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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

水系耐火塗料を適用した角形鋼管柱の耐火性能に関する研究○谷辺徹 *1
遊佐 秀逸*2
西本 俊郎*3

正会員
同
同
耐火塗料
接着性
1

角形鋼管柱
断面形状係数

ISO834
膜厚

はじめに荷もしくは柱高さ 2m 以上の非載荷試験データを用いて補近年、我が国においても鋼構造部材への耐火塗料の適用正し、膜厚計算式を求めている。なお、C 炉で実施したが進められてきている。しかし、更なる普及を図るために

柱高さ 1.8m の非載荷試験は前記柱高さ 2m 以上の非載荷は英国で既に導入され（YELLOW BOOK1）に規格化）、国試験と同様な試験と位置付けて実施した。そこで、ここ

際標準化機構（ISO）でも ISO834 への導入が検討 2)されてでは載荷・非載荷試験の比較、断面寸法の拡大による接いる鋼部材の熱容量を考慮した必要膜厚の計算方法の導入

着性への影響の確認、膜厚計算式の構築、そして、接着が必要であり、その内容を理解することが重要である。既性を考慮した計算式の補正についての検討を行った。

往の研究では回帰分析法を用いた膜厚計算の検討が報告

表2部材断面寸法（mm）□-150×6□-150×6□-150×6□-150×6□-200×12□-200×12□-300×6□-300×6□-300×9□-300×9□-300×9

されているが、載荷・非載荷試験の比較や補正についての報告例は無い。そこで筆者らは水系耐火塗料を適用した角形鋼管柱の非載荷および載荷加熱試験データを基に①載荷・非載荷試験結果の比較、②断面寸法拡大の影響の確認、③膜厚計算式の構築、④耐火塗料の加熱時の接着性（Stickability）の影響を考慮した計算式の補正方法など一連の内容について検討を行ったので以下に報告する。
2試験概要

2.1 試験炉（1）太平洋セメント(株)所有

水平炉：A 炉（2）（財）建材試験センター所有

柱炉：B 炉（3）（財）ベターリビング所有

水平炉：C 炉

（1）加熱条件：ISO834 標準加熱曲線に準拠
載荷条件および試験体高さ
B炉

C炉

計算
T60
423
312214110459303525407492336
239

非載荷

載荷

非載荷

試験体高さ0.8m
試験水準および試験結果

3m1.8m比較を行った。その結果、今回の試験の範囲では、載荷・非載荷試験結果に大きな差は認められなかった。
Hp/A

800

400

結果の検討

800

93117
172
178
117載荷
178載荷

600

試験水準および試験結果一覧を表 2 に示す。
4T120(℃)
722671667
535
572
677592499

載荷・非載荷試験結果の比較

4.1

Ｔ 60（ ℃）

3A
A
A
AAAAAAAA

T60(℃)
436313273239457309540
381483319263T120）と膜厚の関係を載荷、非載荷試験毎に図 1 に示してA炉載荷条件

炉各試験の 60 分および 120 分時の鋼材平均温度（T60，（2）載荷条件および試験体高さ：表１参照
表1膜厚（mm）
4.1
6.1
8.1
10.1
1.74.0
1.7
4.1
1.6
4.1
6.1

178
3.5B
444
441
□-150×6117
2.8B416412□-300×9117
6.0
B
273 502245□-300×9117
3.5B373□-300×9262.8C
208□-1000×40
注 1）Hp/A：断面形状係数＝加熱周長／部材断面積
注 2)T60、T120：60 分または 120 分加熱時の鋼材平均温度注 3)計算 T60：計算式にて算出した T60

2.2 塗装仕様
・下塗り塗料：エポキシ樹脂系さび止め塗料
・耐火塗料 ：水系耐火塗料（酢酸ビニル樹脂系）
・上塗り塗料：A 炉 無，B 及び C 炉 シリコン樹脂塗料
2.3 試験条件

試験水準および試験結果一覧
Hp/A-1（m ）
178
178
178
178
9393172
172
117
117
117

600
Ｔ 120（ ℃）3),4),5)400

200

YELLOW BOOK1)や ISO834-11.2 ドラフト 2)では接着性（Stickability）の影響を考慮するため、各種断面寸法の小型試験体の非載荷試験データを最大および最小膜厚の載A study on the fire resistance of the steel member of hollow section
columns which were applied by intumescent coatings.

―237―

Hp/A
117
178
117載荷

200

000

2 4 6 8 10 12乾燥膜厚（ mm ）図102 4 6 8 10 12乾燥膜厚（ mm）

膜厚と鋼材温度の関係

TANIBE Toru，YUSA Syuitu，NISHIMOTO Toshirou

断面寸法を□-300×9mm（B 炉）から□1000-40mm（C 炉）まで拡大した場合の接着性の影響を確認した。
計算膜厚（mm）

なお、この際の膜厚は 2.8mm と同一とした。温度計測結果を表 3 および図 2 に、各試験後状況を写真 1、写真 2に示した。
この 結果 、 同一厚

表3

鋼材最高温度測定結果(℃)

みとし断面寸法を□-300□-1000300 ～ 1000mm ま で

上段平均温度

445

211

拡大しても接着性の中段平均温度

468

212

影響による脱落、ひ下段平均温度454

211

び割れ等による顕著

全平均温度

446

212

最大測定点温度

575

251

な鋼材温度への影響

最小測定点温度417

199は認められなかった。

300

5.02504.0200150

3.02.0100

1.0500.0100

93計算
93実測
117計算
117実測
172計算
172実測
178計算
178実測

0150 200 250
Hp/A （ m-1）

30002468 10 12乾燥膜厚（ mm）【Hp/A と膜厚の関係】 【計算値と実測値の比較】
図 3 計算結果および実測値との比較
4.3

付着性(Stickability)を考慮した膜厚補正

YELLOW BOOK1)や ISO834-11.2 ドラフト 2)には接着性500を考慮した補正方法が示されている。これは載荷試験の4503m

鋼材平均温度（℃）

6.0 FR（規定温度到達時間）： 60分
規定温度 ： 500℃

FR500（分）

断面寸法拡大の影響

4.2

400

場合は接着性の影響のため鋼材温度が高くなるとの考え

350のもと、非載荷試験計算結果を式②により補正係数 ki を300求めて補正するものである。ここでは、この補正方法に250従い、A 炉の結果を用いて補正を実施したが補正係数 kmax、

200
150kmin がそれぞれ 1.02 と 1.04 となったため補正係数は、1.01.8m

100となり補正の必要が無いことが確認された。

0.3m□ -300□ -1000

501.0m⎡ k − k min ⎤k i = ⎢ max⎥ ⋅ (d i − d min ) + k mind−dmin ⎦⎣ max

00306090
経過時間（分）図 2 温度ｸﾞﾗﾌ
4.3120(□-300)
写真 1(□-1000)
写真 2・・式②k：補正係数（max は最大膜厚時、min は最小膜厚時）
d：膜厚（max は最大膜厚、min は最小膜厚）3 まとめ

膜厚計算式の構築

YELLOW BOOK1)や ISO834-11.2 ドラフト 2)にはグラフ① 本報告の範囲では載加の有無および断面寸法の耐火性に及ぼす影響は認められなかった。
② 回帰分析法による計算結果も実験結果と高い相関を示計算法が示されている。本報では回帰分析法を適用してし、接着の影響による補正も必要ないことが確認された。
計算精度の検証を行った。なお、基本式に建研式を変換
今回 1.7mm から 10mm と幅広い膜厚範囲に対して膜厚した式①を用いて回帰分析を実施した。本変換式を用い計算の精度を確認することができた。この様なデータをた H 形鋼はりの計算結果は筆者らが 06 年度大会に投稿し、積上げる事により A ルートのみならず C ルートの耐火認紹介している 4)。
定に対しても合理的な膜厚計算法により、耐火設計に寄DFT1与できる可能性があると思われる。
FR = α 0+ α1+α 2 ⋅DFT + α 3 ・式①ィカルアプローチ法、微分方程式法、回帰分析法による

Hp / A

Hp / AFR ：規定温度到達時間(min)-1
Hp/A：断面形状係数(m )DFT ：乾燥膜厚(mm)α0～3：実験結果から求まる係数

表 1 の A 炉のデータを用いて膜厚計算式を構築した結果、重相関係数が 0.985 と高い相関が得られた。Hp/A と必要膜厚の関係の計算結果および規定温度到達時間 FR の計算値と実験値との比較を図 3 に示す。図からも計算値と実験値に高い相関関係あることが確認できる。

*1 太平洋マテリアル（株）開発研究所*2 (財)ベターリビングつくば建築試験研究センター*3 (財)建材試験センター中央試験所【参考文献】
1) Fire protection for structural steel in buildings. 4nd Edition，Associationfor Specialist ire protection
2) Fire resistance tests-Elements of building construction - Part11.2 Method
to assess the contribution of applied reactive fire protection materials(intumescent coatings) to structural metallic elements.
3) 臼井他「熱容量試験をもとにした鋼材寸法に応じた耐火被覆厚さの決定（耐火塗料を用いた場合）」，日本建築学会大会学術講演梗概集，
1999 年，A-2，pp3～4
4) 谷辺他「水系発泡性耐火塗料の性能評価 その 1 –膜厚推定方式適用性に関する実験的検討-」，日本建築学会大会学術講演梗概集，2006
年，A-2，pp139～140
5) 近藤他「耐火塗料の性能評価試験(その２)鋼材断面寸法に応じた膜厚算定のための計算方法」，日本建築学会大会学術講演梗概集，2008 年*1 Research & Development Laboratory，Taiheiyo Materials Corporation*2 Tsukuba Building Research & Testing Laboratory, Center for Better Living*3 Japan Testing Center for Construction Materials―238―