２の材質も鋼には限られず、ステンレスやアルミニウム等、他の金属で構成されていてもよい。

梁１２には、ウェブ１２Ｃを厚さ方向に貫通する円形断面の貫通孔１４が形成されている。なお、本実施形態では、梁１２に１つの貫通孔１４が形成されている場合について説明するが、梁１２の材軸方向に沿って複数の貫通孔１４が形成されていてもよい。また、梁１２の上部には、例えばコンクリート製のスラブ１６が構築されている。

梁１２のウェブ１２Ｃには、例えばポリエチレン製の薄膜の袋体１８Ａと、袋体１８Ａに収納されたゲル状、湿粉状、又は乾粉状の水酸化アルミニウム１８Ｂとで構成された吸熱部材１８が取付けられている。吸熱部材１８は、略長方形状のシート状とされており、梁１２の材軸方向に沿って貫通孔１４の両側、かつウェブ１２Ｃの両面に計４枚の吸熱部材１８がそれぞれ取付けられている。

なお、ウェブ１２Ｃに取付けられた状態において、吸熱部材１８の高さ（長辺の長さ）は、貫通孔１４の内径より大きくされていることが好ましい。吸熱部材１８の梁１２への取付け方法としては、接着剤で接着する方法の他、粘着テープで貼付ける方法等が挙げられる。また、袋体１８Ａの材質は、ポリエチレンには限られず、他の樹脂材料や紙、ゴム等で構成されていてもよい。

また、図２に示すように、梁１２及び梁１２に取付けられた吸熱部材１８は、法律（建築基準法）上義務付けられた所定の厚さの耐火被覆部材２０によって全体が被覆されている。なお、建築基準法などで規定される耐火性能が確保される場合、吸熱部材１８の外面等に被覆される耐火被覆部材２０は、梁１２の他の部分に被覆される耐火被覆部材２０より薄くされていてもよい。

一方、図３に示すように、貫通孔１４の内周面１４Ａ（小口面）には、耐火被覆部材２０が被覆されていない、もしくは、耐火被覆部材２０が所定の厚さより薄く被覆されている。なお、耐火被覆部材２０を被覆する方法としては、ロックウールを吹付ける方法や、無機繊維フェルトを主材とする乾式被覆部材を巻付ける方法、耐火塗料を塗布する方法、ボード状の被覆材を取付ける方法等が挙げられる。

（作用及び効果）
ここで、貫通孔が形成された従来の梁の火災時における温度と時間との関係について図５を用いて説明する。なお、ここでの従来の梁とは、貫通孔の内周面に耐火被覆部材が被覆されておらず、貫通孔の周囲に吸熱部材が取付けられていないものである。また、従来の梁において、図４に示す梁１２のウェブ１２Ｃにおける貫通孔１４の一方の側部を領域Ｐ、他方の側部を領域Ｑ、貫通孔１４の上部を領域Ｒ、下部を領域Ｓとする。

図５に示すように、吸熱部材が取付けられていない従来の梁では、領域Ｒ及び領域Ｓの温度と比較して領域Ｐ及び領域Ｑの温度の上昇率が高く、火災発生から７０分程経過して領域Ｐ及び領域Ｑの温度が６００℃を超えた時点で梁が破壊する。すなわち、従来の梁では、材軸方向に沿った貫通孔の両側で梁が破壊することが分かる。

一方、本実施形態では、水酸化アルミニウム１８Ｂを含む吸熱部材１８が貫通孔１４の周囲に取付けられている。ここで、水酸化アルミニウム１８Ｂは、約２５０℃の熱で反応して酸化アルミニウムとなり、その際に水が発生する。

このため、本実施形態の梁１２では、火災時において、耐火被覆部材２０によって梁１２全体の温度上昇を抑制しつつ、梁１２の温度が２５０℃前後に上昇した段階で水酸化アルミニウム１８Ｂが反応することで、発生した水によって貫通孔１４の周囲の熱を吸熱することができる。

これにより、図４に示すように、貫通孔１４の内周面１４Ａから貫通孔１４の周囲のウェブ１２Ｃへ伝わる熱（図４に示す矢印Ｍ）、及び耐火被覆部材２０を介してウェブ１２Ｃに直接伝わる熱（図４に示す矢印Ｎ）の両方を吸熱部材１８によって吸熱することができる。具体的には、貫通孔１４の内周面１４Ａに所定の厚さの耐火被覆部材２０が被覆されている梁と同等以上の耐火性能を確保することができる。

すなわち、貫通孔１４の周囲に吸熱部材１８を取付けることにより、貫通孔１４の内周面１４Ａに被覆される耐火被覆部材２０を無くす、又は耐火被覆部材２０の厚さを低減させることができ、耐火性能を確保しつつ、貫通孔１４の有効径が狭まることを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、吸熱部材１８が梁１２の材軸方向に沿って貫通孔１４の両側に取付けられている。このため、梁１２のウェブ１２Ｃにおける温度が最も上昇し易い領域Ｐ及び領域Ｑの熱を吸熱部材１８によって吸熱することができ、温度上昇による梁１２の耐力低下や剛性低下を効率よく抑制することができる。

また、一般的に、耐火被覆梁１０は４５０℃程度までの熱に耐え得る設計とされている。ここで、本実施形態によれば、吸熱部材１８として、約２５０℃の熱で反応する水酸化アルミニウム１８Ｂを用いている。このため、例えば吸熱部材１８として、約９０℃の熱で反応する石膏等の水和物を用いる場合と比較して、梁１２の温度がある程度（約２５０℃）まで上昇した段階で梁１２の熱を吸熱することができ、吸熱効率を高めることができる。

さらに、本実施形態によれば、吸熱部材１８の水酸化アルミニウム１８Ｂが、ゲル状、湿粉状、又は乾粉状とされており、袋体１８Ａに収納されている。このため、ゲル状、湿粉状、又は乾粉状の水酸化アルミニウム１８Ｂを、袋体１８Ａに収納せずに梁１２のウェブ１２Ｃに直接取付ける構成と比較して、施工が容易となる。

また、水酸化アルミニウム１８Ｂが接着剤等と混合されて固形状とされている構成と比較して、吸熱部材１８の水酸化アルミニウム１８Ｂの比重を大きくすることができるとともに、水酸化アルミニウム１８Ｂの表面積を大きくすることができる。これにより、吸熱部材１８の反応効率を高めることができる。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明について実施形態の一例を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。

例えば、上記実施形態では、吸熱部材１８が梁１２の材軸方向に沿って貫通孔１４の両側、かつウェブ１２Ｃの両面に取付けられていたが、貫通孔１４の上部や下部に吸熱部材１８が取付けられていてもよく、ウェブ１２Ｃの片面のみに取付けられていてもよい。

少なくとも貫通孔１４の周囲に吸熱部材１８を取り付けることで、貫通孔１４の周囲に吸熱部材１８が取付けられていない構成と比較して、梁１２の温度上昇を抑制することができる。これにより、貫通孔１４の内周面１４Ａに被覆される耐火被覆部材２０を無くす、又は耐火被覆部材２０の厚さを低減させることができ、耐火性能を確保しつつ、貫通孔１４の有効径が狭まることを抑制することができる。

また、上記実施形態では、吸熱部材１８が略長方形状とされていたが、貫通孔１４の周囲を囲む円環形状とされていてもよい。また、吸熱部材１８は、接着剤等と混合されて固形状とされた水酸化アルミニウムで構成されていてもよい。水酸化アルミニウムを固形状とすることで、ゲル状、湿粉状、又は乾粉状の水酸化アルミニウム１８Ｂを用いる構成と比較して施工性を向上させることができる。

１０耐火被覆梁
１２梁
１４貫通孔
１８吸熱部材
１８Ａ袋体
１８Ｂ水酸化アルミニウム
２０耐火被覆部材

Claims

ウェブに貫通孔が形成された金属製の梁と、
前記ウェブにおける前記貫通孔の周囲に取付けられた水酸化アルミニウムを含む吸熱部材と、
前記梁及び前記吸熱部材を被覆する耐火被覆部材と、
を有し、
前記吸熱部材は、前記貫通孔に対して前記梁の材軸方向の両側にそれぞれ配置されるとともに、上端部が前記貫通孔よりも上側に位置し、下端部が前記貫通孔よりも下側に位置する、
耐火被覆梁。
前記吸熱部材は、袋体と、前記袋体に収納されたゲル状、湿粉状、又は乾粉状の水酸化アルミニウムと、を備えている、請求項１に記載の耐火被覆梁。