JP2018048476A

JP2018048476A - 耐火隔壁

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Publication number: JP2018048476A
Application number: JP2016184158A
Authority: JP
Inventors: 岩永　朋来; Tomoki Iwanaga; 朋来岩永; 肇品川; Hajime Shinagawa; 中村　浩; Hiroshi Nakamura; 浩中村; 久保　剛; Takeshi Kubo; 剛久保; 久美後藤; Hisami Goto
Original assignee: A&A Material Corp
Current assignee: A&A Material Corp
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-21
Also published as: JP6758137B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、実用的な壁厚でありながら、３時間以上の耐火性能と、重要機器の性能を保持するために十分な遮熱性能を確保することができ、更に、火災時の消火活動による激しい放水に対しても十分耐え得る耐火隔壁を提供することにある。【解決手段】本発明の耐火隔壁は、建築物の室内空間を構成する上部構造躯体および下部構造躯体の間に固定された鋼製枠体、該鋼製枠体に対して垂直方向に固定・立設した下地材、該下地材の両面に設置された下張り材および該下張り材の外表面に設置された上張り材を備えてなることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、耐火隔壁に関し、さらに詳細には原子力発電所等の設備に使用される耐火隔壁に関するものである。

原子力発電所の電線ケーブルや機械設備は、原子力規制委員会により制定された原子力発電所の新規制基準「実用発電所用原子炉及びその付属設備の火災防護に係る審査基準（原規技第1306195号）」において、各種設備が３時間以上の耐火性能を有するだけの火災防護対策が必要であるとされている。特に、重要な設備については同種の機器を２つ以上配し、それらを３時間以上の耐火性能を有する耐火隔壁にて分離し、火災の際にどちらか一方の機器が十分に機能するようにしなければならないとされている。このため、耐火隔壁は単に３時間の耐火性能を有するだけではなく、火災に見舞われた際に、分離されているもう一方に設置された機器が加熱による故障を引き起さないように、十分な遮熱性能を有する必要があり、更に、消火活動による激しい放水負荷にも耐えられる剛直性を兼ね備えている必要がある。

従来、一般建築においては既設建物の室内空間を防火区画として仕切るために、乾式工法の耐火間仕切り壁が広く採用されている。中でも重量パネルを必要としない、石膏ボードやけい酸カルシウム板の重ね張りによる間仕切り壁が施工の容易性から多用されている。例えば、特許文献１には、上下ランナー間に複数のスタッドを立設し、スタッドの両側に耐火材料からなる下貼り板および上貼り板を貼着する耐火間仕切壁において、少なくとも一方の上貼り板をけい酸カルシウム板または石膏系ボードを基材とする化粧板としたことを特徴とする耐火間仕切壁（請求項１）；下貼り板を石膏ボードとし、少なくとも一方の上貼り板をけい酸カルシウム板を基材とする化粧板とした耐火間仕切壁（請求項２）；下貼り板をけい酸カルシウム板とし、少なくとも一方の上貼り板を石膏系ボードを基材とする化粧板とした耐火間仕切壁（請求項３）が開示されている。

また、特許文献２には、天井面または梁下面と床面とで形成される空間を間仕切りする間仕切り壁の耐火構造であって、天井面または梁下面および床面にそれぞれ取り付けられた上部ランナーおよび下部ランナーと、前記上部ランナーおよび下部ランナー間に立設された複数のスタッドと、けい酸カルシウム板よりなる下張り耐火板と上張り耐火板とで構成され、各スタッドの両側面にそれぞれ取り付けられた左右の耐火材とを備え、上部ランナーと天井面または梁下面との間には、加熱によって膨張する熱膨張性耐火材が挿入されている耐火壁構造（請求項１）が開示されている。また、特許文献２の［００３２］段落には、下張り耐火板としてかさ密度０．２５ｇ／ｃｍ^３のけい酸カルシウム板を、上張り耐火板としてかさ密度０．３５ｇ／ｃｍ^３のけい酸カルシウム板をそれぞれ使用することが記載されている。

特開平１１−１９００８８号公報特開２０１２−５２３３３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている耐火間仕切壁では、３時間の耐火性能を確保することは難しく、また、火災時には石膏ボードの表面にある紙部分が消失して強度を失うため、消火活動による放水に耐えることができないものであった。また、特許文献２に開示されている耐火壁構造では、下張り耐火板としてかさ密度０．２５ｇ／ｃｍ^３のけい酸カルシウム板を、上張り耐火板としてかさ密度０．３５ｇ／ｃｍ^３のけい酸カルシウム板をそれぞれ使用することが例示されているが、これらのようなＪＩＳＡ５４３０のタイプ３に相当するけい酸カルシウム板のみを使用した構成では、耐火壁構造の総厚をできるだけ薄くしようとする場合に、耐火性能は確保できたとしても、各耐火板の強度が不足するため、火災時における激しい放水に耐え得る十分な剛直性を有するとまでは言えない。しかし、特許文献２においてはこうした課題への対応について何らの示唆も開示もされていない。即ち、従来の耐火間仕切り構造は、３時間以上の耐火性能と、十分な遮熱性能と、剛直性とを兼備しているものではなかった。

従って、本発明の目的は、実用的な壁厚でありながら、３時間の耐火性能と、重要機器の性能を保持するために十分な遮熱性能を確保することができ、更に、火災時の消火活動による激しい放水に対しても十分耐え得る耐火隔壁を提供することにある。

即ち、本発明の耐火隔壁は、建築物の室内空間を構成する上部構造躯体および下部構造躯体の間に固定された鋼製枠体、該鋼製枠体に対して垂直方向に固定・立設した下地材、該下地材の両面に設置された下張り材および該下張り材の外表面に設置された上張り材を備えてなることを特徴とする。

また、本発明の耐火隔壁は、下地材が一般構造用角形鋼管であることを特徴とする。

更に、本発明の耐火隔壁は、下張り材が、高強度けい酸カルシウム質耐火材または軽量けい酸カルシウム質耐火材より構成され、下張り材が高強度けい酸カルシウム質耐火材の場合には、上張り材が、軽量けい酸カルシウム質耐火材より構成され、下張り材が軽量けい酸カルシウム質耐火材の場合には、上張り材が高強度けい酸カルシウム質耐火材より構成されることを特徴とする。

また、本発明の耐火隔壁は、高強度けい酸カルシウム質耐火材のかさ密度が０．８０ｇ／ｃｍ^３以上１．２０ｇ／ｃｍ^３未満、曲げ強さが７〜２８Ｎ／ｍｍ^２、厚さが２０〜３５ｍｍ、１２００℃加熱後残存収縮率が４％以下の範囲内にあり、軽量けい酸カルシウム質耐火材のかさ密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３未満、曲げ強さが１．５〜６Ｎ／ｍｍ^２、厚さが１５〜３０ｍｍ、熱伝導率が０．１４Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあることを特徴とする。

更に、本発明の耐火隔壁は、下地材の耐火隔壁の厚さ方向の辺の長さが４０〜６０ｍｍであり、下張り材と上張り材の片側積層厚さが３５〜５０ｍｍであり、かつ下地材と、下地材の両面に設置された下張り材および上張り材により構成される耐火隔壁本体の厚さが１１０〜１５０ｍｍであり、片面側からＩＳＯ８３４加熱曲線に準じた３時間加熱を行った場合の非加熱側における加熱前からの温度上昇が１８０℃以下であることを特徴とする。

また、本発明の耐火隔壁は、上張り材の外表面に設置された仕上げ材を備えてなることを特徴とする。

更に、本発明の耐火隔壁は、仕上げ材がフレキシブル板、繊維混入せっこう板、せっこうボード、金属鋼板、防水シートおよび壁紙からなる群から選択されることを特徴とする。

本発明によれば、原子力規制委員会の原子力発電所の新規制基準適合性に係る審査における火災防護規定および内部火災対策・設計審査ガイドにおける３時間耐火隔壁の性能を担保することが可能であり、３時間の耐火性能と、重要機器の機能を保つための十分な遮熱性能、および消火活動の放水に耐える剛直性とを兼ね備えた耐火隔壁を提供することができる。

本発明の耐火隔壁の１実施態様を示す概略図である。図１に示す耐火隔壁の水平方向断面図である。実施例において、３時間耐火試験および放水試験に用いた耐火隔壁の供試体の概略図である。図３に示す供試体の水平方向断面図である。図３に示す供試体の垂直方向断面図である。ＩＳＯ８３４加熱曲線を示すグラフである。

以下、本発明の耐火隔壁を図１および２により説明する。
図１は、本発明の耐火隔壁の１実施態様を示す概略図であり、図２は、図１に示す耐火隔壁の水平方向断面図である。鋼製枠体５は、建築物の室内空間を構成する上部構造躯体（図示せず）および下部構造躯体（図示せず）の間に組み付けられ、少なくとも一部が建築物の構造躯体に固定されている。ここで、鋼製枠体５は、建築物の室内空間を構成する床、壁、柱、天井または梁のいずれかに固定することができる。なお、鋼製枠体５の固定方法は特に限定されるものではないが、例えばＬ字材のような固定金具を使用してアンカーボルト等で固定することができる。鋼製枠体５としては、例えば溝形鋼やＨ形鋼（いずれも熱間圧延形鋼：ＪＩＳＧ３１９２相当）あるいは一般構造用角形鋼管（ＪＩＳＧ３４６６相当）等を用いることができる。なお、鋼製枠体５が大きく露出する構造の場合には、必要に応じ鋼製枠体５に対しても耐火被覆を施すことができる。

下地材１は、鋼製枠体５に対して垂直方向に固定・立設している。ここで、下地材１の鋼製枠体５への固定は、特に限定されるものではないが、例えばＬ字材のような固定金具を使用して溶接や、ボルトで固定することなどにより行うことができる。なお、耐火隔壁の両端部に設置される下地材１を鋼製枠体５の垂直部に沿わせて固定した構成とすることもできる。なお、下地材１としては、例えば一般構造用角形鋼管（ＪＩＳＧ３４６６相当）、Ｈ形鋼（熱間圧延形鋼：ＪＩＳＧ３１９２相当）等を用いることができる。

下地材１の両面には、下張り材２を設置する。下張り材２としては、高強度けい酸カルシウム質耐火材または軽量けい酸カルシウム質耐火材を用いることができる。

ここで、高強度けい酸カルシウム質耐火材は、かさ密度が０．８０ｇ／ｃｍ^３以上１．２０ｇ／ｃｍ^３未満、曲げ強さが７〜２８Ｎ／ｍｍ^２、厚さが２０〜３５ｍｍ、１２００℃加熱後残存収縮率が４％以下の範囲内にあるものである。なお、高強度けい酸カルシウム質耐火材のかさ密度が０．８０ｇ／ｃｍ^３未満であると、火災時の消火活動に伴う放水に耐える強度の確保が困難なため好ましくなく、また、１．２０ｇ／ｃｍ^３以上であると、耐火材の質量が重くなり、施工性が悪化するため好ましくない。更に、高強度けい酸カルシウム質耐火材の曲げ強さが７Ｎ／ｍｍ^２未満であると、火災時の消火活動に伴う放水に耐えるのに不十分であるため好ましくなく、また、前記かさ密度の範囲内で、曲げ強度が２８Ｎ／ｍｍ^２を超えるけい酸カルシウム質耐火材は実質上入手することができない。また、高強度けい酸カルシウム質耐火材の厚さが２０ｍｍ未満であると、火災時の消火活動に伴う放水に耐える強度の確保が困難なため好ましくなく、また、３０ｍｍを超えると、耐火隔壁全体の厚さが厚くなりすぎるため好ましくない。更に、高強度けい酸カルシウム質耐火材の１２００℃加熱後残存収縮率が４％を超えると、火災を受けた際、目地部に隙間が生じ易くなるため好ましくない。

また、軽量けい酸カルシウム質耐火材は、かさ密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３未満、曲げ強さが１．５〜６Ｎ／ｍｍ^２、厚さが１５〜３０ｍｍ、熱伝導率が０．１４Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にあるものである。なお、軽量けい酸カルシウム質耐火材のかさ密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３未満であると、材質が強度不足となるため好ましくなく、また、０．７０ｇ／ｃｍ^３以上であると、熱伝導率が高くなってしまうため好ましくない。軽量けい酸カルシウム質耐火材の曲げ強さが１．５Ｎ／ｍｍ^２未満であると、施工時の取扱い性が悪化するため好ましくなく、また、前記かさ密度の範囲内で、曲げ強度が６Ｎ／ｍｍ^２を超えるけい酸カルシウム質耐火材は実質上入手することができない。また、軽量けい酸カルシウム質耐火材の厚さが１５ｍｍ未満であると、十分な耐火性能を得るための断熱性を確保することが困難であるため好ましくなく、また、３０ｍｍを超えると、耐火隔壁全体の厚さが厚くなりすぎるために好ましくない。また、軽量けい酸カルシウム質耐火材の熱伝導率が０．１４Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、十分な耐火性能を確保できなくなるため好ましくない。

なお、下地材１への下張り材２の取り付け方法は特に限定されるものではなく、例えばタッピングねじ、ボルト等の止付具４を用いて固定することができる。また、隣接する下張り材２どうしの接続は、端面を付き合わせた構造とすることができる。

次に、下張り材２の外表面には、上張り材３を設置する。ここで、下張り材２が、前記高強度けい酸カルシウム質耐火材より構成される場合には、上張り材３は、前記軽量けい酸カルシウム質耐火材より構成され、下張り材２が、前記軽量けい酸カルシウム質耐火材より構成される場合には、上張り材３は、前記高強度けい酸カルシウム質耐火材より構成される。なお、火災時における消火活動の放水に対する耐性を重視する場合には、上張り材３を前記高強度けい酸カルシウム質耐火材とすることが好ましい。

なお、下地材２への上張り材３の取り付け方法は特に限定されるものではなく、例えばタッピングねじ、ボルト等の止付具４を用いて固定することができる。また、隣接する上張り材３どうしの接続は、端面を付き合わせた構造とすることができる。

上述のような構成を有する本発明の耐火隔壁において、下地材の耐火隔壁の厚さ方向の辺の長さが４０〜６０ｍｍであり、下張り材と上張り材の片側積層厚さが３５〜５０ｍｍであり、かつ下地材と、下地材の両面に設置された下張り材および上張り材により構成される耐火隔壁本体の厚さが１１０〜１５０ｍｍであり、片面側からＩＳＯ８３４加熱曲線に準じた３時間加熱を行った場合の非加熱側における加熱前からの温度上昇を１８０℃以下とする。

次に、本発明の耐火隔壁においては、上張り材３の外表面に、仕上げ材を設置することもできる。仕上げ材としては、例えばフレキシブル板、繊維混入せっこう板、せっこうボード、金属鋼板、防水シート、壁紙等を用いることができ、特に、フレキシブル板、繊維混入せっこう板および金属鋼板が好ましい。なお、フレキシブル板および繊維混入せっこう板は厚さ３〜６ｍｍのものを、金属鋼板は厚さ０．１〜１ｍｍのものを使用することができる。ここで、なお、下地材２への仕上げ材の取り付け方法は特に限定されるものではなく、例えばタッピングねじ、ステープル、接着剤等を用いて固定することができる。なお、仕上げ材を用いる場合、仕上げ材は、片面に設置しても、両面に設置してもよい。また、前記仕上げ材の代わりとして、上張り材の表面に塗料や防水剤等を塗布することもできる。

次に、実施例により本発明の耐火隔壁を更に説明する。
図３、４および５に示す形状にて、本発明の耐火隔壁の供試体を作製し、原子力規制委員会が制定する「実用発電用原子炉及びその付属施設の火災防護に係る審査基準（原規技第1306195号）」に準拠した３時間耐火試験および３時間耐火試験後の放水試験に供した。

図３は、耐火隔壁の供試体の概略図であり、図４は、図３に示す供試体の水平方向断面図であり、図５は、図３に示す供試体の垂直方向断面図である。図３、４および５に示すように、１５０×７５ｍｍ（厚さ：６．５ｍｍ）の溝形鋼で１３００ｍｍ×１２５０ｍｍ×１４４ｍｍの鋼製枠体５を構成し、下地材１として１００×５０ｍｍ（厚さ：２．３ｍｍ）の一般構造用角形鋼管を溶接により鋼製枠体５に固定し、下地材１の両面に、厚さ２７ｍｍ、かさ密度０．９８ｇ／ｃｍ^３、曲げ強さ８．９Ｎ／ｍｍ^２、１２００℃加熱後残存収縮率２．６％の高強度けい酸カルシウム質耐火材を下張り材２としてタッピングねじを用いて下地材１に固定し、次いで、下張り材２の外表面には、厚さ２０ｍｍ、かさ密度０．４３ｇ／ｃｍ^３、曲げ強さ４．５Ｎ／ｍｍ^２、熱伝導率０．０８８Ｗ／ｍ・Ｋの軽量けい酸カルシウム質耐火材を上張り材３としてタッピングねじを用いて下地材１に固定して供試体Ｎｏ．１を得た。
なお、各物性値の測定方法はＪＩＳＡ５４３０に準拠したものである。ただし、曲げ強さの測定は、試験片の幅を５０ｍｍ、曲げスパンを２００ｍｍとして行ったものである。また、１２００℃加熱後残存収縮率は、事前に寸法を測定した試験片を１２００℃×３時間の条件で加熱処理し、常温まで冷やしてから再度寸法を測定して求めたものである。

また、下張り材２として厚さ２０ｍｍ、かさ密度０．４３ｇ／ｃｍ^３、曲げ強さ４．５Ｎ／ｍｍ^２、熱伝導率０．０８８Ｗ／ｍ・Ｋの軽量けい酸カルシウム質耐火材を用い、上張り材３として厚さ２７ｍｍ、かさ密度０．９８ｇ／ｃｍ^３、曲げ強さ８．９Ｎ／ｍｍ^２、１２００℃加熱後残存収縮率２．６％の高強度けい酸カルシウム質耐火材を用いた以外は、供試体Ｎｏ．１と同様の構成として供試体Ｎｏ．２を作製した。

（１）３時間耐火試験
供試体の片側の面のみ加熱することができる試験炉に供試体Ｎｏ．１を設置し、ガスバーナーを用いて図６に示すＩＳＯ８３４加熱曲線に即した３時間の加熱を行い、供試体の裏面（非加熱側の表面）の目地部を含む１２か所に配した熱電対により、加熱中の温度を測定するとともに、裏面の状態に異常が現れないかを観察した。加熱終了後は直ちに供試体Ｎｏ．１を試験炉から取り出し、放水試験を実施した。なお、供試体Ｎｏ．２についても同様の試験を行った。
なお、試験結果から、以下の判定基準により３時間耐火試験の合否を判定した。
３時間耐火試験の合格判定基準：
（ａ）裏面における加熱開始前からの温度上昇の平均値が１４０℃以下であること；
（ｂ）裏面における加熱開始前からの温度上昇の最高値が１８０℃以下であること；
（ｃ）加熱中に供試体裏面側へ火炎が貫通しないこと。

３時間耐火試験の結果を表１に示す。当該試験の結果、前記合格判定基準のすべてを満たしていることから、供試体Ｎｏ．１および２は、いずれも合格判定であった。また、裏面温度の測定値は、前記合格判定基準に対し十分な余裕があることから、高い耐火性能と遮熱性能を有しているといえる。

（２）３時間耐火試験後の放水試験
前記３時間耐火試験を行った直後に、試験炉から供試体を取り外し、表２に示す条件で加熱面からの放水試験を実施した。放水中および放水後に供試体の状態を観察し、以下の判定基準により、放水試験の合否を判定した。
放水試験の合格判定基準：直射による放水試験で裏面側へ貫通する開口部のないこと

放水試験の結果、供試体Ｎｏ．１および２は、いずれも３時間耐火試験の直後に行った加熱面への直射による放水試験において、裏面側へ貫通する開口部を生ずることはなく、前記合格判定基準に照らし、合格判定であった、なお、供試体Ｎｏ．１においては、放水中に加熱面側の上張り材の一部が脱落したが、供試体Ｎｏ．２においては、放水中の耐火材の脱落は認められなかった。

以上のように、供試体Ｎｏ．１および２は、３時間加熱中に裏面側への火炎の噴出および発煙がなく、かつ火炎が通る亀裂等の損傷も生じなかった。また、３時間加熱後の放水試験においても裏面側へ貫通する開口はなく、判定基準を十分に満たすものであった。なお、供試体Ｎｏ．１および２は、試験体裏面温度が建築基準法にて定められる可燃物燃焼温度以下であった。

１：下地材、２：下張り材、３：上張り材、４：止付具、５：鋼製枠体

Claims

建築物の室内空間を構成する上部構造躯体および下部構造躯体の間に固定された鋼製枠体、該鋼製枠体に対して垂直方向に固定・立設した下地材、該下地材の両面に設置された下張り材および該下張り材の外表面に設置された上張り材を備えてなることを特徴とする耐火隔壁。
下地材が一般構造用角形鋼管である、請求項１記載の耐火隔壁。
下張り材が、高強度けい酸カルシウム質耐火材または軽量けい酸カルシウム質耐火材より構成され、下張り材が高強度けい酸カルシウム質耐火材の場合には、上張り材が、軽量けい酸カルシウム質耐火材より構成され、下張り材が軽量けい酸カルシウム質耐火材の場合には、上張り材が高強度けい酸カルシウム質耐火材より構成する、請求項１または２記載の耐火隔壁。
高強度けい酸カルシウム質耐火材のかさ密度が０．８０ｇ／ｃｍ^３以上１．２０ｇ／ｃｍ^３未満、曲げ強さが７〜２８Ｎ／ｍｍ^２、厚さが２０〜３５ｍｍ、１２００℃加熱後残存収縮率が４％以下の範囲内にあり、軽量けい酸カルシウム質耐火材のかさ密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上０．７０ｇ／ｃｍ^３未満、曲げ強さが１．５〜６Ｎ／ｍｍ^２、厚さが１５〜３０ｍｍ、熱伝導率が０．１４Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲内にある、請求項３記載の耐火隔壁。
下地材の耐火隔壁の厚さ方向の辺の長さが４０〜６０ｍｍであり、下張り材と上張り材の片側積層厚さが３５〜５０ｍｍであり、かつ前記下地材と、下地材の両面に設置された下張り材および上張り材により構成される耐火隔壁本体の合計厚さが１１０〜１５０ｍｍであり、片面側からＩＳＯ８３４加熱曲線に準じた３時間加熱を行った場合の非加熱側の表面における加熱前からの温度上昇が１８０℃以下である、請求項１ないし４のいずれか１項記載の耐火隔壁。
上張り材の外表面に設置された仕上げ材を備えてなる、請求項１ないし５のいずれか１項記載の耐火隔壁。
仕上げ材がフレキシブル板、繊維混入せっこう板、せっこう板、金属鋼板、防水シートおよび壁紙からなる群から選択される、請求項６記載の耐火隔壁。