(57)【要約】【課題】天井埋込型照明器具を有する耐火性に優れた天井構造において、特に照明器具の外周に被覆された鋼板による熱放射の影響を考慮した上で耐火性の向上を図る。【解決手段】天井面に開口された埋入口２０に底部側から挿入されて室内空間へ光を照射する照明手段の外周が鋼板２２により被覆されてなる照明器具２を有する天井構造であってロックウール吸音板からなる天井板１１が、所定間隔をあけて互いに平行に配設されている天井野縁１２の下面にビス固定されるか、又は複数の支持部材４６間に無固定で載置され、天井板１１の上方において上階の床板４１を支持する鉄骨梁３が設けられ、鉄骨梁３は、耐火鋼からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井面に開口された埋入口に底部側から挿入されて室内空間へ光を照射する照明手段の外周が鋼板により被覆されてなる照明器具を有する天井構造において、
ロックウール吸音板からなる天井板が、所定間隔をあけて互いに平行に配設されている天井野縁の下面にビス固定されるか、又は複数の支持部材間に無固定で載置され、
上記天井板の上方において上階の床板を支持する鉄骨梁が設けられ、
上記鉄骨梁は、耐火鋼からなること
を特徴とする天井構造。
【請求項２】
上記鉄骨梁は、６００℃における降伏応力が、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ２級の鋼材においては１５７Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材においては２１７Ｎ／ｍｍ２以上であること
を特徴とする請求項１記載の天井構造。
【請求項３】
上記請求項１又は２に記載の天井構造について鉄骨梁の耐火試験を行った場合に、加熱開始から７２分経過後に鉄骨梁のたわみ量がＬ２／４００ｄを超えること
を特徴とする天井構造。
但し、Ｌは鉄骨梁の支点間距離、ｄは鉄骨梁の高さとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天井埋込型照明器具を有する天井構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、集合住宅やビル等の鉄骨構造体を構成する梁や柱には、鉄骨が用いられている。これら鉄骨梁や鉄骨柱は、建築基準法施行令第１０７条において、各部材に必要な性能の水準が、通常の火災に耐えるべき時間として階数別に規定されている。令第１０７条の基準を満たす部材は、耐火構造と呼ばれ、大臣が定めたもの（平成１２年建設省告示第１３９９号によって例示）と、令第１０７条の性能を満たすものとして大臣が認めたものの２種類がある。
【０００３】
このため、後者について、鉄骨梁や鉄骨柱の表面に耐火性の優れた耐火被覆材を被覆する方法が従来において案出されている。
【０００４】
例えば、吉野石膏（株）製のタイガーボード・タイプＺ（登録商標）のボード厚さ２１ｍｍにより鉄骨梁の床スラブに接した上面を除く三面を囲んで、１時間耐火構造（国土交通大臣認定  耐火：ＦＰ０６０ＢＭ−９１５２）としたものがある。このタイガーボード・タイプＺ（登録商標）は、強化石膏ボードであり、通常の石膏ボードに無機繊維を混入することにより耐火性や火災時の強度を高めたものである。また、例えば、タイガーボード・タイプＺ（登録商標）のボード厚さ２１ｍｍにより鉄骨柱の四面を囲んで、１時間耐火構造（国土交通大臣認定  耐火：ＦＰ０６０ＣＮ−０００２）としたものがある。
【０００５】
一方、鉄骨梁の直下にロックウール吸音板や石膏ボード等の面材を天井仕上材として用いたメンブレン工法も、鉄骨梁の耐火性能を向上させる技術の一つとして提案されてきている。
【０００６】
例えば、特許文献１の開示技術では、天井裏空間を形成する床材と天井材とを耐火材料で構成するとともに、これらを支持する大梁と小梁とをこの天井裏空間に配設したメンブレン式の耐火構造が示されている。この特許文献１では、３階建てのユニット建築物を対象としており、大梁、小梁の鋼種は特に言及していないが、３階建てのため４００ＭＰａ級の普通鋼であるものと推定できる。また、天井材は、例えば厚さ２５ｍｍ以上のケイ酸カルシウム板等の１時間耐火以上の耐火性能を持つ耐火材料により形成され、鋼製野縁にビス固定される点が開示されており、大梁や小梁を含む天井裏空間全体を床とみた場合に、１時間耐火以上の耐火性能が得られることも示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、ロックウール吸音板を下張り材として鋼製野縁にビス固定し、石膏ボードを上張り材として、下張り用ビスと重複しない位置に、上張り用ビスを下張り材を貫通させて鋼製野縁に固定した天井メンブレン構造が開示されている。この特許文献２における請求項１の記載並びに図面から天井材が二重張りであることや、図面において二階床板６と記載されていることから２階建てが対象であることが分かる。この特許文献２においては、２階建てのため、梁の鋼種は特に言及していないが４００ＭＰａ級の普通鋼であること、メンブレン構造として１時間耐火以上の耐火性能が目標であることが、当該技術分野における技術常識から推測することができる。
【０００８】
また、特許文献３には、天井目地部分に鋼製ジョイナを挟み、面材の表面から該鋼製ジョイナを貫通して、鋼製野縁に達するビスＡを打ち込み、鋼製ジョイナを天井下地として、該鋼製ジョイナに達するビスＢを打ち込んだ天井目地の補強構造が開示されている。この特許文献３の開示技術からは、天井材の脱落防止のため鋼製ジョイナという新たな天井目地補強構造と、その施工が必要であることが分かる。
【特許文献１】特開昭６３−１５６１４３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２５２０４号公報
【特許文献３】特開平１１−３０００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、天井仕上げ材として石膏ボードを単板として用いた場合や、石膏ボードを下張り材、ロックウール吸音板を上張り材として用いた二重張り構造は、火災による熱を受けて比較的早期に脱落することになる。これに対して、天井仕上材としてロックウール吸音板を単板で構成する場合、或いはロックウール吸音板を下張り材とした二重張り構造とした場合には、火災による熱を受けても脱落しにくい。
【００１０】
このため、従来における耐火天井構造は、あくまで天井材の脱落防止を念頭においたものが大半である。
【００１１】
しかしながら、かかる従来の耐火天井構造は、天井に埋込固定される照明器具の存在は殆ど考慮されていない。天井に埋込固定される照明器具は、その外周が鋼板により被覆されている。このため火災による熱はかかる鋼板により吸収され、さらにこの吸収された熱は鋼板表面から放射されることになるため、照明器具の直上に位置する鉄骨梁がかかる放射による加熱を受けることになる。その結果、その放射熱により鋼材温度が上昇し、必要な高温耐力を確保できなくなり、ひいては鉄骨梁が崩壊してしまうという問題が生じていた。
【００１２】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、天井埋込型照明器具を有する耐火性に優れた天井構造において、特に照明器具の外周に被覆された鋼板による熱放射の影響を考慮した上で耐火性の向上を図る天井構造を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上述した課題を解決するために、ロックウール吸音板からなる天井板を、所定間隔をあけて互いに平行に配設されている天井野縁の下面にビス固定し、天井板の上方において上階の床板を支持するための鉄骨梁を設け、その鉄骨梁の材質を耐火鋼で構成した天井構造を発明した。
【００１４】
即ち、本発明に係る天井構造は、天井面に開口された埋入口に底部側から挿入されて室内空間へ光を照射する照明手段の外周が鋼板により被覆されてなる照明器具を有する天井構造において、ロックウール吸音板からなる天井板が、所定間隔をあけて互いに平行に配設されている天井野縁の下面にビス固定されるか、又は複数の支持部材間に無固定で載置され、上記天井板の上方において上階の床板を支持する鉄骨梁が設けられ、上記鉄骨梁は、耐火鋼からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、天井板としてロックウール吸音板を利用し、鉄骨梁として、上述した構成の耐火鋼を使用しているため、天井埋込型照明器具を有する耐火性に優れた天井構造において、特に照明器具の外周に被覆された鋼板による熱放射の影響を考慮した上で耐火性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、天井埋込型照明器具を有する耐火性に優れた天井構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明を適用した天井構造１の斜視図を、また図２はその正面図を示している。この天井構造１は、天井野縁１２の下面にビス固定される天井板１１と、この天井板１１に開口された埋入口２０に底部側から挿入されて固定される照明器具２と、天井板１１の上方において上階の床板４１を支持する鉄骨梁３とを備えており、天井板１１から床板４１に至るまで天井裏空間４を形成している。
【００１８】
天井板１１は、例えばロックウール吸音板からなる。このロックウール吸音板は、ロックウール繊維をデンプンバインダーで成形して得られたものであり、軽量で吸音性、断熱性、加工性、意匠性に優れた天井用内装材である。ちなみに、このロックウール繊維は、耐熱性に優れた高炉スラグや玄武岩、その他の天然岩石などを主原料として、１５００〜１６００℃の高温で溶融し、その後、遠心力等で吹き飛ばして繊維状にした人造鉱物繊維である。
【００１９】
天井野縁１２は、鋼製のもので、横断面ロ字状をなす四角筒状に形成されている。この天井野縁１２は、互いに平行に配列されてなり、さらにこれと直交する方向には他の天井野縁１３が配列された状態で互いに固定されている。
【００２０】
照明器具２は、室内空間へ光を照射する光源としての直管型蛍光ランプ２１を備えている。この直管型蛍光ランプ２１は、図示しないソケットホルダーに取り外し可能に装着されてなり、商用電源に電気的に接続がされている。また、この直管型蛍光ランプ２１の上面部、側面部を含む外周側には、鋼板２２が形成されている。この鋼板２２は、ガラス製の直管型蛍光ランプ２１を保護する役割を担うものである。
【００２１】
鉄骨梁３は、上フランジ３１、下フランジ３２並びにウェブ３３から構成されている。上フランジ３１の上面に床板４１が取り付けられている。この鉄骨梁３の配設位置は、図１、２において、照明器具２に対して平行かつ直上に取り付けられている場合を例にとり説明しているが、かかる場合に限定されるものではない。例えば、照明器具２に対して鉄骨梁３が直交方向に取り付けられていてもよいし、またいかなる方向に向けて取り付けられていてもよい。
【００２２】
本発明を適用した天井構造１では、鉄骨梁３の材料として耐火鋼を使用する。この耐火鋼の材質としては、例えば特開平２−７７５２３号公報に示すように、重量比でＣが０．０４〜０．１５％、Ｓｉが０．６％以下、Ｍｎが０．５〜１．６％、Ｎｂが０．００５〜０．０４％、Ｍｏが０．４〜０．７％、Ａｌが０．１％以下、Ｎが０．００１〜０．００６％からなり、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼片を１１００℃〜１３００℃の温度域で加熱後、熱間圧延を８００〜１０００℃の温度範囲で終了させたものを利用するようにしてもよい。
【００２３】
また、この鉄骨梁３の材料としての耐火鋼は、例えば特開平５−１０５９４７号公報に示すように、溶鉄を予備脱酸処理を行い、溶存酸素を重量％で０．００３〜０．０１５％に溶製後、合金添加により、重量％でＣが０．０４〜０．２０％、Ｓｉが０．０５〜０．５０％、Ｍｎが０．４〜２．０％、Ｍｏが０．３〜０．７％、Ｖが０．０５〜０．２０％、Ｎが０．００４〜０．０１５％、Ｔｉが０．００５〜０．０２５％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる溶鋼に調整し、さらに金属アルミニウムかフェロアルミニウムの添加により脱酸し、該Ａｌ含有量が重量％で０．００５〜０．０１５％で、かつ溶鋼の溶存酸素〔Ｏ％〕に対し−０．００４≦〔Ａｌ％〕−１．１〔Ｏ％〕≦０．００６の関係を満たす鋳片に鋳造し、該鋳片を１１００〜１３００℃の温度域に再加熱後、熱間圧延を行い、７５０〜１０５０℃の温度範囲で圧延を終了することにより製造した耐火鋼を使用するようにしてもよい。
【００２４】
このとき、鉄骨梁３としては、６００℃における降伏応力が、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ２級の鋼材においては１５７Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材においては２１７Ｎ／ｍｍ２以上である鋼材を用いるようにしてもよい。
【００２５】
天井板１１としてロックウール吸音板を利用する理由
【００２６】
上述した構成からなる本発明を適用した天井構造１において、先ず天井板１１としてロックウール吸音板を用いている。このため、火災時においても天井板１１が脱落してしまうのを防止することができる。
【００２７】
図３（ａ）は、天井板１１として、厚さ９ｍｍのロックウール吸音板を利用した天井板サンプルＡの、ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する、鉄骨梁３の上フランジ３１、下フランジ３２並びにウェブ３３の平均温度の関係を調査した結果を示している。また、図３（ｂ）は、天井板１１として、上張り材に厚さ９ｍｍのロックウール吸音板を、下張り材に１２．５ｍｍの普通石膏ボードを利用した天井板サンプルＢの、ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する、鉄骨梁３の上フランジ３１、下フランジ３２並びにウェブ３３の平均温度の関係を調査した結果を示している。なお、この実験では、各天井板サンプルＡ、Ｂにおいて埋入口を開削して照明器具２を設けることは行っていない。即ち、この実験においては、単に天井板サンプルＡ、Ｂを設けた場合における鉄骨梁３の温度上昇傾向を、照明器具２による影響を除外して検討するものである。
【００２８】
天井板サンプルＡは、経過時間１２０分を超えるまで徐々に温度上昇していき、この時点で６００℃を超えるようになる。これに対して、天井板サンプルＢは、経過時間７０分に至るまで、温度上昇はより緩やかであるが、経過時間７０分を超えると急激に温度上昇し、その後に冷却していくことになる。これは、経過時間７０分後に天井板サンプルＢが脱落してしまい、その直上に位置する鉄骨梁３が、直接的に熱を受けることになるためである。このため、この調査結果から、天井の脱落防止の観点からは、天井板サンプルＡを適用することが好ましいことが示されている。
【００２９】
従って、本発明を適用した天井構造１では、上述した実験結果から、天井板１１をロックウール吸音板の単板で構成している。
【００３０】
天井埋込型照明器具を有する天井構造に限定した理由
【００３１】
上述した構成からなる本発明を適用した天井構造１において、照明器具２が天井板１１に埋込固定されている場合を想定している。
【００３２】
上述したとおり、照明器具２の外周には鋼板２２が形成されている。このため、照明器具２が埋込固定されている天井構造１では、火災による熱がこの鋼板２２により吸収されることになる。そして、この鋼板２２により吸収された熱は、天井裏空間４側に放射される。その結果、天井裏空間４において、照明器具２のほぼ直上に配設されている鉄骨梁３は、この鋼板２２から放射される熱の影響を大きく受けるものとなる。
【００３３】
以下、天井板１１に埋込固定された照明器具２の存在による、鉄骨梁３への放射熱の影響について調査した結果について説明をする。
【００３４】
図４(a)は、照明器具２を埋込固定した天井板１１を有する天井構造Ａの、ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する、鉄骨梁３の温度の関係を調査した結果を示している。また、図４(b)は、照明器具２が配設されていない天井構造Ｂの、ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する、鉄骨梁３の温度の関係を調査した結果を示している。ちなみに、この天井構造Ａ、Ｂにおいて、天井板１１としては、厚さ１５ｍｍのロックウール吸音板を想定している。温度測定に関しては、鉄骨梁３に熱電対を取り付けることにより行った。
【００３５】
天井構造Ａでは、火災発生から７０分経過後において鉄骨梁３の温度が６００℃程度まで上昇し、さらに火災発生から８０分経過後において鉄骨梁３の温度が７００℃付近に達したため加熱を終了している。これに対して、天井構造Ｂでは、天井構造Ａと比較して温度上昇勾配が緩やかになり、火災発生から１６０分経過後において７００℃付近に到達している。
【００３６】
即ち、照明器具２を設けた天井構造Ａは、火災による熱を吸収した鋼板２２からの放射熱の影響を顕著に受け、鉄骨梁３の温度上昇が急激になるのに対して、照明器具２が配設されていない天井構造Ｂは、鋼板２２からの放射熱の影響を特に受けないことから、温度上昇が緩やかになることが、上記実験結果から立証されている。
【００３７】
このため、火災に対する耐火天井構造を設計する上で、この照明器具２の有無は非常に大きな支配因子となり得る。この照明器具２が無い場合を想定して天井構造を設計した場合には、この照明器具２の影響を受け、設計時に想定していたよりも速く温度が上昇してしまい非常に危険なことになる。
【００３８】
従って、本発明を適用した天井構造１においては、あくまで照明器具２を設ける場合を想定し、天井構造１をかかるケースに限定することにより、照明器具２における鋼板２２からの放射熱の影響を軽減させるための技術的構成であることを明確化させている。
【００３９】
鉄骨梁３として、上述した構成の耐火鋼を使用する理由
【００４０】
上述した構成からなる本発明を適用した天井構造１において、鉄骨梁３として上述した成分からなる耐火鋼を利用している。
【００４１】
図５の上段は、ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する、鉄骨梁３の温度の関係を調査した結果について示している。この図において、一般鋼の許容温度は４５０℃、一般鋼の限界温度は５５０℃であり、耐火鋼の許容温度は６００℃、耐火鋼の限界温度は６５０℃である。また、図５下段では、この鉄骨梁３として、一般鋼、耐火鋼それぞれを用いた場合のたわみ量について示している。
【００４２】
鉄骨梁３として一般鋼を用いた場合には、図５上段に示すように火災発生から４５分経過後、許容温度４５０℃を超えてしまい、図５下段に示すようにたわみ量が急激に増加してしまう。そして、火災発生から６０分経過後において限界温度５５０℃に達し、鉄骨梁３のたわみ量は、Ｌ２／４００ｄを超えてしまい崩壊へとつながることになる（Ｌは、鉄骨梁３の支点間の距離であり、ｄは、鉄骨梁３の高さとする。）。ちなみに、このＬ２／４００ｄは、指定性能評価機関における載荷加熱試験（例えば、財団法人  日本建築総合試験所  建築評定センター制定  防耐火性能試験方法  ４．１耐火性能試験・評価方法）における梁の最大たわみ量の判定条件であり、鉄骨梁３のたわみ量がこの条件を超えてしまうと、鉄骨梁３が常時垂直荷重を支持できなくなり、そのまま天井構造の崩壊に至ることになる。
【００４３】
これに対して、鉄骨梁３として耐火鋼を用いた場合には、図５上段に示すように火災発生から８０分程度にならないと限界温度６５０℃に達しないため、鉄骨梁３のたわみ量も、この時点までＬ２／４００ｄを超える事態には至らない。このように、鉄骨梁３として耐火鋼を用いることにより、鉄鋼梁３の崩落を長い時間に亘って遅延させることが可能となる。特に、鉄骨梁３としては、６００℃における降伏応力が、引張強さ４００Ｎ／ｍｍ２級の鋼材においては１５７Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ４９０Ｎ／ｍｍ２級の鋼材においては２１７Ｎ／ｍｍ２以上である鋼材を用いた場合においても、特にこの鉄骨梁３の崩落を長い時間に亘って遅延させることが可能となる。
【００４４】
建築基準法施行令第１０７条において、最上階及び最上から数えた階数が２以上で４以内及び屋上部分の柱、梁、床、耐力壁は１時間耐火の性能が要求されており、火災発生から１時間経過した後も天井構造が崩壊することなく残存している必要がある。特に本発明では、照明器具２を用いる際において、図４(a)に示すように、７０分経過後において、温度が６００℃に到達する場合も考えられるが、本発明では、鉄骨梁３として耐火鋼を用いることにより、仮に６００℃に到達していても許容温度にあり、限界温度６５０℃には到達していないことから、天井構造１の崩落そのものを抑えることが可能となる。具体的には、１時間耐火の認定試験の要求耐火時間７２分（＝６０分×１．２倍）以上が可能となる。
【００４５】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば図６に示すように、いわゆるシステム工法により構築された他の実施の形態としての天井構造５として適用されるようにしてもよい。この天井構造５において、上述した天井構造１と同一の構成要素、部材に関しては、同一の符号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００４６】
天井板１１は、複数の支持部材４６間に無固定で載置される。この支持部材４６は、所定の間隔をもって互いに平行に配設され、図示しない吊ハンガー等を介して吊り下げられた状態とされる。このシステム工法においても上述した効果を得ることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明を適用した天井構造の斜視図である。
【図２】本発明を適用した天井構造の正面図である。
【図３】ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する、鉄骨梁の温度の関係を示す図である。
【図４】経過時間に対する鉄骨梁の温度の関係につき、照明器具の有無による影響を調査した結果を示す図である。
【図５】ＩＳＯ８３４標準火災での経過時間に対する鉄骨梁の温度の関係について、耐火鋼を利用することによる効果について説明するための図である。
【図６】システム工法により施工した天井構造の斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、５  天井構造
２  照明器具
３  鉄骨梁
４  天井裏空間
１１  天井板
１２、１３  天井野縁
２０  埋入口
２１  直管型蛍光ランプ
２２  鋼板
３１  上フランジ
３２  下フランジ
３３  ウェブ
４１  床板
４６  支持部材
【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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