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日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2006年 9 月

木質系部材の耐火構造試験方法に関する研究（その 4）外壁外部側耐火試験における炉外放置方法の検討
木質系耐火構造耐火構造試験

外壁外部側外部火災正会員
〃〃〃

炉外放置
火災減衰期

1.はじめに
建築基準法における木質系耐火加熱試験では、火災盛期を再現する加熱と、火災終了後を再現する放置を行って必要性能の確認を行う。各性能評価機関では、これを、例えば耐火 1 時間であれば、ISO834 標準加熱曲線に準拠した 1 時間加熱のあと、その 3 倍（3 時間）以上炉に装着したまま放置し、炭化の有無や自然消炎などを確認している 1)。加熱後の放置は、当該火災で可燃物が燃え尽きた後、消防活動によらずに建物自体が自立する、という建築基準法上の耐火建築物の概念を満たすかどうかを確認するために行われるものである。
現在、放置方法については、加熱時間の 3 倍以上行うということ以外に明確な規定がない。しかし、既往の実験 2),3)では、実火災で生じるとは考え難い現象が放置中の耐火加熱炉内で見られたり、使用する炉によって試験結果が大きく異なるなど、炉の仕様や放置中の条件が試験結果に大きな影響を及ぼすことが分かっている。
また、外壁の耐火加熱試験では、屋内側・屋外側両面加熱に対する耐火性能が要求される。各々に対する火災後の加熱環境は、後述するように、大きく異なるのであるが、現状の試験方法では、両者は全く同じ加熱･放置方法が用いられている。
本研究は、想定される火災環境の再現可能性という視点から、木質系耐火加熱試験での放置方法の改良を目的としているが、本報では、外壁外部側耐火加熱試験の放置方法として、炉外放置方法の妥当性と実現可能性について、実験･検証する。
2.外壁外部側耐火加熱試験における放置方法の提案
外壁外部側で想定される火災は、隣接建物からの延焼･噴出火炎、若しくは下階からの噴出火炎であるが、耐火構造区画で可燃物消費後は、噴出火炎は生じない。また、隣接建物の火災終了後の熾き等から建物外周部材が放射熱を受け続ける場合も、大気に曝されるため、区画火災のように、火災で著しく高温になった部材同士の間で熱のフィードバックが行われることはない。このように、外壁外部材を加熱後も炉内で放置する現在の方法は、実火災終了後と比べ過度に危険側であると考えられる。
ここで、外壁外部側の放置中の状態を実火災終了後により近い状態で再現する最も単純な方法として、加熱終了と同時に試験体を耐火炉から外し、大気中で放置する方法（以降、炉外放置）が考えられる。
3.外壁外部側耐火加熱試験における炉外放置の実験検証
これまでに炉外放置を意識的に行った試験例はなく、炉外放置が試験体に与える影響やその安全性については知見がない。

○稲葉 さとみ 1*
長谷見 雄二 3*
安井 昇 5*
遊佐 秀逸 7*

正会員〃〃〃

関 悠平 2*
上川 大輔 4*
宮林 正幸 6*
須藤 昌照 7*

ここでは、炉外放置の試験方法としての妥当性を検証すべく、以下の実験を行った。
3-1.実験概要
実験は 2005 年 9 月 26 日〜10 月 1 日に、財団法人ベターリ
ビング筑波建築試験センター 防耐火実験棟の実大壁炉を用いて行った。
(1) 試験体条件
試験体は以下の 3 仕様とした。寸法は 3200mm 四方。
① 無機材料試験体（セラミックボード 50mm 厚＋繊維混入
ケイ酸カルシウム板 25mm 厚）：加熱による火炎の発生や変性が生じない為、試験体加熱強度や炉内条件等の、試験体によらない条件でのデータ収集② 不燃被覆木造試験体（窯業系サイディング 15mm 厚＋ALC35mm 厚＋構造用合板 9mm 厚、ALC50mm 厚＋火山性ガラス質複層板 12mm 厚）③ 木現し試験体（カラマツ集成材 24mm×5 層=120mm厚）：木質耐火壁部材として、当面の目標となる仕様を用い、炉外放置が試験体燃焼性状や温度性状に与える影響の確認(2) 加熱・放置条件
試験体仕様
実験Ａ
実験Ｂ
実験Ｃ
実験Ｄ
実験Ｅ
実験Ｆ

無機材料
不燃被覆木造木現し[カラマツ]
無機材料

加熱/放置時間30/90分
60/180分
60/180分
30/90分
30/90分
60/180分

放置方法
炉外放置
炉内放置

試験体は、耐火炉正面に設置されたレール上の装置に装着し、これを耐火炉方向に移動して、抑えを取り付けて設置した。脱炉は、加熱終了後に抑えを外し、レール上の装置を後退させて炉から試験体を取り外し、試験体に正対する炉壁から 2000mmの位置で放置した。加熱終了後は、高温や試験体の炎上が生じる可能性があるため、脱炉開始時間は、安全性を考慮し、試験体の燃焼状況を見て適宜判断した。実験は全て非載荷で行った。
(3) 測定項目
試験体温度（K(CA)熱電対）、炉壁表面温度（シース型熱電対）、炉内空気温度（シース型熱電対:試験体加熱面から 100mm）、
試験体表面入射熱流束（水冷式ガードン型熱流計：試験体中央部に埋め込む）、測定間隔は 30 秒。ビデオ、熱映像、カメラ等。
3-2.実験結果(1) 加熱終了後の脱炉：不燃性試験体は、加熱終了と同時に脱炉準備等の操作を開始したが、前述の操作のため、脱炉までReproduction of Post-Developed Fire Conditions in Fire Resistance Tests- part4 -Thermal Exposure to External Side of a Curtain Wall

INABA Satomi, SEKI Yuhei, HASEMI Yuji, KAMIKAWA Daisuke
et al―233―

に加熱終了から 5 分程度を要した。木現し試験体は、目視による火炎消失確認後（放置開始から 30 分後）に脱炉した。
(2) 炉内温度：グラフ 1（実験 A,D）から、炉内平均温度は試験体によらず脱炉後 7〜8 分で約 100℃まで急速に降下した。
(3) 炉壁温度：グラフ 3 から、脱炉後は炉壁温度降下が早く、放射による試験体加熱環境が緩和されている。また、グラフ 5では、実験 B,C が放置中もほぼ同じ曲線を描いており、炉外放置では、試験体が燃焼しなければ炉壁温度推移は変わらないことが分かる。
(4) 試験体入射熱流束：グラフ 4,6 では、無機材料試験体の加熱中入射熱はほぼ等しい。一方、実験 C,D の入射熱は無機材料試験体と比較して、加熱終了時点で 30〜50kw/㎡程小さい。
これは、実験 D では、試験体表面温度の上昇（グラフ 2）による熱のフィードバックによる放射と、燃焼に伴う炉内温度上昇、
実験 C では、試験体内部の断熱材により耐火炉内からの熱損失が減少することから、ISO834 による温度制御では、炉内発熱が減少して、入射熱が小さくなったと考えられる。また、グラフ 4（実験Ｄ）から、試験体が燃焼すると加熱中の試験体入射熱は減少するが、加熱終了後も、燃焼が続く限り入射熱は減衰しないことがわかる。
※図の破線は脱炉時間
4.炉外放置方法の評価
性能評価試験は、評価対象が想定する火災外力を危険側で再現する必要があり、放置方法に関してもこれを満足しなければならない。そこで、実火災で最も危険側と想定される状態と耐火加熱炉内での試験体の加熱条件とを比較し、これを検証する。
外壁外部側の加熱源として想定されるのは、隣接建物からの放射熱であるが、火災終了後の隣接建物は、自立しているか崩壊している。前者の場合は耐火建築物であり、火災終了後の放射熱は火災盛期をピークに著しく減少する。一方、後者の場合
は、建物が崩壊した後も、木造であれば熾火状態で発熱し続ける状態が考えられ、この時が当該部分への加熱条件が最も厳しくなると考えられる。
木造建築物が崩壊した後に近隣建物が受ける放射熱量を、
実験A

実験D

カラマツ(実験D)

温度(℃)

温度(℃)

ISO834

800
600
400

無機(実験E,炉内放置)

200

無 機(実験A)

001530456075時間(min)

90105

1000
900
800
700
600
500
400
300
200
1000

加熱終了

カラマツ(実 験 D)

無 機 (実 験A)
012015

実験D

ISO834

カラマツ(実 験 D)

600

無 機 (実 験 E,炉 内 放 置 )400

無 機 (実 験A)

熱流束(kW/m2)

温度(℃)

1000
800

200
001530456075
時 間(min)90105

グラフ 2 (30 分) 試験体表面温度

30456075
時 間(min)

90105

1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0120

加熱終了

120150140130120
110
100
90
80
70
60
50
4030
20100

加熱終了

実験A

無 機(実 験F,炉内 放置 )0

実験D

無機(実験E,炉内放置）

無機(実験A)

1530

456075時 間(min)90105

グラフ 4 (30 分) 試験体入射熱流束*1 早稲田大学大学院建築学専攻*2 (株)日建設計（当時,早稲田大学大学院建築学専攻）*3 早稲田大学理工学術院教授,工博*4 早稲田大学理工学術院助手,博士(工学）*5 早稲田大学理工総研客員研究員,博士(工学）*6 (有)ﾃｨｰｲｰ･ｺﾝｻﾙﾃｨﾝｸﾞ一級建築士事務所*7 (財)ﾍﾞﾀｰ･ﾘﾋﾞﾝｸﾞ 筑波建築試験ｾﾝﾀｰ*1*2*3*4*5*6*7―234―

306090120150
時 間 (min)

180210240

グラフ 5 (60 分) 炉壁表面温度

カラマツ(実験 D)

0

実験B、実験C

無 機(実 験B)、不燃 被覆 (実験 C)

グラフ 3 (30 分) 炉壁表面温度

1200
実 験A

実 験D

無 機 (実 験 E,炉 内 放 置 )グラフ 1 (30 分) 炉内空気平均温度
加 熱 終了実 験A

熱流束(kW/m2)

加熱終了

1000

【謝辞】
本研究を遂行するにあたり、(社)日本ツーバイフォー建築協会、(社)日本木造住宅産業協会、(株)秋田グルーラム、長谷見研究室同研究班の皆様には甚大な御協力と御助言を頂きました。記して謝意を表します。
【参考文献】
1)各性能評価機関,防耐火性能評価試験･業務方法書
2)関悠平,稲葉さとみ,長谷見雄二 他：耐火加熱炉内における熱収支モデルの提案(その1),日本建築学会関東支部研究報告集,2004
3)稲葉さとみ,関悠平,長谷見雄二 他：耐火加熱炉内における熱収支モデルの提案(その2),日本建築学会関東支部研究報告集,2004
4)内田祥文：建築と火災,相模書房,1942
5)日本火災学会：火災便覧,共立出版株式会社,1997
6)田中哮義：建築火災安全工学,日本建築センター,1993

温度(℃)

1200

JIS A 1301 Ⅰ級加熱曲線から評価する。これは、木造家屋火災の建物内温度変化を標準化したもの 4)で、対隣壁面温度はこれより小さくなるが、危険側としてこれを参照すると、9.5 分(1100℃)で火災盛期を迎え、その後建物は崩壊し温度が降下する。30 分の時点で火災は終了していないが、これ以降温度は降下し続けると考えられるため、30 分時点を火災終了時の温度であると仮定する。ここで、隣接建物が例えば 10m×10mの範囲で崩壊し熾火状態であったとすると、当該建物の高さが3m であれば、火災終了時、つまり放置開始の状態で、外壁面は平均 0.91kW/㎡の加熱を受けることになる。
これと実験結果の放置開始時の入射熱とを比較すると、耐火加熱試験での炉外放置開始時が、想定される実火災と比較し大きく危険側を再現していることがわかる。その後も加熱源は減衰していくと考えられ、放置終了に至るまで耐火加熱試験が危険側を再現し得ると考えられる。
5.まとめ
・炉外放置方法の妥当性
炉外放置は、実火災終了後をやや危険側で再現し得る事が確認できた。また、加熱終了後の脱炉には、無機材料試験体で作業時間を 5 分程度要した。
・熱収支機構について
試験体への加熱中入射熱は、試験体の物性が大きく影響する。
また、炉外放置では、燃焼しない試験体であれば、放置中の炉壁・試験体表面入射熱量等の熱収支はほぼ変わらない。

1201501401301201101009080706050403020100加熱終了

実 験 B、実 験 C

無機 (実験B)
不燃被覆(実験C)

無機(実験F,炉内 放置)
030

6090120150
時 間(min)

180210240

グラフ 6 (60 分) 試験体入射熱流束

Graduate School of Waseda Univ.
Nikken Sekkei LTD.（Graduate School of Waseda Univ.）
Prof., Waseda Univ., Dr.Eng
Research Associate, Department of Architecture, Waseda Univ., Dr.Eng
Visiting Reseacher, Rise Waseda Univ., Dr.Eng
T.E.Consulting Inc.
Tsukuba Building Test Lab., The Center for Better Living