(57)【要約】【課題】施工性や経済性の低下を招くことなく優れた耐火性を付与することが可能なコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造を提供する。【解決手段】コンクリート部材１と鋼部材２が一体形成されてなる合成構造部材Ａの耐火構造Ａ１であって、鋼部材２に、火災時に加熱されて鋼部材２を伝導する熱をコンクリート部材１に放出させる冷却フィン３が設けられている。また、冷却フィン３が、板状または棒状に形成され、加熱されたコンクリート部材１に生じる温度勾配の上流側から下流側に向けて延設されている。【選択図】図１
2007314940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造であって、
前記鋼部材に、火災時に加熱されて前記鋼部材を伝導する熱を前記コンクリート部材に放出させる冷却フィンが設けられていることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記冷却フィンが、板状または棒状に形成され、加熱された前記コンクリート部材に生じる温度勾配の上流側から下流側に向けて延設されていることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記冷却フィンの一部が、前記コンクリート部材から外部に露出されていることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記冷却フィンには、前記コンクリート部材との接触面積が他の部分よりも大きくなるように形成された放熱促進部が設けられていることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項５】
請求項４記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記放熱促進部が、前記コンクリート部材の加熱される側の面と略平行に配置されていることを特徴とする前記合成構造物材の耐火構造。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記冷却フィン及び／又は前記放熱促進部が複数設けられ、隣り合う前記冷却フィン同士及び／又は前記放熱促進部同士の間隔が、前記コンクリート部材の骨材の最大寸法以上であることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記コンクリート部材のコンクリートが、有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入して形成されていることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項８】
請求項７記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記コンクリートの水セメント比が４０％以下であることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記有機繊維の長さが２０ｍｍ以下であることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造において、
前記合成構造部材の加熱される側の面に、断熱性の耐火被覆材が設けられていることを特徴とする前記合成構造部材の耐火構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、コンクリート壁（コンクリート部材）の壁面に鋼板（鋼部材）を取り付けた壁構造や、建築構造物の柱や橋脚などに適用される断面環状の鋼管（鋼部材）の内部にコンクリート（コンクリート部材）を充填して一体形成したコンクリート充填鋼管柱や、トンネル覆工に用いる鋼製の雄型継手と雌型継手（鋼部材）が円弧状のコンクリート部材に一体に取り付けられたコンクリート製セグメントなどの合成構造部材が、火災によって例えば１２００℃の高温に曝された場合には、コンクリート部材や鋼部材の強度や弾性などの力学特性が熱により低下し、合成構造部材を備える構造物が崩壊するおそれが生じる。特に、熱伝導率が大きい鋼部材は、加熱とともに急激に温度が上昇し、また、熱伝導率が小さいコンクリート部材と一体形成されることでその熱が放出されにくく、火災による力学特性の低下が顕著に生じてしまう。また、鋼部材は、例えば加熱温度が６００℃を下回る場合には低下した強度や弾性が冷却後に徐々に回復してゆくが、これを上回る温度で加熱された場合には強度や弾性の回復が見込めず、上記のように火災時に急激に高温となり、放熱されにくい状態で鋼部材が具備される合成構造部材では、鋼部材の力学特性が著しく低下するおそれがある。
【０００３】
これに対し、例えばトンネルにおいては、トンネル覆工のセグメント（合成構造部材）の表面（トンネル内面）を覆うようにセラミックスなどの耐火パネル（断熱材、耐火被覆材）を設置し、トンネル火災時に、耐火パネルによりセグメントへの入熱量を少なくして力学特性の低下を抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３１１３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の断熱材を合成構造部材に設置した場合においては、合成構造部材自体への受熱量が抑えられて、火災後の耐力低下を抑制することができる反面、その設置に手間が掛かり施工性や経済性の低下を招くという問題があった。
【０００５】
また、近年、計算による工学的耐火設計手法が導入され、所定の火災に対して構造物が崩壊しないということが証明できる範囲で、断熱材（耐火被覆）の削減または省略が可能になっており、耐火被覆を削減または省略した場合には、合成構造部材への加熱を抑制することができず、構造物が崩壊しない範囲で力学特性の低下が生じてしまう。このため、施工性や経済性の低下を招くことなく合成構造部材の耐火性を向上させる手法が強く望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑み、施工性や経済性の低下を招くことなく優れた耐火性を付与することが可能なコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火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】
【０００７】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００８】
本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造は、前記鋼部材に、火災時に加熱されて前記鋼部材を伝導する熱を前記コンクリート部材に放出させる冷却フィンが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記冷却フィンが、板状または棒状に形成され、加熱された前記コンクリート部材に生じる温度勾配の上流側から下流側に向けて延設されていることが望ましい。
【００１０】
さらに、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記冷却フィンの一部が、前記コンクリート部材から外部に露出されていることがより望ましい。
【００１１】
また、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記冷却フィンに、前記コンクリート部材との接触面積が他の部分よりも大きくなるように形成された放熱促進部が設けられていることがさらに望ましい。
【００１２】
さらに、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記放熱促進部が、板状または棒状に形成され、前記コンクリート部材の加熱される側の面と略平行に配置されていることがより望ましい。
【００１３】
また、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記冷却フィン及び／又は前記放熱促進部が複数設けられ、隣り合う前記冷却フィン同士及び／又は前記放熱促進部同士の間隔が、前記コンクリート部材の骨材の最大寸法以上であることが望ましい。
【００１４】
さらに、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記コンクリート部材のコンクリートが、有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入して形成されていることがより望ましい。
【００１５】
また、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記コンクリートの水セメント比が４０％以下であることがさらに望ましい。
【００１６】
さらに、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記有機繊維の長さが２０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００１７】
また、本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造においては、前記合成構造部材の加熱される側の面に、断熱性の耐火被覆材が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造によれば、火災時に加熱されて鋼部材を伝導する熱をコンクリート部材に放出させる冷却フィンが設けられていることによって、熱伝導率の高い鋼部材が、加熱によって急激に高温となり且つ熱伝導率の低いコンクリート部材と一体形成されていても、その熱をコンクリート部材に伝えることができ、鋼部材の温度を低く抑えることができる。これにより、従来のように断熱材を設けることなく鋼部材の力学特性の低下を抑制できるため、合成構造部材に優れた耐火性を付与しつつ施工性や経済性を向上させることが可能になる。
【００１９】
また、冷却フィンが、加熱されたコンクリート部材に生じる温度勾配の上流側から下流側に向けて延設されていることによって、コンクリート部材の低温側に向けて鋼部材の熱を伝導させることができ、コンクリート部材の温度に対し鋼部材の熱が伝導した冷却フィンの温度を高温にすることができるため、すなわち冷却フィンからコンクリート部材に向かう方向の大きな温度勾配を形成することができるため、確実に冷却フィンを介して鋼部材の熱をコンクリート部材に放出することができる。これにより、確実に鋼部材の力学特性の低下を抑制できる。
【００２０】
さらに、冷却フィンの一部が、コンクリート部材から外部に露出されていることによって、鋼部材の熱をコンクリート部材に放出することに加えて、コンクリート部材外の空気中にも放出することができる。これにより、効率的に鋼部材の熱を低温化させることができ、より確実に鋼部材の力学特性の低下を抑制することが可能になる。
【００２１】
また、冷却フィンに、コンクリート部材との接触面積が他の部分よりも大きくなるように形成された放熱促進部が設けられていることによって、冷却フィンに伝導した熱をこの放熱促進部を介してコンクリート部材に効率よく且つ確実に放出することができる。
【００２２】
さらに、この放熱促進部が、コンクリート部材の加熱される側の面と略平行に配置されていることによって、火災により直接加熱される合成構造部材の加熱面からコンクリート部材の内部への温度分布（等温線）と略平行に放熱促進部を配することができ、コンクリート部材の温度と放熱促進部の温度が等温になるまで放熱促進部からコンクリート部材に鋼部材の熱を放出させることができる。
【００２３】
また、冷却フィン及び／又は放熱促進部が複数設けられ、隣り合う冷却フィン同士及び／又は放熱促進部同士の間隔が、コンクリート部材の骨材の最大寸法以上であることによって、冷却フィンや放熱促進部を鋼部材に取り付けた場合においても、合成構造部材の構築時に打設するフレッシュコンクリートを確実に密充填することができる。すなわち、冷却フィンや放熱促進部を設けることによる合成構造部材の施工不良が生じることを確実に防止できる。
【００２４】
さらに、コンクリート部材のコンクリートに有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入した場合には、このコンクリート部材が加熱された際に、有機繊維がコンクリート内に微細な空隙をつくり、この空隙がコンクリート表層の熱膨張力や内部で膨張した気体の圧力を緩和して、コンクリート表層の剥離・飛散を防止することができる。これにより、鋼部材とともにコンクリート部材の力学特性の低下をも確実に抑制することができ、このような合成構造部材を備えた構造物が、従来のように耐火パネルなどの断熱材（耐火被覆材）を具備することなく、火災によって崩壊するおそれを解消することができる。また、コンクリートの水セメント比が４０％以下としたり、有機繊維の長さを２０ｍｍ以下とすることによって、上記効果を確実に得ることができる。
【００２５】
さらに、合成構造部材の加熱される側の面（加熱面）に、断熱性の耐火被覆材を設けた場合には、コンクリート部材や鋼部材への入熱量を減らすことができるため、より確実に合成構造部材、ひいてはこの合成構造部材を備えた構造物の耐火性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図１から図３を参照し、本発明の第１実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造について説明する。本実施形態は、例えば建築構造物などの壁構造（合成構造部材）の耐火構造に関するものである。
【００２７】
本実施形態の壁構造Ａは、図１及び図２に示すように、例えば鉄筋コンクリート製のコンクリート壁部（コンクリート部材）１と、コンクリート壁部１の一壁面１ａに一体に取り付けられた平板状の鋼板（鋼部材）２と、鋼板２に繋がりコンクリート壁部１の内部に埋設状態で設置された冷却フィン３とから構成されている。なお、本実施形態では、コンクリート壁部１と鋼板２と冷却フィン３とにより耐火構造Ａ１が構成されている。また、本実施形態の壁構造Ａにおいては、コンクリート壁部１の一壁面（コンクリート部材の加熱される側の面）１ａに設置した鋼板２の表面２ａが、火災時に直接熱Ｔに曝される加熱面４とされている。
【００２８】
冷却フィン３は、例えば鋼板２の材質と同じ鋼材を用いて形成され、本実施形態では平板状に形成されている。そして、冷却フィン３は、コンクリート壁部１の一壁面１ａに密着する鋼板２の内面に一端３ａが接続され、コンクリート壁部１の内部に向けて延設されている。また、このとき、冷却フィン３は、鋼板２の内面（コンクリート壁部１の一壁面１ａ）に略直交するように延設され、延設方向他端３ｂが、コンクリート壁部１の火災により加熱されない側の他壁面（非加熱面）１ｂよりも一壁面１ａ側に配されている。さらに、本実施形態では、同形同大の複数の冷却フィン３が鋼板２の内面に沿って並設されており、隣り合う冷却フィンの間隔が、コンクリート壁部１のコンクリートの最大骨材寸法以上とされている。
【００２９】
一方、本実施形態のコンクリート壁部１は、コンクリートが水セメント比４０％以下で、且つ例えば直径１０〜２００μｍ、長さ１〜２０ｍｍのポリアセタールやポリプロピレンなどの有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入して形成されている。このようなコンクリートを備えたコンクリート壁部１は、例えば特開２００４−３２３３３０号公報に記載されるように、火災によって加熱された際に、有機繊維が分解してコンクリート内に微細な空隙をつくり、この空隙がコンクリート表層の熱膨張力や内部で膨張した気体の圧力を緩和して、コンクリート表層の剥離・飛散を防止する。これにより、コンクリート壁部１は、耐火性に優れる。
【００３０】
ついで、上記の構成からなる壁構造Ａの耐火構造Ａ１の作用及び効果について説明する。
【００３１】
壁構造Ａが火災によって加熱された場合には、例えば１２００℃程度の熱Ｔに鋼板２の加熱面４が曝され、鋼板２全体の温度が、その熱伝導率の高さから急激に上昇する。ここで、本実施形態の冷却フィン３を具備していない場合（及び／又はコンクリート壁部１に有機繊維が混入されていない場合）には、鋼板２と一体形成されたコンクリート壁部１の熱伝導率が低いため、鋼板２の熱Ｔがコンクリート壁部１に伝わりにくく、鋼板２は、受熱量に応じて温度が上昇してゆき高温の状態で維持されてしまう。そして、鋼板２が例えば６００℃〜１２００℃の高温で維持された場合には、その強度や弾性などの力学特性が著しく低下し、壁構造Ａの耐力が急激に低下して、壁構造Ａを備えた構造物が崩壊するおそれが生じる。
【００３２】
これに対し、本実施形態の壁構造Ａにおいては、図３に示すように、鋼板２に冷却フィン３が接続され、この冷却フィン３がコンクリート壁部１内に埋設されつつ加熱面４から非加熱面１ｂに向けて延設されているため、鋼板２の熱Ｔが、この鋼板２と同等の熱伝導率を備えた冷却フィン３に早期に伝導し、コンクリート壁部１の内部（非加熱面１ｂ側）へと導かれる。一方、このとき、コンクリート壁部１には、熱伝導率が低いながらも加熱された鋼板２と接しているため、一壁面１ａ側が加熱され、この一壁面１ａ側から他壁面１ｂ（加熱面４側から非加熱面１ｂ側）に向けて加熱面４に略平行する等温線を有する温度勾配が形成される。しかしながら、このコンクリート壁部１の内部は、熱伝導率の低さから急激に温度上昇することがなく、また、冷却フィン３がコンクリート壁部１に生じる温度勾配の上流側から下流側に向けて延設されているため、鋼板２の熱Ｔが伝導して急激に温度が上昇する冷却フィン３の他端３ａ側に位置するほどにコンクリート壁部１の温度が冷却フィン３よりも低温になる。このため、冷却フィン３の一端から他端に向かうほどに、冷却フィン３からコンクリート壁部１に向けた大きな温度勾配が形成され、冷却フィン３の熱Ｔがコンクリート壁部１内部に放出される。このような冷却フィン３からコンクリート壁部１への放熱は、双方の温度が等しくなるまで継続的に行なわれることになり、この結果として、鋼板２が、強度や弾性などの力学特性の低下が生じることがない程度の温度で継続的に維持されることになる。
【００３３】
したがって、本実施形態のコンクリート壁部１と鋼板２が一体形成されてなる壁構造Ａの耐火構造Ａ１によれば、火災時に加熱されて鋼板２を伝導する熱Ｔをコンクリート壁部１の内部に放出させる冷却フィン３が設けられていることによって、鋼板２の温度を低く抑えることができる。これにより、従来のように断熱材を設けることなく鋼板２の力学特性の低下を抑制できるため、壁構造Ａに優れた耐火性を付与しつつ施工性や経済性を向上させることが可能になる。
【００３４】
また、冷却フィン３が、加熱されたコンクリート壁部１に生じる温度勾配の上流側から下流側に向けて延設されていることによって、コンクリート壁部１の低温側に向けて鋼板２の熱Ｔを伝導させることができ、コンクリート壁部１の温度Ｔに対し鋼板２の熱Ｔが伝導した冷却フィン３の温度を高温にすることができるため、すなわち冷却フィン３からコンクリート壁部１に向かう方向の大きな温度勾配を形成することができるため、確実に冷却フィン３を介して鋼板２の熱Ｔをコンクリート壁部１に放出することができる。これにより、確実に鋼板２の力学特性の低下を抑制できる。
【００３５】
さらに、隣り合う冷却フィン３の間隔がコンクリート壁部１の最大骨材寸法以上とされていることによって、壁構造Ａの構築時に、冷却フィン３でコンクリートの流動性が損なわれることがなく、コンクリートが密実に充填された好適な壁構造Ａを構築することができる。
【００３６】
また、コンクリート壁部１を構成するコンクリートが、水セメント比４０％以下で、且つ例えば直径１０〜２００μｍ、長さ１〜２０ｍｍの有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入して形成されていることによって、コンクリート壁部１をも耐火性に優れた構造にすることができる。
【００３７】
以上、本発明に係るコンクリート部材（コンクリート壁部１）と鋼部材（鋼板２）が一体形成されてなる合成構造部材（壁構造Ａ）の耐火構造の第１実施形態について説明したが、本発明は上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、冷却フィン３が平板状に形成されているものとしたが、図４に示すように、円柱棒状などの棒状に形成されてもよく、このような棒状の冷却フィン３を上下方向に並設させて設けた場合には、上下に隣り合う間隔もコンクリート壁部１の最大骨材寸法以上にすることが望ましい。
【００３８】
また、本実施形態では、壁構造Ａの鋼板２の表面２ａが露出されて、火災時に鋼板２が直接加熱されるものとしたが、例えば図５に示すように、鋼板２がその表面２ａを断熱性の耐火被覆材５で覆われていてもよい。この場合には、耐火被覆材５で鋼板２が直接加熱されることが防止されるため、冷却フィン３とともに鋼板２の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、コンクリート壁部１の一壁面１ａ側にのみ鋼板２が設置されているものとしたが、例えば図６に示すように、コンクリート壁部１の他壁面１ｂ側にも冷却フィン３を備えた鋼板２が設置されて、一壁面１ａ側及び他壁面１ｂ側の両側から火災による加熱を受けた場合においても対応できるようにしてもよい。さらに、この場合には、一壁面１ａ側と他壁面１ｂ側の両鋼板２に取り付けられた冷却フィン３のそれぞれの他端３ｂが繋がるように冷却フィン３が形成されてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、冷却フィン３が鋼板２と同材質で形成されているものとしたが、例えば鋼板２よりも熱伝導率の高い材質で形成されたり、逆に鋼板２よりも熱伝導率の低い材質で形成されていてもよいものである。すなわち、鋼板２の熱Ｔが早期に伝導されてコンクリート壁部１にこの熱Ｔを放出することが可能であれば、特に冷却フィン３の材質が限定される必要はない。
【００４１】
ついで、以下に、図７及び図８を参照し、本発明の第２実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造について説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様に、例えば建築構造物などの壁構造（合成構造部材）Ｂの耐火構造Ｂ１に関するものであり、冷却フィン３を除いて他の構成は第１実施形態と同様である。よって、ここでは、第１実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様、コンクリート壁部（コンクリート部材）１と鋼板（鋼部材）２と冷却フィン３とにより耐火構造Ｂ１が構成されている。
【００４２】
本実施形態の冷却フィン３は、図７に示すように、第１実施形態の冷却フィン３に対し、コンクリート壁部１の内部に埋設された延設方向他端３ｂ側に、コンクリート壁部１との接触面積が他の部分よりも大きくなるように形成した１つの放熱促進部３ｃが設けられている。この放熱促進部３ｃは、略矩形平板状に形成されており、コンクリート壁部１の一壁面（コンクリート壁部１の火災により加熱される側の面）１ａと略平行に配されて設けられている。これにより、本実施形態の冷却フィン３は、断面視でＴ字状を呈するように形成され、鋼板２と繋がる一端３ａ側よりも他端３ｂ側のコンクリート壁部１との接触面積が大とされている。
【００４３】
このように構成した冷却フィン３は、図８に示すように、火災により鋼板２が加熱された際に、その熱Ｔが一端３ａから他端３ｂに向けて伝導し、大きな面積でコンクリート壁部１に接触する放熱促進部３ｃによってコンクリート壁部１への放熱が促進される。また、第１実施形態と同様に、コンクリート壁部１に、加熱面４に略平行な等温線を有する温度勾配が形成されることに基づいて、すなわちコンクリート壁部１の一壁面１ａから他壁面１ｂに向かうに従い温度が低温になることに基づいて、冷却フィン３の一端３ａから他端３ｂに向かうほどに冷却フィン３からコンクリート壁部１に向けた大きな温度勾配が形成される。そして、この大きな温度勾配が形成される他端３ｂに放熱促進部３ｃが設けられることで、本実施形態の冷却フィン３は、第１実施形態の冷却フィン３に対してコンクリート壁部１への放熱量が多くなり、より確実に鋼板２が低温化される。
【００４４】
したがって、本実施形態の壁構造Ｂの耐火構造Ｂ１によれば、冷却フィン３に、コンクリート壁部１との接触面積が他の部分よりも大きくなるように形成された放熱促進部３ｃが設けられていることによって、冷却フィン３に伝導した熱Ｔをこの放熱促進部３ｃを介してコンクリート壁部１に効率よく且つ確実に放出することができ、鋼板２の温度上昇を確実に抑制することができる。これにより、従来のように断熱材を設けることなく鋼板２の力学特性の低下を抑制でき、壁構造Ｂに優れた耐火性を付与しつつ施工性や経済性を向上させることが可能になる。
【００４５】
また、この放熱促進部３ｃが、平板状に形成され、コンクリート壁部１の加熱される一壁面１ａと略平行に配置されていることによって、放熱促進部３ｃをコンクリート壁部１内の温度分布（等温線分布）と略平行に配することができ、コンクリート壁部１の温度と放熱促進部３ｃの温度が等温になるまでこの放熱促進部３ｃからコンクリート壁部１に鋼板２の熱Ｔを放出させることができる。
【００４６】
なお、上記の第２実施形態の変形例として、次のようなコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造を採用してもよい。本実施形態では、放熱促進部３ｃが平板状に形成されているものとしたが、放熱促進部３ｃは、棒状に形成されたり、略球状に形成されてもよく、冷却フィン３のコンクリート壁部１への接触面積を増大させて鋼板２の熱Ｔを効率的に放出することが可能であれば、その形状は特に限定を必要とするものではない。
【００４７】
また、本実施形態では、放熱促進部３ｃが冷却フィン３の他端３ｂ側に１つ設けられているものとしたが、例えば図９に示すように、冷却フィン３の一端３ａから他端３ｂまでの範囲において、複数の放熱促進部３ｃが並設されていてもよく、この場合には、本実施形態の冷却フィン３よりもさらにコンクリート壁部１との接触面積を増大させることができるため、より効率的に鋼板２の熱Ｔをコンクリート壁部１に放出することが可能になる。また、このとき、複数の放熱促進部３ｃが、隣り合う放熱促進部３ｃの間隔をコンクリート壁部１の最大骨材寸法以上として設けられることによって、コンクリート壁部１の構築時に、放熱促進部３ｃでコンクリートの流動性が損なわれることがなく、コンクリート壁部１を密実な状態で好適に形成することが可能になる。
【００４８】
さらに、本実施形態では、冷却フィン３の放熱促進部３ｃがコンクリート壁部１の他壁面１ｂよりも一壁面１ａ側に配された状態で埋設されているものとしたが、例えば図１０に示すように、放熱促進部３ｃの他壁面１ｂ側の面３ｄが他壁面１ｂと面一とされて外部に露出されるように冷却フィン３を形成したり、図１１に示すように、放熱促進部３ｃがコンクリート壁部１の他壁面１ｂよりも外側に突出して露出されるように冷却フィン３が形成されてもよく、このような場合には、図１２及び図１３に示すように、冷却フィン３を介して伝導した鋼板２の熱Ｔをコンクリート壁部１に放出するとともにコンクリート壁部１の外部（例えば空気中）にも放出できるため、さらに確実に鋼板２の温度上昇を抑制することが可能になる。
【００４９】
ついで、以下に、図１４及び図１５を参照し、本発明の第３実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造について説明する。本実施形態は、例えば建築構造物や橋梁の柱（橋脚）などとして用いるコンクリート充填鋼管柱（合成構造部材）Ｃの耐火構造Ｃ１に関するものである。なお、第１及び第２実施形態に共通する構成に対して同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。
【００５０】
本実施形態のコンクリート充填鋼管柱Ｃは、図１４及び図１５に示すように、断面略矩形状で環状の鋼管（鋼部材）１０と、鋼管１０内に充填されたコンクリート（コンクリート部材）１１と、鋼管１０の内面１０ａに一端３ａが接続されてコンクリート充填鋼管柱Ｃの軸線Ｏ１中心に向けて延びる冷却フィン３とから構成されている。ここで、本実施形態においては、鋼管１０とコンクリート１１と冷却フィン３が耐火構造Ｃ１を構成している。
【００５１】
本実施形態の冷却フィン３は、他端３ｂに平板状の放熱促進部３ｃが設けられて断面Ｔ字状に形成され、断面視で鋼管１０の４つの平面状の内面１０ａのそれぞれに１つずつ取り付けられている。また、各冷却フィン３は、鋼管１０の各内面１０ａの幅方向略中央に一端３ａを接続させて内面１０ａに直交する方向に延設されており、放熱促進部３ｃがコンクリート充填鋼管柱Ｃの軸線Ｏ１よりも鋼管１０の内面１０ａ側に配されている。
【００５２】
そして、このように構成した冷却フィン３は、鋼管１０の外面（加熱面４）１０ｂが火災などによって加熱された際に、第１及び２実施形態と同様に、熱が鋼管１０と繋がる一端３ａから他端３ｂに向けて伝導し、放熱促進部３ｃによってコンクリート１１への放熱が促進される。これにより、鋼管１０の温度が低温に維持される。
【００５３】
したがって、本実施形態のコンクリート充填鋼管柱Ｃの耐火構造Ｃ１によれば、冷却フィン３が鋼管１０に取り付けられていることによって、熱伝導率の高い鋼管１０が、加熱によって急激に高温となり且つ熱伝導率の低いコンクリート１１と一体形成されていても、その熱をコンクリート１１に伝えることができ、鋼管１０の温度を低く抑えることができる。これにより、コンクリート充填鋼管柱Ｃに優れた耐火性を付与しつつ、従来の断熱材を用いるものと比較して施工性や経済性を向上させることが可能になる。
【００５４】
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、コンクリート１１に有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入したり、コンクリート１１の水セメント比を４０％以下としたり、有機繊維の長さを２０ｍｍ以下とすることで、鋼管１０とともにコンクリート１１の力学特性の低下をも確実に抑制することが可能になる。
【００５５】
なお、上記の第３実施形態の変形例として、次のようなコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造を採用してもよい。本実施形態では、冷却フィン３が、断面視で略矩形状の鋼管１０の４つの内面１０ａのそれぞれに１つずつ取り付けられているものとしたが、断面視で各内面１０ａに複数設けられていてもよく、また、鋼管１０は、例えば断面円形状に形成されていてもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、コンクリート充填鋼管柱Ｃの鋼管１０の外面１０ｂが露出されて、火災時に鋼管１０が直接加熱されるものとしたが、例えば図１６に示すように、鋼管１０がその外面１０ｂを断熱性の耐火被覆材５で覆われていてもよい。この場合には、耐火被覆材５で鋼管１０が直接加熱されることが防止されるため、冷却フィン３とともに鋼管１０の温度上昇をさらに抑制することができる。
【００５７】
さらに、本実施形態では、冷却フィン３の他端３ｂに放熱促進部３ｃが設けられ、この放熱促進部３ｃがコンクリート充填鋼管柱Ｃの軸線Ｏ１よりも鋼管１０の内面１０ａ側に配されているものとしたが、例えば断面視で互いに対向配置された一対の冷却フィン３の他端３ｂを接続するように冷却フィン３が形成されていてもよい。また、冷却フィン３には、第２実施形態のように複数の放熱促進部３が設けられていてもよく、逆に放熱促進部３ｃが形成されなくてもよい。
【００５８】
ついで、以下に、図１７から図２０を参照し、本発明の第４実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造について説明する。本実施形態は、例えばシールドトンネルの覆工を形成するコンクリート製のセグメント（合成構造部材）の耐火構造に関するものである。
【００５９】
本実施形態のセグメントＤは、図１７に示すように、例えばシールドマシンによって掘削したトンネル２０の掘削面の曲率半径と略等しい曲率半径を備える円弧盤状に形成されている。また、セグメントＤは、周方向の周長が、設置した状態でトンネル２０の軸Ｏ１と平行するセグメントＤの軸Ｏ２方向の幅よりも大きく形成されるとともに、径方向の厚さが周方向に沿って一定に形成されている。そして、このように形成された複数のセグメントＤは、トンネル２０の掘削面に沿ってトンネル２０の周方向に連続して設けられ、周方向の掘削面を被覆しつつ支持する環状のセグメントリング体２１を形成している。また、トンネル２０の軸Ｏ１方向に、セグメントリング体２１が連続するように隣接されて、シールドマシンで掘削した掘削面が複数のセグメントＤで被覆されつつ支持されトンネル２０の覆工が形成される。
【００６０】
また、本実施形態のセグメントＤは、円弧盤状に形成されたコンクリート製のセグメント本体（コンクリート部材）２２と、このセグメント本体２２に埋設されて一体形成された鋼製の継手構造（鋼部材）２３とから構成されている。また、継手構造２３は、トンネル２０の周方向と軸線Ｏ１方向にそれぞれ隣り合うセグメントＤ同士を相互に接合するリング間継手２４とセグメント間継手２５とから構成されている。このうちリング間継手２４は、一方のセグメントＤの軸線Ｏ１方向先端側を向く一方の端面（セグメント本体２２の一方の端面２２ａ）側に設けられた雄型継手２４ａと、この一方のセグメントＤに接合される他方のセグメントＤの他方の端面（セグメント本体２２の他方の端面２２ｂ）側に設けられた雌型継手２４ｂとから構成されている。
【００６１】
雄型継手２４ａは、図１８に示すように、棒状に形成され、その軸線Ｏ３方向をトンネル２０の軸Ｏ１方向に一致させた状態で、且つセグメント本体２２内に後端側を埋設させつつ先端側を一方の端面２２ａからセグメント本体２２の軸線Ｏ２方向外側に突出させて設けられている。雌型継手２４ｂは、略円筒状に形成され、その軸線Ｏ３方向をトンネル２０の軸Ｏ１方向に一致させた状態で、且つ開口する先端をセグメント本体２２の他方の端面２２ｂと同位置に配した状態でセグメント本体２２内に埋設されている。そして、雄型継手２４ａの突出する先端側を雌型継手２４ｂに嵌合させることによって隣り合うセグメントＤ同士が一体に接合される。
【００６２】
一方、本実施形態では、図１８から図２０に示すように、雄型継手２４ａと雌型継手２４ｂのそれぞれのセグメント本体２２に埋設された部分に、セグメントＤを設置した状態でトンネル２０の掘削面側に向けて延びる（トンネル２０内面を形成するセグメント本体２２の一面２２ｃ（加熱面４）側からセグメント本体２２のトンネル掘削面側の他面（非加熱面）２２ｄに向けて延びる）略半円状で平板状の冷却フィン３０が設けられている。また、冷却フィン３０は、雄型継手２４ａと雌型継手２４ｂのそれぞれの軸線Ｏ３上に円弧中心を配した状態で設けられ、軸線Ｏ３方向に複数並設されている。このとき、軸線Ｏ３方向に隣り合う冷却フィン３０同士の間隔は、セグメント本体２２の最大骨材寸法以上とされている。
【００６３】
上記のように構成したセグメントＤを備えたトンネル２０内で火災が発生した際には、トンネル内面２２ｃ（加熱面４）が加熱されて、セグメント本体２２に径方向外側に向けた温度勾配が形成され、徐々にセグメント本体２２の温度が上昇してゆく。そして、熱Ｔがリング間継手２４に達するとともに、鋼製の雄型継手２４ａ及び雌型継手２４ｂが急激に高温となる。このとき、本実施形態においては、雄型継手２４ａと雌型継手２４ｂの熱Ｔが冷却フィン３０に伝導し、この冷却フィン３０を介してセグメント本体２２の非加熱面２２ｄ側に、すなわちセグメント本体２２に形成された温度勾配の上流側から下流側に向けてリング間継手２４の熱Ｔが放出される。これにより、火災による熱Ｔによってリング間継手２４の強度や弾性の低下が抑制される。
【００６４】
したがって、本実施形態のセグメント本体２２と継手構造２３が一体形成されてなるセグメントＤの耐火構造Ｄ１によれば、継手構造２３に加熱面側から非加熱面側に延びる冷却フィン３０を設けることにより、継手構造２３の熱Ｔをセグメント本体２２に放出させることができ、従来のように耐火パネルを設置することなく継手構造２３の強度や弾性などの力学特性が低下することを抑制することが可能になる。これにより、トンネル２０に優れた耐火性を付与しつつ施工性や経済性を向上させることが可能になる。
【００６５】
また、第１から第３実施形態と同様、隣り合う冷却フィン３０同士の間隔が、セグメント本体の最大骨材寸法以上であることによって、冷却フィン３０を備えた場合においても好適にセグメントＤを形成することができる。
【００６６】
さらに、第１から第３実施形態と同様に、セグメント本体２２を形成するコンクリートに有機繊維を０．０５容積％〜０．３５容積％混入したり、コンクリートの水セメント比を４０％以下としたり、有機繊維の長さを２０ｍｍ以下とすることで、セグメントＤの耐火性をさらに向上させることができる。
【００６７】
なお、上記の第４実施形態の変形例として、次のようなコンクリート部材と鋼部材が一体形成されてなる合成構造部材の耐火構造を採用してもよい。本実施形態では、継手構造２３のうちリング間継手２４にのみ冷却フィン３０が取り付けられているように説明を行なったが、セグメント間継手２５にも同様に冷却フィン３０が取り付けられることが望ましい。
【００６８】
また、本実施形態では、冷却フィン３０が半円状に形成されているものとしたが、加熱面４側から非加熱面２２ｄ側に向けて延び、継手構造２３の熱Ｔを放出可能であれば、特にその形状を限定する必要はない。
【００６９】
さらに、本実施形態では、セグメントＤが、コンクリート製セグメントとされ、コンクリート製のセグメント本体２２に一体形成された鋼製の継手構造２４に冷却フィン３０が設けられているものとしたが、セグメントＤが、凸曲面の内周側が開口した鋼製箱状のセグメント本体（鋼部材）４０の内部にコンクリート（コンクリート部材）４１を充填して構成した合成セグメント（合成構造部材Ｄ）であってもよく、この場合には、例えば図２１に示すように、板状または棒状の冷却フィン４２が、鋼製のセグメント本体４０の側壁部４０ａに一端４２ａを接続させて、コンクリート４１の内部に延びるように設けられることによって、トンネル火災時にコンクリート４１の露出面側から加熱されてセグメント本体４０を伝導する熱Ｔを、冷却フィン４２を介してコンクリート４１に放出することができ、セグメントＤの耐火性を向上させることが可能になる。また、このように合成セグメントに冷却フィン４２を具備する場合において、冷却フィン４２は、鋼製のセグメント本体４０に接続されて火災時の熱Ｔをコンクリート４１に放出させることが可能であれば、必ずしもセグメント本体４０の側壁部４０ａに接続される必要はなく、例えば鋼製のセグメント本体４０の底板部４０ｂに接続されて設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材の耐火構造を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の冷却フィンからコンクリート部材への熱の伝導状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の冷却フィンからコンクリート部材への熱の伝導状態を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（壁構造）の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１０に示した合成構造部材（壁構造）の耐火構造の冷却フィンからコンクリート部材への熱の伝導状態を示す断面図である。
【図１３】図１１に示した合成構造部材（壁構造）の耐火構造の冷却フィンからコンクリート部材への熱の伝導状態を示す断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（コンクリート充填鋼管柱）の耐火構造を示す斜視図である。
【図１５】図１４のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（コンクリート充填鋼管柱）の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（セグメント）を示す斜視図である。
【図１８】図１７のＹ−Ｙ線矢視図である。
【図１９】図１８のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図２０】図１８のＸ２−Ｘ２線矢視図である。
【図２１】本発明の第３実施形態に係るコンクリート部材と鋼部材が一体形成された合成構造部材（セグメント）の耐火構造の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１      コンクリート壁部（コンクリート部材）
２      鋼板（鋼部材）
３      冷却フィン
３ａ    一端
３ｂ    他端
３ｃ    放熱促進部
４      加熱面
５      耐火被覆材
１０    鋼管（鋼部材）
１１    コンクリート（コンクリート部材）
２２    セグメント本体（コンクリート部材）
２３    継手構造
２４    リング間継手（鋼部材）
２４ａ  雄型継手
２４ｂ  雌型継手
３０    冷却フィン
４２    冷却フィン
Ａ      壁構造（合成構造部材）
Ａ１    耐火構造
Ｂ      壁構造（合成構造部材）
Ｂ１    耐火構造
Ｃ      コンクリート充填鋼管柱（合成構造部材）
Ｃ１    耐火構造
Ｄ      セグメント（合成構造部材）
Ｄ１    耐火構造
Ｔ      熱
【図１】
2007314940.tif 000003
【図２】
2007314940.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007314940.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007314940.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2007314940.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2007314940.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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