JP6413449B2 - 合成スラブ - Google Patents

Description

本発明は、鋼製のデッキプレートとコンクリートスラブなどから構成される合成スラブに関し、耐火被覆の範囲を改善することで火災時のたわみ量を低減した合成スラブに関する。

従来、図１０に示すように、鋼製のデッキプレートとコンクリートスラブなどから構成され、コンクリート打設時にはデッキプレートが型枠材として機能するとともに、コンクリート硬化後には、デッキプレートが引張力を、コンクリートが圧縮力を負担して優れた曲げ耐力を発揮する合成スラブが知られている。このデッキプレートには、鍵溝やウェブ折曲げ部といった合成機構が設けられており、これらの合成機構が、コンクリートとの界面においてずれたり剥離しようとしたりする力に抵抗するため、優れた合成効果を発揮している。

このような合成スラブは、コンクリートの熱容量が大きいことに加え、コンクリート内部の水分が蒸発することにより合成スラブ全体の温度上昇が遅延するため、図１１に示すように、積載荷重やスパンの条件によっては、耐火被覆をしなくても１時間又は２時間耐火性能を発揮することができる。しかし、積載荷重が大きい場合や大スパン条件下では、十分な耐火性能を確保できないという問題があった。

また、合成スラブの耐火認定試験における主な評価項目は、加熱裏面温度とたわみ量の２項目であり、これらの２項目の値が、所定時間加熱終了まで制限値を超えないことが要求されている。具体的に例示すると、合成スラブには、図１２に示す条件、即ち、スパン２．８ｍの合成スラブに、合成スラブ幅３００ｍｍ当たりの載荷重が１．３ｋＮ／箇所となるように載荷した状態で、合成スラブの下方から火炎により加熱する実験を行って、３０分、１時間、２時間等の所定時間、加熱裏面温度（加熱面の反対面となるスラブ上面温度）が制限値を超えないこと、及び、たわみ量が制限値を超えないことが要求されている。

そのため、従来の合成スラブでは、加熱裏面温度は制限値を超えない一方で、たわみ量が制限値を超えてしまい耐火認定を得られないケースが多かった。そこで、本願の発明者は、所定時間内の合成スラブのたわみ量を低減できれば合成スラブの耐火性能を確実に向上できると考えた。

下方から火災加熱を受ける合成スラブにたわみが生じる要因としては、図１３に示す２つの要因が挙げられる。一つ目の要因は、鋼やコンクリートなど構成材料が高温で劣化し、合成スラブの剛性や耐力が低下することである。二つ目の要因は、床厚さ方向に沿って温度差が生じ、高温である下面（加熱面）の熱膨脹が低温である上面（加熱裏面）の熱膨張より大きくなることにより膨張差分だけ下面側に凸に変形、即ち、たわむことである。特に、加熱初期においては、上面と下面との温度差によるたわみがたわみ全体に占める割合が大きく、この温度差を小さくすることでたわみを小さくすることができると考えられる。

また、合成スラブのデッキプレートには、図１４に示すように、山部と谷部が存在し、山部と谷部とでは、コンクリートスラブの厚さも相違しているため、各部における上面と下面との温度差も顕著に相違している。例えば、デッキプレートの山部（上フランジ）と谷部（下フランジ）の段差が５０ｍｍで、この山部上のコンクリートスラブ厚さが７０ｍｍの場合、火災加熱１２０分後におけるコンクリートスラブの上面と下面との温度差は、一般に、図１５に示す通りである。即ち、谷部における温度差（８００℃程度）が山部における温度差（５００℃程度）より顕著に大きくなっている。以上の考察より、合成デッキ谷部の下面温度を低減することができれば、床厚さ方向の温度差を小さくして熱膨張の差によるたわみ量を低減することができると考えられる。

また、特許文献１には、合成スラブ用デッキプレート１の下面に平坦な鋼製蓋板１０を張り付けて凸型部１Ａの下部を全面的に閉鎖して断熱空間１１を形成し、断熱空間１１の遮熱効果により、火災時におけるデッキプレート１及びコンクリート４の温度上昇を抑制し、温度上昇による耐力低下を遅延させ又は抑制する合成床スラブ構造が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落００１１〜００１５、図面の図１、図２等参照）。

しかし、特許文献１に記載の合成床スラブ構造は、断熱空間１１の存在により、山部の加熱面温度や加熱裏面温度の温度上昇を遅延させることはできるものの、加熱面との間に断熱空間１１が存在しない谷部の加熱面と加熱裏面との熱膨張差に起因するたわみを抑制することはできず、２時間耐火性能等、火災時の避難に有効な耐火性能を発揮することができないという問題があった。

そして、特許文献２には、厚みが０．１〜１０ｍｍであり、比重が１．５以上であり、ＪＩＳ Ｋ−６３０１に準拠してダンベル状２号形の試験片で測定された引張弾性率が０．２９４〜４９ＭＰａであり、且つ、５０ｋＷ／ｍ²の熱量を３０分間照射された時の厚み変化（照射後の厚み／照射前の厚み）が１．１〜１００倍である熱膨張性耐火シートがデッキプレートコンクリート床のデッキプレート側に積層された耐火性防音床が記載されている（特許文献２の特許請求の範囲の請求項１、明細書の段落００１４〜００３２、図面の図１等参照）。

しかし、特許文献２に記載の耐火性防音床は、床の下面全域に亘って耐火被覆として熱膨張性耐火シートを貼着するものであり、床への伝熱を一定時間遅延させる効果はあるものの、高価な熱膨張性耐火シートを貼り付ける面積が膨大であり、材料費や施工費が嵩んでしまい、耐火性能に対する費用対効果が小さいという問題があった。

特開２００４−３３２２４４号公報 特開２００２−１７３９９５号公報

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、その目的とするところは、火災時におけるスラブ厚さ方向の温度差を小さくして熱膨張の差によるたわみ量を低減し、２時間耐火程度の耐火性能を有するとともに、耐火被覆に掛かる材料費及び施工費を削減して耐火性能に対する費用対効果が大きい合成スラブを提供することにある。

第１発明に係る合成スラブは、山部と谷部を有したデッキプレートと、このデッキプレート上に打設されて硬化したコンクリートスラブと、を備える合成スラブであって、前記デッキプレートは、山部に位置する平板状の上フランジと、谷部に位置する平板状の下フランジと、これら上フランジと下フランジを繋ぐ平板状のウェブと、を有し、前記下フランジの下面のみ、又は前記下フランジの下面、及び前記ウェブの外面の一部あるいは全部だけが耐火被覆材で被覆され、前記上フランジの下方には、耐火被覆材が存在しないことを特徴とする。

第２発明に係る合成スラブは、第１発明に係る合成スラブにおいて、前記下フランジ又は前記ウェブと着脱自在に係合する嵌着部材を備え、この嵌着部材の下面が前記耐火被覆材で被覆されていることを特徴とする。

第３発明に係る合成スラブは、第１発明又は第２発明に係る合成スラブにおいて、前記耐火被覆材は、石膏ボードや巻付けロックウールなどの乾式耐火被覆材であるか、又は、耐火塗料や耐火シートなどの熱膨張式耐火被覆材であることを特徴とする。

第４発明に係る合成スラブは、第１発明〜第３発明に係る合成スラブにおいて、前記耐火被覆材の厚さは、耐火試験において加熱開始３０分後の下フランジ下面温度が３００℃以下となる厚さ以上であることを特徴とする。

第５発明に係る合成スラブは、第１発明〜第４発明に係る合成スラブにおいて、前記耐火被覆材の厚さは、耐火試験において加熱開始１２０分後の下フランジ下面温度が５００℃以下となる厚さ以上であることを特徴とする。

第６発明に係る合成スラブは、第１発明〜第５発明に係る合成スラブにおいて、前記耐火被覆材の厚さは、６０ｍｍ以下であることを特徴とする。

第７発明に係る合成スラブは、第１発明〜第６発明に係る合成スラブにおいて、前記山部上の前記コンクリートスラブ厚さは、６０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることを特徴とする。

第８発明に係る合成スラブは、第１発明〜第７発明に係る合成スラブにおいて、横方向に架け渡された横架鋼材であるＨ形鋼に前記デッキプレートが接合されていることを特徴とする。

第１発明〜第８発明によれば、下フランジの下面のみ、又は下フランジの下面及びウェブの外面の一部あるいは全部だけが耐火被覆材で被覆され、前記上フランジの下方には、耐火被覆材が存在しないので、スラブ厚さが厚い谷部の下フランジ下面を重点的に被覆して、火災時におけるスラブ厚さ方向の温度差を小さくして熱膨張の差によるたわみ量を低減することができる。それに加え、第１発明〜第８発明によれば、２時間耐火程度の耐火性能を発揮することができるとともに、耐火被覆する範囲が、下フランジの下面のみ、又は下フランジの下面及びウェブの外面の一部あるいは全部だけなので、耐火被覆に掛かる材料費及び施工費を削減することができる。このため、第１発明〜第８発明によれば、合成スラブの耐火性能に対する費用対効果を大きくすることができる。

特に、第２発明によれば、下フランジ又はウェブと着脱自在に係合する嵌着部材を備えているので、嵌着部材を下方から押し上げて下フランジ又はウェブに簡単に嵌め込むことができる。このため、第２発明によれば、単位時間当たりの耐火被覆作業面積を増大して、耐火被覆の施工費を大幅に削減することができる。

特に、第３発明によれば、耐火被覆材は、石膏ボードや巻付けロックウールなどの乾式耐火被覆材であるか、又は、耐火塗料や耐火シートなどの熱膨張式耐火被覆材であるので、耐火被覆材が湿式のロックウールである場合の吹付け作業などと違って、風などが入ってこないように建物開口部を封鎖したり、耐火被覆作業以外に従事する作業者の出入りを制限したりする必要がなく、作業時間及び作業期間を短縮して耐火被覆の施工費を削減することができる。

特に、第４発明によれば、耐火試験において加熱開始３０分後の下フランジ下面温度が３００℃以下となる厚さ以上耐火被覆材が被覆されているので、コンクリートスラブ下面の温度が、コンクリートスラブの高温強度が常温強度より低下し始める目安である３００℃を火災発生から３０分以上たっても超えるおそれが少なく、火災時により安全に避難することができる。

特に、第５発明によれば、耐火試験において加熱開始１２０分後の下フランジ下面温度が５００℃以下となる厚さ以上耐火被覆材が被覆されているので、コンクリートスラブ下面の温度が、コンクリートスラブの高温強度が常温強度の２/３、即ち長期許容耐力を下回る目安である５００℃を火災発生から１２０分以上たっても超えるおそれが少なく、火災時に合成スラブが終局破壊することなく、安全に避難することができる。

特に、第６発明によれば、耐火被覆材の厚さが６０ｍｍ以下となっているので、隣接する耐火被覆材同士が互いに干渉して施工が困難になるおそれが少なくなる。

特に、第７発明によれば、山部上のコンクリートスラブ厚さが６０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であるので、２時間耐火程度の耐火性能を確保しつつ、合成スラブの重量を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る合成スラブを幅方向に沿って切断した鉛直断面を示す鉛直断面図である。 同上の断面図におけるデッキプレート同士の接合部を拡大して示す部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る合成スラブを幅方向に沿って切断した鉛直断面を示す鉛直断面図である。 同上の合成スラブにおける嵌着部材の嵌着方法を主に示す鉛直断面図である。 解析により求めた加熱開始１２０分後における合成スラブの断面内温度分布を示す温度分布図である。 合成スラブの加熱面及び加熱裏面温度と時間の関係を示す折れ線グラフである。 耐火被覆材の厚さが床厚さ方向温度差に与える影響を示す棒グラフである。 合成スラブのたわみ量に対する低減効果のイメージを示したグラフである。 厚さ６０．０ｍｍの耐火被覆材をデッキプレート谷部に設置した合成スラブの鉛直断面を模式的に示す鉛直断面図である。 従来の合成スラブを示す斜視図である。 デッキプレートのスパンと許容積載荷重との関係を表す折れ線グラフである。 耐火認定試験方法の一例を示す説明図である。 耐火試験において時間の経過と共にたわみが増大する状況及びその要因を示す折れ線グラフである。 デッキプレートの山部及び谷部を主に示す説明図である。 耐火試験１２０分後の山部と谷部におけるコンクリートスラブの上下方向温度差を示す棒グラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

[第１実施形態]
先ず、図１、図２を用いて、本発明の一実施形態である第１実施形態に係る合成スラブについて、建築物を構成する床スラブに合成スラブを適用する場合を例示して説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る合成スラブ１は、図１０で示した従来の合成スラブと同様に、デッキプレート２と、このデッキプレート２上に打設されて硬化したコンクリートスラブ３など、から構成され、従来の合成スラブと相違する点として、デッキプレート２の下面の一部に被覆された耐火被覆材４を備えている。なお、図１のＸ方向が、デッキプレート２の幅方向（左右方向）、Ｙ方向が、合成スラブ１の厚さ方向（上下方向）を示している。

（デッキプレート）
このデッキプレート２は、ＪＩＳ Ｇ ３３５２の規格に適合した１．２ｍｍ厚の薄鋼板から鉛直断面がジグザグに折れ曲がった形状に成形され、幅が３００ｍｍ程度又は６００ｍｍ程度の何れかに規格化され、長さが設計に応じた１．５ｍ〜３．７ｍ程度の部材である。また、デッキプレート２の表面仕上げとしては、防錆上の理由から溶融亜鉛メッキ等が施されていることが好ましく、薄鋼板自体が、耐候性鋼やステンレス鋼であっても構わない。

図１に示すように、前述のジグザグ形状は、上方に凸となった山部２ａと、反対に下方に凸となった谷部２ｂと、これらを繋ぐ傾斜部２ｃと、が形成されており、この山部２ａに位置する平板状の部材が上フランジ２１、谷部２ｂに位置する平板状の部材が下フランジ２２、傾斜部２ｃに位置する平板状の部材がウェブ２３である。

本実施形態では、上フランジ２１と下フランジ２２との段差、即ち、上下方向の離間距離は、５０ｍｍとなっている。また、これらの上フランジ２１、下フランジ２２、ウェブ２３には、デッキプレート２の長手方向に沿って、硬化したコンクリートスラブ３と係合して合成効果を発揮する合成機構がそれぞれ設けられている。

これらの合成機構は、デッキプレート２とコンクリートスラブ３とが、これらの界面でせん断力によりズレたり、曲げ応力によりコンクリートスラブ３が跳ね上がったりすることを防止するため、及びデッキプレート２の曲げ剛性を上げるため等の理由で設けられている。具体的には、上フランジ２１に、中央付近に断面Ｖ字状のＶ溝２１ａが形成され、下フランジ２２に、中央付近に断面蟻足状の蟻溝２２ａが形成されている。そして、ウェブ２３には、その上部がセットバックして窪んだ係合段２３ａが形成されている。

なお、蟻溝２２ａは、合成スラブ１の下方に形成される天井を支持する吊りボルトの支持金具を、合成スラブ１に係止して定着させる溝として利用することも可能である。

また、図２に示すように、デッキプレート２の幅方向端部は、長手方向に沿って隣接するデッキプレート２同士が互いに係合して前述の蟻溝２２ａを形成するよう、一端が断面Ｓ字状のＳ字端２２ｂ、他端が断面Ｚ字状のＺ字端２２ｃとなっている。このため、コンクリート打設前に、隣接するデッキプレート２同士を長手方向に沿ってビス止めするなどして接合する必要がなくなり、合成スラブ１の施工効率がさらに向上する。

このような複数のデッキプレート２が、柱に横方向に架け渡された大梁や小梁などのＨ形鋼などからなる横架鋼材Ｈ同士の間に、掛かり代が５０ｍｍ以上となるように架け渡され、デッキプレート２と横架鋼材Ｈとが、横架鋼材Ｈに当接する下フランジ２２部分において焼抜き栓溶接により接合されている。勿論、デッキプレート２と横架鋼材Ｈとの接合は、焼抜き栓溶接に限られず、打込み鋲による接合や頭付きスタッドによる接合など他の接合方法であっても構わない。

（コンクリートスラブ）
コンクリートスラブ３は、セメント、細骨材、粗骨材、水、混和材、添加剤などから設計基準強度が１８Ｎ／ｍｍ²以上となるように調合され、デッキプレート２上に打設されて硬化したスラブ状の部材である。コンクリートスラブ３は、デッキプレート２の山部２ａ、谷部２ｂに応じた平面視矩形状に形成され、上フランジ２１上の厚さが７０ｍｍで全体の厚さが１２０ｍｍとなっている。

勿論、コンクリートスラブ３の形状、厚さ等は、意匠設計や構造設計等に応じて適宜定められるものであるが、２時間耐火程度の耐火性能を発揮するためには、６０ｍｍ以上の厚さが必要であり、合成スラブ１を軽量化するためには８０ｍｍ以下が好ましい。つまり、火災時における合成スラブのたわみを抑える方法としては、単純にコンクリートスラブ３の厚みを増すことが考えられるが、施工費が嵩むうえ、構造設計上も固定荷重が増えるため好ましくないからである。

このコンクリートスラブ３には、図１に示すように、引張力を負担してコンクリートのひび割れ等を防ぐ内部補強筋として溶接金網３０が、スラブ上面からの被り厚さが３０ｍｍ以上となる位置に挿入されている。

この溶接金網３０は、ＪＩＳ Ｇ ３５５１の規格に適合するように、６ｍｍ径以上の丸鋼が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ以下のピッチで格子状に溶接された金網である。勿論、溶接金網は、異形鉄筋が結束されて組み合わせたものに代替可能であり、その場合は、Ｄ１０以上の異形鉄筋が２００ｍｍ×２００ｍｍ以下のピッチとなるように組み合わされる。

なお、溶接金網３０は、１５０ｍｍ以上の重ね代をもって設置され、デッキプレート２のスパンや設計荷重必要に応じて、谷部２ｂの上方にＤ１０以上の異形鉄筋からなる耐火補強筋（図示せず）が設置される。

（耐火被覆材）
耐火被覆材４は、一般的な耐火被覆材で構わないが、本実施形態では、熱膨張式耐火被覆材である１．５ｍｍ厚の耐火シート４１を２層に重ね貼りしている。この耐火シート４１は、不燃性繊維及び熱膨張性無機物などからなるシート成形体の少なくとも片面（表面）に、樹脂組成物（例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂など）からなる基材層が積層されたシート状の部材である。この耐火シート４１は、火災時の熱により熱膨張性無機物が数十倍に発泡して、不燃性繊維の間に個体と比べて熱伝達率が極めて低い気体を囲い込んで炭化断熱層を形成し、貼着したデッキプレート２への伝熱を遅延して耐火性能を発揮する機能を有している。なお、耐火被覆材の厚さについては、後で詳述する。

不燃性繊維としては、セラミック繊維、ガラス繊維、グラスウール繊維、炭素繊維、ロックウール繊維等が挙げられ、これら２種以上の繊維を混合して使用しても良い。また、熱膨張性無機物としては、バーミキュライト、熱膨張性黒鉛等が挙げられる。

また、耐火シート４１を貼着する範囲は、少なくとも下フランジ２２の下面全域であるが、勿論、ウェブ２３へ一部はみ出しても構わない。要するに、耐火シート４１は、下フランジ２２の下面及びウェブ２３の外面の一部あるいは全部にだけ貼着されていれば良い。なお、ウェブ２３の外面とは、上フランジ２１の下面及び下フランジ２２の下面と連続している面を指している。

他の耐火被覆材としては、乾式耐火被覆材である石膏ボード、ケイ酸カルシウム板、ＡＬＣ、セメント板等の無機系の板状材や、ピン等で固定された巻付けロックウールなどの無機繊維などが挙げられる。これらを下フランジ２２の下面に貼り付ける乾式工法を採用することで、湿式の耐火被覆材と比べて施工期間を短縮することができる。また、耐火被覆材として後述する熱膨張性の耐火塗料を採用することもできる。勿論、耐火被覆材として、ロックウールなどの無機繊維をセメント等で固めた湿式の吹付けロックウールを採用することも可能である。

本実施形態のように、耐火被覆材４として、乾式の耐火シート４１を採用したことにより、耐火被覆材４として湿式の耐火塗料や吹付けロックウール等を採用した場合と比べて、乾燥期間や養生期間が不要となり、施工期間を短縮することができる。また、塗料のたれ等を防止する養生シートや養生テープ等の作業が不要となり、養生費も削減することができる。その上、膜厚管理が不要となるのに加えて、耐火塗料では困難であった平滑仕上げが可能となり、意匠性が向上する。

以上説明した第１実施形態に係る合成スラブ１によれば、コンクリートスラブ３のスラブ厚が厚い谷部２ｂにおける下フランジ２２の下面を重点的に被覆して、火災時におけるスラブ厚さ方向の温度差を小さくしてスラブ上面と下面の熱膨張差によるたわみ量を低減することができる。その上、乾式の耐火シート４１を採用しているので、乾燥期間や養生期間が必要なくなり、施工期間を短縮して施工費を削減することができるとともに、他の耐火被覆材と比べて単位面積あたりの材料費が高い耐火シート４１の貼着範囲を下フランジ２２の下面に限定することにより、耐火被覆に掛かる材料費も削減することができる。このため、合成スラブ１は、耐火性能に対する費用対効果が大きいものとなっている。

［第２実施形態］
次に、図３、図４を用いて、本発明の一実施形態である第２実施形態に係る合成スラブ１’について説明する。第１実施形態に係る合成スラブ１と相違する点は、耐火被覆材４の材質及び被覆範囲等であるので、同一構成は、同一符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態に係る合成スラブ１’は、図３に示すように、前述のデッキプレート２と、前述のコンクリートスラブ３と、下面に耐火被覆材４’が被覆された嵌着部材５などから構成されている。

（耐火被覆材）
第２実施形態に係る耐火被覆材４’は、耐火被覆材４と同様に一般的な耐火被覆材で構わないが、本実施形態では、熱膨張式耐火被覆材である耐火塗料４２が採用されている。この耐火塗料４２は、一般に下塗塗料、耐火塗料、中塗塗料、上塗塗料などからなる０．５ｍｍ〜数ｍｍ厚の複層体で構成され、後述の嵌着部材５の下面にそれぞれ塗布されて形成されている。

この耐火塗料４２は、ポリリン酸アンモニウムなどの発泡剤、多価アルコールなどの炭化剤、アクリル系樹脂などの樹脂、その他顔料等を主材とし、火災時の熱で数十倍に発泡して炭化断熱層を形成し、塗布した嵌着部材及びデッキプレート２への伝熱を遅延して耐火性能を発揮する。

耐火塗料４２を塗布する範囲は、嵌着部材５の下面略全域であり、嵌着部材５をデッキプレート２に取り付ける前に、別途工場等で嵌着部材５に耐火塗料を複層的に塗布して乾燥させておく。そして、耐火塗料４２で被覆された嵌着部材５を後述のようにデッキプレート２に嵌着することで、スラブ厚が厚い谷部２ｂの下フランジ２２及びウェブ２３の一部を間接的に耐火塗料４２で被覆する。

（嵌着部材）
嵌着部材５は、図４の（１）に示すように、１．２ｍｍ厚程度の薄鋼板から鉛直断面において上辺が解放された逆台形状に成形された部材である。この嵌着部材５は、（２）に示すように、傾斜部２ｃの傾斜面であるウェブ２３に当接して直上に押し込まれることで、嵌着部材５の解放された上端（以下、解放端５ａという。）の間隔が弾性的に広がって、（３）に示すように、嵌着部材５の解放端５ａがウェブ２３の係合段２３ａに係合し、嵌着部材５がデッキプレート２に嵌着されることとなる。

以上説明した第２実施形態に係る合成スラブ１’によれば、合成スラブ１と同様に、火災時におけるスラブ厚さ方向の温度差を小さくしてスラブ上面と下面の熱膨張差によるたわみ量を低減することができる。それに加え、事前に耐火塗料４２を嵌着部材５に塗布して養生期間を取った後、嵌着部材５をデッキプレート２に嵌め込む簡単な作業で、耐火被覆材４’を設置することができる。そのため、合成スラブ１’によれば、他の湿式である耐火被覆作業とは異なり、作業空間を占有しないため耐火被覆材の設置作業とそれ以外の作業を並行して実施可能であり、且つ、前述の耐火シート４１と比べて単位面積あたり材料費の安い耐火塗料４２を使用しつつ、トータルとして乾式の耐火被覆材よりも短時間で施工できる。つまり、合成スラブ１’によれば、デッキプレート２が有する形状を活用して、デッキプレート２の谷部２ｂに容易且つ短時間で耐火被覆材４’を設置することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。特に、デッキプレートの段差や幅などは、前述又は図示した形態に限られず、適宜設定すれば良いことは云うまでもない。

［耐火被覆材の効果の検証］
次に、図５、図６を用いて、耐火被覆材の効果について検証する。本願の発明者らは、デッキプレート谷部に設置した耐火被覆材の効果を検証するため、合成スラブの耐火試験を対象とした熱伝導解析を実施した。図５が、加熱開始１２０分後における断面内温度分布を示す温度分布図であり、図６が合成スラブの加熱面及び加熱裏面温度と時間の関係を示す折れ線グラフである。

解析対象断面において、デッキプレートは、前述のデッキプレート２と同じ断面仕様とし、コンクリートスラブは、前述のコンクリートスラブ３と同様に、山部上で厚さが７０ｍｍ、床総厚が１２０ｍｍである普通コンクリートスラブとした。また、耐火被覆材として石膏ボードをデッキプレートの谷部に設置した。

解析における加熱条件は、ＩＳＯ８３４標準加熱曲線に準拠した２時間加熱とし、解析変数は、耐火被覆材厚さと、高さの２つに設定した。なお、解析に使用した各材料の熱物性値は、鋼構造耐火設計指針に掲載の値を採用した。

図５は、熱伝導解析例として加熱開始１２０分後における断面内温度分布を示すものであり、（ａ）が耐火被覆材を全く設置しない場合、（ｂ）が、デッキプレートの谷部下面に耐火被覆材として石膏ボードを設置した場合である。図５の（ａ）で９００℃以上となっていたデッキプレート谷部の温度が、（ｂ）で８００℃以上９００℃未満の範囲となっており、デッキプレート谷部の下面に耐火被覆材を設置することで、狙い通りデッキプレート谷部の加熱面温度を低減できることが分かる。

図６は、熱伝導解析より得られる床加熱面および床裏面温度履歴を示すものであり、縦軸が温度、横軸が時間である。図６に示すように、デッキプレートの谷部に耐火被覆材を設置すると、例えば加熱開始１２０分後において、床加熱面温度を３００℃低減して、床厚さ方向の温度差を８５０℃から５５０℃に小さくできることが分かる。

なお、本解析では、耐火被覆材が設置されていない山部の温度について検討していないが、これは、合成スラブの高温耐力にデッキプレートは寄与しないとして設計されているので、万が一、熱により山部の上フランジが溶融して消失したとしても合成スラブの耐火性能に直接影響を与えるものではないからである。

以上説明した熱伝導解析により、本発明のように、合成スラブにおいて、下フランジの下面のみ、又は下フランジの下面及びウェブの外面の一部あるいは全部だけを耐火被覆材で被覆することにより、コンクリートスラブのスラブ厚が厚い谷部の下フランジ下面を重点的に被覆すれば、火災時におけるスラブ厚さ方向の温度差を小さくできることを確認することができた。また、図５において、耐火補強筋が設置される位置の温度が、５００℃以未満であることから、耐火補強筋が必要な場合であっても、火災時にコンクリートスラブに要求される耐力を維持できることも確認することができた。

［耐火被覆材厚さが床厚さ方向温度差に与える影響］
次に、図７、図８を用いて、耐火被覆材厚さが床厚さ方向温度差に与える影響について考察する。本願の発明者らは、前述の熱伝導解析と同様に、耐火被覆材厚さを変化させて、デッキプレートの谷部におけるコンクリートスラブの加熱面と加熱裏面の温度差を解析した。また、耐火被覆材は、石膏ボードを採用した。なお、デッキプレートの谷部を解析する一方で山部を解析しなかった理由は、火災時における合成スラブの耐力は、耐火補強筋の有無にかかわらず、コンクリートスラブの厚さが厚い谷部の影響が大きいためである。

図７は、耐火被覆材厚さが床厚さ方向温度差に与える影響を示す棒グラフである。縦軸は床厚さ方向温度差、横軸は耐火被覆材の厚さである。（ａ）が加熱開始３０分後、（ｂ）が１２０分後の結果を示している。また、図７には、コンクリートの高温強度が常温強度より低下し始める目安の温度である３００℃を破線で示し、高温強度が常温強度の２／３となって床の曲げ耐力が長期許容荷重を下回り床が終局破壊するおそれのある温度である５００℃を一点鎖線で示している。なお、床厚さ方向温度差は、床裏面温度が床加熱面温度に比べて十分に低く、床厚さ方向温度差と床加熱面温度がほぼ等しいと仮定して算出している。

図７の（ａ）に示すように、加熱開始３０分後における床加熱面温度を３００℃以下に抑えてコンクリートスラブの強度低下を防止するためには、耐火被覆材である石膏ボードの厚さを１２．５ｍｍ以上とすべきことが分かる。また、（ｂ）に示すように、加熱開始１２０分後における床加熱面温度を終局破壊の可能性のある５００℃以下に抑えるためには、石膏ボードの厚さを２５．０ｍｍ以上とすべきことが分かる。

図８は、本発明の効果による合成スラブのたわみ量低減効果のイメージを示したグラフである。合成スラブ厚さ方向の温度差に比例してたわみが発生すると考えると、図８に示すように、加熱初期においては、合成スラブ厚さ方向の温度差によるたわみが全体に占める割合が大きいことに加え、前述の解析結果から耐火被覆材を谷部に設置することで合成スラブ厚さ方向の温度差を大幅に低減できるので、結果的に、合成スラブのたわみを大幅に小さくできると考えられる。

また、加熱時間が経過するに連れて、合成スラブ厚さ方向の温度差によるたわみが全体に占める割合は小さくなるが、耐火被覆材を谷部に設置することで合成スラブ厚さ方向の温度差を一定量低減できるので、合成スラブのたわみを小さくする効果は維持されると考えられる。

要するに、火災発生後の初期避難時間となる３０分後まで床スラブの耐力低下が起きないようにするためには、耐火試験において加熱開始３０分後の下フランジ下面温度が３００℃以下となる厚さ以上耐火被覆材が被覆されていることが好ましく、また、避難完了の目安となる火災発生時から１２０分後まで床スラブが終局破壊しないようにするためには、耐火試験において加熱開始１２０分後の下フランジ下面温度が５００℃以下となる厚さ以上耐火被覆材が被覆されていることが好ましい。

［耐火被覆材厚さの上限値］
次に、図９を用いて、耐火被覆材厚さの上限値について考察する。図９は、厚さ６０．０ｍｍの耐火被覆材をデッキプレート谷部に設置した合成スラブの鉛直断面を模式的に示す鉛直断面図である。図９に示すように、前述のデッキプレート２と同様の寸法からなるデッキプレートでは、厚さ６０．０ｍｍを超える耐火被覆材を設置しようとすると、隣り合うデッキプレート谷部に設置された耐火被覆材同士が干渉して施工が困難になる可能性がある。また、図示しないが、合成スラブの下に天井を設置する場合、耐火被覆材が厚すぎると、天井を設計に従った所望の高さに設置できなくなるという問題もある。即ち、デッキプレート形状を有効活用して簡易に施工するために好ましい耐火被覆材厚さは６０．０ｍｍ以下であると考えられる。

１，１’ ：合成スラブ
２ ：デッキプレート
２ａ ：山部
２１ ：上フランジ
２１ａ ：Ｖ溝
２ｂ ：谷部
２２ ：下フランジ
２２ａ ：蟻溝
２２ｂ ：Ｓ字端
２２ｃ ：Ｚ字端
２ｃ ：傾斜部
２３ ：ウェブ
２３ａ ：係合段
３ ：コンクリートスラブ
３０ ：溶接金網
４，４’ ：耐火被覆材
４１ ：耐火シート
４２ ：耐火塗料
５ ：嵌着部材
５ａ ：解放端
Ｈ ：Ｈ形鋼（横架鋼材）

Claims (8)

1. 山部と谷部を有したデッキプレートと、このデッキプレート上に打設されて硬化したコンクリートスラブと、を備える合成スラブであって、
   前記デッキプレートは、山部に位置する平板状の上フランジと、谷部に位置する平板状の下フランジと、これら上フランジと下フランジを繋ぐ平板状のウェブと、を有し、
   前記下フランジの下面のみ、又は前記下フランジの下面、及び前記ウェブの外面の一部あるいは全部だけが耐火被覆材で被覆され、
   前記上フランジの下方には、耐火被覆材が存在しないこと
   を特徴とする合成スラブ。
2. 前記下フランジ又は前記ウェブと着脱自在に係合する嵌着部材を備え、この嵌着部材の下面が前記耐火被覆材で被覆されていること
   を特徴とする請求項１に記載の合成スラブ。
3. 前記耐火被覆材は、石膏ボードや巻付けロックウールなどの乾式耐火被覆材であるか、又は、耐火塗料や耐火シートなどの熱膨張式耐火被覆材であること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の合成スラブ。
4. 前記耐火被覆材の厚さは、耐火試験において加熱開始３０分後の下フランジ下面温度が３００℃以下となる厚さ以上であること
   を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の合成スラブ。
5. 前記耐火被覆材の厚さは、耐火試験において加熱開始１２０分後の下フランジ下面温度が５００℃以下となる厚さ以上であること
   を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の合成スラブ。
6. 前記耐火被覆材の厚さは、６０ｍｍ以下であること
   を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の合成スラブ。
7. 前記山部上の前記コンクリートスラブ厚さは、６０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であること
   を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の合成スラブ。
8. 横方向に架け渡された横架鋼材であるＨ形鋼に前記デッキプレートが接合されていること
   を特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の合成スラブ。