(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記のように貫通孔にも他の部位と同等の厚さにて耐火被覆を施すと、小口面を被覆する耐火被覆材により、貫通孔が、直径方向に被覆の厚さの2倍だけ内径が狭められてしまう。このため、貫通孔の実質的な有効径が小さくなってしまい、所望の直径をなすダクトや設備配管等を挿通することができないおそれがあるという課題がある。
【0004】
本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構造部材に設けられた貫通孔の有効径をより大きく確保するとともに耐火性能をも確保することが可能な耐火被覆構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
かかる目的を達成するために本発明の耐火被覆構造は、貫通孔を備えた構造部材を耐火被覆材にて被覆する耐火被覆構造であって、
前記貫通孔の小口面を覆い、前記耐火被覆材より熱拡散率が低い低熱拡散率材を有し、
前記耐火被覆材は、前記低熱拡散率材の表面における被覆厚さと前記低熱拡散率材の厚さとを合わせた厚さが、前記構造部材の他の部位における被覆厚さ未満となるように前記構造部材を被覆して
おり、
前
記構造部材における前記貫通孔が設けられている部位の当該貫通孔の周囲において、前記貫通孔が貫通する貫通方向における少なくとも一方側の表面に、当該構造部材を被覆する前記耐火被覆材より熱容量が大きくて、前記低熱拡散率材とは異なる材料からなる高熱容量材が前記構造部材と熱伝導可能に設けられていることを特徴とする耐火被覆構造である。
このような耐火被覆構造によれば、貫通孔の小口面は低熱拡散率材で覆われて外部に露出しないので、小口面から伝達される熱が低減され、構造部材の昇温が抑制される。このため、貫通孔の小口面における耐火被覆材の被覆厚さと前記低熱拡散率材の厚さとを合わせた厚さを、構造部材の他の部位における被覆厚さ未満としても、小口面を他の部位と同様に耐火被覆材にて被覆した場合と同等の耐火性能を備えることが可能である。このため、貫通孔の有効径をより大きく確保しつつ耐火性能を確保することが可能である。
また、貫通孔の周囲には、構造部材の貫通孔が設けられている部位の少なくともいずれか一方側の表面に高熱容量材が設けられているので、貫通孔の小口面から伝達される熱は高熱容量材に吸収され、構造部材において貫通孔が設けられている部位の昇温を抑制することが可能である。
また、かかる耐火被覆構造であって、前記低熱拡散率材は、石膏ボート、又は、ケイ酸カルシウム板であり、
前記高熱容量材は、金属材料、コンクリート、又は、モルタルであることが望ましい。
【0007】
かかる耐火被覆構造であって、前記高熱容量材は、前記一方側の表面と他方側の表面とにそれぞれ設けられていることが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、貫通孔が設けられている部位の、貫通孔が貫通する方向における両方の表面にそれぞれ高熱容量材が設けられているので、小口面から伝達される熱は、両表面に設けられた高熱容量材に吸収され、貫通孔が設けられている部位の昇温をさらに抑制することが可能である。
【0008】
かかる耐火被覆構造であって、前記低熱拡散率材は、前記小口面と前記高熱容量材とを覆っていることが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、低熱拡散率材が小口面と高熱容量材とを覆っているので、小口面とともに高熱容量材も外部に露出しない。このため、高熱容量材も外気や火炎等により直接加熱されず、また、小口面以外から伝達される熱により加熱されることが抑制されるので、小口面からの熱の伝達を抑えるとともに小口面から伝達される熱を高熱容量材にて効率良く吸収させることが可能である。
【0009】
かかる耐火被覆構造であって、前記低熱拡散率材及び前記高熱容量材は、前記貫通孔を囲むように設けられていることが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、小口面の全周において伝達される熱を低熱拡散率材にて抑制し、また、高熱容量材にて吸収するので、貫通孔が設けられている部位の昇温をより効果的に抑制することが可能である。
【0010】
かかる耐火被覆構造であって、前記高熱容量材は、前記小口面に沿って設けられていることが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、高熱容量材が、小口面に沿って設けられているので、貫通孔の小口面から伝達される熱が、構造部材の、貫通孔から離れた位置に伝達される前に、貫通孔の縁に沿って小口面とほぼ面一に設けられた高熱容量材にて吸収されるので、構造部材が昇温する領域をより小さく抑えることが可能である。
【0011】
かかる耐火被覆構造であって、前記高熱容量材は前記構造部材から突設された突部が熱伝導可能に接触していることが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、高熱容量材は構造部材から突設された突部が熱伝導可能に接触されているので、突部にて、より広い面積にて熱が伝達される。このため、高熱容量材はより効率良く熱を吸収することが可能である。
【0012】
かかる耐火被覆構造であって、前記低熱拡散率材は、被覆されていないことが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、低熱拡散率材が被覆されていないので、貫通孔の有効径を最も大きく確保することが可能である。
【0013】
かかる耐火被覆構造であって、前記低熱拡散率材の前記貫通孔の中央側の表面に当該低熱拡散率材より反射率が高い高反射率材が設けられていることが望ましい。
このような耐火被覆構造によれば、低熱拡散率材の貫通孔の中央側の表面に高反射率材が設けられているので、低熱拡散率材に進入する熱線が低熱拡散率材の表面側にて反射されるため、構造部材は小口面から熱が伝達されにくく構造部材の貫通孔が設けられている部位における昇温が抑制される。このため、構造部材の温度上昇をより効率良く抑制することが可能である。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、構造部材に設けられた貫通孔の有効径をより大きく確保するとともに耐火性能をも確保することが可能な耐火被覆構造を提供することが可能である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
以下の実施形態では、本発明の耐火被覆構造を、鉄骨構造建物の構造部材としての鉄骨梁に適用した例について説明する。
【0017】
図1は、本実施形態に用いられている鉄骨梁を示す正面図である。
図2は、
図1のA−A断面図である。以下の説明においては、鉄骨梁10を、
図1のように正面から見たときに上下となる方向を上下方向、左右となる方向を左右方向または長手方向、紙面に対し直交しフランジの幅方向となる方向を単に幅方向または貫通孔の貫通方向として示す。
【0018】
<鉄骨梁の耐火構造>
図1、
図2に示すように、本実施形態の鉄骨梁10は、スラブ20の下に設けられており、上下に間隔を隔てるとともに互いに対向する板状の上フランジ12及び下フランジ14と、上フランジ12と下フランジ14とを、幅方向の中央にて上下に繋ぐ板状のウエブ16とが一体をなすH型鋼である。ウエブ16には、空調用または換気用のダクトや配管用のスリーブ管等を挿通するために、幅方向、すなわちウエブ16の一方側の表面16aから他方側の表面16aまで貫通する貫通孔18が設けられている。本実施形態の貫通孔18の直径は、鉄骨梁10の高さ、所謂梁せいHの半分H/2とした場合の例を示している。
【0019】
貫通孔を有する鉄骨梁に、耐火被覆を施す際には、貫通孔の小口面にも建築基準法による規定厚さの被覆を施さなければならない。たとえば、耐火被覆材30が吹付けロックウール(以下、ロックウールという)の場合には、1時間耐火の場合25mm、2時間耐火の場合45mm、3時間耐火の場合60mmの厚さにて被覆することが規定されている。
【0020】
図3は、貫通孔が設けられた鉄骨梁に耐火被覆を施した状態を示す縦断面図である。
図4は、小口面が耐火被覆された鉄骨梁の熱の伝達を示す図である。
図4では、熱が伝わる方向を矢印にて示し、熱の大きさを矢印の大きさにて示している。
【0021】
上記鉄骨梁10に、規定通りの耐火被覆を施すと、
図3に示すように、貫通孔18の小口面18aにも他の部位と同じ厚さ(例えばd)の耐火被覆が形成される。この場合には、鉄骨梁10が火炎等に晒されると、貫通孔18の小口面18aにおいて、
図4に示すように、熱は耐火被覆材を介してウエブ16に伝達される。このとき、耐火被覆材30を介することによりウエブ16に伝達される熱が低減されウエブ16の温度上昇が抑制される。しかしながら、貫通孔18は、全周に渡って小口面18aが耐火被覆材30で被覆されているので、形成されている貫通孔18の内径より耐火被覆材30の厚みの約2倍分、有効径Dが小さくなってしまう。貫通孔18の有効径Dが小さくなってしまうと、挿通する配管の径を小さくするとともに貫通孔18の数を増やさなければならず、配管本数が増えてしまう。また、貫通孔18の小口面18aに他の部位と同じ厚さの耐火被覆が形成されている状態で有効径Dを大きく確保しようとすると、貫通孔18の径を大きくする必要があるため、鉄骨梁10を構造的に補強する必要が生じる。このように、耐火性能を確保しつつ貫通孔18の有効径Dを大きくすることが困難であった。そこで、本発明に係る耐火被覆構造は、貫通孔18の有効径Dをより大きく確保するとともに耐火性能をも確保するものである。
【0022】
<第1実施形態>
図5は、第1実施形態の耐火被覆構造を示す縦断面図である。
図6は、第1実施形態の耐火被覆構造の変形例を示す縦断面図である。
【0023】
図5に示すように、第1実施形態の耐火被覆構造は、スラブ20の下に設けられた鉄骨梁10の、貫通孔18の小口面18aに、耐火被覆材30より熱拡散率が低い低熱拡散率材52が設けられ、スラブ20の下側から鉄骨梁10の下フランジ14の下面までが耐火被覆材としてのロックウール30にて被覆されている。本実施形態では、例えば、建築基準法における3時間耐火の規格に対応して約60mmの厚さをなすロックウール30が被覆されている。
【0024】
表1は、各種材料の一般的な熱物性値(高温時)を示す表である。
低熱拡散率材52は、耐火被覆材であるロックウール30より熱拡散率が低い材料、例えば、表1に示されている通り、ケイ酸カルシウム板、石膏等であり、
図5に示すように、貫通孔18の内面、すなわち小口面18aの全周にわたって当接させて設けられている。
【0025】
ロックウール30は、貫通孔18の小口面18aに設けられた低熱拡散率材52の表面52aを除き、低熱拡散率材52の側面52b及び鉄骨梁10の全表面からの厚さが60mm以上となるように吹き付けられている。貫通孔18の小口面18aに設けられた低熱拡散率材52の表面52aにおいては、規定厚さである60mm未満、すなわち、60mmより薄くロックウール30が吹き付けられている。
【0026】
ここで、貫通孔18の小口面18aに設けられた低熱拡散率材52の表面52aを覆うロックウールの被覆厚さと低熱拡散率材52の厚さとを合わせた厚さを規定厚さである60mm未満としているのは、小口面18aを覆う低熱拡散率材52の熱拡散率がロックウール30の熱拡散率より低いからである。詳述すると、低熱拡散率材52の熱拡散率はロックウール30の熱拡散率より低いので、ロックウール30のみに覆われている場合と比較して、低熱拡散率材52に覆われた小口面18aには熱が伝わりにくい。このため、小口面18aを低熱拡散率材52で覆う場合には、被覆するロックウール30の被覆厚さを薄くしても、小口面18aがロックウール30のみに覆われた場合と同等の耐火性能を得ることが可能である。
【0027】
このとき、低熱拡散率材52の熱拡散率が十分に低く、低熱拡散率材52の表面52aをロックウール30にて被覆しなくとも、他の部位と同様にロックウール30にて被覆した状態と同等の耐火性能を備えることが可能であれば、鉄骨梁10の他の部位のロックウール30の厚さ未満であって、最もロックウール30が少ない状態、すなわち、
図6に示すように、ロックウール30にて被覆されずに低熱拡散率材52の表面52aが露出された状態であっても構わない。
【0028】
このように、小口面18aを低熱拡散率材52で覆うことにより、低熱拡散率材52の表面52aを被覆しなくとも、また、低熱拡散率材52の表面52aを覆うロックウール30の厚さと低熱拡散率材52の厚さとを合わせた厚さを、鉄骨梁10の他の部位のロックウール30の厚さ未満としてロックウールの厚さを薄くしても、他の部位と同様にロックウール30にて被覆した状態と同等の耐火性能を備えることが可能である。すなわち、小口面18aを低熱拡散率材52で覆うことにより、貫通孔18の有効径をより大きく確保するとともに耐火性能をも確保することが可能である。
【0029】
<第2実施形態>
図7は、第2実施形態の耐火被覆構造を示す縦断面図である。
図7に示すように、第2実施形態の耐火被覆構造は、スラブ20の下に設けられた鉄骨梁10の、貫通孔18が設けられているウエブ16の両面、すなわち、貫通孔18が貫通している貫通方向における両側の表面16aに、貫通孔18の縁に沿って当該貫通孔18を囲むように、耐火被覆材としてのロックウール30より熱容量が大きな高熱容量材50が設けられている。そして、貫通孔18の小口面18aとほぼ面一に設けられた高熱容量材50の、貫通孔18の中央側の表面と小口面18aとに低熱拡散率材52が設けられている。ここで、高熱容量材50としては、例えば、モルタルや石膏などが挙げられる。
【0030】
第2実施形態の耐火被覆構造によれば、小口面18aを覆う低熱拡散率材52により小口面18aから伝達される熱が低減されるとともに、貫通孔18の周囲には、鉄骨梁10の貫通孔18が設けられているウエブ16の、貫通孔18が貫通している貫通方向における両方の表面16aにそれぞれ高熱容量材50が設けられているので、小口面18aから伝達される熱は、両表面16aに設けられた高熱容量材50に吸収され、貫通孔18が設けられているウエブ16の昇温をさらに抑制することが可能である。また、高熱容量材50は、貫通孔18を囲むように設けられているので、小口面18aの全周において伝達される熱を高熱容量材50にて吸収し、貫通孔18が設けられているウエブ16の昇温を効果的に抑制することが可能である。このとき、高熱容量材50が、小口面18aに沿って設けられているので、貫通孔18の小口面18aから伝達される熱がウエブ16の、貫通孔18から離れた位置に伝達される前に高熱容量材50に吸収される。このため、ウエブ16が加熱される領域をより小さく抑えることが可能である。そして、低熱拡散率材52が小口面18aと高熱容量材50とを覆っているので、小口面18aとともに高熱容量材50も外部に露出しない。このため、高熱容量材50も外気や火炎等により直接加熱されず、また、小口面18a以外から伝達される熱により加熱されることが抑制されるので、小口面18aからの熱の伝達を抑えるとともに高熱容量材50にて小口面18aから伝達される熱をより効率良く吸収させることが可能である。
【0031】
このように、ウエブ16の両表面16aに、貫通孔18の縁に沿って当該貫通孔18を囲むように高熱容量材50を設け、小口面18aと高熱容量材50の表面とを低熱拡散率材52にて覆うことにより、低熱拡散率材52の表面52aを被覆しなくとも、また、低熱拡散率材52の表面52aを覆うロックウール30の厚さと低熱拡散率材52の厚さとを合わせた厚さを、鉄骨梁10の他の部位のロックウール30の厚さ未満としてロックウール30の被覆厚さを薄くしても、他の部位と同様にロックウール30にて被覆した状態と同等の耐火性能を備えることが可能である。すなわち、小口面18aを低熱拡散率材52で覆うことにより、貫通孔18の有効径をより大きく確保するとともに耐火性能も確保することが可能である。
【0032】
本実施形態においては、ウエブ16の両表面に高熱容量材50を設けた例について説明したが、高熱容量材50はウエブ16の一方の表面のみに設けても、鉄骨梁10の他の部位のロックウール30の厚さ未満としてロックウール30の被覆厚さを薄くすることが可能である。
【0033】
図8は、第2実施形態の第1変形例を示す縦断面図である。
上記第2実施形態では、高熱容量材50の、貫通孔18の中央側の表面と小口面18aとに低熱拡散率材52を設けたが、
図8に示すように、低熱拡散率材52を小口面18aのみに設け、高熱容量材50の、貫通孔18の中央側の表面にロックウール30を設けてもよい。この場合には、小口面18aを覆う低熱拡散率材52により小口面18aから伝達される熱が低減されるとともに小口面18aから伝達される熱もウエブ16の両表面16aに設けられた高熱容量材50に吸収され、貫通孔18が設けられているウエブ16の昇温をさらに抑制することが可能である。このとき、高熱容量材50の、貫通孔18の中央側の表面はロックウール30にて覆われているので、高熱容量材50も外気や火炎等により直接加熱されない。このため、高熱容量材50にて小口面18aから伝達される熱をより効率良く吸収させることが可能である。
【0034】
図9は、第2実施形態の第2変形例を示す縦断面図である。
図9に示すように、ウエブ16の両表面16aに幅方向に突出する突部としての環状突部54を熱伝導可能に設け、環状突部54が高熱容量材50であるモルタル内に埋設されている。そして、貫通孔18の小口面18aとほぼ面一に設けられた高熱容量材50の、貫通孔18の中央側の表面と小口面18aとに低熱拡散率材52が設けられている。
【0035】
この場合には、環状突部54を設けることにより、高熱容量材50と接触する面積が広がるため、小口面18aからウエブ16に入った熱が高熱容量材50に伝達されやすくなり、単に高熱容量材50を設けた場合より、高熱容量材50がより効率良く熱を吸収して耐火性が向上する。ここで、鉄骨梁10に設ける突部を環状としたが、これに限らず、貫通孔18の中心から放射状に配置されたリブや、棒状の突起など、熱伝導可能であり高熱容量材50との接触面積を広げることが可能な形態であれば構わない。
【0036】
<第3実施形態>
図10は、第3実施形態の耐火被覆構造を示す縦断面図である。
第3実施形態の耐火被覆構造は、第1実施形態において、鉄骨梁10の、貫通孔18の小口面18aに設けられていた低熱拡散率材52の、貫通孔18の中央側の表面52aに、反射率が高い高反射率材56(例えば、アルミ箔やステンレス箔等)が設けられている。
【0037】
この場合には、鉄骨梁10が火炎等に晒されたとしても、最も火炎に近い位置に設けられた高反射率材56により入射される熱線が反射されて小口面18aから伝達される熱が低減されるので、ウエブ16の昇温を抑制することが可能である。また、低熱拡散率材52によっても、伝達される熱が低減されるので貫通孔18が設けられているウエブ16の昇温がさらに抑制される。このとき、高反射率材が設けられていない第1実施形態の場合より、低熱拡散率材52に伝達される熱が低減されているので、第1実施形態の場合よりも低熱拡散率材52の厚さを薄くすることが可能である。このため、貫通孔18の有効径をより大きく確保するとともに耐火性能も確保することが可能である。
【0038】
図11は、第3実施形態の変形例の耐火被覆構造を示す縦断面図である。
第3実施形態の耐火被覆構造の場合にも、
図11に示すように、ウエブ16の両表面16aに第2実施形態のような高熱容量材50を設けて、小口面18aから伝達される熱を高熱容量材50にて吸収することとしてもよい。この場合には、高反射率材56及び低熱拡散率材52にて低減されて伝達される熱が、高熱容量材50によって吸収されるので、ウエブ16の昇温をより効果的に防止することが可能である。
【0039】
上記第2及び第3実施形態においては、いずれも高熱容量材50がウエブ16の両表面16aに設けられている耐火被覆構造について説明したが、高熱容量材はウエブの片面側のみに設けられていてもよい。また、高熱容量材50が環状をなしている例について説明したが、外形が矩形状をなし、内側に開口が設けられている形態であっても構わない。また、高熱容量材は、必ずしもひと繋がりになっている必要は無く、複数の断片に分かれていても構わない。この場合には、石膏ボードなどの工場生産品を所定寸法に裁断するだけで使用できるため、容易に高熱容量材を形成することが可能である。
【0040】
<その他の実施形態>
上記実施形態においては構造部材を鉄骨梁10としたが、これに限らず、表面を耐火被覆しなければならず、且つ、貫通孔を有する構造部材であれば構わない。例えば、ステンレスやアルミニウム合金などの金属材料を用いた他の耐火被覆構造部材にも適用可能である。また、上記実施形態においては、構造部材の形状をH形としたが、これに限らず、I形やT形であっても良い。
【0041】
また上記実施形態においては耐火被覆材30を吹付ロックウールとしたが、これに限らず、セラミック系や石膏系など他の耐火被覆材料や、フェルト状材料の巻付け工法や左官塗り工法など吹付け以外の施工方法による耐火被覆材であっても良い。
【0042】
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。