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特開2022-167310耐火被覆鋼材の設計方法、耐火被覆鋼材の製造方法及び耐火被覆鋼材並びに耐火被覆鋼材の設計プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167310
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】耐火被覆鋼材の設計方法、耐火被覆鋼材の製造方法及び耐火被覆鋼材並びに耐火被覆鋼材の設計プログラム
(51)【国際特許分類】
E04B 1/94 20060101AFI20221027BHJP
【ＦＩ】
E04B1/94 A ESW
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021073037
(22)【出願日】2021-04-23
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】木村 慧
(72)【発明者】
【氏名】小野木 武司
(72)【発明者】
【氏名】清水 信孝
(72)【発明者】
【氏名】中安 誠明
(72)【発明者】
【氏名】北岡 聡
【テーマコード（参考）】
2E001
【Ｆターム（参考）】
2E001DE01
2E001FA01
2E001FA02
2E001GA06
2E001GA12
2E001GA52
2E001GA65
2E001GA66
2E001KA01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】耐火被覆鋼材の耐火性能を損なうことなく、耐火被覆材の厚みを簡易かつ適切に設計することを可能とする、耐火被覆鋼材の設計方法を提供する。
【解決手段】鋼材及び厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材を備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計方法であって、温度Ｔとひずみεとひずみ速度εｖとを変数とする鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、第１ステップにおいて求めた１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重を導入して対応する温度Ｔ’を求め、温度Ｔ’を鋼材が破損しない鋼材許容温度とする第２ステップと、第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みを決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計方法を採用する。
【選択図】図１
【解決手段】鋼材及び厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材を備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計方法であって、温度Ｔとひずみεとひずみ速度εｖとを変数とする鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、第１ステップにおいて求めた１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重を導入して対応する温度Ｔ’を求め、温度Ｔ’を鋼材が破損しない鋼材許容温度とする第２ステップと、第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みを決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計方法を採用する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計方法であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計方法。
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計方法。
【請求項2】
前記関数式が、下記（１）式である、請求項１に記載の耐火被覆鋼材の設計方法。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （１）
但し、式（１）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （１）
但し、式（１）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
【請求項3】
鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の製造方法であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、
前記第３ステップにより得られた厚みｔの前記耐火被覆材によって前記鋼材を被覆することにより、前記耐火被覆鋼材を製造する第４ステップと、
を備えた耐火被覆鋼材の製造方法。
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、
前記第３ステップにより得られた厚みｔの前記耐火被覆材によって前記鋼材を被覆することにより、前記耐火被覆鋼材を製造する第４ステップと、
を備えた耐火被覆鋼材の製造方法。
【請求項4】
前記関数式が、下記（２）式である、請求項３に記載の耐火被覆鋼材の製造方法。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （２）
但し、式（２）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （２）
但し、式（２）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
【請求項5】
鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、により決定された厚みｔの耐火被覆材を有する、耐火被覆鋼材。
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、により決定された厚みｔの耐火被覆材を有する、耐火被覆鋼材。
【請求項6】
前記関数式が、下記（３）式である、請求項５に記載の耐火被覆鋼材。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （３）
但し、式（３）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （３）
但し、式（３）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
【請求項7】
前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが２３５Ｎ／ｍｍ２以上である、請求項５または請求項６に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項8】
前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３３５Ｎ／ｍｍ２以上である、請求項５または請求項６に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項9】
前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３５５Ｎ／ｍｍ２以上である、請求項５または請求項６に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項10】
前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３８５Ｎ／ｍｍ２以上である、請求項５または請求項６に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項11】
前記鋼材は、Ｈ形鋼、角形鋼管、円形鋼管のいずれかである請求項５乃至請求項１０の何れか一項に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項12】
前記鋼材が前記Ｈ形鋼からなる場合に、前記鋼構造物における大梁または小梁のいずれかに用いる、請求項１１に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項13】
前記鋼材が前記角形鋼管または前記円形鋼管からなる場合に、前記鋼構造物における柱に用いる、請求項１１に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項14】
前記耐火被覆材が、吹付層、塗装層、成形板、巻付け体のいずれかである、請求項５乃至請求項１３の何れか一項に記載の耐火被覆鋼材。
【請求項15】
鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計プログラムであって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計プログラム。
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計プログラム。
【請求項16】
前記関数式が、下記（４）式である、請求項１５に記載の耐火被覆鋼材の設計プログラム。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （４）
但し、式（４）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （４）
但し、式（４）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐火被覆鋼材の設計方法、耐火被覆鋼材の製造方法及び耐火被覆鋼材並びに耐火被覆鋼材の設計プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
鋼材の強度は、高温になるにつれて低下することが知られている。そこで、建築物の構造部材に鋼材を使用する場合は、火災発生時に居住者や利用者等が避難する間に建築物が崩壊しないよう耐火性能を確保する必要がある。そのため、構造部材として梁材にＨ形鋼などを使用する場合は、Ｈ形鋼の外表面を耐火被覆材で被覆している（例えば、特許文献１～２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６４０９３９６号公報
【特許文献2】特許第４１９８２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、高温時に鋼材の強度が低下することは従来から知られているものの、実際に高温下で鋼材の引張試験を行うには、高温状態の鋼材を取り扱う必要がある。しかし、実際には、高温状態の鋼材の取り扱いが難しいことから、常温での試験に比べて試験例が少なく、散発的な試験結果しか得られていないのが現状である。
【0005】
また、例えば日本産業規格（ＪＩＳ規格）では、鋼材の引張試験の試験条件として、０．３％／分のひずみ速度で試験を行うことが推奨されている。このため、鋼構造物の耐火性能を評価する際には、０．３％／分のひずみ速度が慣用されている。しかし、鋼構造物からなる建築物が火災等に見舞われて破壊する際には、梁や柱に対して、０．３％／分を大幅に超えるひずみ速度に対応する負荷が加わることが、最近の研究で明らかになりつつある。このように、ひずみ速度が高くなると、鋼材の高温強度が想定以上に高くなる可能性がある。従って、従来から慣用されていた試験方法に基づいて試験が行なわれ、その試験結果に基づいて設計された耐火被覆鋼材は、そもそもの設計の前提が実態と異なっているために、耐火性能が過剰に見積もられている可能性がある。
【0006】
また、耐火被覆鋼材において鋼材を被覆する耐火被覆材の厚みを設計する際には、実物大の梁材や柱材を用意し、これら梁材や柱材に模擬的に負荷を加えたまま加熱することにより、その変形挙動を見極めた上で、経験則に基づき耐火被覆材の厚みを決定しているが、その厚みの決定には多大な手間と時間を要する。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なうことなく、耐火被覆材の厚みを簡易かつ適切に設計することを可能とする、耐火被覆鋼材の設計方法及び耐火被覆鋼材の製造方法並びに耐火被覆鋼材の設計プログラムを提供することを課題とする。
また、本発明は、耐火性能を損なわない程度の厚みの耐火被覆材を備えた、耐火被覆鋼材を提供することを課題とする。
また、本発明は、耐火性能を損なわない程度の厚みの耐火被覆材を備えた、耐火被覆鋼材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計方法であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計方法。
［２］ 前記関数式が、下記（１）式である、［１］に記載の耐火被覆鋼材の設計方法。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （１）
但し、式（１）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［３］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の製造方法であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、
前記第３ステップにより得られた厚みｔの前記耐火被覆材によって前記鋼材を被覆することにより、前記耐火被覆鋼材を製造する第４ステップと、
を備えた耐火被覆鋼材の製造方法。
［４］ 前記関数式が、下記（２）式である、［３］に記載の耐火被覆鋼材の製造方法。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （２）
但し、式（２）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［５］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、により決定された厚みｔの耐火被覆材を有する、耐火被覆鋼材。
［６］ 前記関数式が、下記（３）式である、［５］に記載の耐火被覆鋼材。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （３）
但し、式（３）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［７］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが２３５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［８］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３３５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［９］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３５５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［１０］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３８５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［１１］ 前記鋼材は、Ｈ形鋼、角形鋼管、円形鋼管のいずれかである［５］乃至［１０］の何れか一項に記載の耐火被覆鋼材。
［１２］ 前記鋼材が前記Ｈ形鋼からなる場合に、前記鋼構造物における大梁または小梁のいずれかに用いる、［１１］に記載の耐火被覆鋼材。
［１３］ 前記鋼材が前記角形鋼管または前記円形鋼管からなる場合に、前記鋼構造物における柱に用いる、［１１］に記載の耐火被覆鋼材。
［１４］ 前記耐火被覆材が、吹付層、塗装層、成形板、巻付け体のいずれかである、［５］乃至［１３］の何れか一項に記載の耐火被覆鋼材。
［１５］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計プログラムであって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計プログラム。
［１６］ 前記関数式が、下記（４）式である、［１５］に記載の耐火被覆鋼材の設計プログラム。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （４）
但し、式（４）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［１］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計方法であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計方法。
［２］ 前記関数式が、下記（１）式である、［１］に記載の耐火被覆鋼材の設計方法。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （１）
但し、式（１）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［３］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の製造方法であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、
前記第３ステップにより得られた厚みｔの前記耐火被覆材によって前記鋼材を被覆することにより、前記耐火被覆鋼材を製造する第４ステップと、
を備えた耐火被覆鋼材の製造方法。
［４］ 前記関数式が、下記（２）式である、［３］に記載の耐火被覆鋼材の製造方法。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （２）
但し、式（２）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［５］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材であって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、により決定された厚みｔの耐火被覆材を有する、耐火被覆鋼材。
［６］ 前記関数式が、下記（３）式である、［５］に記載の耐火被覆鋼材。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （３）
但し、式（３）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
［７］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが２３５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［８］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３３５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［９］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３５５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［１０］ 前記鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが３８５Ｎ／ｍｍ２以上である、［５］または［６］に記載の耐火被覆鋼材。
［１１］ 前記鋼材は、Ｈ形鋼、角形鋼管、円形鋼管のいずれかである［５］乃至［１０］の何れか一項に記載の耐火被覆鋼材。
［１２］ 前記鋼材が前記Ｈ形鋼からなる場合に、前記鋼構造物における大梁または小梁のいずれかに用いる、［１１］に記載の耐火被覆鋼材。
［１３］ 前記鋼材が前記角形鋼管または前記円形鋼管からなる場合に、前記鋼構造物における柱に用いる、［１１］に記載の耐火被覆鋼材。
［１４］ 前記耐火被覆材が、吹付層、塗装層、成形板、巻付け体のいずれかである、［５］乃至［１３］の何れか一項に記載の耐火被覆鋼材。
［１５］ 鋼材と、前記鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計プログラムであって、
温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする前記鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップにおいて求めた前記１％ひずみ時応力－温度関係に、前記鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、前記温度Ｔ’を前記鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする第２ステップと、
前記第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から前記耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する第３ステップと、を備えた耐火被覆鋼材の設計プログラム。
［１６］ 前記関数式が、下記（４）式である、［１５］に記載の耐火被覆鋼材の設計プログラム。
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （４）
但し、式（４）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。
【発明の効果】
【0009】
本発明の耐火被覆鋼材の設計方法では、第１ステップにおいて、温度Ｔ（℃）、ひずみε（％）及びひずみ速度εｖ（％／分）を変数とする、鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式に基づき、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める。この、１％ひずみ時応力－温度関係を用いることにより、従来より慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）とは異なるひずみ速度での、１％ひずみ時応力と温度との関係が得られる。この関係から、火災により建築物が破壊される際の鋼材に加わるひずみ速度における、鋼材の高温強度特性を評価することが可能になる。
次に、第２ステップにおいて、１％ひずみ時応力と温度との関係に、鋼材が鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’を求める。この温度Ｔ’は、鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）となる。
次に、第３ステップにおいて、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。決定された耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は、従来慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）を前提として設計された耐火被覆材の厚み場合に比べて、小さな厚みとなる。
以上により、本発明の耐火被覆鋼材の設計方法によれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。本発明によって得られる耐火被覆材の厚みの設計値は、従来の手法により決定される耐火被覆材の厚みよりも薄くなる。このため、本発明に係る設計方法により設計された耐火被覆材を備えた建築物においては、耐火被覆材が占有するスペースが縮小されるようになり、建物内における居住スペースや利用スペースを拡大することが可能になる。
次に、第２ステップにおいて、１％ひずみ時応力と温度との関係に、鋼材が鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’を求める。この温度Ｔ’は、鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）となる。
次に、第３ステップにおいて、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。決定された耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は、従来慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）を前提として設計された耐火被覆材の厚み場合に比べて、小さな厚みとなる。
以上により、本発明の耐火被覆鋼材の設計方法によれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。本発明によって得られる耐火被覆材の厚みの設計値は、従来の手法により決定される耐火被覆材の厚みよりも薄くなる。このため、本発明に係る設計方法により設計された耐火被覆材を備えた建築物においては、耐火被覆材が占有するスペースが縮小されるようになり、建物内における居住スペースや利用スペースを拡大することが可能になる。
【0010】
また、本発明の耐火被覆鋼材の製造方法によれば、上記の第１～第３ステップに加えて、第４ステップにおいて、第３ステップにより得られた厚みｔの耐火被覆材によって鋼材を被覆することにより、耐火被覆鋼材を製造するので、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みが適切に設計された耐火被覆鋼材を製造できる。
【0011】
また、本発明の耐火被覆鋼材によれば、鋼材を被覆する耐火被覆材の厚みが、上記の第１～第３ステップによって設計された厚みｔであるので、耐火性能を損なうことなく、耐火被覆材の厚みを適切な厚みにすることができる。
【0012】
また、本発明の耐火被覆鋼材の設計プログラムによれば、第１ステップにおいて、温度Ｔ（℃）、ひずみε（％）及びひずみ速度εｖ（％／分）を変数とする、鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式に基づき、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める。この、１％ひずみ時応力－温度関係を用いることにより、従来より慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）とは異なるひずみ速度での、１％ひずみ時応力と温度との関係が得られる。この関係から、火災により建築物が破壊される際の鋼材に加わるひずみ速度における、鋼材の高温強度特性を評価することが可能になる。
次に、第２ステップにおいて、１％ひずみ時応力と温度との関係に、鋼材が鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’を求める。この温度Ｔ’は、鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）となる。
次に、第３ステップにおいて、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。決定された耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は、従来慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）を前提として設計された耐火被覆材の厚み場合に比べて、小さな厚みとなる。
以上により、本発明の耐火被覆鋼材の設計プログラムによれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。本発明によって得られる耐火被覆材の厚みの設計値は、従来の手法により決定される耐火被覆材の厚みよりも薄くなる。このため、本発明に係る設計方法により設計された耐火被覆材を備えた建築物においては、耐火被覆材が占有するスペースが縮小されるようになり、建物内における居住スペースや利用スペースを拡大することが可能になる。
次に、第２ステップにおいて、１％ひずみ時応力と温度との関係に、鋼材が鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’を求める。この温度Ｔ’は、鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）となる。
次に、第３ステップにおいて、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。決定された耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は、従来慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）を前提として設計された耐火被覆材の厚み場合に比べて、小さな厚みとなる。
以上により、本発明の耐火被覆鋼材の設計プログラムによれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。本発明によって得られる耐火被覆材の厚みの設計値は、従来の手法により決定される耐火被覆材の厚みよりも薄くなる。このため、本発明に係る設計方法により設計された耐火被覆材を備えた建築物においては、耐火被覆材が占有するスペースが縮小されるようになり、建物内における居住スペースや利用スペースを拡大することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態である耐火被覆鋼材の設計方法及び耐火被覆鋼材の製造方法について説明する。
【0015】
本実施形態の耐火被覆鋼材の設計方法は、鋼材と、鋼材の表面を覆う厚みｔ（ｍｍ）の耐火被覆材とを備えた鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計方法であって、第１ステップ、第２ステップ及び第３ステップからなる。
【0016】
第１ステップは、温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める。
【0017】
第２ステップでは、第１ステップにおいて求めた１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、温度Ｔ’を鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする。
【0018】
第３ステップでは、第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。
【0019】
また、本実施形態の耐火被覆鋼材の製造方法は、上記の第１ステップ～第３ステップに加えて、第４ステップを備える。第４ステップでは、第３ステップにより得られた厚みｔの耐火被覆材によって鋼材を被覆することにより、耐火被覆鋼材を製造する。
【0020】
以下、各ステップについて説明する。
【0021】
（第１ステップ）
第１ステップでは、まず、鋼材の応力ひずみ曲線の関数式を推測する。
第１ステップでは、まず、鋼材の応力ひずみ曲線の関数式を推測する。
【0022】
関数式として、温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を用いることができる。関数式の一例を、下記式（１）に示す。式（１）における各種のパラメータを適切に設定することにより、限られた実験データによって、応力とひずみεとの関係からなる応力ひずみ曲線を、温度Ｔおよびひずみ速度εｖ（％／分）を変数とする関数として推測することが可能になる。例えば、６３０℃、ひずみ速度０．７％／分で引張試験を行った場合の応力ひずみ曲線を推測できるようになる。
【0023】
なお、鋼の高温強度特性は鋼種毎に異なるので、式（１）は鋼種毎に求めるとよい。
【0024】
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （１）
【0025】
式（１）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。また、式（１）の左辺であるσ（Ｔ，ε，εｖ）は、応力ひずみ曲線における応力の推測値であって、温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とにより推測される推測値である。
【0026】
式（１）中の基準応力σ０は、下記の式（２）～式（５）で与えられる。各式（２）～（５）におけるパラメータは次の通りである。これらパラメータσｙ、σｕ、εｙ、εｓｔ、εｕ、σ２０、ε２０、ｋ、ｎ及びαは何れも、温度Ｔの関数である。
【0027】
Ｅ：ヤング率
σｙ：降伏応力（０．２％耐力）
σｕ：引張強さ
εｙ：降伏ひずみ（σｙ／Ｅ）
εｓｔ：降伏棚終了ひずみ
εｕ：一様伸び
σ２０：ひずみ２０％時の応力
ε２０：２０％時のひずみ
ｋ、ｎ：ひずみ硬化に関する係数
α：一様伸びの温度とひずみ速度に関する係数
σｙ：降伏応力（０．２％耐力）
σｕ：引張強さ
εｙ：降伏ひずみ（σｙ／Ｅ）
εｓｔ：降伏棚終了ひずみ
εｕ：一様伸び
σ２０：ひずみ２０％時の応力
ε２０：２０％時のひずみ
ｋ、ｎ：ひずみ硬化に関する係数
α：一様伸びの温度とひずみ速度に関する係数
【0028】
【数1】
【0029】
式（２）は、応力ひずみ曲線において、ひずみεが、０以上、降伏ひずみεｙ以下の範囲における基準応力σ０を示す。すなわち、式（２）は鋼の応力ひずみ曲線において、弾性変形の範囲における応力を示す式である。
【0030】
式（３）は、応力ひずみ曲線において、ひずみεが、降伏ひずみεｙ超、降伏棚終了ひずみεｓｔ以下の範囲における基準応力σ０を示す。
【0031】
式（４）は、応力ひずみ曲線において、ひずみεが、降伏棚終了ひずみεｓｔ超、一様伸びεｕと係数αとの積αεｕ以下の範囲における基準応力σ０を示す。すなわち、式（２）は鋼の応力ひずみ曲線において、降伏応力から引張強さが現れる間の応力を示すものとなる。
【0032】
式（５）は、応力ひずみ曲線において、ひずみεが、一様伸びεｕと係数αとの積αεｕ超の範囲における基準応力σ０を示す。すなわち、式（５）は、鋼の応力ひずみ曲線において、引張強さ後の応力の低下を示す式である。
【0033】
式（２）～（５）における、温度Ｔの関数である各パラメータは実験的に求められる。例えば、対象とする鋼に対して、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０２０に準拠して引張試験を行い、応力とひずみとの関係を得る。試験片は、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０２０の附属書Ａに規定される試験片とする。ひずみ速度は０．３％／分とし、試験温度は例えば、２０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃とする。なお、試験温度は例示したものに限定されるものではなく、耐火被覆鋼材が火災に曝された際の鋼材の温度を含むように試験温度を設定すればよい。
【0034】
引張試験により、各試験温度毎に、応力実測値σＲとひずみεとの組合せデータが得られる。これらの測定データに基づき、上記式（２）～式（５）が最もよく当てはまるように、各パラメータσｙ、σｕ、εｙ、εｓｔ、εｕ、σ２０、ε２０、ｋ、ｎ及びαを求める。各パラメータの最適化は、例えば差分進化法（ＤＥ）を利用するとよい。各パラメータの最適化を行うことで、各パラメータσｙ、σｕ、εｙ、εｓｔ、εｕ、σ２０、ε２０、ｋ、ｎ及びαを、温度Ｔの関数として求める。
【0035】
なお、係数αは、温度の他にひずみ速度によってεｕが変化することを考慮した係数であり、係数αは温度とひずみ速度の関数である。ひずみ速度０．３％／分の場合のαは温度によらずα＝１になる。
【0036】
また、式（１）中のひずみ速度鋭敏性係数ｍは、下記式（６）により求める。
【0037】
【数2】
【0038】
式（６）において、例えば、ｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３はそれぞれ、ｍ０＝０．０１０３、ｍ１＝５．５、ｍ２＝５８７、ｍ３＝０．１６９とすることができる。
【0039】
図１におけるプロットは、実際の引張試験による応力ひずみ曲線が、式（１）におおよそ一致する場合のｍの値であり、一方、図１における実線が式（６）であり、ｍ０、ｍ１、ｍ２、ｍ３はそれぞれ、実線が各プロットに近接するように調整した値である。
【0040】
なお、式（１）が成立する温度Ｔの範囲は、各パラメータを求める際に用いた鋼材の引張試験の測定温度Ｔを適宜設定することにより、調整できる。例えば、上記のように測定温度を２０～８００℃とした場合は、少なくとも温度Ｔを２０～８００℃の範囲とすることができる。
【0041】
また、ひずみ速度εｖは特に制限がなく、例えば、０．３％／分～８．０％／分の範囲の中の任意の値にすることができる。好ましくは、ひずみ速度εｖは５．０％／分～８．０％／分の範囲の中の任意の値としてもよい。
【0042】
図２Ａ～図２Ｃには、応力ひずみ曲線の一例として、６００℃において鋼からなる試験片を、０．３％／分、３．０％／分、７．５％／分のひずみ速度でひずみを加えた場合の応力ひずみ曲線の例を模式的に示す。図２Ａは、ひずみ速度０．３％／分の例であり、図２Ｂは、ひずみ速度３．０％／分の例であり、図２Ｃは、ひずみ速度７．５％／分の例である。また、図２Ａ～図２Ｃには、実測した曲線と、本実施形態の推測方法により推測した曲線の両方を示している。図２Ａ～図２Ｃに示す実測曲線から明らかなように、温度が一定の場合、ひずみ速度が大きくなるほど応力ひずみ曲線が高い応力側にシフトすることが分かる。また、図２Ａ～図２Ｃに示す推測曲線から明らかなように、推測曲線は、実測曲線によく一致していることが判る。第１ステップによって式（１）を推測することにより、温度毎、またはひずみ速度毎の応力ひずみ曲線を精度よく推測できるようになる。また、推測された応力ひずみ曲線から、１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）を求めることも可能になる。
【0043】
次に、推測された応力ひずみ曲線の関数式である式（１）に基づき、１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係を求める。例えば、推定された式（１）に、温度Ｔとして２０～８００℃を導入するとともに、ひずみ速度として０．３％／分、７．５％／分を導入し、ひずみεが１％のときの応力であるσ（Ｔ＝２０～８００℃，ε＝１％，εｖ＝０．３％／分）及びσ（Ｔ＝２０～８００℃，ε＝１％，εｖ＝７．５％／分）を求める。なお、１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）を選択した理由は、「鋼構造耐火設計指針 第３版」（一般社団法人日本建築学会編、２０１７年６月発行）」に、「火災時における架構や部材の実挙動を検討すると，部材温度や鋼種によらず，ひずみ1%程度のときの鋼材が示す応答応力値を有効降伏強度とするのが適当となる」と記載されており、この記載内容に基づき、本実施形態では１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係を求めることにしている。
【0044】
図３には、１％ひずみにおける応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係の一例をグラフで示す。図３は、引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼について、式（１）から求めた応力ひずみ曲線に基づいて得られたグラフである。図３には、引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼について、ひずみ速度０．３％／分の場合と７．５％／分の場合での、１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの曲線が示されている。これらの曲線は、第１ステップにて推測された式（１）から導出された曲線である。
【0045】
図３に示すように、例えば、１％ひずみ時の応力が３００（Ｎ／ｍｍ２）では、ひずみ速度０．３％／分の曲線よりも、７．５％／分の曲線が高温側にある。これは、一定の応力（１％歪みが生じる応力に相当する応力）が加えられた状態での鋼材の変形温度は、ひずみ速度が高いほど高温になることを示している。従って、建築物が火災に見舞われて鋼材が破壊するようなひずみ速度では、より高い温度に至るまで鋼材が変形せず、耐火性能に優れることが分かる。言い換えると、耐火被覆材の厚みを薄くしても、十分に耐火性能を維持できることを示している。
【0046】
（第２ステップ）
次に、第２ステップでは、第１ステップにおいて求めた１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、対応する温度Ｔ’を求め、この温度Ｔ’を鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする。
次に、第２ステップでは、第１ステップにおいて求めた１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、対応する温度Ｔ’を求め、この温度Ｔ’を鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする。
【0047】
なお、「鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）」は、「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作成、２０２０年６月１５日変更版、8Ａ-103-01（Rev.4.0））の第４頁～第８頁に記載の「４．１ 耐火性能試験方法」に記載された試験方法により試験された結果、第７頁～第８頁の「６．判定」に記載された判定基準によって試験体が合格とされる温度よりも高い温度であることが望ましい。
【0048】
（第３ステップ）
第３ステップでは、第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）の決定方法としては、従来から知られている鋼材許容温度（℃）と耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）との関係に基づいて、決定すればよい。すなわち、耐火被覆鋼材において、耐火被覆材の厚みをｔ（ｍｍ）とし、耐火被覆材を被覆させた鋼材を加熱した場合の加熱開始から２時間経過後の鋼材の温度をＴ２ｈ（℃）とすると、ｔとＴ２ｈは、Ｔ２ｈ＝ａｔ＋ｂ（但し、ａ、ｂは耐火被覆材の種類によって定まる定数）の関係にあるので、この関係に基づき、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定すればよい。
第３ステップでは、第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）の決定方法としては、従来から知られている鋼材許容温度（℃）と耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）との関係に基づいて、決定すればよい。すなわち、耐火被覆鋼材において、耐火被覆材の厚みをｔ（ｍｍ）とし、耐火被覆材を被覆させた鋼材を加熱した場合の加熱開始から２時間経過後の鋼材の温度をＴ２ｈ（℃）とすると、ｔとＴ２ｈは、Ｔ２ｈ＝ａｔ＋ｂ（但し、ａ、ｂは耐火被覆材の種類によって定まる定数）の関係にあるので、この関係に基づき、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定すればよい。
【0049】
（第４ステップ）
第４ステップでは、第３ステップにより得られた厚みｔの耐火被覆材によって鋼材を被覆することにより、耐火被覆鋼材を製造する。耐火被覆材は、耐火被覆材料を鋼材表面に吹き付ける吹付法、耐火被覆材料を含む塗料を鋼材表面に塗装する塗装法、耐火被覆材料からなる板材を鋼材表面に取り付ける方法、耐火被覆材料からなるシートを鋼材表面に巻き付ける方法のいずれであってもよい。
第４ステップでは、第３ステップにより得られた厚みｔの耐火被覆材によって鋼材を被覆することにより、耐火被覆鋼材を製造する。耐火被覆材は、耐火被覆材料を鋼材表面に吹き付ける吹付法、耐火被覆材料を含む塗料を鋼材表面に塗装する塗装法、耐火被覆材料からなる板材を鋼材表面に取り付ける方法、耐火被覆材料からなるシートを鋼材表面に巻き付ける方法のいずれであってもよい。
【0050】
以上のようにして得られる耐火被覆鋼材は、その耐火被覆材の厚みが、上記第１ステップ～第３ステップを経ることによって求められた設計値となっており、十分な耐火性を備えたものとなる。
【0051】
本実施形態の耐火被覆鋼材に使用される鋼材は、２０℃における降伏強さσｙが２３５Ｎ／ｍｍ２以上であってもよく、３３５Ｎ／ｍｍ２以上であってもよく、３５５Ｎ／ｍｍ２以上であってもよく、３８５Ｎ／ｍｍ２以上であってもよい。
【0052】
また、鋼材は、Ｈ形鋼、角形鋼管、円形鋼管のいずれかであってもよい。
【0053】
鋼材がＨ形鋼からなる場合の本実施形態の耐火被覆鋼材は、鋼構造物の大梁または小梁のいずれかに用いることが好ましい。
また、鋼材が記角形鋼管または円形鋼管からなる場合の本実施形態の耐火被覆鋼材は、鋼構造物の柱に用いることが好ましい。
また、鋼材が記角形鋼管または円形鋼管からなる場合の本実施形態の耐火被覆鋼材は、鋼構造物の柱に用いることが好ましい。
【0054】
更に、耐火被覆材が、吹付層、塗装層、成形板、巻付け体のいずれかであることが好ましい。
【0055】
以上説明したように、本実施形態の耐火被覆鋼材の設計方法では、第１ステップにおいて、温度Ｔ（℃）、ひずみε（％）及びひずみ速度εｖ（％／分）を変数とする、鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式である式（１）を推測し、推測された式（１）に基づき、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める。この、１％ひずみ時応力－温度関係を用いることにより、従来より慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）とは異なるひずみ速度での、１％ひずみ時応力と温度との関係が得られる。この関係から、火災により建築物が破壊される際の鋼材に加わるひずみ速度における、鋼材の高温強度特性を評価することが可能になる。
次に、第２ステップにおいて、１％ひずみ時応力と温度との関係に、鋼材が鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’を求める。この温度Ｔ’は、鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）となる。
次に、第３ステップにおいて、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。決定された耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は、従来慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）を前提として設計された耐火被覆材の厚み場合に比べて、小さな厚みとなる。
以上により、本実施形態の耐火被覆鋼材の設計方法によれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。
次に、第２ステップにおいて、１％ひずみ時応力と温度との関係に、鋼材が鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’を求める。この温度Ｔ’は、鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）となる。
次に、第３ステップにおいて、鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。決定された耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は、従来慣用されていたひずみ速度（＝０．３％／分）を前提として設計された耐火被覆材の厚み場合に比べて、小さな厚みとなる。
以上により、本実施形態の耐火被覆鋼材の設計方法によれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。
【0056】
本実施形態によって得られる耐火被覆材の厚みの設計値は、従来の手法により決定される耐火被覆材の厚みよりも薄くなる。このため、本実施形態に係る設計方法により設計された耐火被覆材を備えた建築物においては、耐火被覆材が占有するスペースが縮小されるようになり、建物内における居住スペースや利用スペースを拡大することが可能になる。
【0057】
また、本実施形態の耐火被覆鋼材の製造方法によれば、上記の第１～第３ステップに加えて、第４ステップを行う。第４ステップでは、第３ステップにて得られた厚みｔの耐火被覆材によって鋼材を被覆することにより、耐火被覆鋼材を製造する。よって、本実施形態の製造方法によれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みが適切に設計された耐火被覆鋼材を製造できる。
【0058】
また、本実施形態の耐火被覆鋼材によれば、鋼材を被覆する耐火被覆材の厚みが、上記の第１～第３ステップによって設計された厚みｔであるので、耐火性能を損なうことなく、耐火被覆材の厚みを適切な厚みにすることができる。
【0059】
次に、本実施形態の鋼構造物用の耐火被覆鋼材の設計プログラムについて説明する。
本実施形態の設計プログラムは、コンピュータに実行させるプログラムであって、第１ステップ、第２ステップ及び第３ステップよりなる。
本実施形態の設計プログラムは、コンピュータに実行させるプログラムであって、第１ステップ、第２ステップ及び第３ステップよりなる。
【0060】
第１ステップは、温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とを変数とする鋼材の応力ひずみ曲線を表す関数式を推測し、推測された関数式から、ひずみ速度εｖでの１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係である１％ひずみ時応力－温度関係を求める。
【0061】
第２ステップは、第１ステップにおいて求めた１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して対応する温度Ｔ’を求め、温度Ｔ’を鋼材が破損しない鋼材許容温度（℃）とする。
【0062】
第３ステップは、第２ステップにおいて求めた鋼材許容温度（℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定する。
【0063】
第１ステップにおける関数式は、上記式（１）で表される関数式でもよいし、上記式（２）式で表される関数式でもよい。
【0064】
第１ステップ、第２ステップ及び第３ステップの具体的な内容は、先に述べた設計方法の第１ステップ、第２ステップ及び第３ステップについて述べた通りである。
【0065】
本実施形態の設計プログラムによれば、耐火被覆鋼材の耐火性能を損なわずに、耐火被覆材の厚みを適切に設計することができる。本実施形態によって得られる耐火被覆材の厚みの設計値は、従来の手法により決定される耐火被覆材の厚みよりも薄くなる。このため、本実施形態に係る設計プログラムにより設計された耐火被覆材を備えた建築物においては、耐火被覆材が占有するスペースが縮小されるようになり、建物内における居住スペースや利用スペースを拡大することが可能になる。
【0066】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、第１ステップにおいて使用する関数式を変更してもよい。すなわち、上記式（１）に代えて、下記式（Ａ）を関数式として利用してもよい。
【0067】
σ（Ｔ，ε，εｖ）＝σ０（εｖ／ε０）ｍ … （Ａ）
【0068】
式（Ａ）におけるσ０は、ひずみ速度０．３％／分の場合の基準応力値であり、εｖは、変数としてのひずみ速度（％／分）であり、ε０は基準ひずみ速度０．３％／分であり、ｍはひずみ速度鋭敏性係数である。また、式（Ａ）の左辺であるσ（Ｔ，ε，εｖ）は、応力ひずみ曲線における応力の推測値であって、温度Ｔ（℃）とひずみε（％）とひずみ速度εｖ（％／分）とにより推測される推測値である。
【0069】
式（Ａ）におけるσ０及びｍの算出手順は、式（１）におけるσ０及びｍの算出手順と同じ手順とすることができる。
【実施例0070】
次に、本発明の実施例を説明する。なお、以下に説明する実施例によって本発明が限定されるものではない。
【0071】
（実施例）
鋼材として、板厚４８ｍｍの引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼を用意し、これを適当なサイズに切断して、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０２０の附属書Ａに規定される試験片とした。得られた試験片について、ひずみ速度を０．３％／分とし、試験温度を、２０℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃として、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０２０に準拠して引張試験を行い、応力ひずみ曲線を得た。そして、得られた応力ひずみ曲線に基づき、上記式（１）～（５）を推定した。
鋼材として、板厚４８ｍｍの引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼を用意し、これを適当なサイズに切断して、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０２０の附属書Ａに規定される試験片とした。得られた試験片について、ひずみ速度を０．３％／分とし、試験温度を、２０℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃として、ＪＩＳ Ｇ ０５６７：２０２０に準拠して引張試験を行い、応力ひずみ曲線を得た。そして、得られた応力ひずみ曲線に基づき、上記式（１）～（５）を推定した。
【0072】
次に、推定された式（１）に基づき、１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係を求めた。図３には、引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼について、１％ひずみにおける応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの関係をグラフで示す。図３には、ひずみ速度０．３％／分の場合と７．５％／分の場合での、１％ひずみ時の応力（Ｎ／ｍｍ２）と温度Ｔとの曲線を示した。
【0073】
次に、図３に示す１％ひずみ時応力－温度関係に、鋼構造物として使用された場合の設計荷重（Ｎ／ｍｍ２）を導入して、温度Ｔ’ （鋼材許容温度（℃））を求めた。本実施例では、ひずみ速度として７．５％／分のデータを用いた。設計荷重は、４４０／１．５＝２９３（Ｎ／ｍｍ２）とした。この場合の温度Ｔ’（鋼材許容温度（℃））は６５０℃であった。
【0074】
次に、得られた鋼材許容温度（℃）（＝６５０℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定した。耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は５２ｍｍであった。
【0075】
板厚３２ｍｍおよび１９ｍｍの引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼を適当なサイズに切断して厚さ３２ｍｍの上フランジ部及び下フランジ部になる板材と、厚さ１９ｍｍのウエブ部になる板材を切り出し、上フランジ部、下フランジ部及びウエブ部を溶接することにより、高さ１０００ｍｍ、上ウエブ部及び下ウエブ部の幅が３００ｍｍであるＨ形鋼を製造した。
【0076】
そして、このＨ形鋼全体に、耐火被覆材を被覆した。耐火被覆材の厚みは５２ｍｍとした。このようにして実施例の耐火被覆鋼材を製造した。
【0077】
（参考例）
参考例として、板厚３２および１９ｍｍｍｍの引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼を用意し、これを適当なサイズに切断して厚さ３２ｍｍの上フランジ部及び下フランジ部になる板材と、厚さ１９ｍｍのウエブ部になる板材を切り出し、上フランジ部、下フランジ部及びウエブ部を溶接することにより、高さ１０００ｍｍ、上ウエブ部及び下ウエブ部の幅が３００ｍｍであるＨ形鋼を製造した。
参考例として、板厚３２および１９ｍｍｍｍの引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼を用意し、これを適当なサイズに切断して厚さ３２ｍｍの上フランジ部及び下フランジ部になる板材と、厚さ１９ｍｍのウエブ部になる板材を切り出し、上フランジ部、下フランジ部及びウエブ部を溶接することにより、高さ１０００ｍｍ、上ウエブ部及び下ウエブ部の幅が３００ｍｍであるＨ形鋼を製造した。
【0078】
そして、このＨ形鋼を供試材として、「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作成、２０２０年６月１５日変更版、8Ａ-103-01（Rev.4.0））の第４頁～第８頁に記載の「４．１ 耐火性能試験方法」に記載された試験方法により試験を行い、第７頁～第８頁の「６．判定」に記載された判定基準によって試験体が合格とされる温度を測定した。その結果、５５０℃の温度が得られた。
【0079】
次に、得られた温度（＝５５０℃）から耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）を決定したところ、耐火被覆材の厚みｔ（ｍｍ）は６５ｍｍとなった。
【0080】
上記と同様にして、板厚３２ｍｍおよび１９ｍｍの引張強度５９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼よりなる、高さ１０００ｍｍ、上ウエブ部及び下ウエブ部の幅が３００ｍｍであるＨ形鋼を製造した。
そして、このＨ形鋼全体に、耐火被覆材を被覆した。耐火被覆材の厚みは６５ｍｍとした。このようにして参考例の耐火被覆鋼材を製造した。
そして、このＨ形鋼全体に、耐火被覆材を被覆した。耐火被覆材の厚みは６５ｍｍとした。このようにして参考例の耐火被覆鋼材を製造した。
【0081】
（評価）
実施例及び比較例の耐火被覆鋼材について、耐火性能を確認した。耐火性能は、上述の「防耐火性能試験・評価業務方法書」に準じて確認した。その結果、いずれも２時間以上の耐火性を示した。
従って,本発明例である実施例の耐火被覆鋼材は、耐火被覆材の厚みが参考例よりも薄いにもかかわらず、参考例と同等の耐火性能を示すものとなった。
実施例及び比較例の耐火被覆鋼材について、耐火性能を確認した。耐火性能は、上述の「防耐火性能試験・評価業務方法書」に準じて確認した。その結果、いずれも２時間以上の耐火性を示した。
従って,本発明例である実施例の耐火被覆鋼材は、耐火被覆材の厚みが参考例よりも薄いにもかかわらず、参考例と同等の耐火性能を示すものとなった。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】