(57)【要約】【課題】本発明は、既存の耐火被覆層が施された鉄骨の耐火性を十分に補強する耐火補強構造を提供することを目的とする。【解決手段】耐火補強構造１は、既存の耐火被覆層５が表面に施された鉄骨３の耐火性を補強する耐火補強構造であって、鉄骨３を構成するＨ鋼の少なくとも下フランジ１５の下面を覆うように既存の耐火被覆層５の外側に設置され、発泡材を含み加熱によって発泡する発泡層１９と発泡層１９を裏打ちする裏打層２１とを有する発泡性耐火材２３からなる第１シートＳ１と、Ｈ鋼の少なくとも下フランジ１５の下面を覆うように第１シートＳ１の外側に設置された第２シートＳ２と、を備え、第２シートＳ２は、発泡材を含まず加熱時において発泡層が発泡した状態の第１シートＳ１を支持する支持層を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存の耐火被覆層が表面に施された鉄骨の耐火性を補強する耐火補強構造であって、
前記鉄骨を構成するＨ鋼の少なくとも下フランジの下面を覆うように前記既存の耐火被覆層の外側に設置され、発泡材を含み加熱によって発泡する発泡層と前記発泡層を裏打ちする裏打層とを有する発泡性耐火材からなる第１シートと、
前記Ｈ鋼の少なくとも前記下フランジの前記下面を覆うように前記第１シートの外側に設置された第２シートと、を備え、
前記第２シートは、
前記発泡材を含まず、加熱によって前記発泡層が発泡した状態の前記第１シートを支持する支持層を有する、耐火補強構造。
【請求項２】
前記支持層は、前記第１シートの前記裏打層と同じ材料からなる、請求項１に記載の耐火補強構造。
【請求項３】
前記第２シートは、前記第１シートと同じ発泡性耐火材からなる、請求項２に記載の耐火補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火補強構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この分野の技術として、下記特許文献１に記載の耐火断熱構造が知られている。この耐火構造は、例えば、建築物・土木構造物等の構造物において、耐火性を付与すべき基材に不燃性断熱材が取付けられ、この上に更に発泡性耐火材を積層するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許4106503号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような耐火構造は、既存の不燃性断熱材の上に更に発泡性耐火材を設置することで、耐火性を補強する耐火補強構造に用いることができる。しかしながら、上記耐火補強構造をＨ鋼からなる鉄骨に適用すると、条件によっては、火災時に発泡性耐火材が加熱されたとき、特にＨ鋼の下フランジを覆う部分において、過剰に発泡し炭化した発泡性耐火材が重力で脱落し、下フランジを覆う部分の耐火性能が低下してしまい、結局のところ耐火性が十分に補強されない、といった事象が発生し得る。
【０００５】
本発明は、既存の耐火被覆層が施された鉄骨の耐火性を十分に補強する耐火補強構造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】
本発明の耐火補強構造は、既存の耐火被覆層が表面に施された鉄骨の耐火性を補強する耐火補強構造であって、鉄骨を構成するＨ鋼の少なくとも下フランジの下面を覆うように既存の耐火被覆層の外側に設置され、発泡材を含み加熱によって発泡する発泡層と発泡層を裏打ちする裏打層とを有する発泡性耐火材からなる第１シートと、Ｈ鋼の少なくとも下フランジの下面を覆うように第１シートの外側に設置された第２シートと、を備え、第２シートは、発泡材を含まず、加熱によって発泡層が発泡した状態の第１シートを支持する支持層を有する。
【０００７】
この構成によれば、火災時に第１シートの発泡層が発泡した場合において、第１シートの外側に存在する第２シートの支持層によって第１シートが支持されるので、第１シートの発泡層が脱落する可能性が低減され、耐火性能の低下が抑えられる。
【０００８】
具体的な構成として、支持層は、第１シートの裏打層と同じ材料からなることとしてもよい。また、第２シートは、第１シートと同じ発泡性耐火材からなることとしてもよい。また、支持層は、ガラスメッシュからなることとしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、既存の耐火被覆層が施された鉄骨の耐火性を十分に補強する耐火補強構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の耐火補強構造の断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の耐火補強構造の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、実験に用いた試験体を示す正面図であり、（ｂ）は、そのIIIb-IIIb断面図である。
【図４】（ａ）は耐火補強構造１について、（ｂ）は耐火補強構造５１について、それぞれＨ鋼の各部の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る耐火補強構造の実施形態について詳細に説明する。各図面において、同一又は同等の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。各図面では構成要素の特徴を誇張して模式的に描写する場合があり、図面上の各構成要素の寸法比は必ずしも実物とは一致しない。
【００１２】
図１は、本実施形態の耐火補強構造１が適用された鉄骨３の断面図である。鉄骨３は、建物の梁でありＨ鋼で構成される。当該鉄骨３の表面に耐火被覆層５が施された構造が、補強前の既存の耐火構造である。このような鉄骨３の既存の耐火構造の耐火性が更に補強されるように、本実施形態の耐火補強構造１が構築されている。耐火補強構造１では、耐火被覆層５の更に外側に、耐火補強層７が設けられている。耐火補強層７は、耐火被覆層５の外側に設置された第１シートＳ１と、当該第１シートＳ１の更に外側に設置された第２シートＳ２と、を備えている。
【００１３】
鉄骨３は、例えばH400x200x8x13mmのＨ鋼からなり、上フランジ１１と、ウエブ１３と、下フランジ１５とを備えている。耐火被覆層５は、上フランジ１１の上面を除いて鉄骨３の表面全体に施されており、上フランジ１１の上面は鉄骨３の上方の床１７（例えば、ＡＬＣ床、ＲＣ床等）に密着している。
【００１４】
既存の耐火被覆層５の材料は、建築基準法に定められる不燃材料、準不燃材料又はこれらと同等の性能を有する材料であれば特に制限されない。例えば、けい酸カルシウム板、パーライトセメント板、石膏ボード、ロックウール板、グラスウール保温板等の無機質系の成形板、あるいはロックウール、セラミックウール、グラスウール、スラグウール等から製造されたシート、マット、ブランケット等が挙げられる。これらの断熱材の中でも、特に熱伝導率が０．５ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃以下の断熱性を有するものが好ましい。
【００１５】
第１シートＳ１は、鉄骨３の下フランジ１５の下面を覆うように耐火被覆層５の直ぐ外層に設置されている。第２シートＳ２は、上フランジ１１の上面を除いて鉄骨３の全体を覆うように設置されている。第２シートＳ２は、下フランジ１５の下面を覆う部分において、第１シートＳ１の直ぐ外層に設置されており、上フランジ１１の下面とウエブ１３と下フランジ１５の上面とを覆う部分においては、耐火被覆層５の直ぐ外層に設置されている。すなわち、耐火補強層７のうち鉄骨３の下フランジ１５の下面を覆う部分では、第１シートＳ１と第２シートＳ２とが二重に重ねられている。
【００１６】
図２（ａ）に拡大した断面が示されるように、第１シートＳ１は、発泡材を含み加熱によって発泡する発泡層１９と、当該発泡層１９を裏打ちする裏打層２１と、の２層を含むシート状の発泡性耐火材２３からなる。市販の発泡性耐火材を本実施形態の発泡性耐火材２３として採用してもよい。第１シートＳ１は、裏打層２１側を内側（耐火被覆層５側）に向けて耐火被覆層５上に設置される。第２シートＳ２は、第１シートＳ１と同じ発泡性耐火材２３からなる。すなわち、第２シートＳ２は、上記発泡層１９と上記裏打層２１との２層からなる発泡性耐火材であり、第２シートＳ２は、裏打層２１側を内側（耐火被覆層５側）に向けて第１シートＳ１上に設置される。第１シートＳ１及び第２シートＳ２は、例えば、鉄骨３に溶接されたピン（図示せず）によって適切な箇所で止付けられ固定される。
【００１７】
発泡性耐火材２３の発泡層１９は、火災時に加熱されて所定の温度に達すると発泡し、例えば約３０倍の厚さに膨らんだ炭化断熱層を形成する。この炭化断熱層の断熱性によって発泡後の発泡層１９が断熱機能を有する。発泡層１９は、公知の発泡耐火塗料を裏打層２１上に塗膜化してなるものである。発泡層１９には、バインダー、難燃剤、発泡剤、炭化剤、充填材等が含まれている。これらの成分は、火災発生時において、相互の複合作用により発泡層１９の発泡、炭化層形成、不燃性ガス発生等の機能を発現するものである。
【００１８】
このうち、発泡層１９に含まれる発泡剤は、主に、火災時に不燃性ガスを発生させて、炭化していくバインダー及び炭化剤を発泡させ、気孔を含有した炭化断熱層を形成させる効果を発揮するものである。発泡剤としては、例えばメラミン及びその誘導体、ジシアンジアミド及びその誘導体、アゾジカーボンアミド、尿素、チオ尿素等が挙げられる。これら発泡剤は単独で又は２種以上で使用できる。
【００１９】
また、難燃剤は、火災時に脱水冷却効果、不燃性ガス発生効果、バインダー炭化促進効果等の少なくとも１つの効果を発揮し、バインダーの燃焼を防止ないし抑制する。炭化剤は、火災によるバインダーの炭化とともにそれ自体も脱水炭化していくことにより、断熱性により優れた厚みのある炭化断熱層を形成する効果を発揮する。充填剤は、炭化断熱層の強度を改善し、かつ、耐火性を高める。これらのバインダー、難燃剤、発泡剤、炭化剤、及び充填材としては、公知の発泡性耐火材で使用されるものと同様のものが使用できる。
【００２０】
裏打層２１は、発泡層１９を裏打ちして、当該発泡層１９の塗膜形状を維持し機械的強度を確保することで、シート状の発泡性耐火材２３の取扱いを容易にするものである。裏打層２１には発泡剤が含まれていない。裏打層２１は、発泡層１９に比べて、火災時の熱によって炭化したり変形したり機械的強度が劣化したりし難い。一例として、このような裏打層２１の材料として、ガラスメッシュが採用される。
【００２１】
発泡性耐火材２３の厚さは、要求される性能に応じて適宜設定され、例えば１．５〜３ｍｍである。このうち、発泡層１９の厚さは例えば１．３ｍｍであり、裏打層２１の厚さは例えば０．２ｍｍである。例えば１時間耐火仕様では、発泡性耐火材２３の厚さは１．５ｍｍが望ましい。
【００２２】
続いて、耐火補強構造１による作用効果について説明する。図１及び図２に示されるように、耐火補強構造１では、既存の耐火被覆層５の更に外側に耐火補強層７が設けられることで、耐火性の強化が図られている。火災時に耐火補強層７に付与された熱により、耐火補強層７に含まれる発泡層１９が過剰に発泡することが考えられ、発泡後の発泡層１９が脱落する可能性が考えられる。特に、耐火補強層７のうち下フランジ１５の下面を覆う部分においては、重力によって発泡後の発泡層１９が脱落する可能性がある。この種の発泡層１９は火災時に発泡することにより断熱効果を発揮するものであるので、発泡後に脱落してしまうと、発泡層１９による耐火性は喪失されてしまう。
【００２３】
これに対し、耐火補強構造１における耐火補強層７は、下フランジ１５の下面において、発泡性耐火材２３からなる第１シートＳ１の外層に更に発泡性耐火材２３からなる第２シートＳ２が設置されてなる。第２シートＳ２の発泡後の発泡層１９が仮に脱落した場合にも、第２シートＳ２の裏打層２１は炭化したり変形したり機械的強度が劣化したりし難いので、少なくとも当該裏打層２１は鉄骨３に止付けられた状態で残存する。そうすると、第１シートＳ１の発泡層１９が加熱され発泡したときにも、その外層に残存した第２シートＳ２の裏打層２１は、第１シートＳ１を支持する支持層２７として機能する。
【００２４】
従って、第１シートＳ１の発泡層１９は、支持層２７としての第２シートＳ２の裏打層２１に支持され、鉄骨３から脱落することが避けられる。そして、第１シートＳ１の発泡層１９は、発泡した状態で鉄骨３に残存し、鉄骨３及び耐火被覆層５への断熱機能を発揮する。このように、火災時において、耐火補強層７のうちの少なくとも第１シートＳ１の発泡層１９が、耐火被覆層５の外層で断熱機能を維持するので、結局のところ、既存の鉄骨３及び耐火被覆層５に対して、耐火補強層７を追加することにより十分に耐火性が強化されることになる。
【００２５】
なお、仮に、上記の発泡性耐火材２３が耐火被覆層５を挟まずに鉄骨３上に直接設置される場合には、火災時の熱が発泡性耐火材２３から鉄骨３に一部逃げるので、発泡性耐火材２３の熱が上がり過ぎず発泡層１９が過剰に発泡することが避けられ、その結果、上記のような脱落の可能性は小さくなると考えられる。すなわち、鉄骨３に既存の耐火被覆層５が施され、当該耐火被覆層５上に発泡性耐火材２３を設置して耐火補強をするときに、耐火補強構造１の必要性が特に高い。
【００２６】
続いて、図３及び図４を参照しながら本発明者らが行った実験について説明する。図３（ａ）は、実験で使用したＨ鋼を示す正面図であり、Ｈ鋼の長手方向が図の左右方向に対応する。図３（ａ）中のI-I断面が図１に示され、図３（ａ）中のIIIｂ-IIIb断面が図３（ｂ）に示されている。図３（ａ）に示されるように、長さ5000mmのH400x200x8x13mmのＨ鋼を鉄骨３として準備し、このＨ鋼の長手方向の中央位置Ｍを起点として右側に長さ1500mmの範囲で図１に示される耐火補強構造１を形成した。また、比較のために、中央位置Ｍを起点として左側に長さ1500mmの範囲で図３（ｂ）の断面をなす耐火補強構造５１を形成した。
【００２７】
図３（ｂ）に示されるように、耐火補強構造５１は、鉄骨３の表面に耐火被覆層５が施されてなる既存の耐火構造を、１枚の発泡性耐火材２３で覆って構成される。ここで、発泡性耐火材２３は、Ｈ鋼表面に沿って設置されるのではなく、断面Ｕ字状に形成されて鉄骨３及び耐火被覆層５を覆っている。発泡性耐火材２３は、Ｈ鋼の下フランジ１５の下面において耐火被覆層５の直ぐ外層をなし、当該耐火被覆層５に接している。また、発泡性耐火材２３は、上フランジ１１と下フランジ１５との間では、上フランジ１１のエッジ部と下フランジ１５のエッジ部との間に直状に架け渡され、発泡性耐火材２３とウエブ１３との間には空洞２９が存在する。
【００２８】
耐火補強構造１と耐火補強構造５１との境界部分には、次のような断熱部を形成した。図３（ａ）に示されるように、中央位置Ｍから左に長さ100mmまでの範囲で、耐火補強構造５１の空洞２９を断熱材で埋め、同様に、中央位置Ｍから右に長さ100mmまでの範囲で、耐火補強構造１のウエブ１３と上下のフランジ１１，１５とで囲まれる凹部を断熱材で埋めた。更にその外層として、上記断熱材が存在する長さ200mmの範囲に、厚さ50mmの断熱材を耐火接着剤で取付けた。
【００２９】
耐火補強構造１，５１において、耐火被覆層５は、鉄骨３の表面に吹付け施工された１時間耐火仕様の吹付けロックウール(25mm厚)である。また、耐火補強構造１，５１に使用される発泡性耐火材２３としては、市販の発泡性耐火材をした。この発泡性耐火材２３の厚さは1mmであり、そのうち発泡層１９の厚さは0.8mm、裏打層２１の厚さは0.2mmである。裏打層２１はガラスメッシュからなる。なお、一般的な市販の発泡性耐火材においては、シート厚さ１．５mmのものが１時間耐火仕様に相当するので、ここで使用した発泡性耐火材２３の耐火性は、１時間耐火仕様未満である。
【００３０】
中央位置Ｍから右側に500mm離れた断面において、耐火補強構造１のＨ鋼表面に各温度計測点を設定しそれぞれ熱電対３１を設置した。温度計測点は、上フランジ下面（奥側）、上フランジ下面（手前側）、ウエブ中央（奥側）、ウエブ中央（手前側）、下フランジ上面（奥側）、下フランジ上面（手前側）、下フランジ下面（奥側）、及び下フランジ下面（手前側）の８点である。上フランジ下面（奥側）及び上フランジ下面（手前側）の温度計測点は、上フランジ１１のエッジから30mm離れた位置であり、下フランジ上面（奥側）、下フランジ上面（手前側）、下フランジ下面（奥側）、及び下フランジ下面（手前側）の温度計測点は、下フランジ１５のエッジから10mm離れた位置である。ウエブ中央（奥側）及びウエブ中央（手前側）の温度計測点は、ウエブ１３の上下方向中央の位置である。また、中央位置Ｍから右側に1000mm離れた断面においても同様に８点の温度計測点を設定することで、合計１６点の温度計測点を耐火補強構造１に設定した。また、同様にして、耐火補強構造５１においても、耐火補強構造１と対称の位置に温度計測点を合計１６点設定し熱電対３１を設置した。
【００３１】
上記の試験体をISO834に従って２時間加熱し、その後加熱を停止して放冷した。耐火補強構造１の各温度計測点の温度の経時変化のグラフを図４（ａ）に示し、耐火補強構造５１の各温度計測点の温度の経時変化のグラフを図４（ｂ）に示す。図４（ａ），（ｂ）ともに、大きく分けて、上フランジ１１の４箇所の温度変化を示す曲線群Ｔ１１、ウエブ１３の４箇所の温度変化を示す曲線群Ｔ１３、下フランジ１５の８箇所の温度変化を示す曲線群Ｔ１５、といった３つの曲線群が存在している。なお、各曲線群Ｔ１１，Ｔ１３，Ｔ１５内では、曲線群に含まれる各曲線は互いに類似し詳細に区別する必要はないため、ここでは、各々の曲線を個別に考察することは省略する。
【００３２】
図４（ｂ）に示されるように、耐火補強構造５１におけるＨ鋼の温度は、下フランジは最高500℃（曲線群Ｔ１５のピーク）、ウエブは最高460℃（曲線群Ｔ１３のピーク）、上フランジは最高320℃（曲線群Ｔ１１のピーク）となった。従って、耐火補強構造５１によっても、Ｈ鋼の温度を550℃以下に抑えるといった目標は達成されることが判った。これに対し、図４（ａ）に示されるように、耐火補強構造１におけるＨ鋼の温度は、下フランジは最高450℃（曲線群Ｔ１５のピーク）、ウエブは最高460℃（曲線群Ｔ１３のピーク）、上フランジは最高320℃（曲線群Ｔ１１のピーク）となった。耐火補強構造１においては、特に下フランジの温度が、耐火補強構造５１に比べて抑えられた。従って、耐火補強構造１によれば、Ｈ鋼の温度が550℃以下に抑えられ、更には、耐火補強構造５１に比べてもＨ鋼の温度が抑えられることが判った。
【００３３】
以上により、耐火補強構造５１に比較して、耐火補強構造１による有利な作用効果が確認された。
【００３４】
本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。
【００３５】
実施形態では、第１シートＳ１と第２シートＳ２とが同じ発泡性耐火材２３からなるが、第１シートＳ１と第２シートＳ２とが異なる種類の発泡性耐火材からなることとしてもよい。すなわち、第１シートＳ１の発泡層１９と第２シートＳ２の発泡層１９とは、互いに材料や厚さが異なるものであってよく、第１シートＳ１の裏打層２１と第２シートＳ２の裏打層２１とは、互いに材料や厚さが異なるものであってもよい。
【００３６】
また、前述のとおり、発泡後の第１シートＳ１を支持する支持層２７として機能するのは、第２シートＳ２の裏打層２１である。従って、第２シートＳ２の発泡層１９は早期に脱落したとしても、或いは、第２シートＳ２の発泡層１９が最初から無いとしても、前述の作用効果は奏されると考えられる。従って、第２シートＳ２は、図２（ｂ）に示されるように、裏打層２１の１層のみを支持層２７として有するものであってもよい。すなわち、耐火補強層７が、発泡層１９と裏打層２１との２層からなる第１シートＳ１と、支持層２７としての裏打層２１のみからなる第２シートＳ２と、を備えるものであってもよい。またこの場合、第２シートＳ２の支持層２７は、発泡層１９が発泡した状態の第１シートＳ１を支持可能であればよいので、発泡性耐火材２３の裏打層２１と同じものであることは必須ではなく、別の材料からなる層であってもよい。
【００３７】
但し、図２（ａ）の構造によれば、第１シートＳ１だけでなく第２シートＳ２にも発泡層１９が含まれることにより、図２（ｂ）の構造よりも高い耐火性が得られる。また、図２（ａ）の構造において、第１シートＳ１と第２シートＳ２とが同じ発泡性耐火材２３であれば、シート材料を共通化することができ、施工の効率が良い。
【００３８】
また、実施形態では第１シートＳ１が鉄骨３の下フランジ１５の下面のみを覆うように配置されているが、第１シートＳ１は上フランジ１１の上面を除いて鉄骨３全体を覆ってもよい。また、第１シートＳ１は、鉄骨３の下フランジ１５の上面及び下面のみを覆うように配置されてもよい。また、第１シートＳ１の発泡層１９のうち、下フランジ１５の下面に存在する発泡層１９が特に重力の影響で脱落し易いので、第２シートＳ２は、下フランジ１５の下面のみを覆うように配置されてもよい。また、下フランジ１５において、第１シートＳ１と第２シートＳ２との間に、更に１枚又は複数枚の発泡性耐火材２３が挟み込まれて存在してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…耐火補強構造、３…鉄骨、１５…下フランジ、１９…発泡層、２１…裏打層、２７…支持層、Ｓ１…第１シート、Ｓ２…第２シート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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