JP2021011743A - Fire resistant structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建物を構成する柱や梁などの構造部材の耐火構造に関する。 The present invention relates to a fireproof structure of structural members such as columns and beams constituting a building.
従来より、建物を構成する柱や梁などの構造部材を、火災時の熱から保護するため、以下のような構造が提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1には、建物の躯体梁または躯体柱を構成する鉄骨部材を、複数の耐火被覆材で取り囲む構造が示されている。
特許文献2には、木質材料からなる芯材と、芯材の外側に設けられる空気層と、空気層の外側に設けられる吸熱性および断熱性を有する無機質材料と、無機質材料の外側に設けられる耐火被覆材と、耐火被覆材の外側に設けられる仕上げ材と、を備える木質構造部材が示されている。
特許文献3には、木質荷重支持部の周囲に、発泡性耐火被覆材で形成された耐火材層と、空気層と、木材からなる燃え代木材層とが外側に向かって順に積層されている木質耐火部材が示されている。
Conventionally, the following structures have been proposed in order to protect structural members such as columns and beams constituting a building from heat during a fire (see Patent Document 1).
Patent Document 1 discloses a structure in which a steel frame member constituting a skeleton beam or a skeleton column of a building is surrounded by a plurality of fireproof coating materials.
In Patent Document 2, a core material made of wood material, an air layer provided outside the core material, an endothermic and heat insulating inorganic material provided outside the air layer, and an outside of the inorganic material are provided. A wood-based structural member comprising a fire-resistant coating material and a finishing material provided on the outside of the fire-resistant coating material is shown.
In Patent Document 3, a refractory material layer formed of a foamable refractory coating material, an air layer, and a burning allowance wood layer made of wood are laminated in order from the outside around a wood load support portion. Wood fireproof members are shown.
構造部材を火災時の熱からより確実に保護できる耐火構造を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a fireproof structure capable of more reliably protecting structural members from heat during a fire.
本発明者は、柱や梁などの構造部材を不燃薄板で覆うとともに、構造部材と不燃薄板との間に空気層を設けることで、不燃薄板によって火災時における可燃物からの燃焼熱が構造部材に伝わるのを抑制できる点(放射低減効果)に着眼して、本発明に至った。
第1の発明の耐火構造(例えば、後述の耐火構造1、1A、1B)は、建物を構成する構造部材(例えば、後述の柱10)と、当該構造部材を覆う不燃薄板(例えば、後述の不燃薄板40、40A、40B)と、を備え、前記構造部材と当該不燃薄板との間には、空気層(例えば、後述の空気層30、30A)が設けられることを特徴とする。
The present inventor covers structural members such as columns and beams with a non-combustible thin plate, and provides an air layer between the structural member and the non-combustible thin plate, so that the non-combustible thin plate allows the heat of combustion from combustible materials in the event of a fire to be generated by the structural member. We came to the present invention by focusing on the point that it can suppress the transmission to the air (radiation reduction effect).
The fire-resistant structure of the first invention (for example, the fire-
ここで、不燃薄板としては、鋼板、モルタル板、けい酸カルシウム板、ステンレス板、セラミック繊維布、ガルバリウム鋼板(登録商標)、亜鉛めっき鋼板などが挙げられる。
この発明によれば、建物を構成する柱や梁などの構造部材の外周面を、空気層および不燃薄板で覆ったので、火災時に、構造部材の周囲で可燃物が燃焼しても、不燃薄板および空気層によって、火災の熱が構造部材に伝わるのを抑制して(放射低減効果)、構造部材を火災時の熱からより確実に保護できる。
Here, examples of the non-combustible thin plate include a steel plate, a mortar plate, a calcium silicate plate, a stainless steel plate, a ceramic fiber cloth, a galvalume steel plate (registered trademark), and a galvanized steel plate.
According to the present invention, since the outer peripheral surface of structural members such as pillars and beams constituting the building is covered with an air layer and a non-combustible thin plate, even if combustible materials burn around the structural member in the event of a fire, the non-combustible thin plate And the air layer suppresses the heat of the fire from being transferred to the structural member (radiation reduction effect), and the structural member can be more reliably protected from the heat of the fire.
第2の発明の耐火構造は、前記構造部材の外側表面には、耐火被覆材(例えば、後述の耐火被覆材20)が設けられ、前記空気層は、当該耐火被覆材と前記不燃薄板との間に設けられることを特徴とする。
In the fireproof structure of the second invention, a fireproof coating material (for example, the
ここで、耐火被覆材としては、吹付けロックウール、発泡性耐火塗料、モルタル板、巻付け方式のロックウールフェルトなどが挙げられる。
この発明によれば、構造部材の外側表面に耐火被覆材を設けたので、構造部材を火災時の熱からより確実に保護できる。
Here, examples of the fireproof coating material include sprayed rock wool, foamable fireproof paint, mortar plate, and wrapping type rock wool felt.
According to the present invention, since the fireproof coating material is provided on the outer surface of the structural member, the structural member can be more reliably protected from the heat at the time of fire.
第3の発明の耐火構造は、前記空気層には、前記構造部材の軸方向に沿って延びる支持部材(例えば、後述の支持部材11)が設けられ、前記不燃薄板は、当該支持部材の外側表面に取り付けられていることを特徴とする。
In the fireproof structure of the third invention, the air layer is provided with a support member (for example, a
この発明によれば、空気層に、構造部材の軸方向に沿って延びる支持部材を設けたので、耐火被覆材と不燃薄板との間に空気層を確保しつつ、不燃薄板を確実に支持できる。よって、火災時に、不燃薄板の外側の可燃物が燃焼して脱落しても、この可燃物とともに不燃薄板が脱落するのを防止できる。 According to the present invention, since the support member extending along the axial direction of the structural member is provided in the air layer, the non-combustible thin plate can be reliably supported while securing the air layer between the refractory coating material and the non-combustible thin plate. .. Therefore, even if the combustible material on the outside of the non-combustible thin plate burns and falls off in the event of a fire, it is possible to prevent the non-combustible thin plate from falling off together with the combustible material.
第4の発明の耐火構造は、前記不燃薄板(例えば、後述の不燃薄板40A、40B)は、前記支持部材の外側表面に二重に取り付けられ、当該二重の不燃薄板は、連結部材(例えば、後述の連結部材42)を介して前記支持部材に支持されていることを特徴とする。
In the fireproof structure of the fourth invention, the non-combustible thin plates (for example, non-combustible
ここで、連結部材は、例えば棒状であり、釘、ねじなどが挙げられる。
この発明によれば、不燃薄板を二重に設けたので、空気層も二重となり、構造部材の周囲で可燃物が燃焼しても、この可燃物からの放射熱が構造部材に伝わるのをより抑制できる。
Here, the connecting member is, for example, rod-shaped, and examples thereof include nails and screws.
According to the present invention, since the non-combustible thin plate is provided twice, the air layer is also doubled, and even if the combustible material burns around the structural member, the radiant heat from the combustible material is transmitted to the structural member. It can be suppressed more.
本発明によれば、柱や梁などの構造部材を火災時の熱からより確実に保護できる耐火構造を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fireproof structure capable of more reliably protecting structural members such as columns and beams from heat during a fire.
本発明は、構造材を不燃薄板で覆った耐火構造である。第1実施形態は、柱の外周面に耐火被覆材を設け、その耐火被覆材の外側に空気層を挟んで不燃薄板が配置される(図1〜図3)。第2実施形態は、不燃薄板の外側表面に複数のピンが設けられ、このピンに仕上材が係止される点が、第1実施形態と異なる(図6)。第3実施形態は、不燃薄板が二重配置される点が、第1、第2実施形態と異なる(図7、図8)。変形例は、耐火構造の対象を柱ではなく梁とした点が、第1〜第3実施形態と異なる(図9)。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る柱10の耐火構造1の平断面図である。図2は、耐火構造1の斜視図である。
The present invention is a fireproof structure in which a structural material is covered with a non-combustible thin plate. In the first embodiment, a refractory coating material is provided on the outer peripheral surface of the pillar, and a non-combustible thin plate is arranged on the outside of the refractory coating material with an air layer interposed therebetween (FIGS. 1 to 3). The second embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of pins are provided on the outer surface of the non-combustible thin plate, and the finishing material is locked to the pins (FIG. 6). The third embodiment is different from the first and second embodiments in that the non-combustible thin plates are double-arranged (FIGS. 7 and 8). The modified example differs from the first to third embodiments in that the target of the fireproof structure is a beam instead of a pillar (FIG. 9).
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the following embodiments, the same components will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan sectional view of a fireproof structure 1 of a
柱10は、建物を構成する構造部材であり、角形鋼管である。柱10の外周面には、耐火被覆材20、空気層30、不燃薄板40、および仕上材50が順に積層配置されている。
すなわち、柱10の外周面は、不燃薄板40で覆われている。また、柱10の外側表面には、耐火被覆材20が設けられている。空気層30は、耐火被覆材20と不燃薄板40との間に設けられている。
耐火被覆材20は、吹き付けロックウールである。不燃薄板40は、矩形筒状の鋼板である。仕上材50は、不燃薄板40の表面に取り付けられた可燃物であり、例えば木である。
空気層30のうち柱10の四隅には、柱10の軸方向に沿って延びるリップ溝形鋼である支持部材11が設けられており、不燃薄板40は、この支持部材11の外側表面に取り付けられている。
The
That is, the outer peripheral surface of the
The
以上のような耐火構造1では、火災時に、図3に示すように、柱10周囲で仕上材50が燃焼するが、不燃薄板40および空気層30により、火災の熱が耐火被覆材20に伝わるのが抑制される。
In the fire-resistant structure 1 as described above, in the event of a fire, the
以下、スチールプレート(不燃薄板)による放射低減効果を算定する。
具体的には、本発明の実施例として、図4(a)に示すように、物体(柱および耐火被覆材)表面から離れてスチールプレートを設けた場合を想定する。この場合、スチールプレートの内側が空気層となり、スチールプレートの外側が火災空間となる。また、比較例として、図4(b)に示すように、物体(柱および耐火被覆材)表面の外側にスチールプレートを設けない場合を想定する。この場合、物体表面の外側が火災空間となる。これら実施例および比較例について、物体表面に流入する熱流束を計算する。
Below, the radiation reduction effect of the steel plate (non-combustible thin plate) is calculated.
Specifically, as an embodiment of the present invention, it is assumed that a steel plate is provided away from the surface of an object (pillar and fireproof coating material) as shown in FIG. 4A. In this case, the inside of the steel plate is the air layer, and the outside of the steel plate is the fire space. Further, as a comparative example, as shown in FIG. 4B, it is assumed that the steel plate is not provided on the outside of the surface of the object (pillar and refractory coating material). In this case, the outside of the object surface becomes the fire space. For these examples and comparative examples, the heat flux flowing into the object surface is calculated.
計算条件は、次のように設定する。スチールプレートおよび物体表面の各面の形態係数は1とする。対流熱伝達率は0.023kW/m2/Kとする。放射率は、空気層では0、その他は1とする。すると、スチールプレートについての熱のつり合いは、以下の式(1)のようになる。 The calculation conditions are set as follows. The view factor of each surface of the steel plate and the surface of the object is 1. The convection heat transfer coefficient is 0.023 kW / m 2 / K. The emissivity is 0 for the air layer and 1 for the others. Then, the heat balance of the steel plate is as shown in the following equation (1).
式(1)において、Tは温度[K]、Vは体積[m3]、ρは密度[kg/m3]、cは比熱[kJ/kg]、σはステファン・ボルツマン定数(5.67×10−11kW/m2/K4)、εは放射率、Fは形態係数、Aは面積[m2]、hは対流熱伝達率[kW/m2/K]とする。また、各記号の添え字は、pがスチールプレート、fが火災空間、sが物体表面、aが空気層とする。
式(1)中、左辺は、単位時間におけるスチールプレートの蓄熱量の変化であり、右辺は、単位時間におけるスチールプレートへの熱流量である。具体的には、右辺第1項は、火災空間からスチールプレートへの正味の放射熱流量であり、右辺第2項は、火災空間からスチールプレートへの正味の対流熱流量であり、右辺第3項は、物体表面からスチールプレートへの正味の放射熱流量であり、右辺第4項は、空気層からスチールプレートへの正味の対流熱流量である。
スチールプレートが薄く、熱容量Vpρpcpが小さいことから、式(1)の左辺を0とみなして整理すると、スチールプレートとその他の温度との関係は、以下の式(2)のようになる。
In equation (1), T is temperature [K], V is volume [m 3 ], ρ is density [kg / m 3 ], c is specific heat [kJ / kg], and σ is Stefan-Boltzmann constant (5.67). × 10-11 kW / m 2 / K 4 ), ε is the emissivity, F is the view factor, A is the area [m 2 ], and h is the convection heat transfer rate [kW / m 2 / K]. Further, as the subscripts of each symbol, p is a steel plate, f is a fire space, s is an object surface, and a is an air layer.
In the formula (1), the left side is the change in the amount of heat stored in the steel plate in a unit time, and the right side is the heat flow rate to the steel plate in a unit time. Specifically, the first term on the right side is the net radiant heat flow from the fire space to the steel plate, and the second term on the right side is the net convection heat flow from the fire space to the steel plate. The term is the net radiant heat flow from the surface of the object to the steel plate, and the fourth term on the right side is the net convective heat flow from the air layer to the steel plate.
Since the steel plate is thin and the heat capacity V p ρ p c p is small, if the left side of equation (1) is regarded as 0 and arranged, the relationship between the steel plate and other temperatures is as shown in equation (2) below. become.
すると、スチールプレートを設けた場合、物体表面に流入する正味の熱流束は、式(3)のようになり、スチールプレートを設けない場合、物体表面に流入する正味の熱流束は、式(4)のようになる。 Then, when the steel plate is provided, the net heat flux flowing into the object surface is as shown in equation (3), and when the steel plate is not provided, the net heat flux flowing into the object surface is as shown in equation (4). )become that way.
例えば、火災空間の温度を945℃とする。火災空間の熱気流が流入する可能性を考慮して、空気層の温度も945℃とする。物体表面の温度を100℃、200℃、300℃、400℃、500℃とした場合について、式(2)に従ってスチールプレートの温度を求め、その結果と式(3)および式(4)に従って、物体表面に流入する熱流束を求めた。その結果、物体表面の温度と物体表面に流入する熱流束との関係は、図5のようになった
図5より、スチールプレートを設けた場合には、スチールプレートを設けない場合に比べて、物体表面に流入する熱流束は60%程度となることが判る。
For example, the temperature of the fire space is 945 ° C. The temperature of the air layer is also set to 945 ° C. in consideration of the possibility of the hot air flow in the fire space flowing in. When the temperature of the object surface was 100 ° C., 200 ° C., 300 ° C., 400 ° C., and 500 ° C., the temperature of the steel plate was obtained according to the formula (2), and the result and the formula (3) and the formula (4) were followed. The heat flux flowing into the surface of the object was calculated. As a result, the relationship between the temperature of the object surface and the heat flux flowing into the object surface is as shown in FIG. 5. From FIG. 5, when the steel plate is provided, compared with the case where the steel plate is not provided, the relationship is as shown in FIG. It can be seen that the heat flux flowing into the surface of the object is about 60%.
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)建物を構成する柱10の外周面を、空気層30および不燃薄板40で覆ったので、火災時に、柱10の周囲で仕上材50が燃焼しても、不燃薄板40および空気層30によって、火災の熱が耐火被覆材20に伝わるのが抑制され(放射低減効果)、柱10を火災時の熱からより確実に保護できる。
(2)柱10の外側表面に耐火被覆材20を設けたので、柱10を火災時の熱からより確実に保護できる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the outer peripheral surface of the
(2) Since the
(3)柱10の四隅に配置した支持部材11の外側表面に不燃薄板40を取り付けたので、耐火被覆材20と不燃薄板40との間に空気層30を確保しつつ、不燃薄板40を確実に支持できる。よって、火災時に、不燃薄板40の外側に設けた仕上材50が燃焼して脱落しても、この仕上材50とともに不燃薄板40が脱落するのを防止できる。
(3) Since the non-combustible
〔第2実施形態〕
図6は、本発明の第2実施形態に係る柱10の耐火構造1Aの断面図である。
本実施形態では、不燃薄板40の外側表面に複数のピン41を設け、これらピン41に仕上材50を係止した点が、第1実施形態と異なる。
本実施形態によれば、上述の(1)〜(3)の効果に加えて、以下のような効果がある。
(4)不燃薄板40の外側表面に設けたピン41に仕上材50を係止したので、仕上材50の脱落を防止できる。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
The present embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of
According to this embodiment, in addition to the above-mentioned effects (1) to (3), there are the following effects.
(4) Since the finishing
〔第3実施形態〕
図7は、本発明の第3実施形態に係る柱10の耐火構造1Bの断面図である。
本実施形態では、不燃薄板40A、40Bが支持部材11の外側表面に二重に取り付けられている点が、第1実施形態と異なる。
すなわち、内側の不燃薄板40Aと外側の不燃薄板40Bとは、連結部材42を介して支持部材11に支持されている。すなわち、支持部材11には、外側に向かって延びる棒状の連結部材42が取り付けられており、この連結部材42に所定間隔をあけて不燃薄板40A、40Bが支持されている。また、仕上材50は、連結部材42の不燃薄板40Bから突出した部分に係止している。
また、本実施形態では、仕上材50は、外側の不燃薄板40Bの外側表面だけでなく、不燃薄板40Aと不燃薄板40Bとの間にも設けられている。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
The present embodiment is different from the first embodiment in that the non-combustible
That is, the inner non-combustible
Further, in the present embodiment, the finishing
以上のような耐火構造1Bでは、図8に示すように、火災時に、外側の不燃薄板40Bの外側表面の仕上材50だけでなく、不燃薄板40A、40Bの間の仕上材50も燃焼する。すると、不燃薄板40Aと不燃薄板40Bとの間にも空気層30Aが形成される。よって、不燃薄板40A、40Bおよび空気層30、30Aにより、火災の熱が耐火被覆材20に伝わるのが抑制される。
本実施形態によれば、上述の(1)〜(4)の効果に加えて、以下のような効果がある。
(5)不燃薄板40A、40Bを二重に設けたので、空気層30、30Aも二重となり、火災の熱が柱10に伝わるのをより抑制できる。
In the
According to this embodiment, in addition to the above-mentioned effects (1) to (4), there are the following effects.
(5) Since the non-combustible
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、不燃薄板40として鋼板を用いたが、これに限らず、モルタル板、けい酸カルシウム板、ステンレス板、セラミック繊維布、ガルバリウム鋼板(登録商標)、亜鉛めっき鋼板を用いてもよい。
また、上述の各実施形態では、耐火被覆材20として吹付けロックウールを用いたが、これに限らず、発泡性耐火塗料、モルタル板、巻付け方式のロックウールフェルトを用いてもよい。
また、上述の各実施形態では、本発明を柱10に適用したが、これに限らず、図9に示すように、本発明をH形鋼である梁60に適用して、耐火構造1Cとしてもよい。この梁60は、床スラブ61を支持する構造である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, a steel plate is used as the non-combustible
Further, in each of the above-described embodiments, sprayed rock wool is used as the
Further, in each of the above-described embodiments, the present invention is applied to the
また、図10に示すように、各実施形態において、不燃薄板40、40A、40Bの上端の内側にロックウールフェルト21を設けてもよい。同様に、不燃薄板40の下端の内側にロックウールフェルトを設けてもよい。また、図10に示すように、不燃薄板40同士の目地部43の内側に、ロックウールフェルト21を設けてもよい。このような構成とすることにより、空気層30の密閉度が高まり、火災空間の熱気流が空気層30に入りにくくなるので、耐火性能をより向上できる。
Further, as shown in FIG. 10, in each embodiment, the rock wool felt 21 may be provided inside the upper ends of the non-combustible
また、図11に示すように、各実施形態において、不燃薄板40、40A、40Bの側端部に、外側に向かって折り曲げ形成された折り返し部44を設けて、この折り返し部44にビス45を取り付けることで、隣接する不燃薄板40、40A、40B同士を接合してもよい。このような折り返し部44を設けることにより、火災時に仕上材50が焼失した後であっても、不燃薄板40、40A、40Bを自立させることができる。また、この場合、不燃薄板40、40A、40Bが自立するので、支持部材11を省略してもよい。
また、上述の各実施形態では、柱10の外側表面に耐火被覆材20を設けたが、これに限らず、耐火被覆材を設けなくてもよい。
Further, as shown in FIG. 11, in each embodiment, a folded-
Further, in each of the above-described embodiments, the
1、1A、1B、1C…耐火構造 10…柱(構造部材) 11…支持部材
20…耐火被覆材 21…ロックウールフェルト 30、30A…空気層
40、40A、40B…不燃薄板 41…ピン 42…連結部材
43…目地部 44…折り返し部 45…ビス 50…仕上材 60…梁(構造部材)
61…床スラブ
1, 1A, 1B, 1C ...
61 ... Floor slab
Claims (4)
当該構造部材を覆う不燃薄板と、を備え、
前記構造部材と当該不燃薄板との間には、空気層が設けられることを特徴とする耐火構造。 Structural members that make up the building and
A non-combustible thin plate that covers the structural member is provided.
A fireproof structure characterized in that an air layer is provided between the structural member and the non-combustible thin plate.
前記空気層は、当該耐火被覆材と前記不燃薄板との間に設けられることを特徴とする請求項1に記載の耐火構造。 A fireproof coating material is provided on the outer surface of the structural member.
The fireproof structure according to claim 1, wherein the air layer is provided between the fireproof coating material and the noncombustible thin plate.
前記不燃薄板は、当該支持部材の外側表面に取り付けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の耐火構造。 The air layer is provided with a support member extending along the axial direction of the structural member.
The fireproof structure according to claim 1 or 2, wherein the non-combustible thin plate is attached to the outer surface of the support member.
当該二重の不燃薄板は、連結部材を介して前記支持部材に支持されていることを特徴とする請求項3に記載の耐火構造。 The non-combustible thin plate is doubly attached to the outer surface of the support member.
The fireproof structure according to claim 3, wherein the double non-combustible thin plate is supported by the support member via a connecting member.
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