JP2006283431A

JP2006283431A - Ｈ形鉄骨梁の耐火被覆構造

Info

Publication number: JP2006283431A
Application number: JP2005105809A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Matsuishi; 長之松石; Tadayoshi Okada; 忠義岡田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】火災時における梁の伸び出し量を大幅に低減することにより柱の部材角を抑制することで鉄骨構造体の層崩壊を防ぐ。
【解決手段】
鉄骨構造体２を構成する鉄骨柱２２が両側に接合されるＨ形鉄骨梁２２の耐火被覆構造において、Ｈ形鉄骨梁１１は、略鉛直に向けられたウェブ１２の上下端に上部フランジ１３と下部フランジ１４がそれぞれ形成され、上部フランジ１３は、上記Ｈ形鉄骨梁１１の軸線方向に沿って耐火被覆材２が被覆されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄骨構造体を構成する鉄骨柱が両側に接合されるＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造に関するものである。

従来において、集合住宅やビル等の鉄骨構造体を構成する梁や柱には、鉄骨が用いられている。これら鉄骨梁や鉄骨柱は、国土交通省告示２９９９号や「ＪＩＳＡ１３０４」等に基づいて、耐火性能基準が定められている。このため、かかる基準を満たすべく、鉄骨梁や鉄骨柱の表面に耐火性の優れた耐火被覆材を被覆する方法が従来において案出されている。

この耐火被覆材としては、例えば特許文献１に示すように、水ガラスや水硬性セメントにバーミュライト、ロックウール等の無機成分を混合した耐火被覆材を鉄骨梁や鉄骨柱に吹き付けることにより、これらの耐火性能を向上させるものが知られている。

また、これら構造物を構成する鉄骨梁の、上部フランジと下部フランジとウェブとによって囲まれる空間に耐火被覆材を充填する耐火被覆構造も従来において案出されている（例えば、特許文献２参照。）。この耐火被覆構造によれば、鉄骨梁に伝わる熱を抑えて温度上昇を抑えることができる。また、鉄骨梁の実質的な梁せいを増加させることなく、しかも耐火被覆材を厚く吹き付ける必要もないため、耐火被覆材自体の脱落の可能性を低減させることも可能となる。

また鉄骨材の断面内における温度上昇率の違いに着目し、かかる温度上昇率に応じて耐火被覆材の被覆厚を調整することで鉄骨材に生じる曲げ変形等を押さえ込む耐火被覆方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、上記従来の開示技術では、鉄骨梁全周に亘って耐火被覆処理を施すことにより、あくまで鉄骨梁そのものの熱膨張を抑えることを念頭に置いている。このため、大量の耐火被覆材が必要となるところ、かかる耐火被覆処理を現場で実行することになれば作業効率が著しく低下し、工期の延長の原因ともなる。また、梁の下部においてボードを配設することになるため、室内空間が狭くなり、建物の外観から生じる美観を損なう原因ともなりえる。

このため、構造体に負荷する応力は一様でないことに着目し、鉄骨梁全面に耐火被覆することなく、部分的な耐火被覆にとどめることにより、作業効率の改善を図るとともに、コストダウンも図ることを目的とした耐火梁も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。

図１７は、この特許文献４に開示されている耐火梁の一例を示している。この耐火梁１００は、一方のフランジ１０１ｂのフランジ面に構造物１０３の平面部が取り付けられるＨ形断面の鉄骨梁で構成されている。この耐火梁１００は、中央部においてＨ形断面の両フランジ１０１ｂ、１０１ｃのエッジ面を残して全て耐火被覆材１０２で耐火被覆されている。

このため、耐火梁１００としてのＨ形鋼は、部分的な耐火被覆状態となり、吹付け作業が困難となる箇所については耐火被覆量が削減される。このため、耐火被覆面積の減少に伴うコストダウンが図れ、作業効率を改善することが可能となる。

ちなみに、この特許文献４における開示技術では、この耐火被覆を省略する箇所について、梁に荷重が作用する場合における許容応力度比をチェックすることにより決定している。
特開平６−３２６６４号公報特開平１１−１１７４２３号公報特開２００１−２１４５５３号公報特開平８−１４４３９３号公報特開平０７−０１８７５８号公報特開平１０−２４５８８９号公報

上記従来の特許文献４における開示技術では、相対的な耐火被覆量を軽減させることができる一方、耐火梁１００の各箇所のうち耐火被覆する領域を細かく選択し、さらに選択した領域に対して耐火被覆材を部分的に吹付けまたは取付けていくことになるため、現実のところ作業効率の改善を図ることができず、工期の短縮化を図ることができないという問題点があった。

また、鉄骨構造体が火災を受けた場合には、火災階の鉄骨柱と梁が熱せられ、鋼材強度が低下する現象が生じる。しかし、図１８に示すように、鉄骨梁１２１は、鋼材強度が低下して床荷重を支えきれなくなったとしても、その上部に取り付けられる床１２３が代わりに荷重を負担して、鉄骨梁１２１も床１２３に吊るされた形になるため、建物崩壊を回避することができる。これに対して、鉄骨柱１２２は、鉄骨梁１２１が熱膨張して伸び出すことにより大きな部材角が生じる。即ち、鉄骨柱１２２には、鉄骨梁１２１の伸び出しに伴う曲げモーメントが発生することに加え、鉄骨構造体の自重が負荷されることになるが、この双方の力に耐え得るように設計されていない。このため、鉄骨柱１２２が最初に降伏する結果、鉄骨構造体の層崩壊に至ることになる。このことから、鉄骨柱１２２の部材角を低減させること、すなわち鉄骨梁１２１の伸び出しを抑えることに着目する必要があることが分かる。平成１２年建設省告示第１４３３号として告示された「耐火性能検証法」では、柱の部材角δ／ｈ（ここで、δは、梁の伸び出し量の総和、ｈは階の高さ）を１／５０以下にするため、火災区画の床面積Ｓの規模（火災区画の加熱梁の総延長Ｌ≒√Ｓに応じた温度制限を設けている。

また、梁の伸び出し量を低減できる構造としては、例えば特許文献５において、梁継手に形状記憶合金を用いることにより、梁の伸び出しをキャンセルすることができる熱変形吸収構造が開示されている。

また、特許文献６において、ブレース構面骨組の梁を長期曲げモーメントが小さくなる位置で分割し、この分割梁の分割側の端部を水平方向に摺動自在に接続するスライド継手を設けて梁の伸び出し量を低減させる構造が開示されている。

しかしながら、特許文献５記載の開示技術では、数十ｍｍ以上に達する梁の伸び出し量を吸収させることは困難であり、また梁上部の床スラブに拘束される場合では、熱変形吸収効果が十分に発揮されない等の問題点があった。

また、特許文献６記載の開示技術では、対象がブレース構面骨組及び分割梁構造に限定され、かつ特殊なスライド継手の採用によるコスト高に加えて、梁上部の床スラブに拘束される場合には、スライド継手の効果が十分に発揮されないという問題点があった。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、火災時における梁の伸び出し量を大幅に低減することにより柱の部材角を最終的に１／５０以下に抑制することで鉄骨構造体の層崩壊を防ぐことを目的とした耐火被覆構造を提供することを目的とし、特に、かかる構造を施工する際に作業効率を極力向上させつつ工期を短縮化可能なＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、略鉛直に向けられたウェブの上下端に上部フランジと下部フランジがそれぞれ形成されたＨ形鉄骨梁における上部フランジに耐火被覆材を被覆させたＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造を発明した。

即ち、本発明を適用したＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造は、鉄骨構造体を構成する鉄骨柱が両側に接合されるＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造において、Ｈ形鉄骨梁は、略鉛直に向けられたウェブの上下端に上部フランジと下部フランジがそれぞれ形成され、上部フランジは、上記Ｈ形鉄骨梁の軸線方向に沿って耐火被覆材が被覆されている。

ただし、H形鉄骨梁に用いる鋼材は、一般的な建築構造物に用いられる鋼材では高温時の強度が低いため、高温強度の高い耐火鋼を用いることが望ましい。ここに、耐火鋼と呼称される鋼材は、６００℃以上での高温強度を有する鋼材であり、例えば、特開平２−７７５２３号公報に記載の発明では、６００℃での常温降伏強度の２／３以上（約７０％）の高温強度を有する耐火鋼が提案されている。その他の耐火鋼に関する発明の例でも、６００℃での降伏強度を常温降伏強度の２／３以上とすることが一般的となっている。

本発明を適用したＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造では、Ｈ形鉄骨梁の軸線方向に沿って上部フランジのみに耐火被覆材で被覆することにより、火災時において上部フランジと下部フランジとの間で温度勾配を大きくすることが可能となる。その結果、Ｈ形鉄骨梁が下に凸となるように変形させることができ、軸線方向への伸び出し量を抑えることができ、ひいてはその両端において接合される鉄骨柱の部材角を抑制することが可能となる。このため、鉄骨柱は、その部材角を抑制することができることで曲げモーメントを低減することができるため、鉄骨柱自身の降伏を遅延または回避することができ、ひいては鉄骨構造体の層崩壊そのものを遅延させ、また防止することもでき、構造物全体の耐火性をより向上させることも可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、鉄骨構造体を構成する鉄骨柱が両側に接合されるＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した耐火被覆構造と、これが形成される鉄骨構造体の一部を示す斜視図である。

鉄骨構造体１は、例えば、集合住宅やビル等の構造物に加えて、立体駐車場等のあらゆる鉄骨構造を含むものである。この鉄骨構造体１は、図１に示すように所定の間隔をおいて立ち上げられてなる鉄骨柱２１と、この鉄骨柱２１間を架設するように軸線方向が水平へ向けて配設されてなるＨ形鉄骨梁１１とを組み合わせることにより構成される。またこのＨ形鉄骨梁１１の上部フランジには、その軸線方向に沿って耐火被覆材２が被覆されている。この図１に示す例では、Ｈ形鉄骨梁１１の軸全長に亘って耐火被覆材２が被覆される場合を示しているが、かかる場合に限定されるものではなく、一部において耐火被覆材２が形成されていない箇所が存在していてもよい。

図２(a)は、この耐火被覆材２が吹付けまたは取付けられたＨ形鉄骨梁１１の断面構成図を示している。Ｈ形鉄骨梁１１は、例えば耐火鋼等からなり、略鉛直に向けられたウェブ１２の上下端に上部フランジ１３と下部フランジ１４がそれぞれ形成されている。この上部フランジ１３における上面１３ａには、床５が取り付けられることになる。また、このＨ形鉄骨梁１１の上部フランジ１３には、当該Ｈ形鉄骨梁１１の上部フランジ１３における下面１３ｂとフランジ側面１３ｃのみを覆うようにして吹付けまたは取付けられている。

その結果、ウェブ１２並びに下部フランジ１４に関しては、何ら耐火被覆材２で被覆されていない状態とされており、いわば鉄骨がむき出しの状態で構成されることになる。ちなみに、この耐火被覆材２は、例えば、水ガラスや水硬性セメントにバーミュライト、ロックウール等の無機成分を混合した材料で構成される。以下の解析例では、この耐火被覆材２の比熱を０．２９〜０．３１[kcal/kg℃]である場合を例にあげて説明をする。

ちなみに、以下の説明では、このＨ形鉄骨梁２における上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の板厚は１８ｍｍ、ウェブの１２の板厚は１１ｍｍ、また、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の幅は３００ｍｍ、ウェブ１２の高さは４４０ｍｍで構成され、さらにＨ形鉄骨梁２における上部フランジ１３の上面１３ａに取り付けられている床５の板厚は１８０ｍｍであるケースを例にとり、これらＨ形鉄骨梁２に対して厚さ２５ｍｍの耐火被覆材２が被覆されている場合を考える。

ここで鉄骨構造体１において火災が発生した結果、このＨ形鉄骨梁２に対してもその火災に伴う熱が伝わると、その５分後においてＨ形鉄骨梁２内は、図２(b)に示すような温度分布に近似してくる。上部フランジ１３には耐火被覆材２が被覆されているため、火災に伴う熱が伝わりにくくなっているのに対して、下部フランジ１４には何ら耐火被覆材２が被覆されていないため、火災に伴う熱が直接的に伝わることになる。その結果、上部フランジ１３と下部フランジ１４との間における温度勾配が大きくなる。

このように上部フランジ１３と下部フランジ１４との間で温度勾配を大きくすると、下部フランジ１４は、温度上昇に伴う熱膨張により変形が生じることになるが、上部フランジ１３に関しては、温度が上昇しないことから熱膨張が生じることはない。その結果、図３のＨ形鉄骨梁の側面図に示すように下部フランジ１４は熱膨張によりＢ方向に伸び出す一方、上部フランジ１３によりその変形が拘束されることから、Ｈ形鉄骨梁２は、図中Ｃ方向に曲げ変形することになる。

ここで、このＨ形鉄骨梁２の軸方向全長に亘って耐火被覆材２が形成されていれば、かかる現象もＨ形鉄骨梁２の軸方向全長に亘って発生することになる。その結果、図４に示すようにＨ形鉄骨梁２の軸方向全長に亘って曲げ変形することになり、Ｈ形鉄骨梁２が下方向に向かって凸となるように撓むことになる。その結果、Ｈ形鉄骨梁２の両端は外側へ向かって伸び出すよりもむしろ鉛直方向へ変位することになる結果、Ｈ形鉄骨梁２の外側への伸び出し量ｄは、相対的に小さくなる。また、このＨ形鉄骨梁２の外側への伸び出し量ｄが抑えられることから、このＨ形鉄骨梁２の両端に接合された鉄骨柱２１の部材角（＝ｄ／Ｈ、Ｈは階の高さ）を最終的に１／５０以下に抑制することも可能となる。

このように、本発明を適用した耐火被覆構造では、Ｈ形鉄骨梁２の軸線方向に沿って上部フランジ１３のみに耐火被覆材２で被覆することにより、火災時において上部フランジ１３と下部フランジ１４との間で温度勾配を大きくすることが可能となる。その結果、Ｈ形鉄骨梁２が下に凸となるように変形させることができ、軸線方向への伸び出し量ｄを抑えることができ、ひいてはその両端において接合される鉄骨柱２１の部材角を抑制することが可能となる。このため、鉄骨柱２１は、その部材角を抑制することができることで曲げモーメントを低減することができるため、鉄骨柱２１自身の降伏を遅延または回避することができ、ひいては鉄骨構造体１の層崩壊そのものを遅延させ、また防止することもでき、構造物全体の耐火性をより向上させることも可能となる。

図５は、本発明を適用した耐火被覆構造の他の例を示している。この例において、耐火被覆材２は、Ｈ形鉄骨梁の上部フランジ１３における下面１３ｂのみを覆うようにして吹付けまたは取付けられている。従って、耐火被覆材２は、フランジ側面１３ｃ、下部フランジ１４、ウェブ１２に関しては、被覆されていない状態とされており、いわば鉄骨がむき出しの状態で構成されることになる。フランジ側面１３について耐火被覆材２による被覆を省略しても、上部フランジ１３と下部フランジ１４との間で温度勾配を大きくすることができ、上述と同様の効果を得ることが可能となる。

以下、上述の如き本発明の作用を熱応力変形解析を利用して検証した結果について説明をする。この解析モデルでは、例えば図６に示すように、４本の鉄骨柱２１をＨ形鉄骨梁１１で架設することにより構成される区画３１を３×４×２層（１スパンの梁長９ｍ，１層の柱高さ４ｍ）に亘って配置し、各区画３１の上部には床を設けた設定としている。このとき、床に対して床荷重０．７ｔ／ｍ２が負荷されていることを条件とし、さらに１層目に位置する区画３１の図中点線で示される火災発生領域について火災が発生したものと仮定する。また鉄骨柱２１には全周に亘って耐火被覆材が厚さ２５ｍｍに亘って形成されているものとする。

図７は、この解析モデルで発生させる火災の標準火災温度曲線を示している。一般的に火災温度の気体による熱伝導と燃焼発熱物からの輻射熱がＨ形鉄骨梁１１に伝わってくるが、この火災温度は火災室内に存在する可燃物量，火災室の窓の位置と大きさ，火災が発生してからの時間等によって異なってくる。以下の解析例では、この図７に示す標準火災温度曲線に基づく火災性状を仮定し、例えば、火災発生１０分後では火災温度はおよそ６９５℃になり、耐火被覆材２に対して６９５℃の気体による熱伝導と輻射により入熱される場合を考える。そして、この標準火災温度曲線に基づいて火災発生領域の温度を徐々に上昇させていった場合における梁の伸び出し量、ウェブ１２、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の温度を算出していく。

このような解析モデルに基づき本発明を適用した耐火被覆構造の耐火性能を解析する前に、先ず参考のため、Ｈ形鉄骨梁２に何ら耐火被覆を施していない参考例について解析を行う。

図８は、この無耐火被覆状態の参考例に基づいて解析を行い、ウェブ１２、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の温度の経時的な変化傾向を算出した結果を示している。この図８に示すように時間の経過につれて図７に基づく標準火災温度曲線に基づきＨ形鉄骨梁２に熱が伝わり、全体的に温度が上昇していくことになる。ウェブ１２、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の温度上昇は、各板の周長比Ａ/Ｈs（ここで、Ａは断面積，Ｈｓは加熱を受ける周長）の値によって異なり、周長比が小さい下部フランジ１４の方が上部フランジ１３よりも温度が高くなる。この参考例では、火災発生後１０分間経過時において、上部フランジ１３と下部フランジ１４の温度差は２９０℃に達することが示されている。

また図９は、鉄骨柱２１の柱頭部における水平変位量（Ｈ形鉄骨梁２の伸び出し量）の経時的な変化を示している。上部フランジ１３と下部フランジ１４との温度勾配があまり大きくないため、温度上昇に伴ってＨ形鉄骨梁２は、水平方向に熱膨張していくことになる。その結果、Ｈ形鉄骨梁２の水平方向への伸び出し量が相対的に大きくなり、鉄骨梁２１の部材角もこれに応じて大きくなってしまう。そして、火災発生後１０分間経過時において、Ｈ形鉄骨梁２の水平方向への伸び出し量は、７．４ｃｍに達し、火災発生のおよそ１１分後（Ｈ形鉄骨梁２の下フランジの鋼材温度がおよそ６２０℃）において、Ｈ形鉄骨梁２の水平方向への伸び出し量は、柱部材角が１／５０となる８ｃｍに達し、構造物が崩壊していないものの柱部材角≧１／５０という規定を満足できなくなる状態であることが示されている。

ここで、上部フランジ１３と下部フランジ１４の温度勾配が、Ｈ形鉄骨梁２の伸び出し量に与える影響を考察するために、上部フランジ１３と下部フランジ１４の温度勾配を０℃にした、換言すればＨ形鉄骨梁２内部の温度を一様にした場合について、上述の如き解析を行った。

その結果、図１０に示すようにウェブ１２、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の温度は平均化されて徐々に上昇していくことになる。これに対して図１１から、Ｈ形鉄骨梁２の伸び出し量は、参考例と比較して大きくなっており、火災発生のおよそ１０分後（Ｈ形鉄骨梁２の鋼材温度がおよそ４００℃）においてＨ形鉄骨梁２の水平方向への伸び出し量は、柱部材角が１／５０となる８ｃｍに達し、構造物が崩壊していないものの柱部材角≧１／５０という規定を満足できなくなる状態であることが示されている。

ちなみに参考例では、上部フランジ１３、下部フランジ１４ともに耐火被覆は施されていないものの火災発生後１０分経過時においてなお２９０℃の温度差が生じ、これが上部フランジ１３、下部フランジ１４の熱膨張の相対的な割合について差異を生み出し、伸び出し量全体が若干抑えられていた。これに対して、上部フランジ１３、下部フランジ１４の温度勾配をなくすことにより、温度上昇に応じて両フランジ１３は水平方向へ向けて一様に熱膨張してゆき、伸び出し量が抑制されることもなくなる。即ち、上部フランジ１３と下部フランジ１４の温度勾配を大きくすることにより、Ｈ形鉄骨梁１２の伸び出し量を抑えることがで、層崩壊を導きにくくなることについて、理論的な裏付けを持たせることができる。

次に、本発明を適用した耐火被覆構造を上記解析モデルに当てはめて検討した結果について説明をする。

先ず、図２に示すような上部フランジ１３における下面１３ｂとフランジ側面１３ｃに耐火被覆材２で被覆した場合について、解析を行った。ちなみに、この解析では上部フランジ１３に被覆する耐火被覆材２の厚さを２５ｍｍとしている。

かかる解析の結果、ウェブ１２、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の温度の経時的な変化傾向は、上部フランジ１３には耐火被覆材２が吹付けまたは取付けられていることから、上部フランジ１３の温度はウェブ１２からの熱伝導のみにより上昇するため、図１２に示すようにこの上部フランジ１３と下部フランジ１４との温度勾配は、参考例と比較して大きくなることが分かる。この図１２に示す結果から、火災発生後１０分間経過時において、上部フランジ１３と下部フランジ１４の温度差は４１０℃に達することが示されており、上部フランジ１３をむき出しのままで解析した参考例と比較して温度差がさらに１２０℃も拡大させることができることが示されている。

次に、図５に示すように上部フランジ１３における下面１３ｂのみに耐火被覆材２で被覆した場合について、解析を行った。ちなみに、この解析においても上部フランジ１３に被覆する耐火被覆材２の厚さを２５ｍｍとしている。

かかる解析の結果、ウェブ１２、上部フランジ１３並びに下部フランジ１４の温度の経時的な変化傾向は、かかる上部フランジ１３に施した耐火被覆により、図１３に示すように上部フランジ１３と下部フランジ１４との温度勾配は、参考例と比較して大きくなることが分かる。この図１３に示す結果から、火災発生後１０分間経過時において、上部フランジ１３と下部フランジ１４の温度差は４００℃に達することが示されており、上部フランジ１３をむき出しのままで解析した参考例と比較して温度差をさらに１１０℃も拡大させることができることが示されている。

また図１４は、上部フランジ１３に耐火被覆材２を吹付けまたは取付けられた場合について、鉄骨柱２１の柱頭部における水平変位量（Ｈ形鉄骨梁２の伸び出し量）の経時的な変化を参考例と比較した結果を示している。上部フランジ１３に耐火被覆が施された本発明は、何ら耐火被覆が施されていない参考例と比較して伸び出し量が小さく、時間が経過するにつれて、その伸び出し量の格差が大きくなることが示されている。

例えば、上部フランジ１３における下面１３ｂとフランジ側面１３ｃに耐火被覆材２で被覆した場合には、火災発生後１０分経過時において、鉄骨柱２１の柱頭部の水平変位量（鉄骨梁の伸び出し量）は、５．４ｃｍまで抑えられる。これは、上記参考例の伸び出し量の７４％まで抑え込むことができたことを意味している。また、構造物崩壊時まで柱頭の水平変位量は、柱の部材角が１／５０となる８ｃｍ未満に抑えることが可能となることを示しており、鋼材が保有する耐力を最大限に発揮することができていると言える。

同様に、上部フランジ１３における下面１３ｂのみに耐火被覆材２で被覆した場合には、火災発生後１０分経過時において、鉄骨柱２１の柱頭部の水平変位量（鉄骨梁の伸び出し量）は、５．７ｃｍまで抑えられる。これは、上記参考例の伸び出し量の７８％まで抑え込むことができたことを意味している。また、この場合も構造物崩壊時まで柱頭の水平変位量は、柱の部材角が１／５０となる８ｃｍ未満に抑えることが可能となることを示しており、鋼材が保有する耐力を最大限に発揮することができていると言える。

これらの結果は、上部フランジ１３に耐火被覆が施されている関係上、上部フランジ１３と下部フランジ１４との温度勾配が大きくなり、温度上昇に伴ってＨ形鉄骨梁２は、下に凸になるように変形する結果、水平方向への伸び出し量が相対的に小さくなる上記メカニズムを裏付けるものといえる。

このように、本発明を適用した耐火被覆構造では、火災時においてＨ形鉄骨梁１１の上下方向に温度差を発生させることにより、Ｈ形鉄骨梁１１を下方に湾曲させる。Ｈ形鉄骨梁１１端部は、これに接合される鉄骨梁２１により拘束されることから、ここに大きな曲げモーメントを発生させることにより、早期に塑性ヒンジを形成させる。これにより、Ｈ形鉄骨梁１１の伸び出しはそれまでの自由膨張に比べ小さくなる。以上のメカニズムに着目し、あくまで鉄骨柱２１の部材角を低減させる点と、上部フランジ１３と下部フランジ１４との間で火災時において温度勾配を大きくする点を念頭において上記構成を採用している。

このため、本発明では、上記趣旨を遵守していれば足りるものであるため、上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明では、上部フランジ１３と下部フランジ１４との間で温度勾配を大きくするように耐火被覆材２をＨ形鉄骨梁１１に被覆するものであればいかなる形態であってもよい。

図１５は、本発明を適用した耐火被覆構造の変形例である。この例では、上部フランジ１３の下面１３ｂやフランジ側面１３ｃに加えて、ウェブ１２側面の上部フランジ側の一部を耐火被覆している。これによっても上述と同様に上下フランジ間で温度勾配を作り出すことが可能となることから、本発明所期の効果を得ることが可能となる。

図１６は、本発明を適用した耐火被覆構造の変形例である。この例では、上部フランジ１３の上面１３ａに構造物５が取り付けられないケース、例えば鉄骨梁の上部の床が合成スラブでなくデッキプレートの波方向が鉄骨梁の軸方向と直交しているとき等を想定している。かかる場合には、上部フランジの上面１３ａにも耐火被覆材２を被覆するようにしてもよい。これによっても、上述と同様に上下フランジ間で温度勾配を作り出すことが可能となることから、本発明所期の効果を得ることが可能となる。

なお、本発明では、上部フランジ１３の下面１３ｂやフランジ側面１３ｃのみに対して耐火被覆材２を全長に亘って被覆することで作業を完了させることができる。このため、耐火梁の各箇所のうち耐火被覆する領域を細かく選択する必要もなく、さらに選択した領域に対して耐火被覆材を細かく部分的に吹付けまたは取付ける必要もなくなることから、作業効率を大幅に改善することができ、工期を短縮化させることも可能となる。耐火被覆材２をＨ形鉄骨梁２全周に亘って形成される場合と比較して、耐火被覆量を大幅に減らすことも可能となることから、材料費の節減にも寄与することは勿論である。

本発明を適用した耐火被覆構造と、これが形成される鉄骨構造体の一部を示す斜視図である。耐火被覆材が吹付けまたは取付けられたＨ形鉄骨梁の断面構成図である。Ｈ形鉄骨梁の熱膨張に伴う曲げ変形について説明するための図である。Ｈ形鉄骨梁の軸方向全長に亘って下方向に凸となるように撓んだ状態について説明するための図である。本発明を適用した耐火被覆構造の他の例について説明するための図である。本発明の作用について検討するための解析モデルを説明するための図である。標準火災温度曲線について示す図である。参考例におけるウェブ、フランジの温度の経時的な変化傾向を示す図である。参考例におけるＨ形鉄骨梁の伸び出し量について示す図である。フランジ間の温度勾配を０℃にした場合における解析結果を示す図である。フランジ間の温度勾配を０℃にした場合における解析結果を示す他の図である。上部フランジにおける下面とフランジ側面に耐火被覆材で被覆した場合について、温度の経時的な変化傾向を示す図である。上部フランジにおける下面のみに耐火被覆材で被覆した場合について、温度の経時的な変化傾向を示す図である。本発明におけるＨ形鉄骨梁の伸び出し量について示す図である。本発明を適用した耐火被覆構造の変形例について説明するための図である。本発明を適用した耐火被覆構造の変形例について説明するための図である。特許文献４に開示されている耐火梁の一例を示す図である。従来技術の問題点について説明するための図である。

符号の説明

１鉄骨構造体
２耐火被覆材
５床
１１Ｈ形鉄骨梁
１２ウェブ
１３上部フランジ
１４下部フランジ
２１鉄骨柱

Claims

鉄骨構造体を構成する鉄骨柱が両側に接合されるＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造において、
上記Ｈ形鉄骨梁は、略鉛直に向けられたウェブの上下端に上部フランジと下部フランジがそれぞれ形成され、
上記上部フランジは、上記Ｈ形鉄骨梁の軸線方向に沿って耐火被覆材が被覆されていること
を特徴とするＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造。
上記上部フランジにおける下面、又は上記上部フランジにおける下面及び側面に、上記耐火被覆材が被覆されていること
を特徴とする請求項１記載のＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造。
上記Ｈ形鉄骨梁は、耐火鋼であること
を特徴とする請求項１又は２記載のＨ形鉄骨梁の耐火被覆構造。