(57)【要約】【課題】  事務所火災のように室の火災温度が１０００℃超に達するような場合にも、６００以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材を使用し、耐火被覆のための施工コスト、環境、美観上などの問題を解消しながら無耐火被覆構造を可能とする、鉄骨構造物の遮熱柱構造を提供する。【解決手段】  火災を受ける鉄骨構造物を構成する柱構造であって、柱を、常温時の降伏強度により高温時の降伏強度を無次元化した高温降伏強度比ｐ（高温降伏強度／常温降伏強度）が、鋼材温度Ｔ（℃）が６００℃以上８００℃以下の範囲で、ｐ≧−０．００２９×Ｔ＋２．４８を満足する高温強度が高い鋼材で形成し、かつ、該柱を準不燃性仕上げボード材で熱遮蔽したことを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火災を受ける鉄骨構造物を構成する柱構造であって、柱を、常温時の降伏強度により高温時の降伏強度を無次元化した高温降伏強度比ｐ（高温降伏強度／常温降伏強度）が、鋼材温度Ｔ（℃）が６００℃以上８００℃以下の範囲で、
ｐ≧−０．００２９×Ｔ＋２．４８
を満足する高温強度が高い鋼材で形成し、かつ、該柱を準不燃材からなる仕上げボード材で遮蔽したことを特徴とする、鉄骨構造物の遮熱柱構造。
【請求項２】
前記準不燃材からなる仕上げボード材を、上階の床スラブ下まで貼り上げたことを特徴とする、請求項１記載の鉄骨構造物の遮熱柱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火災を受ける鉄骨構造物を構成する柱構造に関し、より詳しくは火災温度が１０００℃超の高温時においても無耐火被覆で使用可能な鉄骨構造物の遮熱柱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄骨構造物に使用される鋼材は、仕様規定により表面温度３５０℃以下で仕様することが定められており、このため、吹き付けロックウール等の耐火被覆が必要となり、施工費用および工程、環境、美観上の問題などから鉄骨構造の競争力を著しく阻害していた。
昭和６２年の建設省総合技術開発プロジェクト「建築物の総合防火設計法の開発」の成果を受けて、近年、短時間の高温強度を高めた、いわゆる耐火鋼が多数開発されてきた。例えば、特許文献１を始めとして、６００℃での高温耐力が常温時の２／３以上となる鋼材（耐火鋼）が開示されている。また、特許文献２には、７００℃での高温耐力が常温時の２／３以上となる鋼材（耐火鋼）が開示されている。
【特許文献１】特開平２−７７５２３号公報
【特許文献２】特開平９−２０９０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の耐火鋼を用いても、事務所火災のように室の火災温度が１０００℃超に達するような場合には、鋼材温度も１０００℃超になることから、無耐火被覆での使用は不可能になるため、吹き付けロックウール等の耐火被覆を必要とし、被覆のための施工コスト、環境、美観上の問題を解消するまでに至っておらず、さらに高温強度に優れた耐火鋼の開発が求められている。
そこで、本発明は、事務所火災のように室の火災温度が１０００℃超に達するような場合にも、６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材を使用し、耐火被覆のための施工コスト、環境、美観上などの問題を解消しながら無耐火被覆構造を可能とする、鉄骨構造物の遮熱柱構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記問題を有利に解決するためのものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）  火災を受ける鉄骨構造物を構成する柱構造であって、柱を、常温時の降伏強度により高温時の降伏強度を無次元化した高温降伏強度比ｐ（高温降伏強度／常温降伏強度）が、鋼材温度Ｔ（℃）が６００℃以上８００℃以下の範囲で、ｐ≧−０．００２９×Ｔ＋２．４８を満足する高温強度が高い鋼材で形成し、かつ、該柱を準不燃材からなる仕上げボード材で遮蔽したことを特徴とする、鉄骨構造物の遮熱柱構造。
（２）  （１）において、前記準不燃材からなる仕上げボード材を、上階の床スラブ下まで貼り上げたことを特徴とする、鉄骨構造物の遮熱柱構造。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の鉄骨構造物の遮熱柱構造は、柱材として６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材を使用し、この柱材を、例えば珪酸カルシウム板、石膏ボードなどの準不燃材による仕上げボード材で遮蔽してなるものであり、事務所火災のように室内の火災温度が１０００℃超に達するようなところで使用しても、仕上げボード材の遮熱効果により、柱材に対する熱負荷が大幅に軽減できることから、６００〜８００℃での高温強度を有する柱材で充分な耐火性を確保でき、柱材に格別の耐火被覆を施すことなく、被覆のための施工コスト、環境、美観上などの問題を有利に解消しながら、無耐火被覆鉄骨構造が確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（１）  請求項１に記載の本発明では、概念的には、火災を受けた場合に１０００℃超の高温に達するような、例えば事務室や店舗などの鉄骨構造物を構成する柱材として、６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材、すなわち常温時の降伏強度により高温時の降伏強度を無次元化した高温降伏強度比ｐ（高温降伏強度／常温降伏強度）が、鋼材温度Ｔ（℃）が６００℃以上８００℃以下の範囲で、ｐ≧−０．００２９×Ｔ＋２．４８を満足する高温強度が高く高温特性に優れた鋼材（以下、上記高温降伏強度比ｐを満たす本発明に適合した鋼材を、単に「（６００〜８００℃での）高温強度が高い鋼材」ともいう。）で形成し、この柱材を、準不燃材からなる厚みが１０〜２０ｍｍ程度の仕上げボード材（化粧ボード材を含み、以下「準不燃性仕上げボード材」という。）で遮蔽することにより、火災時に室内が１０００℃超の高温状態になっても、準不燃性仕上げボード材による熱遮蔽効果により、例えば角形鋼製ボックス柱の場合では板厚を実用的な２４〜４０ｍｍ程度に抑えて柱材としての機能を維持可能にするものである。
したがって、６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材を用いれば、１０００℃超の高温下でも、従来のような耐火被覆を施すことなく、被覆のための施工コスト、環境、美観上などの問題を解消しながら無耐火被覆の柱構造の実現が可能になる。
【０００７】
本発明で対象とする柱材としては、角形または円形の鋼製ボックスやＨ形鋼が主体であり、この柱材の高温強度、形状、サイズや配置環境に応じて、柱材に対する準不燃性仕上げボード材の遮蔽条件（準不燃性仕上げボード材の種類、板厚、遮蔽範囲など）を選択するものである。この準不燃性仕上げボード材による柱材の遮蔽領域については、概念的には、図１（ａ）、（ｂ）および図２に示す通りである。
例えば、角形鋼製ボックスを柱材１とする場合の加熱面（ここでは、鋼材裸使用の場合の火炎との接触面を意味する。）は、単独柱の場合では、図１（ａ）のように、Ａ室単位で見た場合、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの４面になる。この場合には、この４面を準不燃性仕上げボード材３による遮蔽対象とする。
また、柱材１を間仕切壁２と結合する場合の加熱面は、図１（ｂ）のように、Ａ室単位で見た場合、壁面から突出の１ａ、１ｂ、１ｄの３面が主体（なお、稀には１ａの１面の場合もある。）になる。この場合には、この３面を準不燃性仕上げボード材３による遮蔽対象とする。
【０００８】
（２）  さらに、請求項２に記載の本発明では、柱材１の上下方向の遮蔽領域については、図２に示すように、天井７より少し上から上階の床スラブ４との間の柱頭部分が、準不燃性仕上げボード材３により遮蔽されていない（鋼材が裸使用である）と、火災温度が１０００℃超の高温時においては鋼材温度も１０００℃超に達するため、当該部分の柱材１が長期荷重により圧潰し、上階床に損傷を与える恐れがあることから、上階の床スラブ４が例えば柱材１にダイアフラム６を介して接合されているＨ形鋼梁５の上フランジ５ａに形成されている場合には、準不燃性仕上げボード材３を上階の床スラブ４下まで貼り上げることが重要な条件になる。
なお、柱材１、間仕切壁２と準不燃性仕上げボード材３との結合は、鋼製下地材を介してねじ止めすることが一般的であるが、接着、嵌合などを併用することによって行うこと
もできる。
【０００９】
なお、本発明の柱材を形成する好適な鋼材としては、１時間程度の比較的短時間の６００〜８００℃の高温暴露において、上記（１）に記載される高温降伏強度比ｐの範囲を満足する高温強度が高い鋼材を用いる必要がある。このような鋼材としては、例えば、国際特許公開ＷＯ０３／０８７４１４号公報記載の発明のような、「質量％で、Ｃ：０．００５％以上０．０８％未満、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．１〜１．６％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｍｏ：０．１〜１．５％、Ｎｂ：０．０３〜０．３％、Ｔｉ：０．０２５％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００３％、Ａｌ：０．０６％以下、Ｎ：０．００６％以下を含有し、さらに必要に応じて特定量のＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｃａ、ＲＥＭ、Ｍｇ等の強化元素を含有し、かつ、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材」が、溶接性、コスト上昇回避の観点から適性が高いものである。
【００１０】
しかし、必ずしもこの鋼材に限定される訳ではなく、溶接性、コスト上昇がそれほど問題とならない場合には、例えば、オーステナイト系耐熱鋼であるＳＵＨ６６０（ＪＩＳ  Ｇ  ４３１２）のような、「質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｎｉ：２４．００〜２７．００％、Ｍｏ：１．００〜１．５０％、Ｔｉ：１．９０〜２．３５％、Ｖ：０．１０〜０．５０％、Ａｌ：０．３５％以下、Ｂ：０．００１〜０．０１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼材」を用いることも可能である。このＳＵＨ６６０規格の鋼材は、例えば特開昭６０−２２１５５６号公報ないし特開平７−２３８３４９号公報に記載の発明を参照すれば、本発明で規定する６００〜８００℃での高温降伏強度比ｐの範囲を満足するものであることが分かる。
【００１１】
従来、６００℃以上での高温強度を有する鋼材は、一般に耐火鋼と呼称されており、例えば、特開平２−７７５２３号公報に記載の発明では、６００℃で常温降伏強度の２／３以上（約７０％）の高温強度を有する耐火鋼が提案されている。その他の耐火鋼に関する発明の例でも、６００℃での降伏強度を常温降伏強度の２／３以上とすることが一般的となっている。
しかしながら、７００℃の耐火鋼、８００℃の耐火鋼は、現時点では高温強度の設定（常温降伏強度との比率）に一般則が見られない。例えば、特開平１０−６８０４４号公報に記載の発明では、所定量のＭｏとＮｂを添加した鋼材でミクロ組織をベイナイトとすることにより、７００℃の降伏強度を、常温降伏強度の５６％以上にするものであるが、８００℃の降伏強度は示されていない。
すなわち、これらの例のように６００℃程度の高温強度を確保した鋼材は既に市場でも使用されており、７００℃程度の高温強度を確保する鋼材の発明もなされているが、７００〜８００℃での高温強度を確保した実用的な鋼材ないしその鋼材を用いた鉄骨構造物は従来なかったといえる。
【００１２】
耐火設計においては、火災継続時間内で高い強度を維持すればよく、従来の耐熱鋼のように長時間の高温強度を維持する必要はなく、比較的短時間の高温強度を維持すればよい。例えば、８００℃での保持時間が３０分程度の短時間、降伏強度が確保できれば、本発明でいう８００℃耐火鋼として十分利用できる。
従来の６００℃耐火鋼では、高温降伏強度が常温時の２／３以上となるように性能を定めていたが、鉄骨構造物の実設計範囲が、常温降伏強度下限の０．２〜０．４倍程度であることを勘案すれば、常温時の降伏強度から高温時の降伏強度を無次元化した高温降伏強度比ｐ（高温降伏強度／常温時降伏強度）が、鋼材温度Ｔ℃が６００℃以上８００℃以下の範囲でｐ≧−０．００２９×Ｔ＋２．４８を満足することが必要となる（後述する図４参照。）。言い換えると、実績の高温降伏強度比（ｐ）が、上式に基づけば、６００℃でｐ≧０．７４、７００℃でｐ≧０．４５、８００℃でｐ≧０．１６を満足すればよい。
【００１３】
また、本発明で用いる準不燃性仕上げボード材３は、基本的には、防火材料として求められる特性、すなわち、通常の火災時に殆ど燃焼せず、かつ、煙やガスの発生も少なく、防火上有害なひび割れ、溶融、変形などを生じない材料としての特性を備え、かつ火災時に１０００℃超の高温状態が続く間（３〜４時間耐火相当の火災温度が続く間）に脱落することがなく、また、コスト、環境、美観上などの問題を緩和できるようにする。
この条件を満足する準不燃性の材料としては、例えば珪酸カルシウム板、石膏ボードなどの準不燃材で、厚さが１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度あれば、火災時に１０００℃超の高温下にあっても、大きな外力が加わらないことを前提とすれば脱落することはないため、この間、柱材に対して熱遮蔽機能を果たす結果、柱材は、６００℃以上８００℃以下での高温強度でも、１１００〜１１５０℃（３〜４時間耐火相当）の室の火災温度に耐えることができる。
【００１４】
なお、準不燃性仕上げボード材は、一定の耐火性能を有するものであるが、耐火被覆材とは自ずと区分されるものである。耐火被覆材は、耐火構造（火災時に建物が倒壊しないように火に対して丈夫で構造耐力の低下が少ないもの）の鋼部材を実現するために通常用いられる、燃え難く熱を伝え難い材料としての性能を備えたものである。
準不燃材でも有る程度の耐火性能を有するが、例えば珪酸カルシウム板の場合、１時間耐火で１２ｍｍの厚さを、２時間耐火で２４ｍｍの厚さを必要とする。また、例えば石膏ボードの場合、１時間耐火で２１ｍｍの厚さを、２時間耐火で４２ｍｍの厚さを必要とする。
本発明のように、３時間〜４時間耐火相当の火災温度を対象とする場合は、過大な厚さ（例えば珪酸カルシウム板の場合で３６〜４８ｍｍ、石膏ボードの場合で６３〜８４ｍｍ）を必要とすることから、耐火被覆材としての実用性に欠けると言わざるを得ない。
なお、本発明は、基本的には３〜４時間耐火相当の火災温度に対して充分な耐火性能を確保するものであるが、例えば１〜３時間耐火相当の火災温度に対しての適用を除外するものではない。
【００１５】
本発明における６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材と、準不燃性仕上げボード材のセット使用により無耐火被覆の熱遮蔽柱構造を実現する場合の条件について、図３により、より具体的に説明する。
［１．高温強度が高い鋼材と準不燃性仕上げボード材のセット使用の考え方］
例えば、柱材として用いられることが多い角形鋼製ボックス材について、ＩＳＯ８３４標準加熱を受けた場合の２次元熱伝導解析結果を図３に示す。図中の横軸の１段目は鋼材の断面形状係数Ｈｐ／Ａ（Ｈｐは断面の周長、Ａは断面積）を、横軸の２段目は正方形断面とした場合の換算板厚（ｍｍ）を表す。
【００１６】
図３より、火災温度１１００℃の場合に次のことが言える。
鋼材を裸使用の場合では、Ｈｐ／Ａ≧２０（換算板厚≦５０ｍｍ）において鋼材温度は加熱温度と同じ１１００℃に達するため、耐火温度が８００℃であっても無耐火被覆構造は不可能である。
一方、鋼材と準不燃性仕上げボード材（厚さ１２．５ｍｍ）とのセット使用では、耐火温度８００℃の鋼材でＨｐ／Ａ≦６２（換算板厚≧１６ｍｍ）において、耐火温度７００℃の鋼材でＨｐ／Ａ≦５７（換算板厚≧２１ｍｍ）において、耐火温度６００℃の鋼材でＨｐ／Ａ≦３６（換算板厚≧２７ｍｍ）において、それぞれ、無耐火被覆構造が可能である。
さらに、図３より、火災温度１１５０℃の場合に、鋼材と準不燃性仕上げボード材（厚さ１２．５ｍｍ）とのセット使用では、次のことが言える。
耐火温度８００℃の鋼材でＨｐ／Ａ≦４２（換算板厚≧２４ｍｍ）において、耐火温度７００℃の鋼材でＨｐ／Ａ≦３２（換算板厚≧３１ｍｍ）において、耐火温度６００℃の鋼材でＨｐ／Ａ≦２５（換算板厚≧４０ｍｍ）において、それぞれ、無耐火被覆構造が可能である。
【００１７】
以上のことから、本発明では、柱に６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材を用い、準不燃性仕上げボード材により熱遮蔽することにより、火災温度の上限１１５０℃においても実用的な板厚の範囲（換算板厚２４〜４０ｍｍ）において無耐火被覆構造にできることが分かる。
また、耐火温度が５００℃程度の一般鋼材を用いた場合、準不燃性仕上げボード材の熱
遮蔽によっても、１１５０℃で無耐火被覆構造とするには、Ｈｐ／Ａ≦２０（換算板厚≧５０ｍｍ）となり過大な板厚の鋼材が必要になるため実用性に乏しいものになってしまうことが分かる。
【００１８】
［２．柱に対する準不燃性仕上げボード材の貼り上げ位置の考え方］
柱材に対する仕上げ材の上下方向の貼り上げ位置については、一般には、間仕切壁に付随する場合で耐火性や遮音性の要求される場合には、仕上げ材を二重貼りにして下貼りを上階床スラブ下、または梁下まで貼り上げるが、間仕切壁に付随する場合で耐火性や遮音性が要求されない場合、あるいは単独柱の場合には、一重貼りにして天井より少し上で止めている場合が多い。
しかし、天井より少し上から上階の床スラブとの間の柱頭部分が、仕上げ材により遮蔽されていない（鋼材が裸使用である）と、火災温度が１０００℃超の高温時においては鋼材温度も１０００℃超に達するため、当該部分の柱材が長期荷重により圧潰し、上階床に損傷を与える恐れがあることから、図２に示すように、上階の床スラブ４が、例えば柱材１にダイアフラム６を介して接合されているＨ形鋼梁７上に形成されている場合には、準不燃性仕上げボード材３を上階の床スラブ４下まで貼り上げることが重要な条件になる。なお、柱材１の床スラブ内にある部分については、熱容量が極めて大きいコンクリート層に包含されているので、準不燃性仕上げボード材による遮蔽は省略することができる。
なお、図２の柱−梁構造での梁については、鋼材温度が１０００℃超に達する場合でも、上階床スラブ４自身が荷重を分担することから、Ｈ形鋼梁７を準不燃性仕上げボード材３による遮熱構造にしなくても崩落することはなく、柱材が健全である限り、鉄骨構造物が梁要因により層崩壊に至るおそれはないと考えられる。
【実施例１】
【００１９】
本発明で柱形成用として適性が高いものとする６００℃以上８００℃以下での高温強度が高い鋼材の一例として準備した０．０２％Ｃ−０．１％Ｓｉ−０．４％Ｍｎ−０．００４％Ｐ−０．００４％Ｓ−０．０１％Ａｌ−１．１％Ｍｏ−０．０５％Ｎｂ−０．０１％Ｔｉ−０．００１％Ｂ−０．００４％Ｎ、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼材に関して、ｐ（高温降伏強度／常温降伏強度）の測定例を図４に示す。なお、高温降伏強度はＪＩＳ  Ｇ  ０５６７−１９９８「金属材料および耐熱合金の高温引張試験方法」によっている。
図４より、本発明に適合する柱形成用鋼（図中●印）は、常温と高温の降伏強度比（ｐ）が、鋼材温度Ｔ（℃）が６００℃以上８００℃以下の範囲で、ｐ≧−０．００２７×Ｔ＋２．４８を満足している。一方、ユーロコード３（１９９３年）に示される一般鋼（図中○印）は、同様にｐ≧−０．００１４×Ｔ＋１．０を満足しており、本発明に適合する柱形成用鋼は一般鋼より格段に高温降伏強度比が緩やかとなっていることが分かる。
このことは、本発明の柱形成用として適性が高いものとする鋼材が高温強度が高く、柱材として用いた場合に、準不燃性仕上げボード材で熱遮蔽することにより、火災温度１１５０℃においても層崩壊を生じる懸念のない鉄骨構造物とできることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明での柱材（角形鋼製ボックス柱）例と、この柱材に対する準不燃性仕上げボード材の熱遮蔽領域例を示す水平断面概念説明図である。
【図２】本発明でのＨ形鋼梁を接合した柱材（角形鋼製ボックス柱）と、この柱材の上下方向の準不燃性仕上げボード材の熱遮蔽領域例を示す側断面概念説明図である。
【図３】柱材になる鋼材と準不燃性仕上げボード材（厚さ１２．５ｍｍ）のセット使用の効果を確認するための標準加熱実験結果を示す説明図で、鋼材最高温度と、断面形状係数および正方形断面部材への換算板厚の関係を、鋼材耐火温度との関係で示したものである。
【図４】本発明に適合する柱形成用鋼と一般鋼における試験温度と高温降伏強度比との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    柱材（角形鋼製ボックス柱）
２    間仕切壁
３    準不燃性仕上げボード材（柱遮蔽用）
３ｗ  準不燃性仕上げボード材（壁用）
４    上階床スラブ
５    Ｈ形鋼梁
５ａ  上フランジ
５ｂ  下フランジ
６    ダイアフラム
７    天井
【図１】
2005194868.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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