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日本建築学会大会学術講演梗概集（東北） 2009年 8 月

加熱条件の違いが耐火性能に及ぼす影響
正会員 ○水上点睛 遊佐秀逸
加熱曲線

載荷荷重

吉川利文

金城 仁

石膏ボード

３．試験条件
1．はじめに
試験方法は、耐火試験時と実火災下における耐火性
通常の壁の耐火性能試験においては、遮炎性・遮熱能の比較を目的として、実大火災実験（1）でも採用した性・非損傷性について評価がなされるが、一般的に遮熱性の判定がクリティカルとなることが多く、不合格
アメリカ基準である ASTM E119 とする。本研究におとなった試験の場合でも、見た目に延焼の危険性を感いては終局状態を、区画の崩壊＝非損傷性の欠落と考じる状態になることは少ない。また耐火構造の場合にえ、これに影響を及ぼすと考えられる変数、載荷荷重
おいては、冷却の過程も評価の対象とされているため、と加熱条件（曲線）を変化させた。
要求耐火性能を満たした後に追加で終局状態に至るま
表１ 載荷・加熱条件での試験を行うというようなことは出来ない。このた
載荷荷重
加熱曲線
試験体C―標準加熱曲線※
め耐火試験は、破壊試験でありながら、終局的な性能試験体A100%標準加熱曲線※を得ることが出来ないケースが多く、試験データは単試験体B80%標準加熱曲線※
一の製品仕様の耐火性能の確認にとどまっているよう試験体D100%2割増に思われる。本研究では、耐火造構造物の主要材料で※ASTM E119における標準加熱曲線とするある石膏ボードについて取り上げ、これで構成した間載荷荷重は、平成 13 年国土交通省告示第 1641 号第仕切壁の終局耐火性能について調べるため、異なる加11 第三号イに習い、長期に生ずる力に対する圧縮材の熱条件下で行われた区画崩壊実験について報告を行う。 座屈の許容応力度を用いた。
２．試験体概要⎧⎫
図１に示すような軽量鉄骨下地の両面に石膏ボード⎪2 ⎪⎪ 1 − 0.24cλ ⎪（TypeX、15.9mm）１枚張りのものを試験体として用（１）
fc = ⎨
F ＝0.4F2 ⎬いた。試験体の内部に 20 本、裏面側に左右対称になる
λ32c⎤
⎡⎪ +⎪
よう、中央部と 4 分割した中央部を含む 9 点の熱電対⎪⎩ 2 3 ⎢⎣1.3 ⎥⎦ ⎪⎭を配した。
F : 鋼材種別により定めら れる基準強度 ⎛⎜ N / mm 2 ⎞⎟⎝⎠cλ : 軸方向力に係る一般化 有効細長比
今回の試験体ではたて枠は 609mm 間隔で 6 本存在するが、両端の 2 本は耐火炉開口の外側に位置するため加熱されず、上部ランナーで縁を切って 4 本に載荷を行っている。試験体 C は載荷を行わず、試験体 B について 20%の割引とした。加熱条件は試験体 D についてのみ、加熱強度を標準加熱曲線の 2 割増とした。
４．試験結果
表２ 試験結果
スタッド表面最高温度
②③遮熱性

非損傷性

試験体C58分―560℃

588℃

686℃

745℃

試験体A

―40分

468℃

455℃

620℃

543℃

試験体B

―

40.5分

457℃

450℃

676℃

591℃

試験体D

―

33.5分

466℃

422℃

616℃

417℃

①④

図１ 試験体図
Proficiency Furnace Test among NAFTL and Japanese Fire Testing Laboratories
Mineyuki Takada, Shu-itsu Yusa, Akihiro Sakaguchi, Ichiro Nishida, Tsunetomo Uchikawa, Tensei Mizukami.

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800

５．考察
鋼材の高温耐力の整理方法として、建築構造用鋼材の高温引張試験により測定した１％ひずみ時耐力を統計処理して、平均値から標準偏差の 3 倍の安全率を引いた値により、鋼材の有効降伏応力度が以下の式に基づいて求められる（2）。

加熱側せっこうボード裏面No.14700

非加熱側せっこうボード表面No.15
スタッド表面No.18600

スタッド裏面No.19温度（℃）

500

スタッド中空部No.20400300

LT ≤ 325⎧F⎪⎛ 700 − T ⎞⎪ F ⋅ ⎜ 375 ⎟ L 325 < T < 700⎠⎩ ⎝200σ y (T ) = ⎨100001020304050

別図−２ 試験体C 内部温度測定結果
800

非加熱側せっこうボード表面No.15600

スタッド表面No.180.4F

スタッド裏面No.190

スタッド中空部No.20400
300
200
10000102030

405060時間（分）5060時間（分）別図−３ 試験体A 内部温度測定結果

温度（℃）

800

加熱側せっこうボード裏面No.14700

非加熱側せっこうボード表面No.15600

スタッド表面No.18500

スタッド裏面No.19
スタッド中空部No.204003002001000010203040

別図−４ 試験体B 内部温度測定結果
800800325550700
図６ 鋼材の高温時の有効降伏応力度

今回の実験ならびに耐火試験で用いた載荷荷重は、（１）式より 0.4F となり、550℃まで耐えると考えられる。さらに試験体 B については、載荷荷重を 2 割引としているため、かかる荷重は 0.32F で限界温度は580℃となる。表２に、鋼材座屈時におけるスタッド表面温度を示す。スタッド表面温度に分布があること、試験時の載荷荷重は基準強度に比べて余裕があることに留意すると、以下のように説明できる。例えば、試験体 B において、座屈時のスタッド表面温度は、①457℃、②450℃、③676℃、④591℃である。この内、③と④は限界温度の 580℃を超えているが、①と②に関してはまだ余裕があり、450℃における有効降伏応力度
は、（２）式より 0.67F であるから、荷重支持能力を失った 2 本分の荷重を残りの 2 本で分担するのにほぼ等しい値となる。
続いて、加熱強度に関して考える。加熱強度αを変化させた時の耐火時間は、崩壊までに部材に加わる熱量が等しくなると考え以下の式で求められる。

⎛ 460 ⎞t fr 1 = t fr (460 ) ⎜⎟
⎝ α ⎠

700
700
600
600

温度（℃）
温度（℃）

F

加熱側せっこうボード裏面No.14

700

500
温度（℃）

60
時間（分）

500
500
400
400
加熱側せっこうボード裏面No.14
加熱側せっこうボード裏面No.14300
300

非加熱側せっこうボード表面No.15
非加熱側せっこうボード表面No.15

200
200

スタッド表面No.18
スタッド表面No.18
スタッド裏面No.19
スタッド裏面No.19

100
100

スタッド中空部No.20
スタッド中空部No.2000001010202030304040

別図−５ 試験体D
試験体D 内部温度測定結果
内部温度測定結果
別図−５50506060時間（分）
時間（分）

32（４）

αを標準加熱曲線の 2 割増（1.2×460）とすると、試験体 A の結果から試験体 D の結果は、30.4 分と導ける。
【参考文献】[1]Samuel Manzello 他：
REAL FIRE PERFORMANCE OF LOAD BEARING
WALL ELEMENTS，日本火災学会研究発表会，2009[2]2001 年版 耐火性能検証法の解説及び計算例とその解説 井上書院

Proficiency Furnace Test among NAFTL and Japanese Fire Testing Laboratories
Mineyuki Takada, Shu-itsu Yusa, Akihiro Sakaguchi, Ichiro Nishida, Tsunetomo Uchikawa, Tensei Mizukami.

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