ＢＲＩ−Ｈ１６講演会テキスト

自動車火災を受ける構造部材の耐火設計手法
防火研究グループ
目Ⅰ

はじめに

Ⅱ

自動車火災が想定される空間

主任研究員

増田秀昭

次

１）駐車場空間
２）トンネル空間
Ⅲ研究開発
１）駐車場空間火災における火災性状①大型火災フードを用いた自動車燃焼実験②大型火災フードにおける自動車燃焼実験の外力を用いた火災性状予測数値シミュレーション③駐車場における火災性状と対処法
２）トンネル空間における火災性状a)耐火被覆工法①トンネル躯体に作用する含水状態がおよぼす爆裂現象との関係（小型試験体実験）②接合部を含んだセグメントの加熱実験（大型試験体実験）③実施工セグメントを用いた各種耐火被覆工法の特性（実セグメント実験）ｂ）有機繊維混入した高強度セグメント工法

Ⅳ

構造部材の耐火設計手法
a)駐車場空間における耐火設計手法（通常の建物火災に比較して局所的で火災外力が小さい火災）b)トンネル空間における耐火設計手法（通常の建物火災に比較して局所的で火災外力が大きく激しい火災）
Ⅴ

今後の課題
参考文献

Ⅰ はじめに

パでの英仏海峡トンネル火災、モンブラントンネル火災等々の一連

近年、建物および空間の建設場所、用途、形状等々の多様化に伴のトンネル空間における火災、更には、近未来において活用が期待

い、収納される可燃物もこれまでの建築物と異なった種類・配置状される地下空間の有効利用と火災時の安全基準および要求性能況が生じ、また、日進月歩飛躍的に性能が加速・向上するパーソナ等々、「通常の火災」を対象としてきたこれまでの研究では判断がルコンピューターの出現によって、これらの火災性状をより精度良困難な火災性状の究明と構造躯体の耐火設計が急務な課題としてく予測するための解析手法が取り入られるようになり、正確な入力求められている。

パラメーターとしての火災外力の見直しと新たな設定が求められ

本研究開発は、これらの「通常の火災」に対して、特殊な火災性る状況が生じている。また、ニューヨーク WTC ビルのテロによる航状を支配する可燃物を基本とした火災外力に着目して、実験に基づ空機燃料の曝燃火災、韓国の地下鉄車両火災、我が国においては、いてデータベース化を図ると共に、車両火災を想定した特殊な空間

日本坂トンネル自動車火災、北陸トンネル列車火災およびヨーロッとして、通常の火災に比較して小さな火災外力か想定される駐車場

および、通行する車両によっては、大きな火災外力が想定されるト

されことが多く、火災時には躯体のコンクリートを介して、熱が有ンネル空間について、実験によって得られた火災外力または海外で効に移動して急激な温度上昇は呈さないものと考えられてきた。し提案されている特殊火災加熱曲線を用いて、その火災性状を明らかかし、近年の車社会の発展と都市部での立地・環境を考慮した道路とすると共に、その対処方法など火災安全性に関する知見を蓄積し、の地下化にともない、流通を目的とした可燃物を大量に積載する大防災安全性評価について検討を行ったものである。本稿では、その型輸送車両や危険物を満載した大型タンクローリー車両などの通概要を紹介する。

行量の急増が著しい。これらがトンネル内部で火災に見舞われれば、構造体への損傷度合いと人命に関わる影響は極めて甚大である。事Ⅱ 自動車火災が想定される空間

実、海外および国内において、トンネル火災による大惨事の事例が１）駐車場空間

多々認められてきた。トンネル構造区体には、高強度のコンクリー

これまで、火災時における駐車場の安全性については、一般的なトが用いられ車両火災時に急激な温度上昇が生じる場合には、爆裂建築物に要求される防耐火性能と同列に扱われた。しかし、駐車場現象を容易に誘発する。また、これを補修するには長期の時間を要の特徴である開放性の大きな空間構成と可燃物となる車輌は、駐車し、ライフラインとしての機能が停止すると共に最悪な状態ではトスペースに限定される。また、走行車路と歩道等の可燃物が配置さンネルの崩落を招く恐れがある。ヨーロッパでは長大トンネルの事れない部分が大きいことから、空間構成に基づいた防災性能上有効故事例から、コンクリート躯体に二次覆工として耐火被覆材を施しな制御が可能となる合理的な設計法の体系化が求められてきた。駐て爆裂の要因となる急激なコンクリートの表面温度上昇を制御す

車場の防災設計を行うためには、正確な火災性状を把握することがる方法が採られ始めている。国内においても、国土交通省が所管す不可欠である。これまでに 1 層 2 段型自走式自動車駐車場を手始め

る国道、高速道路公団・首都高速公団等で所轄する首都圏の地下・に、2 層 3 段型 4 層 3 段型へと規模の拡大に伴う旧建築基準法第 38海底および重要なトンネルにおいて爆裂防止対策を求めるニーズ

条認定に用いられる評価基準作成のための技術資料を収集する目的が高揚してきた。

で実大火災実験(表.1)が行われてきた。このうち 3 層 4 段型の実験

トンネル火災の外力は、車両火災による熱量が大きく影響する。

では、火災性状は次々に延焼拡大する自動車の燃焼（ドミノ火災）

通行する車両は乗用車からトラック、バスおよびタンクローリーがを呈し、近傍に位置する無被覆の構造部材が接炎と放射の影響を受想定されるが、ヨーロッパでは最も危険性の高いタンクローリーのけた場合の構造安全性を検討することが重要であることが明らかと火災を想定した実験により発熱量と温度履歴から求めた加熱曲線をなった。ただし、実験には多大な費用と時間を有し、設計段階で火用いた試験方法に基づいて、安全性評価が行なわれている。国内で災安全性を評価するための火災性状の解析手法の確立が求められては、トンネルのコンクリート躯体を用いた実験研究は実施されていいる。また、火災性状を推定するためには、駐車する車両の火災外ない。建築研究所では、トンネル火災の急激な温度上昇と 1,200℃力の設定が不可欠である。よって、駐車車種を対象とした発熱速度を超える高温環境の制御を可能とした最新の施設整備を行った。本と発熱量などの外力のデータベースを整備し、それを用いた火災性

稿では、ドイツで提案されている RABT 加熱曲線を採用して、構造躯状予測手法により火災時の構造安全性に対して研究開発を進めた。

体の爆裂現象の把握と耐火被覆工法などの対処方法について紹介する。

表.1 自走式プレハブ駐車場の実大火災実験
Ⅲ 研究開発実験年月

自走式ﾌﾟﾚﾊﾌﾞ駐車場

委 託 者

平成 3年

1層2段形式日本ﾌﾟﾚﾊﾌﾞ駐車場工業会

平成 4年

1層2段形式Ａ 社

平成 5年

2層3段形式Ｂ 社

駐車場火災において、その性状を決定付ける車両単体の火災外力

平成 8年

2層3段形式Ｃ 社を求める必要がある。ヨーロッパおよび国内において、車両燃焼実平成 11 年

3 層 4 段形式

日本ﾌﾟﾚﾊﾌﾞ駐車場工業会

験が数例行われている。その方法は、車両燃焼時の炎形状と温度分

１） 駐車場空間火災における火災性状①

大型火災フードを用いた自動車燃焼実験

布および実大火災実験における梁と柱の温度計測値から逆算した車
２）トンネル空間
古くからトンネル構造は、地山などの熱容量の大きな部位に設置

両を放射面とした外力または、燃焼実験による重量減少に基づき、車両を構成する可燃材料の平均燃焼発熱量が重量減少量に応じて均度と発熱量で正確な燃焼を捕らえたものではなく多種多様な駐車車

6000

5000

5000

力を構築するに足りる技術資料は、今のところ存在しないのが現状

4000

4000

3000

3000

2000

2000

ゴン車および RV 車による自動車燃焼実験を行い、随時車両の燃焼に10001000より発生・生成されるガス CO、CO2、O2 濃度（図.2）とこれらをサ0である。よって、本研究では、国内では初めての実験として大型火災フード（図.1）を用いて軽自動車、中型乗用車、大型乗用車、ワHRR（kW）

6000

両を対象とした個々の燃焼性状の振れ幅などを考慮した設計用の外て、燃焼過程で時系列に変化する正味の発熱量と発熱速度を酸素消4060Ｔｉｍｅ（ｍｉｎ）

80

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
06000

び表.2 を構築した。

ＨＲＲ（ｋＷ）

8ｘ8ｍ

ＴＨＲ（ＭＪ）

5000

O2、CO、CO2

大型火災フード

20

図.4 中型乗用車 1 の発熱速度と発熱量

費法に基づき明らかとし、設計用外力のデータベース図.3〜11 およ
排気温度・差圧00

ンプリングする位置近傍の気流の圧力および温度の計測結果を用い

4000
3000
2000
1000
00

実験車両
ステージ

THR(MJ)

一に発熱すると仮定した外力である。これらの外力は、仮の発熱速10205x5m30 40 50
Time(min)607080

図.5 中型乗用車 2 の発熱速度と発熱量

補助ガス
Ｎ２圧力：0.1MPa
サンプルガス

校正用ガス

ＰＭＦ

COOL0.5L/min

CO,CO2,O2

10000

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0ZBBB ZBBB

8000
6000
4000
2000
00

ＢＦ

ＴＨＲ（ＭＪ）

図.1 大型火災フードを用いた自動車燃焼実験の概要

ＨＲＲ（ｋＷ）

ロードセル

20 Time(min) 4060

バイパス

図.6 大型乗用車 1 の発熱速度と発熱量

02040Time (min)図.3 軽自動車の発熱速度と発熱量

60

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
010000
8000
6000
4000
2000
0020406080Time(min)

図.7 大型乗用車 2 の発熱速度と発熱量

100

ＴＨＲ（ＭＪ）

4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0ＨＲＲ（ｋＷ）

4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0

THR (MJ)

HHR (kW)

図.2 酸素消費法に基づくガス分析

100008000

ＴＨＲ（ＭＪ）

ＨＲＲ（ｋＷ）

8000
7000
6000
5000
400030002000
100006000
4000
2000
00204060 80 100 120 140Time(min)

6000

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
10000HRR(kW)

5000
4000
3000
2000
1000
00THR(MJ)

図.8 RV 車 1 の発熱速度と発熱量

表.2 実験車種と最大発熱速度、総発熱量の一覧
実験車両

最大発熱速度

総発熱量

重量減少

軽自動車

2.8 MW

2,700MJ

85kg

中型乗用車 12.4

4,600

165

中型乗用車 2

3.2

5,200

186

大型乗用車 1

3.8

6,900

234

大型乗用車 2

5.08,400

238

大型乗用車 36.8

8,200282

ＲＶ車 1

3.4

5,800

200

ＲＶ車 2

5.2

7,500

233

ワゴン車

4.75,600

194○発熱速度のモデル化
酸素消費法に基づいて求めた発熱速度及び総発熱量の計算結果によって、車種毎の詳細な燃焼性状が明らかとなった。これらの結果
から、空間の防災設計の入力に用いる簡便な車両火災の火災外力のモデル化を検討した。図.12 は、モデル化の例として図.11 のワゴ

20406080Time(min)
図.9 RV 車 1 の発熱速度と発熱量

ン車のガス分析から求めた発熱速度の波形に基づき、上昇が開始した時点から測定の終了または、燃焼が終了した確認した時点までを下底とし、観察結果及び重量減少測定結果からフロントガラス等が

5000
4000
3000
2000
1000
00204060 80Time(min)100

全面破損してフラッシュオーバーを呈する時間を始点として、継続燃焼以降重量減少が平衡状態となった時点までを上底とした台形にモデル化した最大発熱速度を求めたものである。

54HHR(MW)

8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0ＴＨＲ（ＭＪ）

ＨＲＲ（ｋＷ）

6000

120321

図.10 RV 車 2 の発熱速度と発熱量
6000

5000

5000

4000

4000

3000

3000

2000

2000

1000

1000

状予測数値シミュレーション0

これまで建物空間の火災性状を予測する解析手法として、２層0010203040Time(min)50600ＴＨＲ（ＭＪ）

ＨＲＲ（ｋＷ）

06000

510 15 20 25 30 35 40 45 50Time(min)図.12 ワゴン車の発熱速度のモデル化②大型火災フードにおける自動車燃焼実験の外力を用いた火災性ゾーン煙流動性状予測法が簡便かつ、実用的なことから多用されてきた。しかし、この手法は、火災室空間の立体的な断面における温図.11 ワゴン車の発熱速度と発熱量度の推定が困難であり、駐車場火災の様な局所的な火災において、構造部材の耐火性能を評価する方法としては十分でない。近年、

パーソナルコンピューターにより複雑な計算が容易となり、数値流③駐車場における火災性状と対処法

体力学 CFD 解析法（Computational Fluid Dynamics)の活用が広が東京理科大学野田校舎内で実施した 3 層 4 段型自走式駐車場のりつつある。本稿では、NIST（米国商務省標準技術研究所：National

実大火災実験で用いた駐車場（図.16）は、積載される車両の重量

Institute of Standards and Technology）で開発された FDS（火増加にともなう無被覆架構の火災時における構造安定性と駐車車

災現象シミュレーション：Fire Dynamics Simulator）を用いて、両数の増加による火災性状の変化と対処方法を明らかとする実験

自動車実験で得られた中型乗用車 2 の「正味の外力」を入力としたである。また、これまでの実大火災実験では、無被覆の鉄骨架構の実験空間（大型火災フードと燃焼車両のモデル化を図.13 に示す）火災時における挙動が検証されていないことから、１階部分の南面の火災性状予測を行い、その有効性を検証した。FDS 計算は 4,800sと西面に外壁を設置して、最深部で火災が生じた場合の燃焼支配型まで実施した。2.4GHz の PC を用いて約 205 時間を要した。排気温の厳しい性状を再現し、架構部材の温度上昇及び熱変形を計測して度図.14 と酸素濃度図.15 の計算結果は、排気温度、酸素濃度とも解析を行った。に実測値をよく再現することが明らかとなり、空間の火災性状予測シミュレーションツールとして有効であることが確認された。

図.13 大型火災フードと実験車両のモデル

排気温度(℃)

100
実測値
計算値

500050100Time(min.)
図.14 自動車ﾙ燃焼実験結果と数値解析によるﾀﾞｸﾄ内温度の比較

酸 素 濃 度(mol％)22

図.16 3 層 4 段型自走式駐車場の実大火災実験概要

実測値

21

実験の結果、自走式駐車場の火災は、大規模な形式では最大 2列火元の車が配されるが、火元の車から両脇の車へ 10〜15 分、後計算値20ろの車へは 25 分で延焼が進行する。したがって、最大で 8 台の車両が同時に燃焼することになるが、その内火盛りを呈するものは、

19050100Time(min.)図.15 自動車燃焼実験結果と数値解析によるﾀﾞｸﾄ内酸素濃度の比5 台である。また、延焼〜火盛り〜衰退〜鎮火と経過し、全体的にはこの減少が徐々に移動するドミノ火災性状が確認された。構の挙動について判ったことは、最高温度は、大梁が約 570℃、着火車両の直上部の小梁が 720℃及び柱で 430℃の値を示した。特に小梁温表.3 試験体における圧縮応力の有無と含水条件度が高い要因は、車高の高いワゴン車からの火炎を直接受けたため試験体と考えられ、局所的に加熱条件が厳しい火災性状の下に無被覆の構造部材が曝されたことになる。また、変形量は限界変形の 1/4〜1/3であったが、ひずみ量は塑性域まで達していた。しかし、耐震設計

圧縮応力(Ｎ/mm2)

含水率(％)

応力あり−湿潤134

応力なし−湿潤−4応力あり−気乾133された架構と局所的な火災であることと駐車の積載荷重に対して安全側の部材設計がなされたことによって崩壊には至らなかった。

以下、図.19 は、爆裂の発生度合いを表したものである。
湿潤‑応力２） トンネル空間における火災性状a) 耐火被覆工法
ヨーロッパでは、最も危険性の高いタンクローリー火災の発熱量に基づいた加熱曲線（図.17）用いた性能試験が行われている。一方、国内では、実際にトンネル躯体を試験体とした実験研究は行われていない。よって、ドイツで提案されている RABT トンネル火災
曲線を用いて以下の実験を実施して、構造躯体の爆裂現象の把握と気乾‑応力

耐火被覆などの対処方法を明らかとした。

55.0 -60.0
50.0 -55.0
45.0 -50.0
40.0 -45.0
35.0 -40.0
30.0 -35.0
25.0 -30.0
20.0 -25.0
15.0 -20.0
10.0 -15.0
5.0 -10.0
0.0 -5.0

55.0 -60.0
50.0 -55.0
45.0 -50.0
40.0 -45.0
35.0 -40.0
30.0 -35.0
25.0 -30.0
20.0 -25.0
15.0 -20.0
10.0 -15.0
5.0 -10.0

湿潤‑無応力図.17 各種トンネル火災曲線①トンネル躯体に作用する応力と含水状態がおよぼす爆裂現象との関係（小型試験体実験）
実仕様のセグメントの厚さを有し、幅 600×長さ 900×厚さ 550mm（図.18）を供し、耐火被覆の検証実験には加熱面である底面に被覆材を施した。また、実験の事前に長手方向において実使用時の長期

55.0 -60.0
50.0 -55.0
45.0 -50.0
40.0 -45.0
35.0 -40.0
30.0 -35.0
25.0 -30.0
20.0 -25.0
15.0 -20.0
10.0 -15.0
5.0 -10.0
0.0 -5.0

図.19 爆裂深さと分布許容応力度を想定し、4 本の PC 鋼棒による 13N/mm2 の圧縮応力を導入している。セグメント単体の爆裂メカニズムを解明するために耐②接合部を含んだセグメントの加熱実験（大型試験体実験）

火被覆を施さない供試体、圧縮応力の有無、含水状態（表.3 参照）

実際のセグメントは、構造上必ず部分的に勘合部を有し、止水ゴをパラメーターとして検討を行った。また、加熱部材の温度履歴をムを挟んだ状態で施工される。火災時には、比較的低い温度でゴム計測するため、図.19 に示す位置に熱電対をコンクリート打設時にが軟化または燃焼して海底トンネル等の場合には海水が大量に進配している。

入することが危惧される。よって、大型の平板状セクメントに接合部を含んだ状態で試験体にトンネル構造の曲げ応力を作用させ、耐火被覆と接合部の損傷防止対策について検証した。これまでの小型試験体との違いは、より実情のセグメントの形状に近く、部材間の接合部の火災時における状態を把握することができ点にある。大型
図.18 小型試験体

試験体は、図.20 に示すように中央部に継ぎ手（短ボルト継ぎ手）を含んだものと一体型（継ぎ手を設けない）を用い、比較用の非加リング幅、曲率を実セメントに合わせた図.24 に示すものに継ぎ手

熱試験体MO を除いて想定コンクリート表面温度を350〜500℃となを含む形状とし、且つ、作用応力がコンクリートの爆裂に大きく影る仕様に耐火被覆材の厚さを調整して施した。なお、PC 鋼棒を用響することから、トンネル構造上火災時の温度が最も高温となるといてトンネルクラウン部の正曲げ設計断面力を作用させた。

想定されるクラウン部に PC ストランドを中立軸に対して偏心して設定し、設計断面力（曲げ、軸力）が作用する仕様とした。また、試験体の長さは、加熱炉の大きさの制約から 2.4m ピースを 2 個組み合わせたものとした。なお、設計断面力は、φ28.6mm の PC ストランド 8 本を用いて導入し、耐火被覆を施したもの 3 体と被覆のないもの 1 体の計 4 体とした。

72.6 t・m
311.2 t

Ｐ Ｃ鋼 棒

550

かぶり75

耐 火板

3000

図.20 大型試験体実験における一般部と継手部の残存曲げ耐力を図.21、22 に示す。
図.23 各耐火被覆によるセグメントへ施工

最大曲げモーメント(kN.m)

1500

10005000M0M1M2M3M4

単体曲げ試験

図.21 一般部の曲げ耐力

図.24 実セグメントの試験体

最大曲げモーメント (kN.m)

実験時における撓み量の変化を図.25 および 26 に示す。
652700600500400337.9348.5

S1S2300200100

図.25 無被覆の試験体におけるたわみ量0
実セグメント

継手曲げ試験

図.22 継ぎ手部の曲げ耐力③実施工セグメントを用いた各種耐火被覆工法の特性（実セグメン
ト実験）
小型及び大型試験の結果に基づき、実際に施工されるセグメント

図.26 各タイプ別被覆工法のたわみ量形状を有する曲率を持った試験体に代表的な被覆工法①ボードタ
イプ、②ブランケットタイプ及び、③吹き付けタイプ（図.23）を実験の結果、トンネルの湿潤状態と作用応力が及ぼす爆裂への影響供し耐火実験を行い、技術的な資料を収集した。試験体は、桁高、を検証する実験では、耐火被覆を行わなければ高強度コンクリート

セグメントは、いかなる状態でもトンネル火災時において爆裂現象加した試験体を各２体製作した。いずれも圧縮強度が実測でを誘発することが明らかとなった。また、爆裂の度合いは気乾状態72N/mm2 に達する高強度コンクリートをもちいた。普通コンクリーに比べて湿潤状態の方が顕著である。また、応力を加えなかったもトの試験体には、耐火被覆として厚さ 15mm のセラミックファイのに比べて作用応力 13N/mm2（現場の設計荷重）を生じさせたもの

バーを被覆したものと無被覆のものを用意した。これは、これまでの方が顕著であることが確認された。接合部を含んだ実験は、これに検証された必要耐火被覆厚さを下回るもので、PP ファイバーとまで検証を行った事例がない。ここでは、耐火被覆を施し、正曲げ併用することによる性能への差異を確認する目的とした。また、高応力 711kN･m 加えて加熱を行い、接合部で局所的な破損に起因する温時の鉄筋の挙動を調べるため、溶接型の高温歪ゲージを加熱面側爆裂の進展が認められた。また、加熱後の試験体と加熱実験を行っの主筋に取り付けた。ていない実セメントによる残留曲げ耐力の比較実験では、後者の健全なものに比較して 1/2 程度に低下することが認められた。

b) 有機繊維混入した高強度セグメント工法
建築分野では、高強度コンクリートの爆裂防止対策として有機繊維を混入して内部の水蒸気圧を低減する手法を用いた構造部材が用いられるようになった。しかし、トンネル構造躯体に用いられるセグメントは、建築に比較して更に高強度の性能を有し、かつ空間の火災性状は、遙かに急激で高温域を呈する。また、実験に基づいた検証がなされていない。本稿では、RABT 加熱曲線を用いて爆裂防止対策としての有効性を検討した。試験体は、ポリプロピレン繊維（図.27）を混練し、トンネル躯体に作用する応力として、クラウン部を想定した正曲げ 324kN･m とスプリングライン部を想定した負曲げ‑293kN･m の基本仕様（図.28）および両仕様にセラミック

図.29 PP 繊維の混入量と爆裂の度合い
上図は、PP 繊維を 1m3 当たり 0〜1.5kg の 4 段階に配合したサンプルの爆裂状態である。0 と 0.5 では爆裂が認められるが、1.0 でファイバー厚さ 15mm で耐火被覆したものを供した。

は表面の変色と僅かなポップアウトが生じ、1.5 では変色が認められる程度である。
また、実験の結果、正曲げの試験体で耐火被覆を施したものでは、コンクリートの表面と主筋温度共に低く抑えられ、変形も小さい。
PP 混入の正曲げの試験体では、爆裂がほとんど生じなかったこともあり、コンクリート表面温度が 1,200℃付近まで上昇しているに

図.27 トンネル内作用応力とポリプロピレン繊維もかかわらず、かぶりコンクリートにより主筋温度は 350℃以下に保たれている。PP 混入の負曲げの試験体は、同様に爆裂が発生せず主筋温度は低く抑えられているが、主筋は一時的に 3,000μ以上の圧縮歪を生じている。総じて PP を添加した試験体では、耐火被覆の効果には及ばないものの、残留変形も 3mm 程度に抑えられており、覆工の耐火対策としての可能性が期待される。
これらに比べ、無被覆・負曲げの試験体では、激しい爆裂を生じ、主筋温度も 1,200℃まで上昇したため、主筋歪の測定は不可能であ

図.28 トンネルでの作用応力を考慮した試験体の概要

った。しかし、残留変形は、12mm と大きくなった。この場合も設計
PP ファイバー：普通コンクリートと爆裂の抑制効果が確認されて3いるポリプロピレンファイバー（以下 PP ファイバー）を 1kg/m 添断面力を保持できており、トンネルの崩壊には至らないことが確認できた。よって、PP 繊維を 1kg／m3 以上混入すれば爆裂を防止することが可能であることが明らかとなった。

であることと発熱量の大きい満載されたガソリンが燃焼する極めて大きな外力によって局所的な火災を受けるものと想定

Ⅳ 構造部材の耐火設計手法

される。

a) 駐車場空間における耐火設計手法（通常の建物火災に比較して局所的で火災外力が小さい火災）
・駐車場の火災外力は、駐車スペースに並べられた車両が徐々に○耐火設計手法
トンネル躯体の爆裂防止のための設計を検討するに当たり、必要ドミノ延焼拡大して、数台が火盛り状態を呈する火災であり、な事項を以下に示す。

通常の建物火災での室区画全体の可燃物が燃焼する火災と比(1)耐火被覆工法

較して発熱量が小さく、局所的な燃焼を呈すると推定される。

①トンネル構造仕様：ｼｰﾙﾄﾞｾｸﾞﾒﾝﾄ、沈埋、川または海底ﾄﾝﾈﾙ等②耐火被覆材の耐久性 ：通常環境(高湿潤、排ガス）での耐久○耐火設計手法
駐車場の防火設計を検討するに当たり、必要な事項を以下に示す。
①駐車場の平面計画：走行車路と車室の位置関係

性③接合部の対策：セグメントなどの接合部の構造仕様：ドミノ延焼火災を止めるための有効なと止水ゴムの熱特性走行車路と車室防火壁の配置：各層の床面積②駐車場の立面計画の位置関係④止め付け仕様：開口条件(燃焼速度に影響)③構造部材の位置関係 ：柱、はりおよび床などの構造部材と室：耐火被覆材の止め付け工法の選定：通常環境での耐久性⑤補修、点検：保守点検口の防火対策および被災後との位置関係④駐車車両の配置計画 ：柱部の軽自動車の配置と通常部での駐の補修の簡便さ⑥耐火被覆材の性能：耐火被覆材の高温熱常数κ，ρ，ｃ

車車種の選択(1,200℃まで）⑤ドミノ火災のモデル化：出火車両を仮定し、時系列延焼モデルを想定する。
：火盛りを呈する車両群の積算発熱速度▼
熱伝導解析により、被覆材と躯体との界面温度が 350℃以下となる
ように被覆材の厚さを求めるのモデル化⑥耐震設計の状況：耐震補強の有無▼▼
RABT トンネル火災加熱試験による検証
判断：爆裂が発生しなければ O.K

FDS 流体力学数値解析による火災性状予測：爆裂発生または止水ゴムの熱劣化など／要因究明し対策

・走行車路を介しての車室間延焼の確認(放射熱量計算)
・構造部材の温度履歴を検討（２）有機繊維混練工法

判断：走行車路を介しての車室間延焼が確認されたならば、走行車路の幅員を拡張：構造部材温度履歴が最高温度で 600℃以下ならば無被覆：

同600℃を越える場合は要耐火被覆①有機繊維の選定：溶融温度などの熱特性②混練時の配合：ポリプロピレンの場合は、1kg/m3 以上③接合部の対策：接合部は耐火被覆工法を用いて止水ゴ
ムの溶融、燃焼を防止する。
▼RABT トンネル火災加熱試験による検証b) トンネル空間における耐火設計手法（通常の建物火災に比較して局所的で火災外力が大きく激しい火災）
・トンネル空間の火災性状は、最も危険度が高いタンクローリー車両の燃焼を想定すると、通常の建物火災と比較して閉鎖空間判断：爆裂が発生しなければ O.K：爆裂発生の場合には有機繊維混練比率の増加または、被覆工法との併用などの改善策を講じる。

Ⅴ 今後の課題
本研究開発において安全性が確認された工法仕様については、国土交通省、首都高速道路および道路公団が所轄する最近のトンネルで採用され、防災対策に対して大きく貢献した。
建築基準法が性能規定化され合理的な安全性の評価の道が拡がっ

10) 西 淳二：「地下空間利用学の新しいフィールド」，2002.10.1
11)社団法人 日本コンクリート工学協会：コンクリート構造物の火災安全性研究委員会報告書，2002.6

12)岡 泰資：最近のヨーロッパにおける道路トンネル火災／日本火災学会誌251た。しかし、本研究で扱った車両火災を対象とした空間に関しては、

13) 成沢 優尭：BART 海底トンネル火災／災害報告

自由度の高い防災設計法のルートが確立されていない。これまでの14) Euro code 4(Design of composite steel and concrete structures, ENV

仕様書的な規準体系から脱却するには、社会的なニーズを背景とし、

19 94‑1‑2 )実験的研究によって精力的に収集された技術資料に基づいた精度の

15) C Both, Pvan de Haar. TNO Center for Fire Research, G Tan & G Wolsink,

高い火災性状の予測手法の確立とその対処方法に関するマニュアル

Ministry of Public Works, The Netherlands "EVALUATION OF PASSIVEの整備が重要な課題となる。駐車場空間の設計においては、地下をFIRE PROTECTION MEASURES FOR CONCRETE TUNNEL LININGS"

想定した閉鎖的な空間の火災性状に対して研究を進める。また、トンネル空間においては、特に、海底長大トンネルや高速道路等の走

16)遊佐 秀逸・大貫 寿文・増田 秀昭：トンネル火災を想定した耐火試験結果/建築研究所 平成 12 年 12 月 11 日

行車両を限定するものに対しては、通行する車両の実情から求めた

17)増田 秀昭・遊佐 秀逸・大貫 寿文・鹿毛 忠継・河野守・大宮喜文他：ト

火災外力に基づいた加熱試験の提案と解析手法確立のための研究をンネル火災に関する研究(その1 トンネル火災試験)／2001 建築学会大会引き続いて進める予定である。

学術梗概集18) PHOENIX TRADING CO.：シールド覆工の耐火板について／平成 12 年 12 月

参考文献
1）渡邉憲道,岡本勝弘,萩本康昭,佐藤英樹,田村陽介,早野公郎,鈴木仁,治：

21 日19)黒崎播磨(株)：道路トンネル用高断熱耐火材ｾﾗﾐｯｸﾌﾟﾛﾃｸﾀー

自動車火災における火炎挙動/日本火災学会研究発表会梗概集平成15 年度/Ａ42）岡本勝弘,渡邉憲道,萩本康昭,佐藤英樹,田村陽介,早野公郎,鈴木仁治：自動車火災における周辺可燃物への影響(その 2)/日本火災学会研究発表会梗
概集平成 15 年度/Ａ53) 抱 憲誓,新谷祐介,森本崇徳,高橋済,増田秀昭,五頭辰紀,原田和典:自動車燃焼実験(その 1 実験概要及び燃焼拡大性状)/日本火災学会研究発表
梗概集平成 15 年度/A214）新谷祐介,抱 憲誓,森本崇徳,高橋済,増田秀昭,五頭辰紀,原田和典:自動車燃焼実験(その 2 発熱速度、火炎形状及び放射熱流束)/日本火災学会研究発表梗概集平成 15 年度/A225）山本孝一、吉田正友、岡本義徳、田中義昭:2 層 3 段自走式自動車車庫の実
大火災実験/GBRC‑91／1998.76）ISO‑9705 Fire test‑Full scale room test for surface products(Fistedition 1993‑06‑15)
7) K.B McGrattan et.al.：Fire Dynamics Simulator (Version 3) Technical
Reference Guide, NIST Technical Report, NISTIR 6783, 20028) 増田、五頭ほか：自動車燃焼実験（その１） 実験概要および燃焼拡大性状、日本建築学会大 会学術講演梗概集（東海）、2003 年9) 増田、五頭ほか：自動車燃焼実験（その２） 発熱速度および放射熱流束のモデル化、日本建築学会大会学術講演梗概集（東海）、2003 年

参考