(57)【要約】【課題】優れた耐火性能を有する細径の耐火構造部材を提供すること。【解決手段】耐火構造部材１は、荷重を負担する柱１０と、柱１０の外周面に設けられた第１の耐火被覆層３０と、第１の耐火被覆層３０の外周面に設けられた第２の耐火被覆層４０と、を備え、第２の耐火被覆層４０は、第１の耐火被覆層３０と比べて、熱伝導率が小さい。この発明によれば、火災時には、外側の熱伝導率の低い第２の耐火被覆層４０により、内側の第１の耐火被覆層３０や柱１０に伝わる熱が低減するので、耐火構造部材１を細径化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の耐火構造部材であって、
荷重を負担する荷重支持部と、
当該荷重支持部の外周面に設けられた第１の耐火被覆層と、
当該第１の耐火被覆層の外周面に設けられた第２の耐火被覆層と、を備え、
前記第２の耐火被覆層は、前記第１の耐火被覆層と比べて、熱伝導率が小さいことを特徴とする耐火構造部材。
【請求項２】
前記第１の耐火被覆層は、石膏、モルタル、またはコンクリートを主成分とする、吹付け材、板材、および充填材のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の耐火構造部材。
【請求項３】
前記荷重支持部と前記第１の耐火被覆層との間、および前記第１の耐火被覆層と前記第２の耐火被覆層との間のうち少なくとも一方には、網状部材が設けられ、
前記第２の耐火被覆層は、木材を貼り付けたもの、あるいは、軽量骨材または発泡させた石膏を主成分とする耐火被覆材を吹き付け、塗り付け、または貼り付けたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の耐火構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物を構成する耐火構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物を構成する柱や梁などの構造部材には、火災時の熱から保護するため、耐火被覆が施されている（特許文献１参照）。
特許文献１には、集成材からなる柱である構造部と、この構造部を被覆する集成材からなる被覆部と、構造部と被覆部との間に介在された石膏ボードである絶縁部と、を備える木製建築部材が示されている。
特許文献２には、Ｈ形鋼である鉄骨梁と、この鉄骨梁の下側フランジの外面に設置された熱膨張性耐火シートと、前記鉄骨梁の両側面を覆う吹き付け不燃材と、を備える耐火被覆構造が示されている。
特許文献３には、鉄骨の周囲を被覆するステンレス板の内側に設けられた、耐火膨張シートおよび発泡体層を積層してなる鉄骨被覆用耐火積層体が示されている。耐火膨張シートは、熱可塑性樹脂および／またはゴム物質、リン化合物および無機充填剤を含有する樹脂組成物からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４６２８６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２７７５２号公報
【特許文献３】特開平１１−１１７４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明は、優れた耐火性能を有する細径の耐火構造部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】
【０００５】
本発明者らは、建物を構成する耐火構造部材として、荷重支持部を配置し、その外周囲に、第１の耐火被覆層と、低熱伝導率を有しかつ熱橋現象を生じる熱脆弱部のない第２の耐火被覆層と、を設けることで、１種類の耐火被覆層でかつ厚さを増加させた場合に比べて、細径の耐火構造部材を実現できる点に着眼して、本発明に至った。
第１の発明の耐火構造部材は、建物の耐火構造部材（例えば、後述の耐火構造部材１、１Ａ）であって、荷重を負担する荷重支持部（例えば、後述の柱１０）と、当該荷重支持部の外周面に設けられた第１の耐火被覆層（例えば、後述の第１の耐火被覆層３０）と、当該第１の耐火被覆層の外周面に設けられた第２の耐火被覆層（例えば、後述の第２の耐火被覆層４０）と、を備え、前記第２の耐火被覆層は、前記第１の耐火被覆層と比べて、熱伝導率が小さいことを特徴とする。
【０００６】
第１の耐火被覆層としては、例えば、石膏、モルタル、コンクリートが挙げられる。
第２の耐火被覆層としては、例えば、木材、パーライト、発泡させた石膏、ひる石が挙げられるが、これらを適宜組み合わせてもよい。
本発明では、建物の荷重支持部の外周面に設ける耐火被覆層は、荷重支持部の外周面に設けられる第１の耐火被覆層と、第１の耐火被覆層の外周面に設けられる第２の耐火被覆層と、で構成される。
この発明によれば、荷重支持部の外周面に２種類の耐火被覆層を設け、外側の第２の耐火被覆層の熱伝導率を内側の第１の耐火被覆層よりも低くする。よって、火災時には、外側の熱伝導率の低い第２の耐火被覆層により、内側の第１の耐火被覆層や構造部材に伝わる熱が低減されるので、熱伝導率が高い第１の耐火被覆層のみで荷重支持部を耐火被覆する場合に比べて、耐火性能が優れており、耐火構造部材を細径化できる。
【０００７】
第２の発明の耐火構造部材は、前記第１の耐火被覆層は、石膏、モルタル、またはコンクリートを主成分とする、吹付け材、板材、および充填材のうちのいずれかであることを特徴とする。
【０００８】
ここで、石膏としては、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）を主成分とする鉱物を焼成することにより製造される半水石膏や、石膏ボードを粉砕して形成される再利用石膏が挙げられる。
【０００９】
第３の発明の耐火構造部材は、前記荷重支持部と前記第１の耐火被覆層との間、および前記第１の耐火被覆層と前記第２の耐火被覆層との間のうち少なくとも一方には、網状部材が設けられ、前記第２の耐火被覆層は、木材を貼り付けたもの、あるいは、軽量骨材または発泡させた石膏を主成分とする耐火被覆材を吹き付け、塗り付け、または貼り付けたものであることを特徴とする。
【００１０】
ここで、軽量骨材は、例えば、パーライトやひる石が挙げられる。具体的には、エスケー化研株式会社製のパーライト系天井用吹付材であるシポライトＡ（登録商標）、ひる石系天井吹付材であるシポライトＢ（登録商標）、無機高分子系天井吹付材であるセラミタイトソフト（登録商標）などがある。
また、網状部材としては、ラス網、ネットなどがある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、優れた耐火性能を有する細径の耐火構造部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る耐火構造部材の平断面図である。
【図２】第１実施形態の耐火構造部材の構築手順のフローチャートである。
【図３】図１の耐火構造部材の構築手順の説明図である。
【図４】本発明の実施例および比較例の熱伝導解析における加熱温度の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施例および比較例の熱伝導解析結果における荷重支持部表面の温度変化を示す図である。
【図６】図５の熱伝導解析結果における荷重支持部表面の最高温度を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る耐火構造部材の平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、荷重支持部（柱または梁）の外側に、２種類の耐火被覆層を設けた耐火構造部材である。第１実施形態は、荷重支持部が柱であり、柱の外側に石膏を充填し（第１の耐火被覆層）、その石膏の外側に捨て型枠（第２の耐火被覆層）を設けたものである。また、第２実施形態は、第１実施形態の石膏（第１の耐火被覆層）の外側に、木材または発泡させた石膏（第２の耐火被覆層）を設けたものである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る耐火構造部材１の平断面図である。
【００１４】
耐火構造部材１は、荷重を支持する荷重支持部としての柱１０と、柱１０の外周面に設けられた第１の耐火被覆層３０と、この第１の耐火被覆層３０の外周面に設けられた第２の耐火被覆層４０と、を備える。
柱１０は、建物を構成する構造部材であり、断面矩形状の集成材である。
第２の耐火被覆層４０は、第１の耐火被覆層３０と比べて、熱伝導率が小さくなっている。
なお、第１の耐火被覆層３０は、高い耐火性能を確保するため、第２の耐火被覆層４０に比べて、熱を吸収する潜熱性能が高いことが好ましい。また、一般に、潜熱が高い材料は比重が大きいため、内側の第１の耐火被覆層は、外側の第２の耐火被覆層よりも比重が大きくなる。よって、第１の耐火被覆層のみで耐火性能を確保しようとすると、耐火被覆層の重量が大きくなるが、第１の耐火被覆層の外側に比重の小さい第２の耐火被覆層を設けることで、耐火構造部材を軽量化できる。
【００１５】
具体的には、第１の耐火被覆層３０は、石膏である。第２の耐火被覆層４０は、発泡させた石膏である。この発泡させた石膏は、比重が１未満であり、熱伝導率が低い特性を有する。具体的には、半水石膏：アミノ酸塩系の遅延剤：重曹または過酸化水素：水を、例えば重量比で８０：５：５：７０の割合で計量し、これらをミキサ−で攪拌して泡状の石膏を形成する。このように攪拌することで、重曹が半水石膏に混入され、重曹と石膏が化学反応して二酸化炭素が発生し、半水石膏に気泡が混入されて軽量化される。
【００１６】
以下、耐火構造部材１を構築する手順について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、予め、発泡させた石膏で四角筒状の捨て型枠４１を製作しておく。この捨て型枠４１は、後に第２の耐火被覆層４０となる。
ステップＳ１では、図３（ａ）に示すように、柱１０を設置する。
ステップＳ２では、図３（ａ）に示すように、柱１０の外周面に防水塗料を塗布して、ラス網１１を巻き付ける。
【００１７】
ステップＳ３では、図３（ｂ）に示すように、柱１０に捨て型枠４１を被せる。つまり、捨て型枠４１の内部に柱１０を挿通する。このとき、柱１０のラス網１１の上に、石膏からなる立方体状のスペーサ１２を適宜配置して、柱１０に対する捨て型枠４１の位置決めを行う。
ここで、スペーサ１２は、火災時の熱により変形しても、石膏からなる第１被覆層２０に空隙や亀裂を生じさせなければ、どのような材料や形状でもよい。例えば、スペーサ１２を石膏で形成し、形状としては、立方体のほか、円柱、円錐、凸型が考えられる。
また、柱１０の外周面および捨て型枠４１の内面のうちスペーサ１２に接する箇所に、欠き込みを設けて、スペーサ１２と柱や捨て型枠とを密着させ、熱橋現象が発生しないようにすることが好ましい。
【００１８】
ステップＳ４では、図３（ｂ）に示すように、捨て型枠４１の内面にラス網４２を配置し、その後、捨て型枠４１の内側の空間に石膏を充填する。これにより、充填した石膏が硬化して第１の耐火被覆層３０となり、捨て型枠４１が第２の耐火被覆層４０となって、耐火構造部材１が完成する。また、荷重支持部１０と第１の耐火被覆層３０との間、および第１の耐火被覆層３０と第２の耐火被覆層４０との間の両方に、ラス網１１、４２が設けられる。
【００１９】
［実施例および比較例］
本発明の実施例および比較例について、一次元熱伝導解析を行った。
具体的には、第１の耐火被覆層と第２の耐火被覆層とを合わせた厚みを６０ｍｍとする。そして、以下の表１のように、この耐火被覆層全体の厚みを６０ｍｍで一定としつつ、第１の耐火被覆層の厚みを６０ｍｍ〜０ｍｍの範囲で変化させて、比較例１、２および実施例１〜４を設定した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
また、荷重支持部を木材（スギ）とし、第１の耐火被覆層を石膏とし、第２の耐火被覆層を、パーライトを入れた石膏（パーライト入り石膏）として、これらの各材料の特性について、以下の表２のように設定した。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
また、加熱温度については、図４に示すように変化させた。加熱温度の初期温度は２０℃とし、対流熱伝達率は２３．２Ｗ／（ｍ・℃）とした。
その結果、荷重支持部表面の温度変化は、図５および図６のようになった。図５は、荷重支持部表面の温度変化を示す図である。図６は、図５の結果をまとめたものであり、耐火構造部材における第１の耐火被覆層（石膏）の割合と、荷重支持部表面の最高温度との関係を示す図である。
荷重支持部の表面温度については、図５に示すように、第１耐火被覆層のみとした比較例１では、加熱が完了しても荷重支持部の表面温度が上昇を続けたが、第２耐火被覆層を設けた実施例１〜４では、加熱開始２４０分後（加熱完了後１２０分後）前後から、荷重支持部の表面温度がそれほど上昇しなくなった。
荷重支持部の最大表面温度については、図６に示すように、第２耐火被覆層の厚さが５０ｍｍの実施例４の方が、第２耐火被覆層の厚さが１０ｍｍの実施例１よりも低くなった。また、図６より、実施例１〜４のように、耐火構造部材を第１の耐火被覆層（廃石膏）と第２の耐火被覆層（パーライト）とを組み合わせた構成することで、第１耐火被覆層のみの比較例１と比べて、荷重支持部表面の最高温度を５０℃程度抑制できることが判る。
よって、本実施例と比較例との比較結果より、石膏で形成した第１耐火被覆層とパーライト入り石膏で形成した第２耐火被覆層を設け、かつ、第２耐火被覆層の割合をある程度高くする方が、耐火性能に優れることが確認できた。
【００２４】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）柱１０の外周面に２種類の耐火被覆層３０、４０を設け、外側の第２の耐火被覆層４０の熱伝導率を内側の第１の耐火被覆層３０よりも低くする。よって、火災時には、外側の熱伝導率の低い第２の耐火被覆層４０により、内側の第１の耐火被覆層３０や柱１０に伝わる熱が低減するので、耐火性能が優れており、耐火構造部材１を細径化できる。
（２）第１の耐火被覆層３０として石膏を用いた。石膏は、水分を多く含んでおり、加熱されると水分を放出するため、柱１０の剛性や強度に影響を与えないように、防水塗料により柱１０側への浸透を阻止する一方、外部から作用する延焼熱に対しては、第１の耐火被覆層３０を形成する石膏に含まれる水分により、柱１０の温度の上昇をより抑制できる。
（３）柱１０の外周面に防水塗料を塗布した。第１の耐火被覆層３０を形成する石膏には、多くの水が含まれているが、防水塗料によりこの石膏に含まれる水分が柱１０に浸透するのを防止できる。
（４）板状の石膏ボードを複数枚重ねて第１の耐火被覆層を構成した場合、石膏ボードを突き合わせた角部が脆弱部となる。そこで、本実施形態では、捨て型枠４１内に石膏を打設することで第１の耐火被覆層３０を形成した。これにより、第１の耐火被覆層３０の角部が脆弱部とならないので、耐火性能を容易に確保できる。
【００２５】
〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る耐火構造部材１Ａの平断面図である。
本実施形態によれば、第２の耐火被覆層４０の外周面に燃え代層として仕上材５０を設けた点が、第１実施形態と異なる。
具体的には、石膏である第１の耐火被覆層３０の外周面に、木材を貼り付けるか、発泡させた石膏を吹き付けたり塗り込んだりして、第２の耐火被覆層４０を形成する。その後、第２の耐火被覆層４０の外周面に、仕上材５０を設ける。
本実施形態によれば、上述の（１）〜（３）と同様の効果がある。
【００２６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、耐火構造部材１を柱１０に適用したが、これに限らず、梁やブレースに設けてもよい。
また、上述の各実施形態では、柱１０の平断面を矩形状としたが、これに限らず、円形状としてもよい。
また、第１の耐火被覆層を、石膏、モルタル、またはコンクリートを主成分とする、シート状部材、吹付け材、板材、または充填材で形成してもよい。特に、柱が円柱形状である場合は、第１の耐火被覆層および第２の耐火被覆層を、シート状部材、吹付け材、充填材で形成すれば、耐火被覆層を隙間無く容易に形成できる。
また、上述の各実施形態では、予め製作した捨て型枠４１を第２の耐火被覆層４０としたが、これに限らず、第１の耐火被覆層の外周面にラス網を設け、このラス網の上から軽量骨材または比重が１未満の発泡させた石膏を主成分とする吹付け材を吹き付けることで、第２の耐火被覆層を形成してもよい。
また、上述の実施形態では、ラス網１１、４２を、荷重支持部１０と第１の耐火被覆層３０との間、および第１の耐火被覆層３０と第２の耐火被覆層４０との間の両方に設けたが、これに限らず、どちらか一方のみに設けてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１、１Ａ…耐火構造部材  １０…柱（荷重支持部）  １１…ラス網（網状部材）
１２…スペーサ
３０…第１の耐火被覆層  ４０…第２の耐火被覆層
４１…捨て型枠  ４２…ラス網  ５０…仕上材（木材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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