耐火被覆された鉄骨構造
【課題】火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱において、該鉄骨構造の温度上昇を均一にすることにより、耐火性能に優れた鉄骨構造の柱を得る。
【解決手段】鉄骨構造の柱１は、床としての鉄筋コンクリート２に直立して設けられており、その上端で上階の床としてのデッキプレート３を支持している。前記柱１は形鋼柱としての縦長３００ｍｍ×横長３００ｍｍ×鋼材厚９ｍｍ×高さ５０００ｍｍの角形鋼管４と、その外表面を被覆する耐火被覆材としての耐火塗料５とを有しており、該耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方から下方にかけて滑らかに減少している。耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方部が平均３．１ｍｍ、下方部が平均２．３ｍｍである。
【解決手段】鉄骨構造の柱１は、床としての鉄筋コンクリート２に直立して設けられており、その上端で上階の床としてのデッキプレート３を支持している。前記柱１は形鋼柱としての縦長３００ｍｍ×横長３００ｍｍ×鋼材厚９ｍｍ×高さ５０００ｍｍの角形鋼管４と、その外表面を被覆する耐火被覆材としての耐火塗料５とを有しており、該耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方から下方にかけて滑らかに減少している。耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方部が平均３．１ｍｍ、下方部が平均２．３ｍｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材としては、ロックウール、軽量セメントモルタル等の吹付け、セラミックファイバーブランケット等の巻き付け、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板等の板部材による囲い込み、燐酸アンモニウムと多価アルコールとの縮合反応によって断熱層を形成する耐火塗料の塗装等が行われてきた（例えば特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照。）。
しかし、これらの耐火被覆材はいずれも火災時における室内の温度分布を十分に考慮したものではなかったため、鉄骨構造の温度上昇が不均一になり、構造体の平均温度が鉄の理想的な座屈温度に達していないにもかかわらず、部分的に温度が上昇して局所的な座屈を生じてしまうおそれがあった。
【０００３】
【特許文献１】特公平２−２８５５５号公報（第２〜３頁）
【特許文献２】特開平９−７１７５２号公報（第２〜３頁）
【非特許文献１】国土交通省住宅局建築指導課・新耐火防火便覧編集委員会編，「耐火防火構造・材料等便覧」，新日本法規出版株式会社，昭和４５年２月，第３−Ａ巻，ｐ.３００−３８５〜４４０−６４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、火災時の燃焼熱によって、該燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造において、所定の耐火性能を得るための前記耐火被覆材の被覆厚が火災時における室内の温度分布を十分に考慮したものでないために、鉄骨構造の温度上昇が不均一になり、構造体の平均温度が鉄の理想的な座屈温度に達していないにもかかわらず、部分的に温度が上昇して座屈を生じてしまう点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、耐火被覆材により被覆された、高さが２〜８ｍである鉄骨構造の柱において、該柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が段階的または連続的に厚くなっていることを最も主要な特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、鉄骨構造の柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを最も主要な特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを最も主要な特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、耐火被覆材により被覆された鉄骨構造において、該鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１または請求項２に記載の発明によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱において、該鉄骨構造の温度上昇を均一にすることにより、耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱または梁において、該鉄骨構造の温度上昇をさらに均一にすることにより、より耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造において、該鉄骨構造の温度上昇を均一にすることにより、耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。各図は説明のため、一部を拡大して表示してある。
【００１３】
なお、本発明において、鉄骨構造とは、鉄鋼に限らず、アルミニウム鋼、ステンレス鋼等の金属鋼による構造体を指す包括的な概念である。
【００１４】
また、本発明において、柱の上方部における被覆厚とは、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端にいたる領域の平均被覆厚のことを指し、柱の下方部における被覆厚とは、柱の最下端から柱高の１０％にあたる高さにいたる領域の平均被覆厚のことを指す。
【００１５】
前記柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は角形鋼管柱の場合には１６箇所とする。該角形鋼管柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。また、角形鋼管柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。
【００１６】
前記柱がＨ形鋼である場合には、柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は３２箇所とする。Ｈ形鋼柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、ウェブまたはフランジの各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。また、Ｈ形鋼柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、ウェブまたはフランジの各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。
【００１７】
前記柱が丸形鋼管の場合には、柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は１６箇所とする。丸形鋼管柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の外周を垂直に４等分する線との交点を各測定点とする。また、丸形鋼管柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の外周を垂直に４等分する線との交点を各測定点とする。
【００１８】
前記柱が角形鋼管、Ｈ形鋼、丸形鋼管のいずれでもない場合には、柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は、柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。また、柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。従って、測定点数は柱の形状により異なる。
【００１９】
本発明において、鋼材厚の薄い面もしくは厚い面における耐火被覆材の被覆厚とは、該鋼材厚の薄い面もしくは厚い面の平均膜厚をいう。
【００２０】
前記鋼材厚の薄い面もしくは厚い面における耐火被覆材の被覆厚を計算するための測定点は各々１６箇所とし、鋼材厚の薄い面もしくは厚い面の垂直二等分線と水平二等分線との交点を原点として水平方向及び垂直方向へ５ｃｍ間隔で格子状に引いた線の各交点（４×４格子点）を測定点とする。
【００２１】
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の鉄骨構造の柱１は、床としての鉄筋コンクリート２に直立して設けられており、その上端で上階の床としてのデッキプレート３を支持している。前記柱１は形鋼柱としての断面縦長３００ｍｍ×断面横長３００ｍｍ×鋼材厚９ｍｍ×高さ６５００ｍｍの角形鋼管４と、その外表面を被覆する耐火被覆材としての耐火塗料５とを有しており、該耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方から下方にかけて連続的に減少している。耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方部が平均３．１ｍｍ、下方部が平均２．３ｍｍである。
【００２２】
前記柱１は形鋼柱に限らず、板柱、帯板柱、ラチス柱、トラス柱等の組立柱でも良い。
【００２３】
前記耐火被覆材の被覆厚の最適値は柱１の高さによって異なる。柱１の高さが十分に高い場合には、火災時の燃焼熱が柱１全体を過熱するまでに要する時間が十分に長いため、建築基準法における所定の耐火時間を得るために要する耐火被覆材の被覆厚を薄くすることができる。逆に柱１の高さが低い場合には、すぐに柱１全体の温度が上昇してしまうため、耐火被覆材の被覆厚を厚くする必要がある。
【００２４】
前記柱が火災にさらされた場合には、火災時の燃焼熱によって生じた上昇気流によって柱の上方部の温度が高くなり、下方部の温度は低くなる。
【００２５】
前記柱１の高さが２〜８ｍである場合には、耐火被覆材の被覆厚の最大値は最小値に対して好ましくは１２０〜５００％、より好ましくは１３０〜３００％、最も好ましくは１５０〜２００％である。この範囲にあるとき、鉄骨構造の温度上昇を均一にすることができる。被覆厚の最大値が最小値に対して１２０％未満の場合には、耐火被覆材の被覆を厚くすることによる温度上昇の抑制効果が十分ではない。逆に５００％を超える場合には、湿式耐火被覆材を施工する際に被覆の厚い面において塗り重ねが必要となるため、一度で施工できないおそれがある。
【００２６】
耐火被覆材の被覆厚の最大値が最小値に対して１５０％〜２００％である場合には、柱１の上部と下部とにおける外寸の差が視覚では認識されにくいため、視覚上の傾きがない真っ直ぐな柱１を得ることができ、美観に優れる。
【００２７】
前記形鋼柱は角形鋼管４に限らず、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、丸形鋼管等でも良い。また、形鋼材をそのまま加工した単一形鋼柱に限らず、複数の形鋼材を組み合わせた複合形鋼柱でも良い。
【００２８】
前記耐火被覆材は耐火塗料５に限らず、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材であれば任意に設定することができる。例えば、セメントモルタル、耐火モルタル、コンクリート、石膏、プラスター、ロックウール、ラスモルタル、軽量セメントモルタル等の湿式材料、セラミックファイバーブランケット、石綿成形板、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板、石膏ボード、木材、レンガ等の乾式材料等が挙げられる。
【００２９】
前記床は鉄筋コンクリート２やデッキプレート３に限らず、床として使用される通常の建築部材を用いることができる。例えば、ＡＬＣ、プレキャスト鉄筋コンクリート等が挙げられる。また、これらを組み合わせて用いても良い。
【００３０】
以上のように構成された鉄骨構造が火災にさらされると、火災時の燃焼熱は耐火被覆材の表面から伝導し、徐々に角形鋼管４の温度を上昇させる。火災時の燃焼熱により温められた空気は上昇気流によって対流するため、鉄骨構造の上部の雰囲気温度は下部の雰囲気温度に比べて高くなる。本実施形態の場合には火災が１時間継続した際の柱１の上方から５０ｃｍの高さにおける雰囲気温度が９５３℃であるのに対して、柱の下方から５０ｃｍの高さにおける雰囲気温度は２４０℃である。
【００３１】
前記耐火被覆材の被覆厚は角形鋼管４の上方部（すなわち、柱高の９０％にあたる高さから、柱１の最上端までの高さの範囲）ほど厚く、下方部（すなわち、柱１の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さの範囲）ほど薄いため、雰囲気温度が高いところは厚い被覆厚、雰囲気温度が低いところは薄い被覆厚となって、火災時の温度分布に適した被覆となり、前記高さにおける柱１の裏面温度はそれぞれ３４８℃、３５６℃となる。このようにして、角形鋼管４の温度上昇を均一にすることができ、局所的な温度上昇による角形鋼管４の座屈を抑制することができる。角形鋼管４全体を均一の被覆厚で被覆した場合には、角形鋼管４の下部の温度に比べて上部の温度が高く、角形鋼管４全体の平均温度が鉄の座屈温度に到達していない場合でも、局所的な温度上昇を生じた箇所で座屈してしまう。また、耐火被覆材の被覆厚が角形鋼管４の上部ほど薄く、下部ほど厚い場合には、より局所的な温度上昇を生じやすく、角形鋼管４全体の温度上昇が不均一となる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態の鉄骨構造の柱１は、床としての鉄筋コンクリート２に直立して設けられており、その上端で上階の床としてのデッキプレート３を支持している。図２に示すように、前記柱１は形鋼柱としての断面縦長３００ｍｍ×断面横長３００ｍｍ×ウェブ面６ｂの鋼材厚１０ｍｍ×フランジ面６ａの鋼材厚１５ｍｍ×高さ３０００ｍｍのＨ形鋼６と、その外表面を被覆する耐火被覆材としての軽量セメントモルタルとを有しており、該軽量セメントモルタルの被覆厚はＨ形鋼のフランジ面６ａよりもウェブ面６ｂの方が厚い。前記鋼材厚の厚い面としてのフランジ面６ａにおける耐火被覆材の被覆厚は１０ｍｍであり、鋼材厚が薄い面としてのウェブ面６ｂにおける耐火被覆材の被覆厚は１５ｍｍであり、前記耐火被覆材の被覆厚は鉄骨構造の鋼材厚に反比例している。
【００３３】
前記柱１の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対し、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚は好ましくは１２０〜５００％、より好ましくは１３０〜３００％、最も好ましくは１５０〜２００％である。この範囲にあるとき、鉄骨構造の温度上昇を均一にすることができるとともに、鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚を相対的に薄くすることができる。鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０％未満の場合には、耐火被覆材の被覆を厚くすることによる温度上昇の抑制効果が十分ではない。逆に５００％を超える場合には、湿式耐火被覆材を施工する際に被覆の厚い面において塗り重ねが必要となるため、一度で施工できないおそれがある。
【００３４】
前記柱１は形鋼柱に限らず、板柱、帯板柱、ラチス柱、トラス柱等の組立柱でも良い。
【００３５】
前記形鋼柱はＨ形鋼に限らず、Ｉ形鋼等の部分によって鋼材厚が異なる鉄骨構造を任意に設定することができる。また、形鋼材をそのまま加工した単一形鋼柱に限らず、複数の形鋼材を組み合わせた複合形鋼柱でも良い。
【００３６】
前記耐火被覆材は軽量セメントモルタルに限らず、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材であれば任意に設定することができる。例えば、セメントモルタル、耐火モルタル、コンクリート、石膏、プラスター、ロックウール、ラスモルタル、耐火塗料等の湿式材料、セラミックファイバーブランケット、石綿成形板、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板、石膏ボード、木材、レンガ等の乾式材料等が挙げられる。
【００３７】
前記床は鉄筋コンクリート２やデッキプレート３に限らず、床として使用される通常の建築部材を用いることができる。例えば、ＡＬＣ、プレキャスト鉄筋コンクリート等が挙げられる。また、これらを組み合わせて用いても良い。
【００３８】
以上のように構成された鉄骨構造が火災にさらされると、火災時の燃焼熱は耐火被覆材の表面から伝導し、徐々にＨ形鋼の温度を上昇させる。鋼材厚が薄い面は熱伝導によりすぐに全体が温まってしまうのに対して、鋼材厚が厚い面は温まる速度が遅い。
【００３９】
前記Ｈ形鋼のフランジ面６ａにおける軽量セメントモルタルの被覆厚よりもウェブ面６ｂにおける被覆厚の方が厚いことにより、鋼材厚が厚い面と薄い面との温度上昇の差を小さくすることができるため、火災時における柱１全体の温度上昇を均一にすることができる。本実施形態における火災が１時間継続した場合のフランジ面６ａにおけるＨ形鋼の裏面温度は３８４℃であるのに対して、ウェブ面６ｂにおけるＨ形鋼の裏面温度は３６０℃である。逆に、耐火被覆材の被覆厚が均一な場合には、鋼材厚の厚い面の温度に比べて鋼材厚の薄い面の温度が高く、柱１全体の平均温度が鉄の座屈温度に到達していない場合でも、局所的な温度上昇を生じた箇所で座屈してしまう。また、耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の鋼材厚に正比例する場合には、より局所的な温度上昇を生じやすく、柱１全体の温度上昇が不均一となり、鉄骨構造の座屈を早めることとなる。
【００４０】
本実施形態は以下に示す効果を発揮することができる。
・前記耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の上部ほど厚く、下部ほど薄いことにより、雰囲気温度が高いところは厚い被覆厚、雰囲気温度が低いところは薄い被覆厚となって、火災時の温度分布に適した被覆となる。従って、柱１の温度上昇を均一にすることができ、局所的な温度上昇による鉄骨構造の座屈を抑制することができる。
【００４１】
・前記耐火被覆材の被覆厚の最大値が最小値に対して１２０〜５００％であることにより、火災時における鉄骨構造の温度上昇を均一にすることができる。
【００４２】
・前記柱１に使用する鋼材がＨ形鋼等のように部位によって鋼材厚が異なる場合には、鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚よりも、鋼材厚が薄い面における耐火被覆材の被覆厚を厚くすること、すなわち、前記耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の鋼材厚に反比例することにより、鋼材厚が厚い面と薄い面との温度上昇の差を小さくすることができるため、火災時における柱１全体の温度上昇を均一にすることができるとともに、鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚を相対的に薄くすることができる。
【００４３】
なお、本発明の前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・前記鉄骨構造の柱１に使用する鋼材がＨ形鋼の場合には、図３に示すように、フランジ面６ａの一端に鉄筋等の補強部材７を溶接等により接合し、さらにラス網等の支持部材８を溶接等により接合した状態で耐火被覆材を被覆しても良い。
【００４４】
このように構成した場合、フランジ面６ａとウェブ面６ｂに囲まれた空間を中空とすることができるため、鉄骨構造の受熱面積を減少させることができ、温度上昇を抑制することができる。また、ラス網部においては耐火被覆材を伝わった熱は直接Ｈ形鋼に伝導しないため、当該部分における耐火被覆材の被覆厚を他の部分に比べて薄くすることができる。
【００４５】
・前記柱１に使用する鋼材がＨ形鋼またはＩ形鋼である場合には、柱１の入隅部６ｃにおける耐火被覆材の被覆厚は、図４に示すように他の箇所に比べて厚くしても良い。
【００４６】
このように構成した場合、柱１の受熱面積を減らすことができるため、鉄骨構造の温度上昇を抑制することができる。
【００４７】
・前記柱に使用する鋼材がＨ形鋼またはＩ形鋼である場合には、柱１の出隅部６ｄにおける耐火被覆材の被覆厚は、図４に示すように他の箇所に比べて薄くすることが好ましい。
【００４８】
このように構成した場合、柱１の受熱面積を減らすことができるため、鉄骨構造の温度上昇を抑制することができる。
【００４９】
・前記鉄骨構造の柱１に使用する鋼材の断面は、入隅部６ｃ及び出隅部６ｄを図５（ａ）に示すように直角に被覆しても良いし、図５（ｂ）または図５（ｃ）に示すように曲率を設けても良い。
【００５０】
・前記第１実施形態においては、図１に示すように、耐火被覆材の被覆厚は柱１の上方から下方にかけて滑らかに減少しているが、図６（ｂ）に示すように段階的に被覆厚を変化させても良い。
【００５１】
このように構成した場合、管理すべき所定の被覆厚の数値が２種類に限定されるため、施工時の被覆厚管理が容易となる。
【００５２】
・前記実施形態においては、図１に示すように、柱１の四外周面全てが耐火被覆剤によって被覆されているが、柱１の高さが十分に高い場合には、図６（ａ）に示すように該柱１の下部を被覆しなくとも良い。
【００５３】
このように構成した場合、耐火被覆材の被覆量を抑制することができる。
【００５４】
・前記第２実施形態においては鉄骨構造の柱としたが、部分によって鋼材厚が異なる場合であれば、鉄骨構造の梁としても良い。
【００５５】
・前記第２実施形態においては鉄骨構造の横断面において部分による鋼材厚が異なるが、縦断面において部分による鋼材厚が異なっても良い。
【００５６】
・前記第１実施形態においては柱１の高さを６．５ｍとしたが、それ以上でも良い。例えば、高さ１０ｍを超える柱１にも適用することができる。
【００５７】
次に、前記実施形態から把握される請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に記載する。
【００５８】
・耐火被覆材により被覆された鉄骨構造体において、前記耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の鋼材厚に反比例することを特徴とする請求項１に記載の鉄骨構造。
【００５９】
このように構成した場合、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱または梁において、該鉄骨構造の温度上昇をより均一にすることによって、さらに耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例についての比較試験により、従来の技術に比べた本発明の顕著な効果を説明する。
【００６１】
試験はまず、形鋼柱としての断面縦長３００ｍｍ×断面横長３００ｍｍ×ウェブ面の鋼材厚１０ｍｍ×フランジ面の鋼材厚１５ｍｍ×高さ３０００ｍｍのＨ形鋼にＪＩＳ−Ｃ−１６０２−１９９５に規定されているＫ熱電対を取り付けた後、該Ｈ形鋼の外表面に耐火被覆材としての軽量セメントモルタルを被覆した。該軽量セメントモルタルの組成は以下の通りである。
【００６２】
試験に使用した軽量セメントモルタルの組成：普通ポルトランドセメント１００重量部、水酸化アルミニウム１００重量部、パーライト１００重量部、バーミキュライト５０重量部、ガラス繊維５重量部、増粘剤１重量部。
【００６３】
前記軽量セメントモルタル１００重量部に混練水６０重量部を加え、モルタルミキサーにて混練した後、モルタルポンプにて圧送し、Ｈ形鋼の表面に吹付け施工を行った。表面の凹凸は定規で均した後、コテで押さえて平滑にした。この際の被覆厚さの管理はノギスを用いて行った。
【００６４】
続いて該Ｈ形鋼を室温で１ヶ月間放置した後、耐火煉瓦及びセラミックファイバーブランケットによって断熱された有底四角箱状の耐火炉に設置して蓋を閉め、外部に熱が漏れないようにした。その後、可燃物としての新聞紙５０ｋｇに灯油を染み込ませたものを試験体から１０ｃｍ離して設置し、着火してＫ熱電対によって自然に消火するまでの鉄骨の裏面温度を測定した。
【００６５】
（実施例１）
実施例１の耐火被覆された鉄骨構造の柱１における軽量セメントモルタルの被覆厚さは、Ｈ形鋼の上方から下方にかけて滑らかに減少しており、Ｈ形鋼柱の上方部の被覆厚は平均１６．０ｍｍ、下方部の被覆厚は平均１２．３ｍｍであり、柱１全体の平均被覆厚は１４．４ｍｍであった。また、Ｈ形鋼柱のフランジ面６ａとウェブ面６ｂとで被覆厚はほぼ同じであった。
【００６６】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は３５２℃、そのときの最高温度は３８１℃、最低温度は３２９℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は５２℃であった。
【００６７】
（実施例２）
実施例２の耐火被覆された鉄骨構造の柱における軽量セメントモルタルの被覆厚さは、Ｈ形鋼の上方から下方にかけて滑らかに減少しており、Ｈ形鋼柱の上方部の被覆厚は平均１５．７ｍｍ、下方部の被覆厚は平均１２．８ｍｍであり、柱全体の平均被覆厚は１４．０ｍｍであった。また、Ｈ形鋼柱の上方部のフランジ面６ａにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１７．２ｍｍであり、Ｈ形鋼柱の上方部のウェブ面６ｂにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１３．３ｍｍであった。さらに、Ｈ形鋼柱の下方部のフランジ面６ａにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１３．９ｍｍであり、Ｈ形鋼柱の下方部のウェブ面６ｂにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１１．０ｍｍであった。
【００６８】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は３４１℃、そのときの最高温度は３５３℃、最低温度は３３０℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は２３℃であった。
【００６９】
（比較例１）
比較例１の耐火被覆された鉄骨構造の柱１における軽量セメントモルタルの被覆厚さは、Ｈ形鋼の上方から下方にかけてほぼ均一であり、Ｈ形鋼柱の上方部の被覆厚は平均１５．１ｍｍ、下方部の被覆厚は平均１４．３ｍｍであり、柱全体の平均被覆厚は１４．６ｍｍであった。また、Ｈ形鋼柱のフランジ面６ａとウェブ面６ｂとで被覆厚はほぼ同じであった。
【００７０】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は３８４℃、そのときの最高温度は４２３℃、最低温度は３１４℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は１０９℃であった。
【００７１】
次に、鉄骨構造の梁においても試験を行った。試験はまず、形鋼梁としての断面縦長４００ｍｍ×断面横長２００ｍｍ×ウェブ面の鋼材厚８ｍｍ×フランジ面の鋼材厚１３ｍｍ×長さ５５００ｍｍのＨ形鋼にＪＩＳ−Ｃ−１６０２−１９９５に規定されているＫ熱電対を取り付けた後、該Ｈ形鋼の外表面に耐火被覆材としての耐火塗料を被覆した。該耐火塗料の組成は以下の通りである。
【００７２】
試験に使用した耐火塗料の組成：合成樹脂１００重量部、ポリ燐酸アンモニウム１００重量部、ペンタエリスリトール１００重量部、メラミン５０重量部、界面活性剤５重量部、増粘剤１重量部。
【００７３】
続いて、前記耐火塗料をローラーによりＨ形鋼梁の表面に塗布した。耐火塗料の被覆厚さは乾燥後に電磁膜厚計を用いて測定し、所定の被覆厚さに達していないところは重ね塗りを行って、被覆厚さを調整した。
【００７４】
該Ｈ形鋼梁を室温で１ヶ月間放置した後、耐火煉瓦及びセラミックファイバーブランケットによって断熱された有底四角箱状の耐火炉に設置した。その後、可燃物としての新聞紙１００ｋｇに灯油を染み込ませたものを試験体の直下１ｍの地点に設置し、着火してＫ熱電対によって自然に消火するまでの鉄骨の裏面温度を測定した。
【００７５】
（実施例３）
実施例３の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、フランジ面６ａにおける平均被覆厚が２．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が５．５ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は４．２ｍｍであった。
【００７６】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は４２０℃、そのときの最高温度は４５５℃、最低温度は３９４℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は６１℃であった。
【００７７】
（比較例２）
比較例２の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、フランジ面６ａにおける平均被覆厚が４．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が４．５ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は４．６ｍｍであった。
【００７８】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は４０８℃、そのときの最高温度は４６４℃、最低温度は３５４℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は１１０℃であった。
【００７９】
また、第３の試験として、まず、形鋼梁としての断面縦長４００ｍｍ×断面横長２００ｍｍ×ウェブ面の鋼材厚８ｍｍ×フランジ面の鋼材厚１３ｍｍ×長さ５０００ｍｍのＨ形鋼にＪＩＳ−Ｃ−１６０２−１９９５に規定されているＫ熱電対を取り付けた後、該Ｈ形鋼の外表面に耐火被覆材としての軽量セメントモルタルを被覆した。該軽量セメントモルタルの組成は以下の通りである。
【００８０】
試験に使用した軽量セメントモルタルの組成：普通ポルトランドセメント１００重量部、水酸化アルミニウム３００重量部、パーライト３０重量部、バーミキュライト３０重量部、ガラス繊維２重量部、増粘剤１重量部、粉末樹脂５重量部。
【００８１】
前記軽量セメントモルタル１００重量部に混練水６０重量部を加え、モルタルミキサーにて混練した後、モルタルポンプにて圧送し、Ｈ形鋼の表面に吹付け施工を行った。表面の凹凸は定規で均した後、コテで押さえて平滑にした。この際の被覆厚さの管理はノギスを用いて行った。
【００８２】
該Ｈ形鋼梁を室温で１ヶ月間放置した後、耐火煉瓦及びセラミックファイバーブランケットによって断熱された有底四角箱状の耐火炉に設置した。その後、ＩＳＯ８３４に規定されている標準加熱曲線に従って試験体を１時間加熱し、Ｋ熱電対によって鉄骨の裏面温度を測定した。
【００８３】
（実施例４）
実施例４の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、上フランジ面６ａａにおける平均被覆厚が１０．８ｍｍ、下フランジ面６ａにおける平均被覆厚が１２．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が１７．５ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は１５．２ｍｍであった。
【００８４】
試験の結果を表１に示す。表１に示すように、加熱１時間後の鉄骨の平均裏面温度は５３８℃、そのときの最高温度は５６８℃、最低温度は４９６℃であった。従って、加熱１時間終了時の最高温度と最低温度との差は７２℃であった。
【００８５】
【表１】
【００８６】
（比較例３）
比較例３の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、フランジ面６ａにおける平均被覆厚が１５．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が１５．７ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は１５．７ｍｍであった。
【００８７】
試験の結果を表２に示す。表２に示すように、加熱１時間後の鉄骨の平均裏面温度は５６９℃、そのときの最高温度は６６６℃、最低温度は３９３℃であった。従って、加熱１時間終了時の最高温度と最低温度との差は２７３℃であった。
【００８８】
【表２】
【００８９】
なお、本明細書に記載されている技術的思想は以下に示す発明者により創作された。
段落番号［０００１］〜［００８９］に記載されている技術的思想は加藤圭一により創作された。また、願書に添付した特許請求の範囲、明細書、図面の著作者は加藤圭一である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態の柱を示した縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図３】本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図４】本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態の別例の柱を示した縦断面図である。
【図７】本発明の実施例の梁を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 鉄骨構造の柱
２ 床としての鉄筋コンクリート
３ 床としてのデッキプレート
４ 形鋼柱としての角形鋼管
５ 耐火被覆材としての耐火塗料
６ａ 鋼材厚の厚い面としてのフランジ面
６ｂ 鋼材厚が薄い面としてのウェブ面
６ｃ 鋼材の入隅部
６ｄ 鋼材の出隅部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材としては、ロックウール、軽量セメントモルタル等の吹付け、セラミックファイバーブランケット等の巻き付け、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板等の板部材による囲い込み、燐酸アンモニウムと多価アルコールとの縮合反応によって断熱層を形成する耐火塗料の塗装等が行われてきた（例えば特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照。）。
しかし、これらの耐火被覆材はいずれも火災時における室内の温度分布を十分に考慮したものではなかったため、鉄骨構造の温度上昇が不均一になり、構造体の平均温度が鉄の理想的な座屈温度に達していないにもかかわらず、部分的に温度が上昇して局所的な座屈を生じてしまうおそれがあった。
【０００３】
【特許文献１】特公平２−２８５５５号公報（第２〜３頁）
【特許文献２】特開平９−７１７５２号公報（第２〜３頁）
【非特許文献１】国土交通省住宅局建築指導課・新耐火防火便覧編集委員会編，「耐火防火構造・材料等便覧」，新日本法規出版株式会社，昭和４５年２月，第３−Ａ巻，ｐ.３００−３８５〜４４０−６４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、火災時の燃焼熱によって、該燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造において、所定の耐火性能を得るための前記耐火被覆材の被覆厚が火災時における室内の温度分布を十分に考慮したものでないために、鉄骨構造の温度上昇が不均一になり、構造体の平均温度が鉄の理想的な座屈温度に達していないにもかかわらず、部分的に温度が上昇して座屈を生じてしまう点である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、耐火被覆材により被覆された、高さが２〜８ｍである鉄骨構造の柱において、該柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が段階的または連続的に厚くなっていることを最も主要な特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、鉄骨構造の柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを最も主要な特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを最も主要な特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、耐火被覆材により被覆された鉄骨構造において、該鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１または請求項２に記載の発明によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱において、該鉄骨構造の温度上昇を均一にすることにより、耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱または梁において、該鉄骨構造の温度上昇をさらに均一にすることにより、より耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造において、該鉄骨構造の温度上昇を均一にすることにより、耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。各図は説明のため、一部を拡大して表示してある。
【００１３】
なお、本発明において、鉄骨構造とは、鉄鋼に限らず、アルミニウム鋼、ステンレス鋼等の金属鋼による構造体を指す包括的な概念である。
【００１４】
また、本発明において、柱の上方部における被覆厚とは、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端にいたる領域の平均被覆厚のことを指し、柱の下方部における被覆厚とは、柱の最下端から柱高の１０％にあたる高さにいたる領域の平均被覆厚のことを指す。
【００１５】
前記柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は角形鋼管柱の場合には１６箇所とする。該角形鋼管柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。また、角形鋼管柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。
【００１６】
前記柱がＨ形鋼である場合には、柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は３２箇所とする。Ｈ形鋼柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、ウェブまたはフランジの各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。また、Ｈ形鋼柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、ウェブまたはフランジの各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。
【００１７】
前記柱が丸形鋼管の場合には、柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は１６箇所とする。丸形鋼管柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の外周を垂直に４等分する線との交点を各測定点とする。また、丸形鋼管柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の外周を垂直に４等分する線との交点を各測定点とする。
【００１８】
前記柱が角形鋼管、Ｈ形鋼、丸形鋼管のいずれでもない場合には、柱の上方部もしくは下方部における被覆厚を計算するための測定点は、柱の上方部においては、柱高の９０％にあたる高さから柱の最上端までの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。また、柱の下方部においては、柱の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さを５等分する線のうち上下端の両線を除いた各線と、柱の各面の垂直二等分線との交点を各測定点とする。従って、測定点数は柱の形状により異なる。
【００１９】
本発明において、鋼材厚の薄い面もしくは厚い面における耐火被覆材の被覆厚とは、該鋼材厚の薄い面もしくは厚い面の平均膜厚をいう。
【００２０】
前記鋼材厚の薄い面もしくは厚い面における耐火被覆材の被覆厚を計算するための測定点は各々１６箇所とし、鋼材厚の薄い面もしくは厚い面の垂直二等分線と水平二等分線との交点を原点として水平方向及び垂直方向へ５ｃｍ間隔で格子状に引いた線の各交点（４×４格子点）を測定点とする。
【００２１】
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態の鉄骨構造の柱１は、床としての鉄筋コンクリート２に直立して設けられており、その上端で上階の床としてのデッキプレート３を支持している。前記柱１は形鋼柱としての断面縦長３００ｍｍ×断面横長３００ｍｍ×鋼材厚９ｍｍ×高さ６５００ｍｍの角形鋼管４と、その外表面を被覆する耐火被覆材としての耐火塗料５とを有しており、該耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方から下方にかけて連続的に減少している。耐火塗料５の被覆厚は角形鋼管４の上方部が平均３．１ｍｍ、下方部が平均２．３ｍｍである。
【００２２】
前記柱１は形鋼柱に限らず、板柱、帯板柱、ラチス柱、トラス柱等の組立柱でも良い。
【００２３】
前記耐火被覆材の被覆厚の最適値は柱１の高さによって異なる。柱１の高さが十分に高い場合には、火災時の燃焼熱が柱１全体を過熱するまでに要する時間が十分に長いため、建築基準法における所定の耐火時間を得るために要する耐火被覆材の被覆厚を薄くすることができる。逆に柱１の高さが低い場合には、すぐに柱１全体の温度が上昇してしまうため、耐火被覆材の被覆厚を厚くする必要がある。
【００２４】
前記柱が火災にさらされた場合には、火災時の燃焼熱によって生じた上昇気流によって柱の上方部の温度が高くなり、下方部の温度は低くなる。
【００２５】
前記柱１の高さが２〜８ｍである場合には、耐火被覆材の被覆厚の最大値は最小値に対して好ましくは１２０〜５００％、より好ましくは１３０〜３００％、最も好ましくは１５０〜２００％である。この範囲にあるとき、鉄骨構造の温度上昇を均一にすることができる。被覆厚の最大値が最小値に対して１２０％未満の場合には、耐火被覆材の被覆を厚くすることによる温度上昇の抑制効果が十分ではない。逆に５００％を超える場合には、湿式耐火被覆材を施工する際に被覆の厚い面において塗り重ねが必要となるため、一度で施工できないおそれがある。
【００２６】
耐火被覆材の被覆厚の最大値が最小値に対して１５０％〜２００％である場合には、柱１の上部と下部とにおける外寸の差が視覚では認識されにくいため、視覚上の傾きがない真っ直ぐな柱１を得ることができ、美観に優れる。
【００２７】
前記形鋼柱は角形鋼管４に限らず、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、丸形鋼管等でも良い。また、形鋼材をそのまま加工した単一形鋼柱に限らず、複数の形鋼材を組み合わせた複合形鋼柱でも良い。
【００２８】
前記耐火被覆材は耐火塗料５に限らず、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材であれば任意に設定することができる。例えば、セメントモルタル、耐火モルタル、コンクリート、石膏、プラスター、ロックウール、ラスモルタル、軽量セメントモルタル等の湿式材料、セラミックファイバーブランケット、石綿成形板、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板、石膏ボード、木材、レンガ等の乾式材料等が挙げられる。
【００２９】
前記床は鉄筋コンクリート２やデッキプレート３に限らず、床として使用される通常の建築部材を用いることができる。例えば、ＡＬＣ、プレキャスト鉄筋コンクリート等が挙げられる。また、これらを組み合わせて用いても良い。
【００３０】
以上のように構成された鉄骨構造が火災にさらされると、火災時の燃焼熱は耐火被覆材の表面から伝導し、徐々に角形鋼管４の温度を上昇させる。火災時の燃焼熱により温められた空気は上昇気流によって対流するため、鉄骨構造の上部の雰囲気温度は下部の雰囲気温度に比べて高くなる。本実施形態の場合には火災が１時間継続した際の柱１の上方から５０ｃｍの高さにおける雰囲気温度が９５３℃であるのに対して、柱の下方から５０ｃｍの高さにおける雰囲気温度は２４０℃である。
【００３１】
前記耐火被覆材の被覆厚は角形鋼管４の上方部（すなわち、柱高の９０％にあたる高さから、柱１の最上端までの高さの範囲）ほど厚く、下方部（すなわち、柱１の最下端から柱高の１０％にあたるまでの高さの範囲）ほど薄いため、雰囲気温度が高いところは厚い被覆厚、雰囲気温度が低いところは薄い被覆厚となって、火災時の温度分布に適した被覆となり、前記高さにおける柱１の裏面温度はそれぞれ３４８℃、３５６℃となる。このようにして、角形鋼管４の温度上昇を均一にすることができ、局所的な温度上昇による角形鋼管４の座屈を抑制することができる。角形鋼管４全体を均一の被覆厚で被覆した場合には、角形鋼管４の下部の温度に比べて上部の温度が高く、角形鋼管４全体の平均温度が鉄の座屈温度に到達していない場合でも、局所的な温度上昇を生じた箇所で座屈してしまう。また、耐火被覆材の被覆厚が角形鋼管４の上部ほど薄く、下部ほど厚い場合には、より局所的な温度上昇を生じやすく、角形鋼管４全体の温度上昇が不均一となる。
【００３２】
（第２実施形態）
第２実施形態の鉄骨構造の柱１は、床としての鉄筋コンクリート２に直立して設けられており、その上端で上階の床としてのデッキプレート３を支持している。図２に示すように、前記柱１は形鋼柱としての断面縦長３００ｍｍ×断面横長３００ｍｍ×ウェブ面６ｂの鋼材厚１０ｍｍ×フランジ面６ａの鋼材厚１５ｍｍ×高さ３０００ｍｍのＨ形鋼６と、その外表面を被覆する耐火被覆材としての軽量セメントモルタルとを有しており、該軽量セメントモルタルの被覆厚はＨ形鋼のフランジ面６ａよりもウェブ面６ｂの方が厚い。前記鋼材厚の厚い面としてのフランジ面６ａにおける耐火被覆材の被覆厚は１０ｍｍであり、鋼材厚が薄い面としてのウェブ面６ｂにおける耐火被覆材の被覆厚は１５ｍｍであり、前記耐火被覆材の被覆厚は鉄骨構造の鋼材厚に反比例している。
【００３３】
前記柱１の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対し、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚は好ましくは１２０〜５００％、より好ましくは１３０〜３００％、最も好ましくは１５０〜２００％である。この範囲にあるとき、鉄骨構造の温度上昇を均一にすることができるとともに、鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚を相対的に薄くすることができる。鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０％未満の場合には、耐火被覆材の被覆を厚くすることによる温度上昇の抑制効果が十分ではない。逆に５００％を超える場合には、湿式耐火被覆材を施工する際に被覆の厚い面において塗り重ねが必要となるため、一度で施工できないおそれがある。
【００３４】
前記柱１は形鋼柱に限らず、板柱、帯板柱、ラチス柱、トラス柱等の組立柱でも良い。
【００３５】
前記形鋼柱はＨ形鋼に限らず、Ｉ形鋼等の部分によって鋼材厚が異なる鉄骨構造を任意に設定することができる。また、形鋼材をそのまま加工した単一形鋼柱に限らず、複数の形鋼材を組み合わせた複合形鋼柱でも良い。
【００３６】
前記耐火被覆材は軽量セメントモルタルに限らず、火災時の燃焼熱から鉄骨構造を保護する耐火被覆材であれば任意に設定することができる。例えば、セメントモルタル、耐火モルタル、コンクリート、石膏、プラスター、ロックウール、ラスモルタル、耐火塗料等の湿式材料、セラミックファイバーブランケット、石綿成形板、ＡＬＣ板、ケイ酸カルシウム板、石膏ボード、木材、レンガ等の乾式材料等が挙げられる。
【００３７】
前記床は鉄筋コンクリート２やデッキプレート３に限らず、床として使用される通常の建築部材を用いることができる。例えば、ＡＬＣ、プレキャスト鉄筋コンクリート等が挙げられる。また、これらを組み合わせて用いても良い。
【００３８】
以上のように構成された鉄骨構造が火災にさらされると、火災時の燃焼熱は耐火被覆材の表面から伝導し、徐々にＨ形鋼の温度を上昇させる。鋼材厚が薄い面は熱伝導によりすぐに全体が温まってしまうのに対して、鋼材厚が厚い面は温まる速度が遅い。
【００３９】
前記Ｈ形鋼のフランジ面６ａにおける軽量セメントモルタルの被覆厚よりもウェブ面６ｂにおける被覆厚の方が厚いことにより、鋼材厚が厚い面と薄い面との温度上昇の差を小さくすることができるため、火災時における柱１全体の温度上昇を均一にすることができる。本実施形態における火災が１時間継続した場合のフランジ面６ａにおけるＨ形鋼の裏面温度は３８４℃であるのに対して、ウェブ面６ｂにおけるＨ形鋼の裏面温度は３６０℃である。逆に、耐火被覆材の被覆厚が均一な場合には、鋼材厚の厚い面の温度に比べて鋼材厚の薄い面の温度が高く、柱１全体の平均温度が鉄の座屈温度に到達していない場合でも、局所的な温度上昇を生じた箇所で座屈してしまう。また、耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の鋼材厚に正比例する場合には、より局所的な温度上昇を生じやすく、柱１全体の温度上昇が不均一となり、鉄骨構造の座屈を早めることとなる。
【００４０】
本実施形態は以下に示す効果を発揮することができる。
・前記耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の上部ほど厚く、下部ほど薄いことにより、雰囲気温度が高いところは厚い被覆厚、雰囲気温度が低いところは薄い被覆厚となって、火災時の温度分布に適した被覆となる。従って、柱１の温度上昇を均一にすることができ、局所的な温度上昇による鉄骨構造の座屈を抑制することができる。
【００４１】
・前記耐火被覆材の被覆厚の最大値が最小値に対して１２０〜５００％であることにより、火災時における鉄骨構造の温度上昇を均一にすることができる。
【００４２】
・前記柱１に使用する鋼材がＨ形鋼等のように部位によって鋼材厚が異なる場合には、鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚よりも、鋼材厚が薄い面における耐火被覆材の被覆厚を厚くすること、すなわち、前記耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の鋼材厚に反比例することにより、鋼材厚が厚い面と薄い面との温度上昇の差を小さくすることができるため、火災時における柱１全体の温度上昇を均一にすることができるとともに、鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚を相対的に薄くすることができる。
【００４３】
なお、本発明の前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・前記鉄骨構造の柱１に使用する鋼材がＨ形鋼の場合には、図３に示すように、フランジ面６ａの一端に鉄筋等の補強部材７を溶接等により接合し、さらにラス網等の支持部材８を溶接等により接合した状態で耐火被覆材を被覆しても良い。
【００４４】
このように構成した場合、フランジ面６ａとウェブ面６ｂに囲まれた空間を中空とすることができるため、鉄骨構造の受熱面積を減少させることができ、温度上昇を抑制することができる。また、ラス網部においては耐火被覆材を伝わった熱は直接Ｈ形鋼に伝導しないため、当該部分における耐火被覆材の被覆厚を他の部分に比べて薄くすることができる。
【００４５】
・前記柱１に使用する鋼材がＨ形鋼またはＩ形鋼である場合には、柱１の入隅部６ｃにおける耐火被覆材の被覆厚は、図４に示すように他の箇所に比べて厚くしても良い。
【００４６】
このように構成した場合、柱１の受熱面積を減らすことができるため、鉄骨構造の温度上昇を抑制することができる。
【００４７】
・前記柱に使用する鋼材がＨ形鋼またはＩ形鋼である場合には、柱１の出隅部６ｄにおける耐火被覆材の被覆厚は、図４に示すように他の箇所に比べて薄くすることが好ましい。
【００４８】
このように構成した場合、柱１の受熱面積を減らすことができるため、鉄骨構造の温度上昇を抑制することができる。
【００４９】
・前記鉄骨構造の柱１に使用する鋼材の断面は、入隅部６ｃ及び出隅部６ｄを図５（ａ）に示すように直角に被覆しても良いし、図５（ｂ）または図５（ｃ）に示すように曲率を設けても良い。
【００５０】
・前記第１実施形態においては、図１に示すように、耐火被覆材の被覆厚は柱１の上方から下方にかけて滑らかに減少しているが、図６（ｂ）に示すように段階的に被覆厚を変化させても良い。
【００５１】
このように構成した場合、管理すべき所定の被覆厚の数値が２種類に限定されるため、施工時の被覆厚管理が容易となる。
【００５２】
・前記実施形態においては、図１に示すように、柱１の四外周面全てが耐火被覆剤によって被覆されているが、柱１の高さが十分に高い場合には、図６（ａ）に示すように該柱１の下部を被覆しなくとも良い。
【００５３】
このように構成した場合、耐火被覆材の被覆量を抑制することができる。
【００５４】
・前記第２実施形態においては鉄骨構造の柱としたが、部分によって鋼材厚が異なる場合であれば、鉄骨構造の梁としても良い。
【００５５】
・前記第２実施形態においては鉄骨構造の横断面において部分による鋼材厚が異なるが、縦断面において部分による鋼材厚が異なっても良い。
【００５６】
・前記第１実施形態においては柱１の高さを６．５ｍとしたが、それ以上でも良い。例えば、高さ１０ｍを超える柱１にも適用することができる。
【００５７】
次に、前記実施形態から把握される請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果と共に記載する。
【００５８】
・耐火被覆材により被覆された鉄骨構造体において、前記耐火被覆材の被覆厚が鉄骨構造の鋼材厚に反比例することを特徴とする請求項１に記載の鉄骨構造。
【００５９】
このように構成した場合、火災時の燃焼熱から鉄骨構造体を保護する耐火被覆材によって被覆された鉄骨構造の柱または梁において、該鉄骨構造の温度上昇をより均一にすることによって、さらに耐火性能に優れた鉄骨構造を得ることができる。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例についての比較試験により、従来の技術に比べた本発明の顕著な効果を説明する。
【００６１】
試験はまず、形鋼柱としての断面縦長３００ｍｍ×断面横長３００ｍｍ×ウェブ面の鋼材厚１０ｍｍ×フランジ面の鋼材厚１５ｍｍ×高さ３０００ｍｍのＨ形鋼にＪＩＳ−Ｃ−１６０２−１９９５に規定されているＫ熱電対を取り付けた後、該Ｈ形鋼の外表面に耐火被覆材としての軽量セメントモルタルを被覆した。該軽量セメントモルタルの組成は以下の通りである。
【００６２】
試験に使用した軽量セメントモルタルの組成：普通ポルトランドセメント１００重量部、水酸化アルミニウム１００重量部、パーライト１００重量部、バーミキュライト５０重量部、ガラス繊維５重量部、増粘剤１重量部。
【００６３】
前記軽量セメントモルタル１００重量部に混練水６０重量部を加え、モルタルミキサーにて混練した後、モルタルポンプにて圧送し、Ｈ形鋼の表面に吹付け施工を行った。表面の凹凸は定規で均した後、コテで押さえて平滑にした。この際の被覆厚さの管理はノギスを用いて行った。
【００６４】
続いて該Ｈ形鋼を室温で１ヶ月間放置した後、耐火煉瓦及びセラミックファイバーブランケットによって断熱された有底四角箱状の耐火炉に設置して蓋を閉め、外部に熱が漏れないようにした。その後、可燃物としての新聞紙５０ｋｇに灯油を染み込ませたものを試験体から１０ｃｍ離して設置し、着火してＫ熱電対によって自然に消火するまでの鉄骨の裏面温度を測定した。
【００６５】
（実施例１）
実施例１の耐火被覆された鉄骨構造の柱１における軽量セメントモルタルの被覆厚さは、Ｈ形鋼の上方から下方にかけて滑らかに減少しており、Ｈ形鋼柱の上方部の被覆厚は平均１６．０ｍｍ、下方部の被覆厚は平均１２．３ｍｍであり、柱１全体の平均被覆厚は１４．４ｍｍであった。また、Ｈ形鋼柱のフランジ面６ａとウェブ面６ｂとで被覆厚はほぼ同じであった。
【００６６】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は３５２℃、そのときの最高温度は３８１℃、最低温度は３２９℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は５２℃であった。
【００６７】
（実施例２）
実施例２の耐火被覆された鉄骨構造の柱における軽量セメントモルタルの被覆厚さは、Ｈ形鋼の上方から下方にかけて滑らかに減少しており、Ｈ形鋼柱の上方部の被覆厚は平均１５．７ｍｍ、下方部の被覆厚は平均１２．８ｍｍであり、柱全体の平均被覆厚は１４．０ｍｍであった。また、Ｈ形鋼柱の上方部のフランジ面６ａにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１７．２ｍｍであり、Ｈ形鋼柱の上方部のウェブ面６ｂにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１３．３ｍｍであった。さらに、Ｈ形鋼柱の下方部のフランジ面６ａにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１３．９ｍｍであり、Ｈ形鋼柱の下方部のウェブ面６ｂにおける耐火被覆材の平均被覆厚は１１．０ｍｍであった。
【００６８】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は３４１℃、そのときの最高温度は３５３℃、最低温度は３３０℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は２３℃であった。
【００６９】
（比較例１）
比較例１の耐火被覆された鉄骨構造の柱１における軽量セメントモルタルの被覆厚さは、Ｈ形鋼の上方から下方にかけてほぼ均一であり、Ｈ形鋼柱の上方部の被覆厚は平均１５．１ｍｍ、下方部の被覆厚は平均１４．３ｍｍであり、柱全体の平均被覆厚は１４．６ｍｍであった。また、Ｈ形鋼柱のフランジ面６ａとウェブ面６ｂとで被覆厚はほぼ同じであった。
【００７０】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は３８４℃、そのときの最高温度は４２３℃、最低温度は３１４℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は１０９℃であった。
【００７１】
次に、鉄骨構造の梁においても試験を行った。試験はまず、形鋼梁としての断面縦長４００ｍｍ×断面横長２００ｍｍ×ウェブ面の鋼材厚８ｍｍ×フランジ面の鋼材厚１３ｍｍ×長さ５５００ｍｍのＨ形鋼にＪＩＳ−Ｃ−１６０２−１９９５に規定されているＫ熱電対を取り付けた後、該Ｈ形鋼の外表面に耐火被覆材としての耐火塗料を被覆した。該耐火塗料の組成は以下の通りである。
【００７２】
試験に使用した耐火塗料の組成：合成樹脂１００重量部、ポリ燐酸アンモニウム１００重量部、ペンタエリスリトール１００重量部、メラミン５０重量部、界面活性剤５重量部、増粘剤１重量部。
【００７３】
続いて、前記耐火塗料をローラーによりＨ形鋼梁の表面に塗布した。耐火塗料の被覆厚さは乾燥後に電磁膜厚計を用いて測定し、所定の被覆厚さに達していないところは重ね塗りを行って、被覆厚さを調整した。
【００７４】
該Ｈ形鋼梁を室温で１ヶ月間放置した後、耐火煉瓦及びセラミックファイバーブランケットによって断熱された有底四角箱状の耐火炉に設置した。その後、可燃物としての新聞紙１００ｋｇに灯油を染み込ませたものを試験体の直下１ｍの地点に設置し、着火してＫ熱電対によって自然に消火するまでの鉄骨の裏面温度を測定した。
【００７５】
（実施例３）
実施例３の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、フランジ面６ａにおける平均被覆厚が２．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が５．５ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は４．２ｍｍであった。
【００７６】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は４２０℃、そのときの最高温度は４５５℃、最低温度は３９４℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は６１℃であった。
【００７７】
（比較例２）
比較例２の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、フランジ面６ａにおける平均被覆厚が４．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が４．５ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は４．６ｍｍであった。
【００７８】
試験の結果、鉄骨の平均裏面温度の最高値は４０８℃、そのときの最高温度は４６４℃、最低温度は３５４℃であった。従って、裏面温度の平均値が最高を示したときの最高温度と最低温度との差は１１０℃であった。
【００７９】
また、第３の試験として、まず、形鋼梁としての断面縦長４００ｍｍ×断面横長２００ｍｍ×ウェブ面の鋼材厚８ｍｍ×フランジ面の鋼材厚１３ｍｍ×長さ５０００ｍｍのＨ形鋼にＪＩＳ−Ｃ−１６０２−１９９５に規定されているＫ熱電対を取り付けた後、該Ｈ形鋼の外表面に耐火被覆材としての軽量セメントモルタルを被覆した。該軽量セメントモルタルの組成は以下の通りである。
【００８０】
試験に使用した軽量セメントモルタルの組成：普通ポルトランドセメント１００重量部、水酸化アルミニウム３００重量部、パーライト３０重量部、バーミキュライト３０重量部、ガラス繊維２重量部、増粘剤１重量部、粉末樹脂５重量部。
【００８１】
前記軽量セメントモルタル１００重量部に混練水６０重量部を加え、モルタルミキサーにて混練した後、モルタルポンプにて圧送し、Ｈ形鋼の表面に吹付け施工を行った。表面の凹凸は定規で均した後、コテで押さえて平滑にした。この際の被覆厚さの管理はノギスを用いて行った。
【００８２】
該Ｈ形鋼梁を室温で１ヶ月間放置した後、耐火煉瓦及びセラミックファイバーブランケットによって断熱された有底四角箱状の耐火炉に設置した。その後、ＩＳＯ８３４に規定されている標準加熱曲線に従って試験体を１時間加熱し、Ｋ熱電対によって鉄骨の裏面温度を測定した。
【００８３】
（実施例４）
実施例４の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、上フランジ面６ａａにおける平均被覆厚が１０．８ｍｍ、下フランジ面６ａにおける平均被覆厚が１２．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が１７．５ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は１５．２ｍｍであった。
【００８４】
試験の結果を表１に示す。表１に示すように、加熱１時間後の鉄骨の平均裏面温度は５３８℃、そのときの最高温度は５６８℃、最低温度は４９６℃であった。従って、加熱１時間終了時の最高温度と最低温度との差は７２℃であった。
【００８５】
【表１】
【００８６】
（比較例３）
比較例３の耐火被覆された鉄骨構造の梁における耐火塗料の被覆厚さは、フランジ面６ａにおける平均被覆厚が１５．８ｍｍ、ウェブ面６ｂにおける平均被覆厚が１５．７ｍｍであり、Ｈ形鋼全体の平均被覆厚は１５．７ｍｍであった。
【００８７】
試験の結果を表２に示す。表２に示すように、加熱１時間後の鉄骨の平均裏面温度は５６９℃、そのときの最高温度は６６６℃、最低温度は３９３℃であった。従って、加熱１時間終了時の最高温度と最低温度との差は２７３℃であった。
【００８８】
【表２】
【００８９】
なお、本明細書に記載されている技術的思想は以下に示す発明者により創作された。
段落番号［０００１］〜［００８９］に記載されている技術的思想は加藤圭一により創作された。また、願書に添付した特許請求の範囲、明細書、図面の著作者は加藤圭一である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態の柱を示した縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図３】本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図４】本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態の別例の柱を示した横断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態の別例の柱を示した縦断面図である。
【図７】本発明の実施例の梁を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 鉄骨構造の柱
２ 床としての鉄筋コンクリート
３ 床としてのデッキプレート
４ 形鋼柱としての角形鋼管
５ 耐火被覆材としての耐火塗料
６ａ 鋼材厚の厚い面としてのフランジ面
６ｂ 鋼材厚が薄い面としてのウェブ面
６ｃ 鋼材の入隅部
６ｄ 鋼材の出隅部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火被覆材が被覆される、高さが２〜８ｍである鉄骨構造の柱において、該柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が段階的または連続的に厚いものであることを特徴とする鉄骨構造の柱。
【請求項２】
前記鉄骨構造の柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨構造の柱。
【請求項３】
前記鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄骨構造の柱。
【請求項４】
耐火被覆材により被覆された鉄骨構造において、該鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを特徴とする鉄骨構造。
【請求項１】
耐火被覆材が被覆される、高さが２〜８ｍである鉄骨構造の柱において、該柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が段階的または連続的に厚いものであることを特徴とする鉄骨構造の柱。
【請求項２】
前記鉄骨構造の柱の下部における耐火被覆材の被覆厚に対して、上部における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨構造の柱。
【請求項３】
前記鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄骨構造の柱。
【請求項４】
耐火被覆材により被覆された鉄骨構造において、該鉄骨構造の鋼材厚の厚い面における耐火被覆材の被覆厚に対して、鋼材厚の薄い面における耐火被覆材の被覆厚が１２０〜５００％であることを特徴とする鉄骨構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１０４８３３（Ｐ２００６−１０４８３３Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９４７２２（Ｐ２００４−２９４７２２）
【出願日】平成１６年１０月７日（２００４．１０．７）
【出願人】（０００１５９０３２）菊水化学工業株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月７日（２００４．１０．７）
【出願人】（０００１５９０３２）菊水化学工業株式会社 (121)
【Ｆターム（参考）】
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