JP6724611B2

JP6724611B2 - 耐火構造

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Publication number: JP6724611B2
Application number: JP2016135757A
Authority: JP
Inventors: 慧木村; 聡北岡; 政樹有田; 半谷　公司; 公司半谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: JP2018003556A

Description

本発明は、建造物の梁部材に設けられる耐火構造に関する。

従来から、ＲＣ造床スラブ下に補強鉄骨の上部を埋設して付設することにより、施工性とともにスラブ性能、信頼性を向上しコスト節減を可能とするものとして、特許文献１に開示された補強鉄骨付きＲＣ造床スラブが提案されている。

特許文献１に開示された補強鉄骨付きＲＣ造床スラブは、柱及び大梁等に一体的に組み込まれたＲＣ造床スラブにおいて、ＲＣ造床スラブの下側に、小梁となる補強鉄骨の上部を直接又は間接的に埋設して無耐火被覆で付設したことを特徴とする。

特開平７−４２２９３号公報

ここで、耐火性能が要求される鉄骨造の建造物においては、柱及び梁に耐火被覆を施すことで、火災入熱を低減して倒壊を防止する手法が一般的である。しかし、国内では耐火被覆工の労働者不足が顕在化しており、火災入熱を受ける鉄骨部材の実挙動を適切に評価することで、耐火被覆を削減した新しい耐火構造の実用化が期待されている。

また、非耐震地域が太宗を占める海外においては、鉄骨造の建造物を構造設計する上で耐火性能確保が重要となるため、鉄骨梁の耐火被覆の削減によりコスト削減と工期短縮化とを同時に実現できれば、鉄骨造の訴求力が大幅に向上するものとなる。

特許文献１に開示された補強鉄骨付きＲＣ造床スラブは、ＲＣ造床スラブの下側に補強鉄骨の上部を埋設して、小梁となる補強鉄骨が無耐火被覆で付設されることで、鉄骨造の建造物における耐火被覆を削減することができる。

しかし、特許文献１に開示された補強鉄骨付きＲＣ造床スラブは、ＲＣ造大梁又は耐火被覆したＳ造大梁を用いることが前提とされており、火災入熱を受ける鉄骨梁の実挙動を適切に評価するものとなっていない。そして、特許文献１に開示された補強鉄骨付きＲＣ造床スラブは、ＲＣ造大梁又は耐火被覆したＳ造大梁が用いられた大梁の耐火被覆が削減されないため、耐火被覆の削減によるコスト削減及び工期短縮化が不十分であった。

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って、その目的とするところは、火災入熱を受ける鉄骨梁の実挙動を適切に評価して、大梁の耐火被覆の削減によるコスト削減及び工期短縮化を十分なものとした耐火構造を提供することにある。

第１発明に係る耐火構造は、建造物の梁部材に設けられる耐火構造であって、複数の柱部材と、前記柱部材に架設される複数の大梁と、複数の前記大梁で取り囲んだ内側に設けられる小梁と、前記大梁及び前記小梁の上方に設けられる床スラブとを備え、複数の前記大梁は、前記小梁に対して略直交させて設けられる一対の直交大梁と、前記小梁に対して略平行に設けられる一対の平行大梁とを有して、前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか一方の前記大梁に耐火被覆が施されて、前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁並びに前記小梁の耐火被覆は、前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか一方となる前記大梁に施された耐火被覆よりも削減された状態となり、複数の前記柱部材、複数の前記大梁及び前記小梁が用いられることで、前記床スラブを支持するための架構が形成されて、前記床スラブは、耐火被覆が削減された前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁の材軸方向で、前記架構に隣り合って設けられた周辺架構に拘束されることを特徴とする。

第２発明に係る耐火構造は、第１発明において、前記床スラブは、前記架構に支持される床スラブ内に配設された鉄筋が、前記周辺架構に支持される床スラブ内に配設された鉄筋と連続して設けられることを特徴とする。

第３発明に係る耐火構造は、第１発明又は第２発明において、耐火被覆が削減された前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁並びに前記小梁は、断面略Ｈ形状のＨ形鋼が用いられることを特徴とする。

第４発明に係る耐火構造は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記柱部材は、断面略Ｈ形状のＨ形鋼、断面略矩形状の角形鋼管、断面略円形状の円形鋼管、鋼管の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管、鉄筋コンクリート柱、又は、鉄骨鉄筋コンクリート柱が用いられることを特徴とする。

第５発明に係る耐火構造は、第１発明〜第４発明の何れかにおいて、前記床スラブは、ＲＣスラブ又は合成スラブが用いられることを特徴とする。

第６発明に係る耐火構造は、第１発明〜第５発明の何れかにおいて、耐火被覆が削減された前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁並びに前記小梁は、耐火被覆が施されていない状態となることを特徴とする。

第７発明に係る耐火構造は、建造物の梁部材に設けられる耐火構造であって、複数の柱部材と、前記柱部材に架設される複数の大梁と、前記大梁の上方に設けられる床スラブとを備え、複数の前記大梁は、互いに対向する一対の第１大梁と、互いに対向する一対の第２大梁とを有して、前記第１大梁と前記第２大梁とが互いに略直交させて設けられて、前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか一方の前記大梁に耐火被覆が施されて、前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか他方となる前記大梁の耐火被覆は、前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか一方となる前記大梁に施された耐火被覆よりも削減された状態となり、複数の前記柱部材、複数の前記第１大梁及び前記第２大梁が用いられることで、前記床スラブを支持するための架構が形成されて、前記床スラブは、耐火被覆が削減された前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか他方となる前記大梁の材軸方向で、前記架構に隣り合って設けられた周辺架構に拘束されることを特徴とする。

第１発明〜第７発明によれば、直交大梁及び平行大梁の何れか一方の大梁に耐火被覆が施されるものの、直交大梁及び平行大梁の何れか他方の大梁の耐火被覆が削減されることで、床スラブの面内方向の熱膨張が許容されて、床スラブのたわみ量が抑制されるため、建造物における耐火性能を向上させることが可能となる。

第１発明〜第７発明によれば、直交大梁及び平行大梁の何れか一方の大梁に耐火被覆が施されるものの、直交大梁及び平行大梁の何れか他方の大梁並びに小梁の耐火被覆が削減されることで、一部の大梁及び小梁への耐火被覆の削減によるコスト削減及び工期短縮化を実現することが可能となる。

特に、第１発明、第２発明によれば、火災室となる架構に支持される床スラブが、架構に隣り合って設けられた周辺架構に拘束されることで、床スラブのたわみ量が抑制されるため、建造物における耐火性能を向上させることが可能となる。

特に、第６発明によれば、耐火被覆が削減された直交大梁及び平行大梁の何れか他方となる大梁並びに小梁が、耐火被覆が施されていない状態となることで、耐火被覆の削減による大幅なコスト削減及び工期短縮化を実現することが可能となる。

本発明を適用した耐火構造を示す斜視図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造の架構を示す平面図であり、（ｂ）は、架構に支持される床スラブを示す平面図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造におけるＨ形鋼の柱部材、（ｂ）は、角形鋼管の柱部材、（ｃ）は、円形鋼管の柱部材を示す断面図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造におけるコンクリート充填鋼管の柱部材、（ｂ）は、鉄筋コンクリート柱の柱部材、（ｃ）は、鉄骨鉄筋コンクリート柱の柱部材を示す断面図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造における耐火被覆状態の大梁、（ｂ）は、減耐火被覆状態の小梁、（ｃ）は、減耐火被覆状態の大梁を示す断面図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造における無耐火被覆状態の小梁、（ｂ）は、無耐火被覆状態の大梁を示す断面図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造におけるＨ形鋼の一部が無耐火被覆状態の小梁、（ｂ）は、Ｈ形鋼の一部が無耐火被覆状態の大梁を示す断面図である。（ａ）は、本発明を適用した耐火構造におけるＲＣスラブの床スラブ、（ｂ）は、合成スラブの床スラブを示す断面図である。本発明を適用した耐火構造における架構で耐火被覆の削減された平行大梁の材軸方向に隣り合って設けられる周辺架構を示す平面図である。本発明を適用した耐火構造における架構で耐火被覆の削減された直交大梁の材軸方向に隣り合って設けられる周辺架構を示す平面図である。本発明を適用した耐火構造における架構に支持されて周辺架構に拘束される床スラブを示す断面図である。本発明を適用した耐火構造における架構で柱部材の強軸方向を材軸方向とする平行大梁を示す平面図である。本発明を適用した耐火構造における架構で柱部材の弱軸方向を材軸方向とする平行大梁を示す平面図である。（ａ）は、８階建て事務所ビルの最下層の解析モデルを示す斜視図であり、（ｂ）は、略ハンモック状に沈下して変形する床スラブを示す斜視図である。（ａ）は、架構が周辺架構に拘束されないｃａｓｅ１の解析モデル、（ｂ）は、架構が周辺架構に拘束されるｃａｓｅ２の解析モデル、（ｃ）は、本発明を適用した耐火構造となるｃａｓｅ３の解析モデルを示す斜視図である。（ａ）は、奥行方向にたわんで変形した床スラブを示す斜視図であり、（ｂ）は、ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ３の解析モデルで加熱時間と床スラブの最大たわみ量との関係を示すグラフである。本発明を適用した耐火構造で小梁が設けられていない状態を示す斜視図である。

以下、本発明を適用した耐火構造１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した耐火構造１は、図１に示すように、住宅、学校、事務所又は病院施設等の建造物の梁部材に設けられる。本発明を適用した耐火構造１は、単一の階層からなる平屋の建造物、又は、複数の階層からなる低層若しくは高層建造物に設けられる。

本発明を適用した耐火構造１は、複数の柱部材２と、柱部材２に架設される複数の大梁３と、複数の大梁３で取り囲んだ内側に設けられる小梁４と、大梁３及び小梁４の上方に設けられる床スラブ５とを備え、耐火性能が要求される鉄骨造の建造物の各階層に設けられる。

本発明を適用した耐火構造１は、複数の柱部材２、複数の大梁３及び１又は複数の小梁４が用いられることで、床スラブ５を支持するための架構７が形成される。本発明を適用した耐火構造１は、建造物の奥行方向Ｘ及び幅方向Ｙに延びる複数の大梁３が設けられて、建造物の高さ方向Ｚに延びる複数の柱部材２が架構７の四隅に配置される。

架構７は、図２に示すように、奥行方向Ｘ及び幅方向Ｙで略矩形状等となるように形成される。架構７は、図２（ａ）に示すように、奥行方向Ｘの手前側及び奥側で一対の大梁３が設けられるとともに、幅方向Ｙの右側及び左側で一対の大梁３が設けられる。

架構７は、奥行方向Ｘの手前側に設けられた２本の柱部材２に、奥行方向Ｘの手前側で幅方向Ｙに延びる大梁３が架設されるとともに、奥行方向Ｘの奥側に設けられた２本の柱部材２に、奥行方向Ｘの奥側で幅方向Ｙに延びる大梁３が架設される。

架構７は、幅方向Ｙの右側に設けられた２本の柱部材２に、幅方向Ｙの右側で奥行方向Ｘに延びる大梁３が架設されるとともに、幅方向Ｙの左側に設けられた２本の柱部材２に、幅方向Ｙの左側で奥行方向Ｘに延びる大梁３が架設される。

複数の大梁３は、小梁４に対して略直交させて設けられる一対の直交大梁３１と、小梁４に対して略平行に設けられる一対の平行大梁３２とを有する。複数の大梁３は、幅方向Ｙの右側及び左側の柱部材２に、直交大梁３１の両端部３０が接続されるとともに、奥行方向Ｘの手前側及び奥側の柱部材２に、平行大梁３２の両端部３０が接続される。

複数の大梁３は、奥行方向Ｘの手前側及び奥側で一対となった大梁３を一対の直交大梁３１として、幅方向Ｙの右側及び左側で一対となった大梁３を一対の平行大梁３２とする。複数の大梁３は、各々の直交大梁３１に小梁４の両端部４０の各々が接続されるとともに、各々の平行大梁３２に小梁４の両端部４０が接続されないものとなる。

各々の直交大梁３１は、厳密に小梁４と直交する方向に延びるほか、小梁４と直交する方向から多少傾斜させることで、小梁４に対して略直交させて設けられる。また、各々の平行大梁３２は、厳密に小梁４と平行となる方向に延びるほか、小梁４と平行となる方向から多少傾斜させることで、小梁４に対して略平行に設けられるものとなる。

架構７は、複数の柱部材２に一対の直交大梁３１及び一対の平行大梁３２が架設されるとともに、一対の直交大梁３１に所定の数量の小梁４が架設されて形成される。架構７は、直交大梁３１、平行大梁３２及び小梁４に対して、図２（ｂ）に示すように、略矩形状等に形成された床スラブ５が載せ置かれて固定される。

柱部材２は、高さ方向Ｚに対して所定の断面形状となる鋼材等が用いられて、柱部材２の外面にロックウール又はグラスウール等の断熱材が巻き付けられたり吹き付けられたりすることで、耐火被覆が施された状態で用いられる。

柱部材２は、主に、図３（ａ）に示すように、上フランジ６１、ウェブ６２及び下フランジ６３を有する断面略Ｈ形状のＨ形鋼６が用いられる。また、柱部材２は、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように、角形鋼管２１等の鋼管の内部２０を略中空状のものとして、断面略矩形状の角形鋼管２１、又は、断面略円形状の円形鋼管２２が用いられてもよい。

柱部材２は、図４（ａ）に示すように、鋼管の内部２０にコンクリート９が充填されたコンクリート充填鋼管が用いられてもよい。また、柱部材２は、図４（ｂ）に示すように、異形鉄筋等の鉄筋９０がコンクリート９に埋設された鉄筋コンクリート柱２３が用いられてもよい。さらに、柱部材２は、図４（ｃ）に示すように、鉄筋９０及びＨ形鋼６等の鉄骨材がコンクリート９に埋設された鉄骨鉄筋コンクリート柱２４が用いられてもよい。

大梁３及び小梁４は、図５に示すように、上フランジ６１、ウェブ６２及び下フランジ６３を有する断面略Ｈ形状のＨ形鋼６等が用いられる。このとき、複数の大梁３は、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方の大梁３に、ロックウール又はグラスウール等の断熱材が巻き付けられたり吹き付けられたりすることで耐火被覆が施される。

複数の大梁３は、図５（ａ）に示すように、一対の直交大梁３１の両方にロックウール等の断熱材が設けられる場合に、一対の直交大梁３１が耐火被覆の施された耐火被覆状態Ｐとなる。また、複数の大梁３は、一対の平行大梁３２の両方にロックウール等の断熱材が設けられる場合に、一対の平行大梁３２が耐火被覆の施された耐火被覆状態Ｐとなる。

これに対して、小梁４の耐火被覆は、図５（ｂ）に示すように、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方となる大梁３に施された耐火被覆よりも削減された減耐火被覆状態Ｒとなる。また、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方となる大梁３の耐火被覆も、図５（ｃ）に示すように、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方となる大梁３に施された耐火被覆よりも削減された減耐火被覆状態Ｒとなる。

耐火被覆状態Ｐは、例えば、直交大梁３１又は平行大梁３２のロックウール等の被覆厚を、「吹付けロックウール被覆耐火構造施工品質管理指針（ロックウール工業会吹付け部会）」に準拠して、１時間耐火性能が要求される場合には２５ｍｍ、２時間耐火性能が要求される場合には４５ｍｍ、３時間耐火性能が要求される場合には６５ｍｍとする。

これに対して、減耐火被覆状態Ｒは、耐火被覆状態Ｐよりもロックウール等による耐火被覆が削減されているものの、ロックウール等による耐火被覆が幾分か施されている状態も含まれる。そして、減耐火被覆状態Ｒでのロックウール等の被覆厚は、例えば、各々の耐火性能に応じた耐火被覆状態Ｐでの被覆厚の１／１０〜１／２程度とする。

また、耐火被覆が削減された直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方となる大梁３並びに小梁４は、図６に示すように、耐火被覆が施されていない無耐火被覆状態Ｕとした減耐火被覆状態Ｒとなってもよい。さらに、耐火被覆が削減された直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方となる大梁３並びに小梁４は、図７に示すように、Ｈ形鋼６の一部のみにロックウール等による耐火被覆が施された減耐火被覆状態Ｒとなってもよい。

なお、耐火被覆が削減された直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方となる大梁３並びに小梁４は、特に、断面略Ｈ形状のＨ形鋼６が用いられる。これに対して、耐火被覆が施される直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方となる大梁３は、断面略Ｈ形状のＨ形鋼６が用いられるほか、鉄筋コンクリート造の大梁３が用いられてもよい。

床スラブ５は、例えば、図８（ａ）に示すように、格子状等に配列された異形鉄筋等の鉄筋９０がコンクリート９に埋設されたＲＣスラブ５１が用いられる。また、床スラブ５は、図８（ｂ）に示すように、略波形状に形成された鋼板等のデッキプレート９１の上方にコンクリート９が設けられた合成スラブ５２が用いられてもよい。

本発明を適用した耐火構造１は、図９、図１０に示すように、火災発生時における所定の架構７を火災室として想定したうえで、火災室となる架構７で火災入熱を受ける大梁３等の実挙動を適切に評価するためのものである。このとき、本発明を適用した耐火構造１は、火災室となる架構７の奥行方向Ｘ又は幅方向Ｙに隣り合って、複数の柱部材２、複数の大梁３及び１又は複数の小梁４が用いられた周辺架構７０が設けられる。

本発明を適用した耐火構造１は、耐火被覆が削減された直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方となる大梁３の材軸方向αで、火災室として想定される架構７に隣り合って、常温室として想定される周辺架構７０が設けられる。

本発明を適用した耐火構造１は、火災室となる架構７と常温室となる周辺架構７０とで、それらの境界に配置される柱部材２及び大梁３が互いに共通させて用いられる。そして、本発明を適用した耐火構造１は、火災室となる架構７と常温室となる周辺架構７０との境界に配置される大梁３が、耐火被覆の施された耐火被覆状態Ｐとなる。

本発明を適用した耐火構造１は、建造物の内部側に架構７が配置される場合には、耐火被覆が削減された大梁３の材軸方向αで架構７の両側に周辺架構７０が設けられる。また、本発明を適用した耐火構造１は、建造物の外周側に架構７が配置される場合には、耐火被覆が削減された大梁３の材軸方向αで架構７の片側のみに周辺架構７０が設けられる。

周辺架構７０は、図９に示すように、火災室となる架構７で平行大梁３２が耐火被覆の削減された減耐火被覆状態Ｒとなる場合には、特に、平行大梁３２の材軸方向αで架構７に隣り合って設けられる。このとき、火災室となる架構７と常温室となる周辺架構７０との境界に配置される直交大梁３１が、耐火被覆の施された耐火被覆状態Ｐとなる。

周辺架構７０は、図１０に示すように、火災室となる架構７で直交大梁３１が耐火被覆の削減された減耐火被覆状態Ｒとなる場合には、特に、直交大梁３１の材軸方向αで架構７に隣り合って設けられる。このとき、火災室となる架構７と常温室となる周辺架構７０との境界に配置される平行大梁３２が、耐火被覆の施された耐火被覆状態Ｐとなる。

ここで、火災室となる架構７に支持される床スラブ５は、図１１に示すように、火災室となる架構７と常温室となる周辺架構７０との境界に配置される大梁３に固定されることで、架構７に隣り合って設けられた周辺架構７０に拘束されるものとなる。なお、図１１では、周辺架構７０との境界に配置される大梁３の耐火被覆の図示を省略している。

また、火災室となる架構７に支持される床スラブ５は、床スラブ５内に配設された鉄筋９０が、周辺架構７０との境界に配置される大梁３に跨って、常温室となる周辺架構７０に支持される床スラブ５内に配設された鉄筋９０と連続して設けられてもよい。このとき、火災室となる架構７に支持される床スラブ５は、架構７の床スラブ５内の鉄筋９０から周辺架構７０の床スラブ５内の鉄筋９０に対して引張力Ｔが伝達されることで、架構７に隣り合って設けられた周辺架構７０に拘束されるものとなる。

本発明を適用した耐火構造１は、奥行方向Ｘ又は幅方向Ｙに異方性を有さない柱部材２が用いられるほか、図１２に示すように、奥行方向Ｘを強軸方向Ｓとし、幅方向Ｙを弱軸方向Ｗとして、異方性を有するＨ形鋼６等の柱部材２が用いられてもよい。また、本発明を適用した耐火構造１は、図１３に示すように、奥行方向Ｘを弱軸方向Ｗとし、幅方向Ｙを強軸方向Ｓとして、異方性を有するＨ形鋼６等の柱部材２が用いられてもよい。なお、図１２、図１３では、柱部材２の耐火被覆の図示を省略している。

このとき、本発明を適用した耐火構造１は、図１２に示すように、幅方向Ｙを弱軸方向Ｗとする柱部材２が用いられる場合には、柱部材２の強軸方向Ｓを材軸方向αとする平行大梁３２を減耐火被覆状態Ｒとして、直交大梁３１を耐火被覆状態Ｐとしてもよい。また、柱部材２の強軸方向Ｓを材軸方向αとする平行大梁３２を耐火被覆状態Ｐとして、直交大梁３１を減耐火被覆状態Ｒとしてもよい。

本発明を適用した耐火構造１は、図１３に示すように、奥行方向Ｘを弱軸方向Ｗとする柱部材２が用いられる場合には、柱部材２の弱軸方向Ｗを材軸方向αとする平行大梁３２を減耐火被覆状態Ｒとして、直交大梁３１を耐火被覆状態Ｐとすることもできる。また、柱部材２の弱軸方向Ｗを材軸方向αとする平行大梁３２を耐火被覆状態Ｐとして、直交大梁３１を減耐火被覆状態Ｒとしてもよい。

また、本発明を適用した耐火構造１は、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方の材長Ｌ１を長くして、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方の材長Ｌ２を短くすることもできる。このとき、本発明を適用した耐火構造１は、材長Ｌ２の短い何れかの大梁３を減耐火被覆状態Ｒとして、材長Ｌ１の長い何れかの大梁３を耐火被覆状態Ｐとしてもよい。また、本発明を適用した耐火構造１は、材長Ｌ１の長い何れかの大梁３を減耐火被覆状態Ｒとして、材長Ｌ２の短い何れかの大梁３を耐火被覆状態Ｐとすることもできる。

ここで、本発明を適用した耐火構造１では、図１４（ａ）に示すように、火災室となる架構７で火災入熱を受ける大梁３等の実挙動を評価するにあたって、耐震設計された８階建て事務所ビルの最下層を対象とする解析モデルとした。このとき、火災室となる架構７では、大梁３、小梁４及び床スラブ５等が火災入熱を受けることで、図１４（ｂ）に示すように、床スラブ５が略ハンモック状に沈下して変形するものとなる。

なお、この解析モデルでは、柱部材２の材長を４０００ｍｍ、大梁３及び小梁４の材長を６０００ｍｍとして、各々の柱部材２に上方から４３１０ｋＮの載荷、架構７の自重として４９００ｋＮ／ｍ²の載荷がされるものとした。そして、この解析モデルでは、直交大梁３１を耐火被覆状態ＰのＨ−８００×４００×１４×２８（ＳＮ４００Ｂ）、平行大梁３２を耐火被覆状態ＰのＨ−７００×３００×１４×２８（ＳＮ４９０Ｂ）、小梁４を減耐火被覆状態ＲのＨ−４００×２００×８×１３（ＳＮ４９０Ｂ）、柱部材２を耐火被覆状態Ｐの□−５００×２８（ＢＣＰ３２５）とした。また、この解析モデルでは、図１１に示すように、火災室となる架構７における床スラブ５の上面５ａでの温度境界条件を２０℃、床スラブ５の下面５ｂ及び大梁３等となるＨ形鋼６の外面での温度境界条件をＩＳＯ８３４標準加熱曲線に準拠する２時間加熱とした。

次に、図１５に示す解析モデルでは、柱部材２の寸法、小梁４の寸法及び温度境界条件を図１４に示す解析モデルと同一にして、火災室となる架構７で等間隔に３本の小梁４が設けられるものとした。ここで、図１５（ａ）に示すｃａｓｅ１の解析モデルでは、火災室となる架構７が周辺架構７０に拘束されないものとして、図１５（ｂ）に示すｃａｓｅ２の解析モデルでは、火災室となる架構７が周辺架構７０に拘束されるものとした。また、図１５（ｃ）に示すｃａｓｅ３の解析モデルでは、火災室となる架構７が周辺架構７０に拘束されるものとして、本発明を適用した耐火構造１と同様、直交大梁３１が耐火被覆の施された耐火被覆状態Ｐとなるものの、平行大梁３２及び小梁４が耐火被覆の施されていない減耐火被覆状態Ｒとなるものとした。

ここで、火災室となる架構７では、図１４に示すように、耐火被覆の施されていない減耐火被覆状態Ｒの小梁４が火災入熱を受けて温度上昇して、小梁４の部材耐力が著しく低下したものとなる。しかし、火災室となる架構７では、床スラブ５が略ハンモック状に沈下して変形することで、床スラブ５に面内方向の引張力Ｔが作用するため、小梁４の部材耐力が低下するにもかかわらず、床スラブ５が沈下したときのたわみ量が小さくなる。

さらに、火災室となる架構７では、直交大梁３１及び平行大梁３２の両方に耐火被覆が施されると、床スラブ５の四方の全てが大梁３に拘束されるため、床スラブ５の熱膨張が面内方向に制限される。このとき、火災室となる架構７では、床スラブ５の熱膨張が面内方向に制限されて、床スラブ５の面外方向の沈下が促進されることで、床スラブ５が沈下したときのたわみ量が大きくなる。

これに対して、火災室となる架構７では、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか片方の耐火被覆が削減されると、図１６（ａ）に示すように、床スラブ５の四方の一部が拘束を受けず、床スラブ５の熱膨張が面内方向に許容される。このとき、火災室となる架構７では、床スラブ５の熱膨張が面内方向に許容されて、床スラブ５が面内方向で所定の方向のみにたわんで変形することで、床スラブ５が沈下したときのたわみ量が小さくなる。

そして、この解析結果によると、図１６（ｂ）に示すように、ｃａｓｅ１の解析モデルとｃａｓｅ２の解析モデルとを比較した場合に、加熱開始後２時間経過した時点で、ｃａｓｅ１の解析モデルよりもｃａｓｅ２の解析モデルにおいて、床スラブ５が沈下したときの高さ方向Ｚの最大たわみ量が小さくなることがわかる。

また、この解析結果によると、ｃａｓｅ２の解析モデルとｃａｓｅ３の解析モデルとを比較した場合に、加熱開始後２時間経過した時点で、ｃａｓｅ２の解析モデルよりもｃａｓｅ３の解析モデルにおいて、床スラブ５が沈下したときの高さ方向Ｚの最大たわみ量が小さくなることがわかる。

したがって、本発明を適用した耐火構造１は、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方の大梁３に耐火被覆が施されるものの、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方の大梁３の耐火被覆が削減されることで、図１６（ａ）に示すように、床スラブ５の面内方向の熱膨張が許容されて、床スラブ５のたわみ量が抑制される。そして、本発明を適用した耐火構造１は、床スラブ５のたわみ量が抑制されて、鉛直荷重に対する支持力が維持されて倒壊が防止されるため、建造物における耐火性能を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用した耐火構造１は、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか一方の大梁３に耐火被覆が施されるものの、直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方の大梁３並びに小梁４の耐火被覆が削減されることで、一部の大梁３及び小梁４への耐火被覆の削減によるコスト削減及び工期短縮化を実現することが可能となる。

さらに、本発明を適用した耐火構造１は、図１５（ａ）に示すｃａｓｅ１の解析モデルと図１５（ｂ）に示すｃａｓｅ２の解析モデルとを比較した解析結果から、図１１に示すように、火災室となる架構７に支持される床スラブ５が、架構７に隣り合って設けられた周辺架構７０に拘束されることで、床スラブ５が略ハンモック状に沈下して変形するときに面内方向の引張力Ｔが伝達されて、床スラブ５のたわみ量が抑制されるため、建造物における耐火性能を向上させることが可能となる。

そして、本発明を適用した耐火構造１は、耐火被覆が削減された直交大梁３１及び平行大梁３２の何れか他方となる大梁３並びに小梁４が、特に、図６に示すように、耐火被覆が施されていない無耐火被覆状態Ｕの減耐火被覆状態Ｒとなることで、耐火被覆の削減による大幅なコスト削減及び工期短縮化を実現することが可能となる。

なお、本発明を適用した耐火構造１は、図１２、図１３に示すように、材長Ｌ２の短い大梁３を減耐火被覆状態Ｒとした場合には、材長Ｌ１の長い大梁３を減耐火被覆状態Ｒとするよりも床スラブ５のたわみ量が抑制することができる。これに対して、本発明を適用した耐火構造１は、材長Ｌ１の長い大梁３を減耐火被覆状態Ｒとした場合には、材長Ｌ２の短い大梁３を減耐火被覆状態Ｒとするよりも耐火被覆を大きく削減することができる。

本発明を適用した耐火構造１は、小梁４が設けられないものとして、図１７に示すように、複数の柱部材２と、柱部材２に架設される複数の大梁３と、大梁３の上方に設けられる床スラブ５とを備えるものであってもよい。

このとき、本発明を適用した耐火構造１は、複数の大梁３として、互いに対向する一対の第１大梁３ａと、互いに対向する一対の第２大梁３ｂとが設けられて、第１大梁３ａと第２大梁３ｂとが互いに略直交させて設けられる。本発明を適用した耐火構造１は、特に、図１７に示す第１大梁３ａが図１に示す直交大梁３１に相当し、図１７に示す第２大梁３ｂが図１に示す平行大梁３２に相当するものとなる。

そして、本発明を適用した耐火構造１は、第１大梁３ａ及び第２大梁３ｂの何れか一方の大梁３に耐火被覆が施された状態となる。また、本発明を適用した耐火構造１は、第１大梁３ａ及び第２大梁３ｂの何れか他方となる大梁３の耐火被覆が、第１大梁３ａ及び第２大梁３ｂの何れか一方となる大梁３に施された耐火被覆よりも削減された状態となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の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。

１：耐火構造
２：柱部材
２０：内部
２１：角形鋼管
２２：円形鋼管
２３：鉄筋コンクリート柱
２４：鉄骨鉄筋コンクリート柱
３：大梁
３ａ：第１大梁
３ｂ：第２大梁
３０：大梁の両端部
３１：直交大梁
３２：平行大梁
４：小梁
４０：小梁の両端部
５：床スラブ
５ａ：上面
５ｂ：下面
５１：ＲＣスラブ
５２：合成スラブ
６：Ｈ形鋼
６１：上フランジ
６２：ウェブ
６３：下フランジ
７：架構
７０：周辺架構
９：コンクリート
９０：鉄筋
９１：デッキプレート
Ｘ：奥行方向
Ｙ：幅方向
Ｚ：高さ方向

Claims

建造物の梁部材に設けられる耐火構造であって、
複数の柱部材と、前記柱部材に架設される複数の大梁と、複数の前記大梁で取り囲んだ内側に設けられる小梁と、前記大梁及び前記小梁の上方に設けられる床スラブとを備え、
複数の前記大梁は、前記小梁に対して略直交させて設けられる一対の直交大梁と、前記小梁に対して略平行に設けられる一対の平行大梁とを有して、前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか一方の前記大梁に耐火被覆が施されて、
前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁並びに前記小梁の耐火被覆は、前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか一方となる前記大梁に施された耐火被覆よりも削減された状態となり、
複数の前記柱部材、複数の前記大梁及び前記小梁が用いられることで、前記床スラブを支持するための架構が形成されて、
前記床スラブは、耐火被覆が削減された前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁の材軸方向で、前記架構に隣り合って設けられた周辺架構に拘束されること
を特徴とする耐火構造。
前記床スラブは、前記架構に支持される床スラブ内に配設された鉄筋が、前記周辺架構に支持される床スラブ内に配設された鉄筋と連続して設けられること
を特徴とする請求項１記載の耐火構造。
耐火被覆が削減された前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁並びに前記小梁は、断面略Ｈ形状のＨ形鋼が用いられること
を特徴とする請求項１又は２記載の耐火構造。
前記柱部材は、断面略Ｈ形状のＨ形鋼、断面略矩形状の角形鋼管、断面略円形状の円形鋼管、鋼管の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管、鉄筋コンクリート柱、又は、鉄骨鉄筋コンクリート柱が用いられること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の耐火構造。
前記床スラブは、ＲＣスラブ又は合成スラブが用いられること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の耐火構造。
耐火被覆が削減された前記直交大梁及び前記平行大梁の何れか他方となる前記大梁並びに前記小梁は、耐火被覆が施されていない状態となること
を特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の耐火構造。
建造物の梁部材に設けられる耐火構造であって、
複数の柱部材と、前記柱部材に架設される複数の大梁と、前記大梁の上方に設けられる床スラブとを備え、
複数の前記大梁は、互いに対向する一対の第１大梁と、互いに対向する一対の第２大梁とを有して、前記第１大梁と前記第２大梁とが互いに略直交させて設けられて、前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか一方の前記大梁に耐火被覆が施されて、
前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか他方となる前記大梁の耐火被覆は、前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか一方となる前記大梁に施された耐火被覆よりも削減された状態となり、
複数の前記柱部材、複数の前記第１大梁及び前記第２大梁が用いられることで、前記床スラブを支持するための架構が形成されて、
前記床スラブは、耐火被覆が削減された前記第１大梁及び前記第２大梁の何れか他方となる前記大梁の材軸方向で、前記架構に隣り合って設けられた周辺架構に拘束されること
を特徴とする耐火構造。