パネル発表テキスト原稿様式

ＢＲＩ－Ｈ２６講演会テキスト

耐火試験結果を用いたバリエーションの認定に関する研究
防火研究グループ 研究員

Ⅰ はじめに

水上 点晴による温度上昇遅延効果を、乾燥壁と含湿壁の熱収支差より建築基準法が性能規定化されて、はや 15 年が経とうとして求め、含湿壁の温度上昇算定式を提案した（図２）。これによいる。防火関連の基準においても、区画内の開口率や可燃物り、材料物性値（熱拡散率、材料の厚み、含水率）が既知の量と燃焼速度の関係など、近年の工学的な理論構築を背景に、部材に関しては、加熱条件（火災温度上昇係数、火災継続時建物の設計条件に応じて、加熱条件を個別に設定することが間）を与えれば、部材の温度上昇が求められることになった。

出来るようになった。しかし建築部材の耐火性能評価には、これを、材厚の異なる土壁の耐火試験と比較し妥当性を検証

加熱による熱伝導性や水分蒸発に加え、亀裂やひび割れによした所、良い一致を見せ、加熱中に亀裂などが生じない材料・る機械的変質が複雑に影響しあうため、耐火炉試験を行うこ条件下では実用的に使用できることを確認した（図３）。とが一般的となっている。しかし、この耐火炉試験は費用がかかるばかりでなく、耐震・耐火偽装問題後の確認審査の厳

乾燥部分

含湿部分

無次元温度上昇：ΔT(x,t)/ΔTf

格化によって、１仕様１認定が原則となっており、慢性的な③水分蒸発による温度上昇遅延効果

試験炉不足による認定取得期間の長期化が問題視されている②乾燥壁の非定常温度分布（半無限固体の熱伝導理論解）（図１）。そこで本研究では、（１）基準性能の把握に 1 回の④含湿壁の非定常温度分布

耐火試験は要するものの、同材料で材厚が異なる場合の耐火性能は、試験なしで評価し得る手法についての検討と、（２）①蒸発到達点ξφ(解析解の得られる特異点）

今後、燃えしろ設計への適用が見込まれている CLT 部材につ性能規定
耐火試験による大臣認定

耐火性能検証法等の解析手法

慢性的な試験炉不足による認定取得期間の長期化
H26 基整促
大臣認定仕様の告示化

１仕様１認定ﾊﾞﾘｴｰｼｮﾝ認定の合理化による耐火試験の効率化

120

含湿壁の温度上昇時間(実験値)
含湿壁の温度上昇時間(簡易式)
乾燥壁の温度上昇時間(簡易式)90

含水率3.75％
水分の影響

6030

含湿壁の温度上昇時間(180K)（分）

告示による
例示仕様

120
含湿壁の温度上昇時間(180K)（分）

仕様規定

x

フーリエ数：2 αt

図２ 水分を含む壁の温度上昇解析手法

いて、想定される樹種や接着剤などのバリエーションが、耐火性能に与える影響について報告する。

 ΔT(x, t ) x 
f =  φ,ΔTf 2 αt 

ΔTv/ΔTf

含湿壁の温度上昇時間(実験値)
含湿壁の温度上昇時間(簡易式)
乾燥壁の温度上昇時間(簡易式)90

含水率7.5％
水分の影響

6030

壁厚の影響

図１ 耐火試験における課題と対策

00Ⅱ 研究成果の概要

壁厚の影響

010203040506070
加熱面からの距離（mm）

010203040506070
加熱面からの距離（mm）

図３ 材厚と含水率の異なる土壁の耐火性と計算式の比較（１）異なる設計条件下での耐火性能予測について
まず、耐火性能を期待するような建築部材の多くは、蒸発次に③亀裂などの機械的変質の影響を見るために行った石潜熱に期待して、水分を含む材料で構成されていることが多膏ボードの実験では、材料の 95％を占めるせっこう成分はそい。そして耐火性能の１つの評価基準である隣接空間（非加のままで、加熱中のひび割れ防止を目的に添加される、無機熱側）での温度上昇に着目すると、100℃付近で温度停滞が起質骨材と無機質繊維の量を変化させると、ボード自体の遮熱きていることが分かる。そこで耐火性能に影響を与える因子性能が変化することを確認した（図４）。一方で材料レベルでを①熱伝導性②水分蒸発③亀裂などの機械的変質と考え、①の比熱・熱伝導率の測定では、差が生じないことを確認した。

のみが関係する場合（乾燥壁）の材料内部の温度分布を、半この結果より、耐火性予測に利用する材料の熱物性値は、材無限固体の概念を利用して示すこととした。次に②水分蒸発料レベルではなく、実際の使用状況に即した部材レベルで、－ 95 －

ひび割れなどの機械的変質の相互作用も加味した実効値とし然素材であるため、比重や含水率といった物性値にある程度て求める必要があることが明らかになった。のばらつきが予想される。そこで燃えしろ設計を CLT に適用

そこで「材料試験＋計算式による耐火性能予測」は諦め、するにあたり、これらのバリエーションが耐火性にどのよう入力条件として熱拡散率を用いる代わりに、耐火炉試験で得に影響するかについて、系統立てた実験を行った結果についられた耐火時間を用いて、「1 回の耐火試験＋計算式による異て報告する。まず樹種については、比重の重い方が炭化速度なる設計条件下での耐火性能予測」に目標を改め、前述の温が遅くなる傾向が見られたが、積層数が増すほど、接着剤の度上昇算定式を変換した。材料の詳細な物性値を高温域まで影響が支配的となることが分かった（図６）。高温時の付着性求めることを考えれば、この方が経済的な負担は小さく、まが高いほど、炭化層が残存し、断熱層として働くため、炭化た計算結果の妥当性についての合意形成も容易であると考え速度を抑制すると考えられる（図７）。この結果より、バリエられる。これを用いて、材厚の異なる石膏ボードの耐火性能ーションを変数として炭化速度を予測することも可能ではあと比較して妥当性を検証したところ、実用に叶う精度であるるが、実務的には簡便化して、これらのバリエーションを包ことを確認できた（図５）。

含し得る基準値を策定して、CLT の燃えしろ設計法に活かす方向性で考えている。

上から順に、①無機繊維 0.2％ 無機骨材 0％②無機繊維 0.2％ 無機骨材 2.5％
④無機繊維 0.4％ 無機骨材 0％

炭化速度(mm/min)③無機繊維 0.4％ 無機骨材 2.5％

Required thickness (mm)

図４ ひび割れ防止剤が石膏ボードの遮熱性に与える影響

50454035302520151050

Proposed equation
European method
Input data

1.3
1.2
1.1
10.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

C-RF(200℃)

C-API(200℃)

C-PU(200℃)

L-RF(200℃)

L-API(200℃)

L-PU(200℃)

S-RF(200℃)

S-API(200℃)
LVL

S-PU(200℃)

W1-API-上段

01020
ラミナ厚さ(mm)30

図６ 樹種と接着剤が炭化速度に与える影響

間伐材や辺材を有効活用する CLT 部材は、樹種や接着剤、

60135（２）CLT 部材のバリエーションと耐火性への影響について

135

図５ 材厚の異なる石膏ボードの耐火性と計算式の比較

85

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Design FRT (min.)

API 水性高分子ｲｿｼｱﾈｰﾄ

積層数などにバリエーションが見込まれる他、木材自体が自－ 96 －RF ﾚｿﾞﾙｼﾉｰﾙ樹脂

図７ 接着剤の違いによる加熱後断面の変化

40