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(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】P2024125890
(43)【公開日】2024-09-19
(54)【発明の名称】耐火構造物
(51)【国際特許分類】
   E04B 5/43 20060101AFI20240911BHJP
   E04B 1/94 20060101ALI20240911BHJP
【FI】
E04B5/43 F
E04B5/43 D
E04B1/94 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023034012
(22)【出願日】2023-03-06
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】000003621
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(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
(74)【代理人】
【識別番号】100217249
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 耕一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100221279
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 健吾
(74)【代理人】
【識別番号】100207686
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 恭宏
(74)【代理人】
【識別番号】100224812
【弁理士】
【氏名又は名称】井口 翔太
(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】御手洗 達也
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 悠介
(72)【発明者】
【氏名】北岡 聡
(72)【発明者】
【氏名】新谷 祐介
(72)【発明者】
【氏名】西村 俊彦
【テーマコード(参考)】
2E001
【Fターム(参考)】
2E001DE01
2E001FA01
2E001FA11
2E001HA06
(57)【要約】
【課題】減耐火被覆梁の配置の自由度を高めるとともに、火災時における床部のたわみを抑えた耐火構造物を提供する。
【解決手段】耐火構造物は、コンクリート中に引張力伝達部材が設けられた床部10と、所定の耐火性能を有する複数の耐火性能梁25と、所定の耐火性能を有し、複数の耐火性能梁に接合され、自身及び複数の耐火性能梁全体の少なくとも一部が構成する環状の耐火環状体43が床部を全周にわたって床部の下方から支持する複数の耐火性能柱40と、所定の耐火性能を有さずに耐火環状体内に配置され、床部を下方から支持する複数の減耐火性能梁45と、を備え、複数の減耐火性能梁のうち、一の減耐火性能梁である第1減耐火性能梁46A~46Cの材軸方向と、他の一の減耐火性能梁である第2減耐火性能梁47A~47Dの材軸方向とが交差する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンクリート中に引張力伝達部材が設けられた床部と、
所定の耐火性能を有する複数の耐火性能梁と、
前記所定の耐火性能を有し、前記複数の耐火性能梁に接合され、自身の一部及び前記複数の耐火性能梁全体が構成する環状の耐火環状体が前記床部を全周にわたって前記床部の下方から支持する複数の耐火性能柱と、
前記所定の耐火性能を有さずに前記耐火環状体内に配置され、前記床部を下方から支持する複数の減耐火性能梁と、
を備え、
前記床部の平面内で互いに交差する方向を第1交差方向、第2交差方向と規定したときに、
前記引張力伝達部材は、前記床部の前記第1交差方向の端部間の引張力、及び、前記床部の前記第2交差方向の端部間の引張力をそれぞれ伝達し、
前記複数の減耐火性能梁のうち、一の前記減耐火性能梁である第1減耐火性能梁の材軸方向と、他の一の前記減耐火性能梁である第2減耐火性能梁の材軸方向とが交差する、耐火構造物。
【請求項2】
前記第1減耐火性能梁の材軸方向と前記第2減耐火性能梁の材軸方向とが直交する、請求項1に記載の耐火構造物。
【請求項3】
それぞれの前記減耐火性能梁である対象減耐火性能梁の端部は、前記複数の減耐火性能梁のうち前記対象減耐火性能梁以外の前記減耐火性能梁を介して、又は直接、前記複数の耐火性能梁に接合される、請求項1又は2に記載の耐火構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐火構造物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、火災時でも一定の剛性及び耐力を維持できるように構成された耐火構造物が知られている(例えば、特許文献1参照)。
耐火構造物のスラブ(床部)は、大梁と、鉄骨小梁(減耐火性能梁)とによって支持されている。大梁は、鉄筋コンクリート製であって、柱間に架け渡されている。鉄骨小梁は、大梁間に架け渡されている。
大梁には、スラブの四辺が剛接合されている。鉄骨小梁は、全体が耐火被覆処理されていないH形鋼梁からなる。鉄骨小梁の上フランジに溶接された複数のスタッドによって、鉄骨小梁はスラブと一体化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第6864991号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
複数の鉄骨小梁の間に、水、空調用等の配管を配置する場合がある。
しかしながら、特許文献1における複数の鉄骨小梁は、互いに平行となるように配置されている。このため、複数の鉄骨小梁を避けるように配管を配置する場合には、配管の配置の自由度が制限され、施工時の架設エレベーター設置用の開口や、本設の連絡階段接地用の開口を設ける際の設計の自由度が制限される。
また、火災時には、鉄骨小梁は一定の剛性及び耐力を維持できないため、鉄骨小梁に支持されるスラブのたわみが大きくなる。
【0005】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、減耐火性能梁の配置の自由度を高めるとともに、火災時における床部のたわみを抑えた耐火構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
(1)本発明の態様1は、コンクリート中に引張力伝達部材が設けられた床部と、所定の耐火性能を有する複数の耐火性能梁と、前記所定の耐火性能を有し、前記複数の耐火性能梁に接合され、自身の一部及び前記複数の耐火性能梁全体が構成する環状の耐火環状体が前記床部を全周にわたって前記床部の下方から支持する複数の耐火性能柱と、前記所定の耐火性能を有さずに前記耐火環状体内に配置され、前記床部を下方から支持する複数の減耐火性能梁と、を備え、前記床部の平面内で互いに交差する方向を第1交差方向、第2交差方向と規定したときに、前記引張力伝達部材は、前記床部の前記第1交差方向の端部間の引張力、及び、前記床部の前記第2交差方向の端部間の引張力をそれぞれ伝達し、前記複数の減耐火性能梁のうち、一の前記減耐火性能梁である第1減耐火性能梁の材軸方向と、他の一の前記減耐火性能梁である第2減耐火性能梁の材軸方向とが交差する、耐火構造物である。
【0007】
この発明では、通常時(常温時)には、第1減耐火性能梁の材軸方向と第2減耐火性能梁の材軸方向とが交差することにより、複数の減耐火性能梁が互いに平行である場合に比べて、減耐火性能梁の配置の自由度を高めることができる。
一方で、火災時でも一定の剛性及び耐力を維持できる耐火環状体により、床部が全周にわたって床部の下方から支持される。床部中に設けられた引張力伝達部材は、床部のコンクリートにおける第1交差方向の端部間の引張力、及び、第2交差方向の端部間の引張力をそれぞれ伝達する。火災時には、複数の減耐火性能梁では剛性及び耐力が低下するため、床部に作用する重力等により、床部の平面視における中央部が下方に向かって凸となるようにたわむ。しかし、メンブレン効果により、床部の周囲が耐火環状体により支持される。そして、床部がたわむことにより伸びた引張力伝達部材が第1交差方向及び第2交差方向にそれぞれ引張力を伝達することにより、床部の中央部が支持される。従って、火災時における床部のたわみを抑えることができる。
【0008】
(2)本発明の態様2は、前記第1減耐火性能梁の材軸方向と前記第2減耐火性能梁の材軸方向とが直交する、(1)に記載の耐火構造物であってもよい。
この発明では、耐火環状体内において、第1減耐火性能梁と第2減耐火性能梁との間に形成される空間を、両材軸方向が互いに直交せずに交差する場合に比べて、それぞれ広く確保することができる。
【0009】
(3)本発明の態様3は、それぞれの前記減耐火性能梁である対象減耐火性能梁の端部は、前記複数の減耐火性能梁のうち前記対象減耐火性能梁以外の前記減耐火性能梁を介して、又は直接、前記複数の耐火性能梁に接合される、(1)又は(2)に記載の耐火構造物であってもよい。
この発明では、通常時において、対象減耐火性能梁の端部を、複数の減耐火性能梁のうち対象減耐火性能梁以外の減耐火性能梁を介して、又は直接、複数の耐火性能梁に接合して支持することができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明の耐火構造物では、減耐火被覆梁の配置の自由度を高めるとともに、高温時における床部のたわみを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の一実施形態の耐火構造物を模式的に示す斜視図である。
図2図1中の切断線A1-A1の断面図である。
図3】同耐火構造物における鉄筋の斜視図である。
図4】従来の耐火構造物の一例をモデル化した斜視図である。
図5】従来の耐火構造物の他の例をモデル化した斜視図である。
図6】本発明の一実施形態の耐火構造物をモデル化した斜視図である。
図7】時間に対する床部の中央のたわみの変化を示す図である。
図8】時間に対する床部の第1交差方向の圧縮力の変化を示す図である。
図9】本発明の一実施形態の第1変形例の耐火構造物をモデル化した斜視図である。
図10】本発明の一実施形態の第2変形例の耐火構造物をモデル化した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明に係る耐火構造物の一実施形態を、図1から図10を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態の耐火構造物1は、床部10と、複数の耐火性能梁25と、複数の耐火性能柱40と、複数の減耐火性能梁45と、を備える。なお、図1では、床部10を透過して示している。図1では、後述する所定の耐火性能を有する柱及び梁に、ハッチングを付して示している。
【0013】
本実施形態では、床部10は、床部10の厚さ方向に見たときに矩形状を呈する平板状である。床部10は、床部10の厚さ方向が上下方向Zに沿うように配置されている。なお、床部10は、厚さ方向が上下方向Zに交差するように配置されてもよい。
ここで、床部10の上面(平面)内で互いに直交(交差)する方向を第1交差方向X、第2交差方向Yと規定する。第1交差方向Xは、上下方向Zに見たときの床部10の長手方向である。第2交差方向Yは、上下方向Zに見たときの床部10の短手方向である。
なお、第1交差方向X及び第2交差方向Yは、床部10の上面内で互いに交差する方向であれば、特に限定されない。
【0014】
本実施形態では、床部10は、後述する第1減耐火性能梁46A,46Cにより、第1交差方向Xに複数(本実施形態では3つ)の領域に区画にされる。複数の領域を、第1床片10A、第2床片10B、及び第3床片10Cと言う。第1床片10A、第2床片10B、及び第3床片10Cは、第1交差方向Xの第1側X1から、第1交差方向Xのうち第1側X1とは反対側の第2側X2に向かってこの順で配置されている。第1床片10A、第2床片10B、及び第3床片10Cは、後述する主筋方向WA,WC及び主筋方向WBのみ、互いに異なる。
【0015】
図2に示すように、床部10は、いわゆる鉄筋トラス付デッキスラブである。床部10は、デッキプレート11と、コンクリート12と、鉄筋(引張力伝達部材)13と、を備えている。
例えば、デッキプレート11は、詳細には図示しないが、鋼板を曲げ加工して形成されている。ただし、この例では、デッキプレート11はコンクリート12の捨型枠として扱われ、コンクリート12との合成効果を発揮しないとして設計されている。
コンクリート12は、上下方向Zに見たときに床部10と同一形状を呈する。コンクリート12は、デッキプレート11上に配置されている。鉄筋13は、コンクリート12中に設けられている。
【0016】
第2床片10Bにおける鉄筋13の構成は、第1交差方向Xに沿って延びる第1鉄筋と、第2交差方向Yに沿って延びる第2鉄筋と、を有していれば、特に限定されない。図2及び図3に示すように、本実施形態では、鉄筋13は、複数の第1鉄筋15,16と、複数の第2鉄筋17と、を有する。
【0017】
各第1鉄筋15,16は、それぞれ第1交差方向Xに沿って延びている。第1鉄筋15は、第1鉄筋16の上方に配置されている。第1鉄筋15,16は、上下方向Zに互いに間隔を空けて並べて配置されている。複数の第1鉄筋15は、第2交差方向Yに互いに間隔を空けて配置されている。複数の第1鉄筋16についても、複数の第1鉄筋15と同様である。
第1鉄筋15,16は、それぞれ第2床片10Bのコンクリート12における第1交差方向Xの各端部まで延びている。第1鉄筋15,16は、それぞれ第2床片10Bのコンクリート12(床部10)の第1交差方向Xの端部間の引張力を伝達する。
【0018】
図3に示すように、第1鉄筋15,16は、第1連結部材19により互いに接合されている。第1連結部材19は、第1交差方向Xに沿って延びるとともに、上下方向Zに交互に折れるジグザグ状である。
複数の第1鉄筋15は、複数の第2連結部材20により互いに接合されている。各第2連結部材20は、第2交差方向Yに沿って延びるとともに、上下方向Zに交互に折れるジグザグ状である。各第2連結部材20では、第2交差方向Yに山部及び谷部が交互に並べて配置されている。
第2連結部材20における山部の上端部には、第1鉄筋15が接合されている。
【0019】
各第2鉄筋17は、それぞれ第2交差方向Yに沿って延びている。複数の第2鉄筋17は、第1交差方向Xに互いに間隔を空けて配置されている。第2鉄筋17は、第2床片10Bのコンクリート12における第2交差方向Yの各端部まで延びている。第2鉄筋17は、第2床片10Bのコンクリート12の第2交差方向Yの端部間の引張力を伝達する。
前記複数の第2鉄筋17は、複数の第1鉄筋15に溶接や番線等により接合されている。
【0020】
以上のように、鉄筋13は、全体としてブロック状に一体化されている。第2床片10Bにおいて、第1鉄筋15,16が延びる主筋方向WBは、第1交差方向Xである(図1参照)。
同様に、第1床片10Aにおいて第1鉄筋15,16が延びる主筋方向WA、及び第3床片10Cにおいて第1鉄筋15,16が延びる主筋方向WCは、それぞれ第2交差方向Yである。
例えば、第1床片10Aの鉄筋13と第2床片10Bの鉄筋13とは、継手部(機械式継手)等により互いに接続されている。第2床片10B及び第3床片10Cについても、同様である。
具体的には、第1床片10Aにおける鉄筋13の複数の第2鉄筋17と、第2床片10Bにおける鉄筋13の複数の第1鉄筋15とが、継手部等により互いに接続されている。第2床片10Bにおける鉄筋13の複数の第1鉄筋15と、第3床片10Cにおける鉄筋13の複数の第2鉄筋17とが、継手部等により互いに接続されている。
【0021】
以上のように構成されていることにより、床片10A,10B,10Cの各鉄筋13全体として、床部10のコンクリート12全体に対して、コンクリート12(床部10)の第1交差方向Xの端部間の引張力を伝達するとともに、コンクリート12の第2交差方向Yの端部間の引張力を伝達する。
なお、床部10は、複数の領域に区画されず、一体化されてもよい。この場合、床部10全体が、1つの主筋方向となる。
床部10は、いわゆる合成スラブや、デッキプレート11を有さない、いわゆる鉄筋コンクリートスラブであってもよい。
【0022】
図1に示すように、複数の耐火性能梁25は、一対の第1耐火性能梁26と、一対の第2耐火性能梁27と、を有している。
図2に示すように、例えば、第1耐火性能梁26は、耐火被覆30が施されたH形鋼31である。すなわち、第1耐火性能梁26には、耐火被覆30が施されている。
耐火被覆30には、ロックウール、グラスウール等の断熱材が用いられる。この場合、耐火被覆30は、吹付け工法により、このH形鋼31に施されている。
【0023】
例えば、第1耐火性能梁26におけるロックウール等の耐火被覆30の厚さは、「吹付けロックウール被覆耐火構造 施工品質管理指針(ロックウール工業会 吹付け部会)」に準拠して設定される。第1耐火性能梁26に1時間耐火が要求される場合には、耐火被覆30の厚さを25mmとする。同様に、第1耐火性能梁26に2時間耐火が要求される場合には、耐火被覆30の厚さを45mmとする。第1耐火性能梁26に3時間耐火が要求される場合には、耐火被覆30の厚さを60mmとする。以下では、この吹付けロックウール被覆耐火構造 施工品質管理指針に基づいた耐火性能を、被覆耐火性能(所定の耐火性能)と言う。
なお、所定の耐火性能は、被覆耐火性能に限定されない。
第2耐火性能梁27の耐火被覆についても、第1耐火性能梁26と同様である。複数の耐火性能梁25は、被覆耐火性能を有する。
【0024】
耐火性能梁は、耐火被覆が施されない、鉄筋コンクリート造、又は鉄骨鉄筋コンクリート造であってもよい。コンクリート自体が耐火性能を有するため、鉄筋コンクリート造及び鉄骨鉄筋コンクリート造の耐火性能梁に、耐火被覆を施す必要がない。
耐火被覆は、成形板工法、又は巻付け工法により、耐火性能梁26,27に施されてもよい。
【0025】
H形鋼31は、ウェブ31aと、ウェブ31aを挟むように配置された上フランジ31b及び下フランジ31cと、を有する。上フランジ31bは、下フランジ31cよりも上方に配置されている。
図1に示すように、第2耐火性能梁27は、第1耐火性能梁26と同様に、耐火被覆34が施されたH形鋼(不図示)である。
一対の第1耐火性能梁26は、第1交差方向Xに沿って延びている。一対の第1耐火性能梁26は、第2交差方向Yに互いに間隔を空けて配置されている。一対の第2耐火性能梁27は、第2交差方向Yに沿って延びている。一対の第2耐火性能梁27は、第1交差方向Xに互いに間隔を空けて配置されている。
第1耐火性能梁26と第2耐火性能梁27との間には、耐火性能柱40が配置される隙間が形成されている。
【0026】
図2に示すように、第1耐火性能梁26には、頭付きスタッド38及びガセットプレート39が固定されている。
頭付きスタッド38は、H形鋼31における上フランジ31bの上面に溶接等により固定されている。頭付きスタッド38は、床部10のデッキプレート11を貫通し、コンクリート12内に埋め込まれている。
ガセットプレート39は、H形鋼31のウェブ31a及びフランジ31b,31cに固定されている。ガセットプレート39は、H形鋼31からH形鋼31の幅方向(第2交差方向Y)に突出している。
第2耐火性能梁27には、第1耐火性能梁26と同様に、図示しない頭付きスタッド及びガセットプレートが固定されている。
【0027】
図1に示すように、例えば、耐火性能柱40は、耐火被覆41が施された角形鋼管(不図示)である。すなわち、耐火性能柱40に、耐火被覆41が施されている。
複数の耐火性能柱40は、上下方向Zに沿って延びている。本実施形態では、複数の耐火性能柱40は、床部10の複数の隅部の下方にそれぞれ配置されている。複数の耐火性能柱40の上端部(一部)には、複数の耐火性能梁25の端部が、剛接合により接合されている。
すなわち、各耐火性能柱40の上端部には、第1耐火性能梁26及び第2耐火性能梁27にそれぞれ接合されている。複数の耐火性能柱40は、複数の耐火性能梁25を架設している。本実施形態では、複数の耐火性能柱40は、複数の耐火性能梁25全てに接合されている。
【0028】
耐火性能柱40の耐火被覆41は、耐火性能梁25の耐火被覆30,34と同様に構成されている。すなわち、複数の耐火性能柱40は、被覆耐火性能を有する。
複数の耐火性能柱40の上端部、及び、複数の耐火性能梁25全体で、環状の耐火環状体43を構成する。
【0029】
耐火環状体43は、床部10を全周にわたって、床部10の下方から支持する。
なお、耐火性能柱は、耐火被覆が施されたH形鋼、耐火被覆が施された円形鋼管であってもよい。
耐火性能柱は、耐火被覆が施されない、コンクリート充填鋼管造、鉄筋コンクリート造、又は鉄骨鉄筋コンクリート造であってもよい。
【0030】
複数の減耐火性能梁45は、被覆耐火性能を有さない。例えば、複数の減耐火性能梁45には、耐火被覆が施されていない。
なお、複数の減耐火性能梁45に、耐火被覆が施されてもよい。この場合、例えば、減耐火性能梁45における耐火被覆の厚さを、それぞれの被覆耐火性能に基づいた耐火被覆の厚さの1/10~1/2程度とする。
複数の減耐火性能梁45は、耐火環状体43内に配置され、床部10を、床部10の下方から支持する。
複数の減耐火性能梁45は、第1減耐火性能梁46A,46B,46Cと、第2減耐火性能梁47A,47B,47C,47Dと、を有する。
【0031】
第1減耐火性能梁46A~46Cは、それぞれ第2交差方向Yに沿って延びるとともに、第1交差方向Xに互いに間隔を空けて配置されている。第1減耐火性能梁46A~46Cは、一対の第1耐火性能梁26における第1交差方向Xの中間部に、第1交差方向Xの第1側X1から第2側X2に向かってこの順で配置されている。なお、第1減耐火性能梁46A~46Cは、第2交差方向Yに交差するように延びてもよいし、互いに平行でなくてもよい。
第2減耐火性能梁47A~47Dは、それぞれ第1交差方向Xに沿って延びている。第2減耐火性能梁47A,47Bは、第1側X1の第2耐火性能梁27と第1減耐火性能梁46Aとの間に、第2交差方向Yの第1側Y1から第2側Y2に向かってこの順で、互いに間隔を空けて配置されている。第2減耐火性能梁47C,47Dは、第2側X2の第2耐火性能梁27と第1減耐火性能梁46Cとの間に、第2交差方向Yの第1側Y1から第2側Y2に向かってこの順で、互いに間隔を空けて配置されている。なお、第2減耐火性能梁47A~47Dは、第1交差方向Xに交差するように延びてもよいし、互いに平行でなくてもよい。
【0032】
次に、耐火性能梁25と減耐火性能梁45との接続構造について、第1耐火性能梁26と第1減耐火性能梁46Bとの接続構造を例にとって説明する。
図2に示すように、第1減耐火性能梁46Bは、耐火被覆が施されないH形鋼により構成されている。第1減耐火性能梁46Bは、ウェブ46aBと、ウェブ46aBを挟むように配置された上フランジ46bB及び下フランジ46cBと、を有する。上フランジ46bBは、下フランジ46cBよりも上方に配置されている。
第1耐火性能梁26のガセットプレート39と第1減耐火性能梁46Bのウェブ46aBとは、高力ボルト50等により接合されている。このように、第1耐火性能梁26と第1減耐火性能梁46Bの端部とは、いわゆるピン接合により接合されている。
第1減耐火性能梁46Bの上フランジ46bBには、頭付きスタッド51が固定されている。頭付きスタッド51は、デッキプレート11を貫通し、コンクリート12内に埋め込まれている。
【0033】
本実施形態では、第1減耐火性能梁46A~46Cの各端部は、第1耐火性能梁26とピン接合によりそれぞれ接合されている。第2減耐火性能梁47A,47Bの各端部は、第1側X1の第2耐火性能梁27及び第1減耐火性能梁46Aとピン接合によりそれぞれ接合されている。第2減耐火性能梁47C,47Dの各端部は、第2側X2の第2耐火性能梁27及び第1減耐火性能梁46Cとピン接合によりそれぞれ接合されている。
【0034】
ここで、図1に示すように、例えば、第1減耐火性能梁46Aを、接合を説明する対象となる対象減耐火性能梁45Aとして例にとって説明する。対象減耐火性能梁45Aの両端部は、直接、一対の第1耐火性能梁26(複数の耐火性能梁25)に接合されている。
また、例えば、第2減耐火性能梁47Aを、対象減耐火性能梁45Bとして例にとって説明する。対象減耐火性能梁45Bの第1端部は、第1側X1の第2耐火性能梁27に接合されている。対象減耐火性能梁45Bにおける第1端部とは反対側の第2端部は、複数の減耐火性能梁45のうち対象減耐火性能梁45B以外の減耐火性能梁45である第1減耐火性能梁46Aを介して一対の第1耐火性能梁26(複数の耐火性能梁25)に接合されている。
【0035】
第1減耐火性能梁46A(複数の減耐火性能梁45のうち、一の減耐火性能梁45)の材軸方向(長手方向)である第2交差方向Yと、第2減耐火性能梁47A(複数の減耐火性能梁45のうち、他の一の減耐火性能梁45)の材軸方向である第1交差方向Xとが、直交する。
第1減耐火性能梁46Aと第2減耐火性能梁47B、第1減耐火性能梁46Cと第2減耐火性能梁47C,47Dについても同様である。
なお、第1減耐火性能梁46A,46Cの材軸方向と、第2減耐火性能梁47A,47B,47C,47Dの材軸方向とが、直交せずに交差するように、これらを構成してもよい。
【0036】
以上のように構成された耐火構造物1は、例えば、床部10上に、机や書類棚等の設備を置いて使用される。
【0037】
(シミュレーション結果)
従来(比較例)の耐火構造物として、図4及び図5に示す耐火構造物1A,1Bをモデル化した。
図4に示す耐火構造物1Aは、本実施形態の耐火構造物1の減耐火性能梁46A~46C,47A~47Dに代えて、複数(この例では7本)の第1減耐火性能梁46A~46Gを有する。
なお、図4から図6では、減耐火性能梁を点線で示している。なお、図4から図6では、床部10を示していない。
図4において、耐火性能梁26,27のH形鋼の断面寸法は、H-1000×400×19×28とした。第1耐火性能梁26の長さ(L)は、19,200mmとした。第2耐火性能梁27の長さ(l)は、7,200mmとした。第1減耐火性能梁46A~46GのH形鋼の断面寸法は、H-500×200×10×16とした。第1減耐火性能梁46A~46Gには、耐火被覆が施されないとした。
【0038】
なお、火災時には、減耐火性能梁45は、文献1に基づいて剛性が低下すると仮定した。具体的には、減耐火性能梁45の剛性は100℃以下では常温での剛性に等しい。100℃を超えると減耐火性能梁45の剛性が低下していき、1200℃で減耐火性能梁45の剛性が無くなる。
文献1:"Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design" en. 1993-1-2, 2005
【0039】
図4に示すように、各耐火性能柱40の上端に対して、耐火性能梁26,27は、第1交差方向X周り、第2交差方向Y周り、及び上下方向Z周りにそれぞれ回転できるとした。
複数の耐火性能柱40の1つである耐火性能柱40Aに対して、耐火性能梁26,27は、第1交差方向X、第2交差方向Y、及び上下方向Zにそれぞれ固定されているとした。複数の耐火性能柱40のうち、耐火性能柱40A以外の耐火性能柱40Bに対して、耐火性能梁26,27は、第1交差方向X及び第2交差方向Yにそれぞれ移動できるとした。耐火性能柱40Bに対して、耐火性能梁26,27は、上下方向Zに固定されているとした。
【0040】
耐火構造物1Aに用いられている床部10は、複数の床片に分割されずに一体化されている。
図4中には、鉄筋13の主筋方向W1を示す。
【0041】
図5に示す耐火構造物1Bでは、本実施形態の耐火構造物1の第1減耐火性能梁46A,46Cに代えて、第2耐火性能梁27A,27Bを有する。第2耐火性能梁27A,27Bの仕様は、第1耐火性能梁26と同一である。耐火構造物1Bにおいて、耐火環状体43内には、耐火環状体43で用いられていない他の第2耐火性能梁27A,27Bを有する。
床部10は床片10A,10B,10Cを有し、図5中には、床片10A,10B,10Cの主筋方向WA,WB,WCを示す。
耐火構造物1Bにおいて、第2耐火性能梁27A,27Bに耐火被覆を施さず第1減耐火性能梁46A,46Cとした構造物が、図6に示す耐火構造物1である。
【0042】
耐火構造物1A,1B,1では、以下の仕様とした。
床部10の厚さは、140mmとした。第1鉄筋15,16は、D13@200とした。第2鉄筋17は、D10@150とした。鉄筋13全体としての上下方向Zの長さ(厚さ)を、100mmとした。耐火性能梁26,27の耐火被覆は、厚さ45mmの半乾式のロックウール(RW)で、吹付け工法により施されるとした。
床部10に、10kN/mの鉛直荷重を作用させた。
耐火構造物1A,1B,1を、ISO 834-11:2014に規定された標準加熱曲線に基づいて、120分(2時間)加熱することを想定した。
シミュレーション結果を、図7及び図8に示す。
【0043】
図7には、時間に対する床部10の中央におけるたわみの変化を示す。床部10の中央とは、上下方向Zに見たときの床部10の中央である。図7において、横軸は時間(分)を表し、縦軸は床部10の中央のたわみ(mm)を表す。
図7中には、下記の文献に基づいて、(L+l)/30として得られるたわみの制限値を線Lで示す。
文献:Olivier Vassart, Bin Zhao “MEMBRANE ACTION OF COMPOSITE STRUCTURES IN CASE OF FIRE”, 2013 No.132, ECCS, Technical Committee 3 Fire Safety.
耐火構造物1A,1B,1のシミュレーション結果を、線L1A1,L1B1,L11でそれぞれ示す。
【0044】
所定の時間(時刻)における床部10の中央のたわみは、耐火構造物1B,1A、1の順で大きくなる。しかし、耐火構造物1であっても、120分加熱した時点で、床部10の中央のたわみは、たわみの制限値以下であり、許容できるたわみであることが分かった。
【0045】
図8には、耐火構造物1B,1において、時間に対する第1交差方向Xの床部10の圧縮力の変化を示す。圧縮力は、耐火構造物1B,1において、図5及び図6で範囲R1B,Rで示した第1交差方向Xの圧縮力である。図8において、横軸は時間(分)を表し、縦軸は床部10の第1交差方向Xの圧縮力(kN/m)を表す。
耐火構造物1B,1のシミュレーション結果を、線L1B2,L12でそれぞれ示す。
耐火構造物1の圧縮力は、加熱開始から15分程度までは耐火構造物1Bの圧縮力と同等である。しかし、加熱開始から15分を超えると、耐火構造物1Bの圧縮力に比べて、耐火構造物1の圧縮力が低下する。この理由は、第1床片10Aの面内に生じる熱膨張を、耐火構造物1Bでは第2耐火性能梁27Aが拘束する一方、耐火構造物1では第1減耐火性能梁46Aが拘束しないためであると考えられる。
本実施形態の耐火構造物1では、第1減耐火性能梁46A,46Cに耐火被覆が施されないため、耐火構造物1Bに比べて、圧縮力が低下していることが分かった。
【0046】
なお、本実施形態の耐火構造物1は、以下に説明するようにその構成を様々に変形させることができる。
図9に示す第1変形例の耐火構造物1Cのように、複数の減耐火性能梁45として、第1減耐火性能梁46A~46Fと、第2減耐火性能梁47A,47Bと、を有するように構成してもよい。
第2減耐火性能梁47A,47Bの端部は、第1減耐火性能梁46C,46Dを介して複数の耐火性能梁25に接合されている。
【0047】
図10に示す第2変形例の耐火構造物1Dのように、複数の減耐火性能梁45として、第1減耐火性能梁46A~46Eと、第2減耐火性能梁47A~47Dと、を有するように構成してもよい。
第2減耐火性能梁47A,47Bの端部は、第1減耐火性能梁46B,46Cを介して複数の耐火性能梁25に接合されている。第2減耐火性能梁47C,47Dの端部は、第1減耐火性能梁46C,46Dを介して複数の耐火性能梁25に接合されている。
【0048】
以上説明したように、本実施形態の耐火構造物1では、通常時(常温時)には、第1減耐火性能梁46Aの材軸方向である第2交差方向Yと第2減耐火性能梁47Aの材軸方向である第1交差方向Xとが交差することにより、複数の減耐火性能梁が互いに平行である場合に比べて、減耐火性能梁45の配置の自由度を高めることができる。
一方で、火災時でも一定の剛性及び耐力を維持できる耐火環状体43により、床部10が全周にわたって床部10の下方から支持される。床部10中に設けられた鉄筋13は、床部10のコンクリート12における第1交差方向Xの端部間の引張力、及び、床部10の第2交差方向Yの端部間の引張力をそれぞれ伝達する。火災時には、複数の減耐火性能梁45では剛性及び耐力が低下するため、床部10に作用する重力等により、床部10の平面視における中央部が下方に向かって凸となるようにたわむ。しかし、メンブレン効果により、床部10の周囲が耐火環状体43により支持される。そして、床部10がたわむことにより伸びた鉄筋13が第1交差方向X及び第2交差方向Yにそれぞれ引張力を伝達することにより、床部10の中央部が支持される。従って、火災時における床部10のたわみを抑えることができる。
耐火環状体43内には耐火性能梁25が配置されないため、床部10に作用する圧縮力を低下させることができ、床部10をより長期間にわたって使用することができる。
【0049】
第1減耐火性能梁46Aの材軸方向である第2交差方向Yと、第2減耐火性能梁47Aの材軸方向である第1交差方向Xとが、直交する。このため、耐火環状体43内において、第1減耐火性能梁46Aと第2減耐火性能梁47Aとの間に形成される空間を、両材軸方向が互いに直交せずに交差する場合に比べて、それぞれ広く確保することができる。
対象減耐火性能梁45A,45Bの端部は、第1減耐火性能梁46Aを介して、又は直接、複数の耐火性能梁25に接合されている。このため、通常時において、対象減耐火性能梁45A,45Bの端部を、複数の減耐火性能梁45のうち対象減耐火性能梁45A,45B以外の第1減耐火性能梁46Aを介して、又は直接、複数の耐火性能梁25に接合して支持することができる。
【0050】
床部10は、合成スラブである場合がある。この場合には、合成スラブは床部として広く用いられているため、床部10を安価に構成することができる。
複数の耐火性能梁25のそれぞれは、耐火被覆が施されたH形鋼である。H形鋼は梁として広く用いられているため、耐火性能梁25を安価に構成することができる。
【0051】
複数の耐火性能柱40のそれぞれは、耐火被覆41が施されたH形鋼である。H形鋼は柱として広く用いられているため、耐火性能柱40を安価に構成することができる。
第1耐火性能梁26では、耐火被覆30は吹付け工法により施されている。吹付け工法は、H形鋼等に耐火被覆を施すのに広く用いられているため、耐火被覆30を安価に施すことができる。
【0052】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、第1耐火性能梁26と第2耐火性能梁27とが、耐火性能柱40を介さずに直接接合されてもよい。この場合、環状の耐火環状体は、複数の耐火性能梁25により構成される。
デッキプレート11が充分厚い場合等には、引張力伝達部材をデッキプレート11としてもよい。
【符号の説明】
【0053】
1 耐火構造物
10 床部
12 コンクリート
13 鉄筋(引張力伝達部材)
25 耐火性能梁
30,34 耐火被覆
40 耐火性能柱
43 耐火環状体
45 減耐火性能梁
45A,45B 対象減耐火性能梁
46A,46B,46C,46D,46E,46F 第1減耐火性能梁
47A,47B,47C,47D 第2減耐火性能梁
X 第1交差方向
Y 第2交差方向
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10