平成 24 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】

２) 防火研究グループ
２)－１ 熱応力・強制変形を受ける区画部材の耐火性能推定技術の開発【基盤】
Research and development of a method for evaluating fire resistance of fire barriers underthermal stress and/or forced deformation by structural elements in a fire
（研究期間 平成 22～24 年度）
防火研究グループ

鈴木淳一

萩原一郎

増田秀昭

茂木 武

Dept. of fire Engineering

Jun-ichi Suzuki

Ichiro Hagiwara

Hideaki Masuda

Takeshi Motegi

The objective of this study is to clarify the influence of the interaction between structural frames and non-structural elements on fire
resistance of buildings. Fire resistance of steel buildings depends on the structural stability of steel frames and performance ofpartition walls to mitigate fire spread. Partition walls would be damaged by the deformation of a steel frame because of theresponse of partition walls following the steel frame when the frame is exposed to fire. As a result of the experiment, the followings
became obvious. Partition walls with common light gauge steel tended to buckle under thermal stress and forced deformation in fire
testing. The partition walls with lower axial stiffness and strength had a possibility to increase deformation capacity. The
performance related temperature history can be estimated by numerical analysis in this study.
［研究目的および経過］るため、区画模型、耐火炉を用いた軽量鉄骨下地の強化

火災時に鋼構造架構が大きく変形して間仕切り壁等

せっこうボード乾式間仕切り壁に対して熱膨張を拘束しの区画部材の性能を低下させると、架構が広範囲に亘った条件や強制変形を負荷した条件等で加熱実験を行い、て火熱に曝されるために、架構の崩壊メカニズムが変化

間仕切り壁に導入される熱応力、終局状態を把握するし、架構の崩壊温度が低下する恐れがある(図 1)。特に、(図 2)。なお、試験体に与える熱変形量等の実験変数は、架構の温度上昇によって、柱の局部座屈や梁・床の大た数値計算による予備解析を行って設定する(図 3、4)。まわみ等が生じると間仕切り壁等の区画部材に亀裂や脱落た、表 1 に試験体概要と実験条件を示す、試験体についが生じ、遮熱性や遮炎性を損なって、延焼拡大する恐れても載荷加熱実験を実施し、その耐火性能を明らかにすがある。梁・床のたわみや応力再配分時における変形等る。また、熱的性質等を用いて数値解析による加熱実験に関しては、区画部材等の耐火性能と変形との関係を評の再現を行うとともに、火災時における架構の変形を架価するための技術基準は整備されておらず、それを裏付

表 1 実験条件および試験体一覧けるための実験等の蓄積もほとんど無い。
記号

本研究では、区建築物全体の構造特性を考慮した合試験体
寸法
W×H(m)

理的な耐火性能評価手法の実現に向けて、画部材の耐火S1S2性能の実態、耐火性能検証法が規定する変形制限の合理

S3

強化
せっこうボード
厚さ(mm)

張り方

軽量鉄骨
下地材
スタッド

12.5
15
3.1×3.115

両面1枚縦張りC65x45x10
t=0.6

性等を把握し、火災加熱を受ける架構の熱変形量およびS4

それを踏まえた区画部材の耐火性能を把握したので報告

S53.1×3.0

15S6

3.1×3.012.5

両面2枚縦張り

S73.1×3.0

15

両面1枚 C-65x45x10
t=0.6
縦張り

する。

15［研究内容］
区画部材と周辺の構造体との相互作用、火災外力の□65x45x10*
t=0.6

加熱条件
火災温度
上昇係数
690
650
550

実験条件
載荷条件

載荷ペース

変形拘束
変形拘束

1mm/min(2％/hour)

強制変形(偏心載荷)
強制変形(均等載荷)

460(ISO834)

強制変形(均等載荷)
スタッド温度
約300℃到達後 0.5mm/minに載荷開始 (1％/hour)

460(ISO834)

鉛直変形非拘束(自由伸び)

大きさが区画部材の耐火性能に与える影響を明らかとす
1/50 >ΣΔL/HΣΔL①②①②i)内側スパン火災

HLa) 熱変形状態b)変形のモデル化
図 1 火災時の架構の変形L/2ii)外側スパン火災a) 区画中央部 b)区画端部
図 2 実験の概念図-9-0.5mm/min(1％/hour)
0.5mm/min(1％/hour)図 3 解析架構

-平成 24 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】

1200て評価するための推定技術を開発する。

1000［研究結果］

800
温度[℃]

構の構造性能、火災外力、区画部材の耐火性能等に応じ試験体は軽量鉄骨下地＋両面強化せっこうボード縦張り形式の乾式間仕切り壁とした。S1-S5、S7 試験体は強化せっこうボード 1 枚張り、S6 は 2 枚張りとした。

実験曲線(α=460)

WA面実測結果

600
400200試験体には、強化せっこうボード、スタッドの表面・裏0

面温度測定用の熱電対、鉛直方向変形と面外変形計測用0の変位計を取り付けた(図 5)。試験体 S1、2 に対しては、

2040
時間[分]
図 10 非拘束時の温度推移(S7)

火災時に熱応力のみを受ける間仕切壁を想定して、鉛直方向の壁の熱膨張を完全拘束した。試験体 S3-6 に対し

1)載荷装置による強制鉛直変位を与えた。S7 では、非拘熱応力・強制変形を受ける乾式間仕切り壁の変形追従性：
鈴木弘之, 鈴木淳一, 山本弘樹, 大宮喜文, 日本建築学会学術

束条件下の区画部材の状態を把握するため、鉛直方向は講演梗概 A-2 分冊, p. 245-246, 2012

自由とした。
2)

図 6-7 に示すとおり、火災加熱を受ける乾式間仕切り熱応力・強制変形を受ける乾式間仕切り壁の耐火性能 -その 4 異なる火災外力における乾式間仕切り壁の挙動-：山壁の座屈を伴う終局的な典型挙動を実験的に把握するこ

本弘樹, 鈴木淳一, 藤井考平, 鈴木弘之, 大宮喜文, 日本火災とができた。図 6 に示すように非耐力壁の乾式間仕切り

学会研究発表概要集, p 52-53,2012.5

壁であっても熱応力および強制変形によって圧縮力が導3)入され、比較的早期に座屈が発生し、大きな変形が発生

熱応力・強制変形を受ける乾式間仕切り壁の耐火性能 ―載荷加熱試験による強制変形の再現―：山本弘樹,鈴木淳

することが明らかとなった。

一,藤井考平,鈴木弘之,大宮喜文, 日本建築学会関東支部

非定常熱伝導解析等により区画部材の耐火性能を推2011 年度 研究発表会研究報告集 I,(82),p.709-712, 2012.03

定した。図 8、9 に示す、強化せっこうボードの物性変4)化(熱収縮率、密度、熱伝導率および比熱等)、中空層の熱応力・強制変形を受ける乾式間仕切り壁の耐火性能

p.189-190， 2011 年
455

W-0640

W-2

Thermocouple(Type K)
W-3

内側スパン火災→‐8W-6W-HD4W-5W-HD1455 455
1820

W-4455

W-1‐4W-7 W-8
W-HD5W-HD2W-9W-10350℃

550℃

W-12 W-14W-11W-13590

W-HD3‐12455‐10‐140

100 200 300 400 500 600 700 800
最高温度Tmax(℃)

図 7 火災時の架構の変形

1550

1009080706050403020100-51550

053100

図 8 試験体図S-1

S-2

S-3

S-4

S-5S-6□：落下防止治具接触

10 15 20 25 30 35
収縮量(mm)

図 9 圧縮力-鉛直方向変形

熱収縮率[％]

201.5

GBR12.5
GBF12.5
GBF15.0FK615

密度[g/cm3]‐2455

590455←外側スパン火災

1/300
梁たわみ(cm)455

圧縮力(kN)移を推定することが可能となった(図 10)。
640

その 1、2, 鈴木淳一他, 日本建築学会学術講演梗概 A-2 分冊，空気と鉄の体積比等を考慮することで区画部材の温度推‐660［参考文献］ては、火災時に熱応力＋強制変形を受ける壁を想定して、0WA面解析値
WC面実測結果
WC面解析値

炉内温度1050250500
温度 [℃]

750

図 5 熱収縮率- 10 -GBF12.5FK6250500
温度 [℃]

1.00.50.00a) S2 (熱応力)b) S4(強制変形) c) S7(非拘束)
図 4 非拘束・熱応力・強制変形時の損傷状況

GBR12.5
GBF15.01000

0750

図 6 密度変化1000