JP2014029075A - 耐火設計方法および建築物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】耐火設計方法は、縮小模型のCO発生率Y´COを求めるとともに、縮小模型の発熱速度qm,mを求めて、縮小模型のCO発生率Y´COと対象室のCO発生率YCOとの差分を求める。次に、この差分のCOが全てO2と反応してCO2になった場合の発熱量を、縮小模型の発熱速度qm,mに加算して実効発熱速度qm,effとする。次に、この実効発熱速度qm,effに基づいて、対象室の収納可燃物のうち実際に燃焼する割合を燃焼率φbとして求める。次に、この燃焼率φbを用いて屋内火災保有耐火時間tfrを算定し、屋内火災の継続時間tfが屋内火災保有耐火時間tfr以下となるように、対象室を設計する。
【選択図】図2
Description
しかしながら、縮尺が小さくなる(つまり模型が小さくなる)に従って、実火災に比べて、火災室の火災温度が低くなることが判っている。これは、縮尺が小さくなると、実際の建物に比べて、室内の熱が壁を通して室外に逃げやすくなるためである、と考えられる。
よって、耐火被覆厚さや構造部材のサイズや強度が過大になるのを防いで、適正な耐火性を確保できるから、必要な耐火性能を確保しつつ、耐火処理のための費用を低減できる。
図1は、本発明の一実施形態に係る耐火設計方法を実行する設計システム1のブロック図である。
設計システム1は、建物の基本情報に基づいて耐火設計を行うためのものであり、入力装置2、表示装置3、および演算処理装置4、および記憶装置5を備える。
入力装置2は、演算処理装置4に情報を入力する装置であり、キーボードやマウス等で構成される。また、表示装置3は、入力装置2で入力された情報や演算処理装置4から出力された情報を表示する装置であり、例えば、モニタである。記憶装置5は、種々の情報を記憶する装置であり、例えばハードディスクである。
演算処理装置4は、記憶装置5に記憶されたプログラムを読み出して、動作制御を行うOS(Operating System)上に展開して実行するものである。
ステップS1では、入力装置2を用いて、防火区画、対象室の床面積および天井高、対象室の開口部の位置や形状等の室条件を演算処理装置4に入力する。この入力された値は、演算処理装置4のRAMに記憶される。
具体的には、対象室の開口部の形状に基づいて、式(1)に従い、有効開口因子fopを算定する。
燃焼型支配因子χについては、以下のことがいえる。
すなわち、火災時に可燃物に対して十分な空気量が供給される場合には、可燃物表面積Afuelに対して有効開口因子fopが大きくなるので、燃料支配型の燃焼となり、燃焼型支配因子χの値は大きくなる。
具体的には、χが0.1を超える場合を燃料支配型の燃焼とし、0.081以下の場合を換気支配型の燃焼とし、χが0.081を超えて0.1未満の場合を中間型の燃焼としている。
公称発熱速度qbとは、対象室の収納可燃物が完全燃焼すると仮定して、収納可燃物の表面積および燃焼型支配因子χに基づいて求めた発熱速度である。発熱速度は、1秒間に発生する熱量で表される。具体的には、以下の式(6)に従って、公称発熱速度qbを算定する。
また、faは熱侵入係数であり、添字aは、対象室の隣接室を意味する。
ステップS11では、従来の告示検証法に従って、対象室の部材ごとに屋内火災保有耐火時間tfrを算定する。
このようにして、対象室の部材ごとの屋内火災保有耐火時間tfrが屋内火災の継続時間tf以上と判定されるまで、各ステップを繰返す。
対象室の幅をWr、奥行きをDr、室高さをHr、床面積をArとし、縮小模型の幅をWrm、奥行きをDrm、室高さをHrm、床面積をArmとする。実験用模型の各寸法を、検討対象室の各寸法のS(0<S<1)倍とする。
単位時間当たりの燃料供給量は、以下の手法で計測する。燃料が気体や液体である場合には、例えば流量計で燃料の流量を計測する。また、燃料が固体である場合には、例えばロードセルを用いて燃料の重量の減少を計測する。
また、酸素消費法を用いて発熱速度を計測し、この計測した発熱速度を模型発熱速度qm,mとする。
まず、以下の式(18)に従って、縮小模型のCO発生率(燃料の単位重量当たりのCO発生量)Y´COを求める。
また、この縮小模型における最大発熱速度qmmaxを、上述の式(7)を用いて求める。
そして、実効発熱速度qm,effを公称発熱速度qmで除算した値を燃焼率φbとし、qm/qmmaxと燃焼率φbとの対応関係を示すマップを作成する。
図4は、実験1、2で用いた区画模型の正面図、横断面図、および縦断面図である。
区画模型は、箱状であり、一側面に開口が形成されている。この模型の内部には12点のK型熱電対が設けられている。実験2の区画模型は、実験1の1/2の大きさとした。
また、床の中央にはプロパンを燃料とするガスバーナーを設置した。
実験1、2における区画模型の各寸法を表1に示す。
実験1、2の最大発熱速度qmmaxおよび公称発熱速度qmを表2に示す。
そして、発熱速度を酸素消費法で求めて、この発熱速度の実測値を模型発熱速度qm,mとした。
図5および図6は、燃焼率φbと公称発熱速度qm/最大発熱速度qmmaxとの関係を示すマップを視覚化したグラフの一例である。また、図5は、補正前のグラフであり、図6は、補正後のグラフである。
qm/qmmaxが0.6以下である場合、燃焼率φbは0.9〜1.0である。これは、供給された燃料が完全燃焼するのに十分な空気が開口から流入しており、供給された燃料が実際にほぼ完全燃焼している状態である。
qm/qmmaxが0.6を超えると、燃焼率φbが下がっていく。つまり、開口から流入する空気が徐々に減ってゆき、供給された燃料が完全燃焼しなくなる。
(1)燃焼率を用いて対象室の収納可燃物等の総実効発熱量Qr,effおよび実効発熱速度qb,effを算定し、これら総実効発熱量Qr,effおよび実効発熱速度qb,effを用いて屋内火災の継続時間tfおよび火災温度上昇係数αを算定することで、実情に合った屋内火災の継続時間tfおよび火災温度上昇係数αを算定できる。特に、火災温度上昇係数αを小さくできる。
よって、耐火被覆厚さや構造部材のサイズが過大になるのを防いで、適正な耐火性を確保できるから、必要な耐火性能を確保しつつ、耐火処理のための費用を低減できる。
これにより、模型実験で求めた模型発熱速度qm,mを補正して、実際の発熱速度に近い値を得ることができるので、この補正後の発熱速度qm,effを用いて設計することで、耐火被覆厚さや構造部材のサイズや強度を軽減し過ぎるのを防止できる。
2…入力装置
3…表示装置
4…演算処理装置
5…記憶装置
Claims (3)
- 対象室の耐火設計を行う耐火設計方法であって、
前記対象室の縮小模型を製作し、当該縮小模型で火災実験を行って、
燃料の単位重量当たりのCO発生量をCO発生率として、縮小模型のCO発生率を求めるとともに、縮小模型の発熱速度を求めて、
当該縮小模型のCO発生率と対象室のCO発生率との差分を求めて、
当該差分のCOが全てO2と反応してCO2になった場合の発熱量を、前記縮小模型の発熱速度に加算して実際の発熱速度とし、
当該実際の発熱速度に基づいて、対象室の収納可燃物が完全燃焼すると仮定した場合の発熱速度に対する実際の発熱速度の比を燃焼率として求めて、当該燃焼率を用いて前記収納可燃物の総実効発熱量および実効発熱速度を算定し、
当該総実効発熱量および実効発熱速度を用いて屋内火災の継続時間および火災温度上昇係数を算定し、
前記対象室内の部材近傍火災温度上昇係数を算定し、
前記対象室を構成する部材について、前記火災温度上昇係数および部材近傍火災温度上昇係数を用いて屋内火災保有耐火時間を算定し、
前記屋内火災の継続時間が当該屋内火災保有耐火時間以下となるように、前記対象室を設計することを特徴とする耐火設計方法。 - 予め、特性が異なる複数の室について、縮小模型を用いて火災実験を行ってそれぞれの燃焼率を求めておき、
前記複数の室の中から前記対象室に近似する特性を有する室を選択し、当該選択した室の燃焼率を用いることを特徴とする請求項1に記載の耐火設計方法。 - 請求項1または2に記載の耐火設計方法に基づいて耐火処理された室を備えることを特徴とする建築物。
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国土交通省住宅局建築指導課 外4名, 2001年版耐火性能検証法の解説及び計算例とその解説, vol. 第1版, JPN6016001280, 15 March 2001 (2001-03-15), JP, pages 15 - 63, ISSN: 0003352420 * |
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