(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向に対向する二枚のフランジと、前記二枚のフランジを連結する一枚のウェブとからなる鉄骨梁と、
前記二枚のフランジのうち、下方に位置する下側フランジの下面と側面と少なくとも上面の一部を連続的に覆う熱膨張性耐火材と、
前記下側フランジの上面両側端部に沿って、前記熱膨張性耐火材上に位置する熱消失性部材と、
少なくとも、前記ウェブ側面と前記熱消失性部材上面とを連続的に覆う吹付耐火材と、
を有する耐火鉄骨梁であって、
火災により前記熱消失性部材が消失した際に、前記熱膨張性耐火材と前記吹付耐火材との間に生じる隙間が、前記熱膨張耐火材が熱膨張して生じる耐火層で充填されることを特徴とする耐火鉄骨梁。
【請求項２】
前記熱消失性部材の厚さは、該熱消失性部材の下に位置する前記熱膨張性耐火材が膨張して生じる耐火層の厚さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐火鉄骨梁。
【請求項３】
前記熱膨張性耐火材が、熱膨張性耐火シートであることを特徴とする請求項１または２に記載の耐火鉄骨梁。
【請求項４】
前記熱消失性部材の断面が直角三角形状であり、該直角三角形の斜辺がウェブ側に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐火鉄骨梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の耐火鉄骨梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐火建築物の鉄骨梁は、建築基準法第２条第７号、第２条第９号の２、建築基準法施行令第１０７条、第１０８条の３により、火災による加熱が加えられた場合に構造耐力上支障のある変形、溶融、破壊その他の損壊を生じないことが要求されている。この要求を満たすために鉄骨梁を吹付耐火材で被覆することが広く行われている。例えば、吹付耐火材としてロックウールを使用した場合、１、２、３時間の耐火時間に応じて、それぞれ、２５、４０、６０ｍｍの厚さで鉄骨梁を被覆する必要がある。鉄骨梁の下面を６０ｍｍの厚さの吹付耐火材で被覆するとその分だけ階高が大きくなるため、複数階層を有する建築物では、建物全体の高さが高くなってしまい、建築コストが増加するという問題がある。
【０００３】
鉄骨梁下面の被覆厚を薄くするために、鉄骨梁の下側フランジの下面から上面の一部に熱膨張性耐火材を施工し、鉄骨梁のその他の面には吹付耐火材を吹き付ける工法が提案されている。ここで、吹付耐火材は熱を通しにくい材料からなる。吹付耐火材が、熱膨張性耐火材上に吹き付けられると、熱膨張性耐火材上の吹付耐火材により、熱膨張性耐火材に熱が届きにくくなるため、熱膨張性耐火材の膨張が小さくなり被覆厚が薄くなる、熱膨張性耐火材の膨張開始が遅くなるという問題が生じる。そのため、吹付耐火材は、熱膨張性耐火材と重ならないように形成する必要がある。また、熱膨張性耐火材の端部が吹付耐火材で覆われると、熱膨張性耐火材の吹付耐火材に近接する部分が、近接する吹付耐火材に押さえつけられることにより、膨張が阻害される。
【０００４】
特許文献１には、断面Ｈ形状の鉄骨梁の二枚のフランジのうち、少なくとも下側フランジの外面に熱膨張性耐火シートを貼り付ける耐火被覆構造が提案されている。図７に、特許文献１の図４を示す。特許文献１に記載の発明では、熱膨張性耐火シートは、下側フランジと同幅（図７：特許文献１の図４）か、張り出して（特許文献１の図５、６参照）貼り付けられる。
【０００５】
特許文献１で提案されている熱膨張性耐火シートが下側フランジと同幅である耐火被覆構造において、吹き付け不燃材を吹き付ける際には下側フランジの下方に補助板が必要である（特許文献１の図３参照）。補助板は何らかの支持部材で支えねばならず、支持部材および補助板の設置・除去といった工程が必要であり、施工が煩雑である。また、熱膨張性耐火シートは、その厚み方向に膨張し、幅方向へはほとんど膨張しない。そのため、熱膨張性耐火シートが下側フランジと同幅である耐火被覆構造において、熱膨張性耐火シートが膨張しても、下側フランジの側端部において被覆厚が不足するという問題がある。
また、特許文献１で提案されている熱膨張性耐火シートが下側フランジから張り出している耐火被覆構造において、特許文献１の段落００５４及び００５９には、外側に張り出した熱膨張性耐火シートが補助板の機能を果たすため施工時に補助板が不要であると記載されている。しかし、熱膨張性耐火シートは柔軟性を有し、また、吹き付け直後の吹き付け不燃材は水を含み重たいため、補助板なしで吹き付け不燃材を吹き付けると、外側に張り出した熱膨張性耐火シートが撓み、吹き付け不燃材の厚みが変わる、さらには、硬化前の吹き付け不燃材が流れ落ちてしまうという問題がある。そのため、実際に施工するには補助板を設ける必要がある。
【０００６】
特許文献２には、ウェブの下端に連結されたフランジの下面から、両端部を回りこんでフランジの上面まで連続して設けられた発泡性耐火材と、発泡性耐火材と重ならないように非発泡性耐火材を設けた鉄骨梁の耐火被覆構造が提案されている。図８に、特許文献２の図５を示す。
【０００７】
特許文献２には、その施工方法について詳述されていないが、非発泡性耐火材を吹き付けにより発泡性耐火材と重ならないように施工するには高い寸法精度が要求される。このような施工には型枠を使用することが必要であるが、型枠の設置および解体の際に、非発泡性耐火材、および発泡性耐火材を損傷し、これらの損傷により耐火性が低下するという問題がある。また、型枠の設置・解体という工程が必要であり施工が煩雑である。
【０００８】
また、本願出願時には未公開ではあるが、出願人は、特許文献３において、下側フランジの上面に第一および第二の立上部材を設け、第一の立上部材の側面上端部から下側フランジを通り第二の立上部材の側面上端部までの全面を熱膨張性耐火シートで覆い、ウェブと立上部材の側面とに挟まれた部分とを吹付耐火材で覆う耐火鉄骨梁を提案している。図９に、特許文献３の図１を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−２２７７５２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９９８０９号公報
【特許文献３】特願２０１５−０９７９６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
施工が容易で、耐火性能が高い、下側フランジの下面が熱膨張性シートで覆われている耐火鉄骨梁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】
【００１１】
１．水平方向に対向する二枚のフランジと、前記二枚のフランジを連結する一枚のウェブとからなる鉄骨梁と、
前記二枚のフランジのうち、下方に位置する下側フランジの下面と側面と少なくとも上面の一部を連続的に覆う熱膨張性耐火材と、
前記下側フランジの上面両側端部に沿って、前記熱膨張性耐火材上に位置する熱消失性部材と、
少なくとも、前記ウェブ側面と前記熱消失性部材上面とを連続的に覆う吹付耐火材と、
を有することを特徴とする耐火鉄骨梁。
２．前記熱膨張性耐火材が、熱膨張性耐火シートであることを特徴とする１．に記載の耐火鉄骨梁。
３．前記熱消失性部材が、発泡樹脂からなることを特徴とする１．または２．に記載の耐火鉄骨梁。
４．前記熱消失性部材の断面が直角三角形状であり、該直角三角形の斜辺がウェブ側に位置することを特徴とする１．〜３．のいずれかに記載の耐火鉄骨梁。
５．前記熱消失性部材の厚さが、該熱消失性部材の下に位置する前記熱膨張性耐火材の耐火層の厚さの０．７倍以下であることを特徴とする１．〜４．のいずれかに記載の耐火鉄骨梁。
６．前記下側フランジ上面において、前記熱膨張性耐火材の幅が、前記熱消失性部材の幅より広いことを特徴とする１．〜５．のいずれかに記載の耐火鉄骨梁。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の耐火鉄骨梁は、下側フランジの下面が熱膨張性耐火材で覆われており、耐火被覆を含めた耐火鉄骨梁全体の高さを小さくすることができるため、階高を低くすることができる。高層ビルのような複数階を有する建築構造物では、階高を低減することにより１フロアを増やせる場合もある。
【００１３】
本発明の耐火鉄骨梁において、熱膨張性耐火材は、熱消失性部材で保護された状態で吹付耐火材が施工されるため、熱膨張性耐火材上に吹付耐火材を形成しないための型枠は不要である。また、吹付耐火材は、剛直な下側フランジ上に形成されるため、当て板も不要である。そのため、型枠や当て板等の設置・解体に伴う接触により熱膨張性耐火材、吹付耐火材が損傷し、耐火性能が低下することがない。本発明の耐火鉄骨梁は、吹付耐火材の吹き付け時に型枠等が不要で施工作業が簡便であり、施工期間を短くすることができる。
【００１４】
発泡樹脂からなる熱消失性部材は、軽量であり、資材置場から作業現場まで人力で運搬することができる。また、高層階での作業時に、必要な量の熱消失性部材をエレベータで運搬することができ、クレーンで揚重する必要がない。発泡樹脂からなる熱消失性部材は、柔軟であり、運搬時に作業員や壁等にぶつかっても、作業員が怪我をしたり壁等が破損したりすることはない。耐火鉄骨梁の施工は、高所での作業であるが、発泡樹脂からなる熱消失性部材は、高所から落下しても作業員が怪我をしたり、床面等が損傷したりすることがない。
また、発泡樹脂は、加熱されて消失した後に残存する灰量が少ない。この灰は、熱膨張性耐火材への入熱を阻害せず、熱膨張した耐火層が発泡樹脂が消失して生じた隙間を充填することを妨げない。
断面が直角三角形状である熱消失性部材を、直角三角形の斜辺がウェブ側に位置するように配置することにより、熱消失性部材が消失して生じる隙間は奥に行くほど狭くなる。吹付耐火材に押さえつけられることにより、熱膨張性耐火材の膨張が阻害される部分に生じる隙間が狭いため、膨張が阻害されても、隙間を耐火材で充填することができる。
【００１５】
本発明の耐火鉄骨梁は、火災初期に熱消失性部材が消失して隙間が生じる。熱消失性部材の厚さが熱膨張性耐火材の耐火層の厚さの０．７倍以下とすることにより、熱膨張性耐火材が膨張して生じた耐火層により、熱消失性部材が消失して生じた隙間を確実に充填することができる。この結果、吹付耐火材と熱膨張性耐火材が熱膨張して生じる耐火層が密着し、鉄骨梁を切れ目なく被覆することができる。
【００１６】
熱膨張性耐火材として、熱膨張性耐火シートを用いると、熱膨張により生じる耐火層の厚み管理が容易である。また、熱膨張性耐火シートを、下側フランジの上面の少なくとも一部を覆うように貼りつけることにより、下側フランジから熱膨張性耐火シートが落下することを防止することができる。さらに、下側フランジ上面において、熱膨張性耐火シートの幅を熱消失性部材の幅より広くすることにより、熱膨張性耐火シートの端部を硬化した吹付耐火材で固定することができる。熱膨張性耐火シートの端部を吹付硬化材で固定することにより、下側フランジから熱膨張性耐火シートが落下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の耐火鉄骨梁の第一の実施態様の断面図。
【図２】本発明の耐火鉄骨梁の第一の実施態様の火災時の挙動を示す図。
【図３】本発明の耐火鉄骨梁の第一の実施態様の火災時の挙動を示す図。
【図４】本発明の耐火鉄骨梁の第二の実施態様の断面図。
【図５】本発明の耐火鉄骨梁の第二の実施態様の火災時の挙動を示す図。
【図６】本発明の耐火鉄骨梁の第二の実施態様の火災時の挙動を示す図。
【図７】特許文献１に記載の耐火被覆構造を示す図。
【図８】特許文献２に記載の耐火被覆構造を示す図。
【図９】特許文献３に記載の耐火被覆構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、下側フランジの上面両側端部に、熱膨張性耐火材、熱消失性部材、吹付耐火材がこの順で積層されている耐火鉄骨梁である。
本発明の耐火鉄骨梁は、火災初期に熱消失性部材が消失して、熱膨張性耐火材と吹付耐火材との間に隙間が生じる。さらに熱が加わると、熱膨張性耐火材が熱膨張して、下側フランジの下面と側面とを必要な厚さの耐火層で覆い、かつ、熱消失性部材が消失して生じた隙間を充填する。
本発明の耐火鉄骨梁は、火災時に吹付耐火材と熱膨張性耐火材の熱膨張により生じた耐火層とが鉄骨梁を被覆し、また、耐火層が熱消失性部材の消失により生じた隙間を充填することにより、所望の耐火性能を発揮することができる。
【００１９】
「第一実施態様の耐火鉄骨梁」
本発明の耐火鉄骨梁の第一の実施態様の断面図を図１に示す。
第一の実施態様である耐火鉄骨梁１は、鉄骨梁２、熱膨張性耐火材３、熱消失性部材４、吹付耐火材５とを備える。
【００２０】
鉄骨梁２は、水平方向に対向する上側フランジ２１と下側フランジ２２と、上側フランジと下側フランジとを連結するウェブ２３とからなる。鉄骨梁２は、建築構造物の床等の水平区画６を支えるものであり、上側フランジ２１上に水平区画６が設けられる。鉄骨梁２は普及しているものを適宜用いることができる。
【００２１】
熱膨張性耐火材３は、下側フランジ２２の下面と側面と少なくとも上面の一部を連続的に覆う。熱膨張性耐火材３は、平時には膜状、またはシート状であり、火災時等に所定の温度以上に曝されると熱膨張して耐火層を形成して鉄骨梁を保護するものであり、耐火塗料、熱膨張性耐火シートのいずれか、または両方を用いることができる。耐火塗料としては、例えば、日本インシュレーション株式会社製、商品名「タイカベール」、エスケー化研株式会社製、商品名「ＳＫタイカコート」、日本ペイント株式会社製、商品名「タイカリット」、菊水化学工業株式会社製、商品名「ウェスタ」、英国Ｎｕｌｌｉｆｉｒｅ社製、商品名「Ｎｕｌｌｉｆｉｒｅ（ナリファイア）」等を用いることができる。熱膨張性耐火シートとしては、例えば、積水化学工業株式会社製、商品名「フィブロック」、エスケー化研株式会社製、商品名「ＳＫタイカシート」等を用いることができる。火災時に膨張して生じる耐火層の厚さ管理が容易なため、熱膨張性耐火シートが好ましい。
【００２２】
熱膨張性耐火材３として熱膨張性耐火シートを用いた場合、熱膨張性耐火シートが、下側フランジ２２の少なくとも上面の一部を覆うことにより、熱膨張性耐火シートが下側フランジから外れて落下することを防止することができる。なお、熱膨張性耐火シートは、下側フランジ２２の上面の一部を覆っていればよく、上面の全面を覆う必要はない。熱膨張性耐火シートは、複数枚を隙間なく貼り合わせることにより、上記箇所を連続的に覆うこともできる。また、熱膨張性耐火シートは、積層して貼り合わせることにより、熱膨張して生じる耐火層の膜厚を厚くすることもできる。
【００２３】
熱消失性部材４は、下側フランジ２２の上面両側端部に沿って熱膨張性耐火材３上に位置する。熱消失性部材４は、熱膨張性耐火材３が膨張を開始する前に、火災時の熱で燃焼、溶融等して消失するものである。熱消失性部材４としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリスチレン等の非ハロゲン、非芳香族である易燃焼性樹脂、ダンボール、厚紙等を用いることができる。これらの中で、易燃焼性樹脂を発泡させた発泡樹脂、ダンボール、厚紙が、熱により容易に消失すること、軽量で取り扱いが容易であること、必要な長さに容易に切断できることから好ましい。さらに、発泡樹脂が、消失後の灰量が少ないことからより好適に利用することができる。
【００２４】
熱消失性部材４の厚さは、熱消失性部材４の下に位置する熱膨張性耐火材３が膨張して生じる耐火層の厚さ（＝熱膨張性耐火材の膜厚×膨張率）以下である。ここで、膨張率とは、熱膨張性耐火材に５０ｋＷ／ｍ２の輻射熱を２０分間照射した後の厚さ／熱膨張性耐火材の非膨張時の厚さを意味する。なお、熱膨張性耐火材３は、１０〜３０倍程度の膨張率を有するものが普及している。熱消失性部材４の厚さは、耐火層の厚さ（＝熱膨張性耐火材の膜厚×膨張率）の０．７倍以下が好ましい。熱消失性部材４の厚さが耐火層の厚さの０．７倍以下であると、熱膨張性耐火材３が熱膨張して生じる耐火層が、火災時に熱消失性部材４が消失して生じる隙間を確実に充填することができる。
【００２５】
吹付耐火材５は、ウェブ２３側面と熱消失性部材４の上面とを連続的に覆う。吹付耐火材５は、ロックウール系、セラミック系、石膏系等の普及品を適宜用いることができる。また、吹付耐火材５の厚さは、所定の耐火性能に応じて定められる。
ここで、下側フランジ上面において、熱膨張性耐火材の幅が、熱消失性部材の幅よりも広い場合、熱膨張性耐火材の端部は、吹付耐火材で覆われて固定される。熱膨張性耐火材の端部を、吹付耐火材で固定することにより、施工から長期間に亘り、熱膨張性耐火材が下側フランジから落下することを防止できる。
【００２６】
「施工方法」
第一の実施態様である耐火鉄骨梁１は、以下の方法により施工することができる。
熱膨張性耐火材３を、下側フランジ２２の下面と側面と少なくとも上面の一部を連続的に覆うように貼りつける。次に、下側フランジ２２の上面両側端部に沿って、熱膨張性耐火材３上に熱消失性部材４を、接着剤、両面テープ等で固定する。熱膨張性耐火材３と熱消失性部材４との側面、および、必要に応じて熱膨張性耐火材３の下面にポリエチレン等からなる養生シートを取り付ける。吹付耐火材５をウェブ２３の側面と熱消失性部材４の上面とを連続的に所定の厚さで覆うように吹き付け、必要に応じて、吹き付けた吹付耐火材５をコテ等で整形した後、養生シートを取り外す。
【００２７】
耐火鉄骨梁１の施工方法は、吹付耐火材５を吹き付ける際に、型枠や補助板等が不要である。吹付耐火材５は、液体のような流動性を有さず、付着性を有するため、下側フランジ上面から流れ落ちることはない。また、下側フランジ上面両側端部における熱膨張性耐火材３と吹付耐火材５との間隔は、所定の厚さの熱消失性部材４を配置するだけで管理することができ、吹付耐火材５を吹き付ける際に、高い寸法精度が要求されない。そのため、本発明の耐火鉄骨梁１は、施工が容易であり、また、型枠等の設置時、取外し時に、熱膨張性耐火材３や吹付耐火材５を傷付けるおそれがなく、傷付きによる耐火性の低下を防ぐことができる。
【００２８】
「火災時の挙動」
第一の実施態様である耐火鉄骨梁１の火災時の挙動を説明する。
火災により、耐火鉄骨梁１に熱が加わると、まず熱消失性部材４が消失する。耐火鉄骨梁１は、下側フランジ２２上面両側端部において、熱膨張性耐火材３と吹付耐火材５とは接しておらず、熱消失性部材４が消失すると、熱膨張性耐火材３と吹付耐火材５との間に隙間Ｖが生じる（図２）。
さらに火災が進行すると、熱膨張性耐火材３に含まれる感熱性化合物が反応し始め、熱膨張性耐火材３が熱膨張して耐火層３１を形成する。熱膨張性耐火材３は、主に厚さ方向に熱膨張するため、耐火層３１は、下側フランジ２２の下面と側面とを必要な厚さで覆う。また、隙間Ｖにおいて、熱膨張性耐火材３は、吹付耐火材５に阻害されることなく加熱されて熱膨張し、設計通りに確実に隙間Ｖを充填する（図３）。
鉄骨梁２は、吹付耐火材５と耐火層３１とで被覆され、また、熱消失性部材４が消失した隙間Ｖは耐火層３１で充填されることにより、所望の耐火性能を発揮する。
【００２９】
「第二実施態様の耐火鉄骨梁」
本発明の耐火鉄骨梁の第二の実施態様の下側フランジ部分の拡大断面図を図４に示す。図４において、図１と同一の部材には同一の符号を付す。
第二の実施態様の耐火鉄骨梁１１は、断面が直角三角形状である熱消失性部材４１を有し、熱消失性部材４１の斜辺がウェブ２３側に位置する。直角三角形の底辺と斜辺とのなす角（α）の大きさは、３０°以上６０°以下が好ましい。直角三角形の高さ（ｈ）を、吹付耐火材５の設計性能に応じた厚さと等しくすることにより、吹付耐火材５を熱消失性部材４１と同じ高さ（ｈ）まで吹き付けるだけで所定の厚さにすることができ、吹付耐火材の厚さ管理が容易である。
【００３０】
「火災時の挙動」
第二の実施態様である耐火鉄骨梁１１の火災時の挙動を説明する。
第一の実施態様の耐火鉄骨梁１と同じく、火災により熱が加わるとまず熱消失性部材４１が消失し、隙間Ｖが生じる（図５）。
さらに火災が進行すると、熱膨張性耐火材３が膨張して耐火層３１が隙間Ｖを充填する（図６）。第二の実施態様である耐火鉄骨梁１１は、隙間Ｖの断面が直角三角形状であり、奥に引くほど高さが小さくなる。熱膨張性耐火材３の吹付耐火材５と近接する部分の隙間Ｖは小さいため、熱膨張性耐火材３の端部の膨張が吹付耐火材５に押さえつけられても、隙間Ｖを耐火層３１でより確実に充填することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１    耐火鉄骨梁
２    鉄骨梁
２１  上側フランジ
２２  下側フランジ
２３  ウェブ
３    熱膨張性耐火材
３１  耐火層
４    熱消失性部材
５    吹付耐火材
６    水平区画
Ｖ    隙間
１１  耐火鉄骨梁
４１  熱消失性部材
【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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【図７】
0006691781.tif 000008
【図８】
0006691781.tif 000009
【図９】
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