(57)【要約】【課題】耐火被覆を低減又は省略できるうえ、耐火性を確保することができ、しかも火災時において、消火効果、および室内の温度上昇、燃焼速度といった火災性状の抑制効果が得られる。【解決手段】水封入鋼管梁１は、鋼構造架構骨組で構成される建物に設けられており、梁材をなしていて側面上方の位置に開口穴３を有する鋼管２と、高熱で溶融する材料からなり、開口穴３を液密に塞ぐ閉塞部材４とを備え、開口穴３を閉塞部材４で塞いだ状態で、鋼管２の内部に水Ｗを封入させている。火災時には、その高熱により閉塞部材４が溶融して消失し、開口穴３から鋼管２内の水が流出して消火水として機能し、封入した水Ｗが減ってその水位が開口穴３の下端より低くなったときには、鋼管２に残っている水Ｗが火災熱により蒸発し、その水蒸気が開口穴３から放出されて室内の酸素量を低下させ、室内の温度上昇や燃焼速度を抑制するようにした。【選択図】図１
2009293281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼構造架構骨組で構成される建物に設けられる水封入鋼管梁であって、
梁材をなし、側面に開口穴を有する鋼管と、
高熱で溶融する材料からなり、前記開口穴を液密に塞ぐ閉塞部材と、
を備え、
前記開口穴が前記閉塞部材によって塞がれた状態で、前記鋼管の内部に水が封入されていることを特徴とする水封入鋼管梁。
【請求項２】
前記開口穴は、前記鋼管の側面上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の水封入鋼管梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼構造架構骨組で構成される建物の梁の耐火構造として適用される水封入鋼管梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼構造架構骨組で構成される建物では、柱や梁などの鋼構造部材を火災から守るために、それら部材の外表面に耐火被覆を施工している（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、硫酸アルミニウムと二酸化チタンとを含有する耐火被覆材を施工現場において混練水としての水と混合し、圧送機を用いて、角形鋼管の外表面に吹付け施工し、硫酸アルミニウムの再結晶により、耐火被覆材が硬化し、耐火被覆させることで被覆厚を薄くした耐火被覆材について開示されている。
【０００３】
ところで、耐火被覆は、特許文献１に記載されているように吹付けにより施工されているのが一般的であり、その施工時には多量の粉塵が発生するという現状がある。そこで、鋼管内にコンクリートを充填する構造により耐火被覆を省略した鋼管柱構造が、例えば特許文献２に提案されている。
特許文献２には、鋼管柱内に蒸気抜き用パイプを鉄筋籠とともに組み込み、そのパイプに多数の貫通孔を形成しておき、パイプ両端を鋼管の側面に形成した蒸気放出孔に接続した状態で鋼管内にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱であって、火災時においてコンクリート充填鋼管柱内の高圧になった蒸気を貫通孔より蒸気抜きパイプ内を通して蒸気放出孔に放出することで、鋼管内部の蒸気圧の上昇を抑え、コンクリートの爆裂を抑制し、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能を向上させた構造について記載されている。
【特許文献１】特開２００６−１４３８７５号公報
【特許文献２】特開平９−４１４８９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、従来の建物に採用されている耐火構造においては以下のような問題があった。
すなわち、上述した特許文献２の鋼管柱構造は、鋼管柱の軸方向に沿って上下方向に配されている蒸気抜きパイプ内で蒸気を通過させる構造であるが、そのパイプを梁に適用した場合、そのパイプの軸方向が横向きとなり、加熱によって生じるコンクリート内部の蒸気は上昇するため、蒸気抜きの効果として不十分となる。また、梁に縦方向の蒸気抜きパイプを配置する場合には、その数量が多数となり、梁の強度が低下する等の構造上の欠点があり、適用が困難であることから、その点で改良の余地があった。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、耐火被覆を低減又は省略できるうえ、耐火性を確保することができる水封入鋼管梁を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、火災時において、消火効果、および室内の温度上昇、燃焼速度といった火災性状の抑制効果が得られる水封入鋼管梁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る水封入鋼管梁では、鋼構造架構骨組で構成される建物に設けられる水封入鋼管梁であって、梁材をなし、側面に開口穴を有する鋼管と、高熱で溶融する材料からなり、開口穴を液密に塞ぐ閉塞部材とを備え、開口穴が閉塞部材によって塞がれた状態で、鋼管の内部に水が封入されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明では、鋼管内に水が封入された構造であるので、その水の冷却効果によって火災時における鋼管自体の温度上昇を抑制することができ、梁自体の耐火性を確保することができる。つまり、耐火被覆を低減又は省略することができるので、高価な耐火被覆材を使用する必要がなくなり、コストの低減を図ることができる。そのうえ、耐火被覆材の吹き付け施工が不要となるので、粉塵の発生による施工上の不具合をなくすことができる。
そして、火災時には、その高熱により閉塞部材が溶融して消失し、開口穴から鋼管の内部に封入されている水が鋼管の下方へ流出して消火水として機能し、室内の火勢を小さくすることができる。さらに、封入した水が減ってその水位が開口穴の下端より低くなると、開口穴からの流出がなくなり、その後は残っている水が火災熱によって蒸発し、その水蒸気が開口穴から放出されて室内の酸素量を低下させることから、室内の温度上昇や燃焼速度といった火災性状を抑制することができる。
また、平常時においては、鋼管内の水の蓄熱効果により、室内空調による冷房費や暖房費の低減を図ることができる。
【０００８】
また、本発明に係る水封入鋼管梁では、開口穴は、鋼管の側面上方に位置していることが好ましい。
【０００９】
本発明では、火災時に閉塞部材が消失し、開口穴から水が流出した後にも鋼管内に多くの水が残っている状態となり、その水から多量の水蒸気を長時間発生させることができ、上記室内の温度上昇や燃焼速度の抑制効果をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の水封入鋼管梁によれば、従来のように梁の表面に施工する耐火被覆を低減又は省略することができるうえ、鋼管内の水の冷却効果によって鋼管自体の温度上昇を抑えることができることから、梁自体の耐火性を確保することができる。また、火災時には、鋼管内の水を流出させたり、水蒸気を放出させることが可能であるので、消火効果、および室内の温度上昇、燃焼速度といった火災性状の抑制効果が得られ、梁に複合的な機能をもたせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態による水封入鋼管梁について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による水封入鋼管梁の概略構成を示す一部破断斜視図、図２は図１に示す水封入鋼管梁の断面図、図３は火災時の水封入鋼管梁の作用を説明するための図、図４は同じく火災時の水封入鋼管梁の作用を説明するための図である。
【００１２】
図１および図２に示すように、本水封入鋼管梁１は、鋼構造架構骨組で構成される建物の鉄骨梁として採用され、耐火性、消火機能、および火災性状（室内の温度上昇および燃焼速度）の抑制効果をもたせることを可能とした鋼管梁構造である。この水封入鋼管梁１は、建物の床スラブ５を下方より支持する支持構造である点については、一般的な梁と同様である。
【００１３】
水封入鋼管梁１は、断面視略四角形状の梁材をなしていて両側面２ｂ、２ｂに複数の開口穴３、３、…を有する鋼管２と、高熱で溶融する材料からなり各開口穴３を液密に塞ぐ閉塞部材４とを備えてなり、開口穴３が閉塞部材４によって塞がれた状態で、鋼管２の内部に水Ｗが封入された構成となっている。つまり、開口穴３を塞ぐ閉塞部材４が取り除かれることによって、開放された開口穴３から鋼管２内の水Ｗが自然流出する構成となっている。
【００１４】
開口穴３は、円孔であり、鋼管２の両側面２ｂ、２ｂにおいて軸方向（鋼管２の長手方向）に沿って所定間隔をあけて複数配置され、それぞれの高さ方向の位置が鋼管２の上フランジ２ａに近い側面上方に位置している。この開口穴３は、その形状として例えば梁成の１／１０以下程度の直径寸法が好ましく、鋼管２における軸方向の間隔が例えば梁成の２倍以下の間隔で配置することが好ましい。
【００１５】
閉塞部材４は、開口穴３に嵌合可能な略円盤形状をなし、鋼管２内に封入する水Ｗの水圧に耐え得る状態で、開口穴３を液密に封止させる構成となっている。この閉塞部材４の材質として、火災時の高熱（例えば、１２０〜２００℃以上）によって溶融する材料であり、例えばクロロプレンゴム、シリコンゴム等に高分子吸収ポリマーを練り混ぜた水膨張ゴムを採用することができる。或いは、ゴム、プラスチック、木材等の有機材料、低温で溶融するアルミニウム等の無機材料、或いは有機材料と無機材料の組み合わせによる材料などを採用することができる。
【００１６】
次に、建物に配置された上述した水封入鋼管梁１の作用について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、水封入鋼管梁１は鋼管２内に水Ｗが封入された構造であるので、その水Ｗの冷却効果によって火災時における鋼管２自体の温度上昇を抑制することができ、梁自体の耐火性を確保することができる。つまり、耐火被覆を低減又は省略することができるので、高価な耐火被覆材を使用する必要がなくなり、コストの低減を図ることができる。そのうえ、耐火被覆材の吹き付け施工が不要となるので、粉塵の発生による施工上の不具合をなくすことができる。
【００１７】
そして、火災が発生していない平常時においては、鋼管２の開口穴３が閉塞部材４によって塞がれた状態であり、鋼管２内には水Ｗが封入されているので、水Ｗの蓄熱効果によって、室内空調による冷暖房にかかるコストの低減を図ることができる。
【００１８】
また、図３および図４に示すように、水封入鋼管梁１は、建物に火災が発生した時に、鋼管２から水Ｗを流出させる第１段階と、水蒸気Ｗ´を放出させる第２段階の二段階による機能を発揮するようになっている。
図３に示すように、第１段階として、発生する高熱（符号Ｈ）により閉塞部材４（図２参照）が溶融して消失し、開口穴３が開放されると、その開口穴３から鋼管２の内部に封入されている水Ｗが鋼管２の下方へ流出して火災時の消火水として機能し、室内の火勢を小さくする。
【００１９】
さらに、図４に示すように、第２段階として、鋼管２内の水Ｗが減ってその水位が開口穴３の下端より低くなると、開口穴３からの流出が止まる。そして、鋼管２内に残っている水Ｗは、火災熱（符号Ｈ）によって沸騰して蒸発し、その水蒸気Ｗ´が開口穴３から放出されて火災室（符号Ｒ）内の酸素量を低下させることから、火災性状、すなわち室内の温度上昇や燃焼速度を抑制することができる。
【００２０】
本水封入鋼管梁１では、各開口穴３が鋼管２の側面上方に位置しているので、火災時に閉塞部材４が消失し、開口穴３から水Ｗが流出した後にも鋼管２内に多くの水Ｗが残っている状態となり、その水Ｗから多量の水蒸気Ｗ´を長時間発生させることができ、上述したように室内の温度上昇や燃焼速度の抑制効果をより一層高めることができる。
【００２１】
上述のように本実施の形態による水封入鋼管梁では、従来のように梁の表面に施工する耐火被覆を低減又は省略することができるうえ、鋼管２内の水Ｗの冷却効果によって鋼管２自体の温度上昇を抑えることができることから、梁自体の耐火性を確保することができる。
また、火災時には、鋼管２内の水Ｗを流出させたり、水蒸気Ｗ´を放出させることが可能であるので、消火効果、および室内の温度上昇、燃焼速度といった火災性状の抑制効果が得られ、梁に複合的な機能をもたせることができる。
【００２２】
以上、本発明による水封入鋼管梁の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の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、本実施の形態では開口穴３の断面形状を円孔としているが、円形状であることに限定されることはなく、例えば楕円形、矩形など任意な形状に設定することができる。また、開口穴３の取り付け位置、数量、大きさ等は、本実施の形態に限定されることはなく、梁が配置される部屋の形状、広さ、使用状態、或いは消火効果などの設定機能に応じて変更することができる。例えば、梁の耐火性能および火災性状の抑制機能を重視した設定とする場合には、本実施の形態のように鋼管２の上フランジ２ａに近い位置に開口穴３を配置し、消火水としての機能を重視する場合には、下フランジ２ｃ（図２参照）に近い位置に開口穴３を配置すればよい。
なお、例えば部屋の配置に応じて鋼管２内に仕切り板を設けておき、部屋毎に開口穴３の位置や数量などを変えるようにしてもかまわない。
【００２３】
さらに、本実施の形態では閉塞部材４を開口穴３に嵌合させる構造としているが、例えば、鋼管２に十分な厚みがある場合には、開口穴３に雌ねじを形成しておき、閉塞部材４の外周側面に前記雌ねじに螺合する雄ねじを形成し、ねじ込みにより閉塞部材４を開口穴３に係合させる構造を採用してもよい。
また、閉塞部材４の材料は、すべて同一の材質であることに限定されることはなく、部屋の条件に応じて溶融温度が異なる材質の閉塞部材を採用することで、火災時の鋼管２からの水Ｗの流出に時間差をもたせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態による水封入鋼管梁の概略構成を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１に示す水封入鋼管梁の断面図である。
【図３】火災時の水封入鋼管梁の作用を説明するための図である。
【図４】火災時の水封入鋼管梁の作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  水封入鋼管梁
２  鋼管
３  開口穴
４  閉塞部材
５  床スラブ
Ｗ  水
Ｗ´  水蒸気
【図１】
2009293281.tif 000003
【図２】
2009293281.tif 000004
【図３】
2009293281.tif 000005
【図４】
2009293281.tif 000006