JPH102039A

JPH102039A - 耐火被覆柱梁接合部

Info

Publication number: JPH102039A
Application number: JP17728596A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Shimokawa; 弘海下川; Shigeki Ito; 茂樹伊藤; Kazuchika Konno; 和近今野; Nobuyuki Nakamura; 信行中村; Kozo Sato; 耕造佐藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】耐火性に優れ且つ無駄な資源及び労力の省か
れた柱梁接合部。【解決手段】コンクリート充填フレームシステムの接
合部と接合部から所定の長さの範囲に限って梁２又は梁
と柱１の外周に耐火被覆６を施した接合部で、前記所定
の長さは、鋼材が長期荷重に耐える保温温度と要求され
る耐火時間とに基づいて定められ、一般には、２センチ
〜３０センチ程度である。【効果】梁の全長にわたって耐火被覆を施す従来の無
駄が省かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】建築構造物におけるコンクリ
ートが充填された柱と梁の接合部で、耐火被覆が施され
た接合部に関する。

【０００２】

【従来技術】建築構造物のフレームには鋼材が多用さ
れ、柱には丸管や角管が、梁には角管やＵ形断面等の形
鋼が使用されている。そして、これらの鋼材の剛性を更
に高めるため、これらの柱、梁の内部に鉄筋入りのコン
クリートを充填して用いられることも多い。特に、火災
時等高温に曝されたとき、充填されたコンクリートは鋼
材の剛性低下を補いフレームの変形を防ぐ。

【０００３】柱梁接合部では、柱鋼材と梁鋼材とが接合
される。接合部を図８に示す。１は柱鋼材、２は梁鋼
材、３は充填コンクリート、４は仕口部である。図８で
梁の高さは、例えば４００ｍｍ、幅３００ｍｍ程度であ
る。梁は床スラブを支えているが、接合部では充填され
たコンクリートは柱鋼材１とは接合されておらず、コン
クリートは梁の剛性を保つだけである。梁の荷重は柱鋼
材１と梁鋼材２の接合を介して柱に伝わる。

【０００４】このため、接合部が高温になると荷重が鋼
材の高温強度の限界をこえた時、フレームはここで変形
し甚だしい時は損壊する。そこで、火災時に対処するた
め、鋼材の外周に耐火被覆を施し、短時間ではフレーム
の変形或いは破壊が起こらないように工夫している。こ
の耐火被覆は、梁では全長にわたって施される。

【０００５】この耐火被覆の役割は、鋼材の温度上昇を
遅らせ建造物崩壊による二次事故を防ぐものであり、火
災が起きた場合、接合部が定められた温度に達するまで
の時間が定められた時間以上であることが要求される。
この定めれた温度は鋼材が長期荷重に充分に耐えられる
温度で保温温度と呼ばれ、普通鋼では３５０℃である
が、高温で強度低下が少ない耐火鋼材では６００℃であ
ったりする。定められた時間は耐火時間と呼ばれ、１時
間であることが多いが、高層建築の下層階では２時間或
いは３時間であったりする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、耐火被覆は、柱と梁を接合した後に、吹きつけ作業
により施される場合が多い。このため、被覆の施工は建
築現場で行われることになり、悪環境下で作業に長時間
を要し労力及び施工コストを増加させていた。この問題
を解決するためにこの発明は行われたもので、効率の良
い耐火被覆を施すことによって無駄な資源及び労力を省
き柱梁接合部の耐火性を維持することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の手段は次の発明である。第１の発明は、内部にコンク
リートが充填された鋼製の柱とコンクリートが充填され
た鋼製の梁の接合部であって、その梁の側面及び下面に
接合端から所定の長さだけ耐火被覆が施されていること
を特徴とする耐火被覆柱梁接合部である。

【０００８】通常、梁は床を支えているが、その剛性は
コンクリートによって保たれ、梁が受ける荷重は柱鋼材
と梁鋼材の接合を介して柱に伝わることを前述した。火
災時など高温による強度低下はコンクリートよりも鋼材
の方が甚だしい。しかし、柱と梁の境界では、柱の仕口
と梁の鋼材は溶接或いはボルト等によって接合される
が、梁に充填されたコンクリートは柱側面とは接合され
ていない。このために、火災時には、梁の接合端と柱の
仕口の接合部がフレームの弱点となる。

【０００９】この接合部に耐火被覆が施されていると、
加熱源からの輻射熱は耐火被覆で遮断され、又鋼よりも
熱伝導率が小さい耐火被覆を通じて鋼材表面へ伝わる伝
導熱は少なくなり、鋼材の昇温が遅れる。このため、接
合部にのみ耐火被覆が施されていてもその効果は得られ
る。

【００１０】しかし、鋼材の非被覆部は速く昇温し、こ
の部分の熱が接合部にまで伝わる。この鋼材による伝熱
量を減らすためには、非被覆部を接合部から適当な距離
だけ遠ざけるのがよい。梁の接合端から所定の長さだけ
耐火被覆を施すのは、非被覆部を遠ざけるためである。
なお、梁の上面は床スラブによって覆われているので、
耐火被覆は側面と下面に施されていればよい。

【００１１】第２の発明は、前記耐火被覆に加えて更
に、前記耐火被覆の下側の柱の外周部に所定の長さだけ
耐火被覆が施されていることを特徴とする耐火被覆柱梁
接合部である。

【００１２】接合部への伝熱は柱鋼材によっても行われ
る。したがって、柱についてもその外周を仕口部から前
記所定の長さだけ耐火被覆が施されているとよく、これ
によって梁の場合と同様に非被覆部が適当な距離だけ遠
ざかる。

【００１３】第３の発明は、前記所定の長さが、要求さ
れる耐火度及び耐火被覆材の特性及び耐火被覆の厚さに
基づいて決定される前記の耐火被覆柱梁接合部である。

【００１４】耐火被覆柱梁接合部の鋼材は、耐火被覆材
及び充填されたコンクリートに接し、且つ非被覆部の鋼
材につながっている。したがって、接合部鋼材への入熱
は、耐火被覆材及び高温の非被覆部を通して行われ、出
熱は充填されたコンクリートと接合部よりも未だ低温で
ある非被覆部へ行われる。そして、接合部の温度は入熱
と出熱の収支及び鋼材の比熱によって決まるが、耐火被
覆材が厚いほど又耐火被覆材の熱伝導率が小さく表面の
輻射率が小さいほど単位時間の接合部への入熱量は少な
い。同じく、高温の被覆部が遠い程入熱量が少ないこと
は前述した通りである。

【００１５】したがって、梁についても又柱についても
耐火被覆の長さは、その厚さと輻射率や熱伝導率等の特
性に基づいて決める。又、要求される条件は保温温度と
耐火時間であり、保温温度は鋼材が長期荷重に耐える温
度であり、耐火時間は火災時に鋼材が保温時間以下に保
たれなければならない時間である。

【００１６】第４の発明は、前記所定の長さが２ｃｍ以
上３０ｃｍ以内である前記の耐火被覆柱梁接合部であ
る。

【００１７】接合部鋼材への入熱については前述した
が、出熱については複雑である。即ち、出熱は充填コン
クリートの状態即ち鋼材に対する量や経年変化等、及び
火災の状況等により大きく異なる。例えば、コンクリー
ト固化後の年数が少なければ、化学変化に消費される熱
も多く、又接合部が出火元に近ければ、離れた所の温度
が低く、柱や梁を伝わって逃げる熱の量も多い。しか
し、実験により得られた知見では、コンクリートや断熱
性の高いロックウールなど一般的な耐火被覆材を一般的
な厚さ即ち数十mm〜百数十mmの厚さで被覆した場合、梁
や柱が被覆される長さは２cm〜３０cmが適切である。

【００１８】

【発明の実施の形態】第１の発明の態様を図１に示す。
又第２の発明の態様を図２に示す。これらの図におい
て、５は床スラブ、６は梁を被覆する耐火被覆であり、
６′は梁の下側の柱を被覆する耐火被覆である。図１は
接合部と梁２の所定の長さが被覆されたものであり、図
２は接合部及び柱１と梁２の所定の長さが被覆されたも
のである。図３は接合部の縦断面を示したもので、Ｌは
水平方向の耐火被覆が施されている長さを表し、Ｌ′は
垂直方向の耐火被覆が施されている長さを表す。

【００１９】耐火被覆６の材料は、コンクリート被覆で
もよく、又、更に熱伝導率が小さく耐熱性にも優れるセ
ラミックファイバやロックファイバ等でもよい。価格や
比重、熱伝導率からロックファイバが推奨されるが、粘
着材等を混ぜて吹きつける工法により被覆するのが一般
的である。

【００２０】耐火被覆が施される所定の長さについて、
以下のような実験を行った。梁の温度上昇との関係を調
べるために、図４に示すように充填コンクリ−ト３で強
化されている梁２に耐火被覆６を施した試験材を作製
し、バーナ加熱炉で加熱し、温度を上昇させながら、梁
鋼材の内面の温度を測定した。

【００２１】温度上昇は火災を想定し、３時間にわたっ
て行い、梁の温度測定は被覆端からの距離を変えて行っ
た。測定位置１０を図３に示す。測定の結果を図５に示
す。図中のグラフは、各々無印は炉内温度上昇曲線、○
印は被覆端の温度上昇曲線、△印は被覆端から５cm内側
に入った位置の温度上昇曲線、□印は被覆端から１０cm
内側に入った位置の温度上昇曲線である。

【００２２】被覆端から内側に深く入った位置ほど、そ
の温度上昇は炉内温度の上昇より遅れ、１０cmの場合は
３時間を経ても炉内温度の五分の一程度しか温度は上昇
しない。即ち、接合部の耐火被覆を梁の接合端から１０
cm程度の長さだけ延ばしてやれば、雰囲気温度が９００
℃に達する火災時にも接合部の温度はわずかしか上昇せ
ず、梁の全長にわたって耐火被覆を施す必要のないこと
が判る。

【００２３】

【実施例】保温温度が３５０℃であることが要求される
普通鋼材の梁と保温温度が６００℃であることが要求さ
れる耐火鋼材の梁について、耐火被覆下での温度上昇を
調べた。梁の外径寸法が４００×３００ｍｍの角形断面
鋼・コンクリート合成梁で、普通鋼材に施した耐火被覆
は厚さ１５０mmのコンクリートであり、耐火鋼材に施し
た耐火被覆は乾式吹きつけロックウールで厚さは３５mm
及び５０mmである。温度測定位置は被覆端からの距離を
変えて行った。昇温開始後１時間、２時間、３時間に測
定された温度を、図６及び図７に示す。

【００２４】図６は、普通鋼材の梁について測定したも
ので、横軸は被覆端を基点とした測定点までの距離であ
り、負側は非被覆部である。温度は、各々、○印は１時
間後、△印は２時間後、□印は３時間後の温度である。
１時間後に３５０℃に達するのは被覆端からの距離が２
cm程度の位置であり、３時間後でも７cm程度の位置であ
る。

【００２５】又、距離が１０cm程度までは距離が増すと
ともに温度上昇は抑制されるが、抑制効果は３０cm近く
では殆ど一定となる。即ち、梁の接合端から２cmの長さ
耐火被覆を施せば保温温度３５０℃、耐火時間１時間の
条件を満たすことができ、３０cmを超える長さ耐火被覆
を施しても３０cmの長さ耐火被覆を施した場合と効果は
あまり変わらない。

【００２６】図７は、耐熱鋼材の梁について測定したも
ので、各々、○印は１時間後、△印は２時間後、□印は
３時間後の温度であり、白抜き印は耐火被覆の厚さが５
０mmの場合で黒印は厚さが３５mmの場合である。被覆端
からの距離が２cmの位置では、１時間経過後に４００℃
にしか達せず、要求される保温条件６００℃を充分に下
回っている。

【００２７】又、距離が３０cmの位置では、要求される
最も厳しい条件である３時間・３５０℃を満たしてい
る。即ち、厚さ３５mmの薄い耐火被覆でも、梁の接合端
から２cmの長さ耐火被覆を施せば保温温度６００℃、耐
火時間１時間の条件を充分に満たすことができ、３０cm
の長さ耐火被覆を施せば、最も厳しい要求条件である３
５０℃・３時間を満たすこともできる。柱についても同
様である。

【００２８】このように、梁全体にわたって耐火被覆を
施す必要はなく、耐被覆を施す範囲には、要求される耐
火度に応じて、その効果を充分に奏する適切な長さがあ
り、その長さだけ梁及び柱に耐火被覆を施せばよい。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の耐火被覆
柱梁接合部では、コンクリートが充填された鋼製の柱と
梁の接合部及び柱と梁の適当な長さにわたって耐火被覆
が施されている。この適当な長さの耐火被覆は、梁の荷
重を柱に伝達する鋼材同志の接合端を、火災時に鋼材を
長期荷重に耐える温度以下に且つ要求される時間保持す
る。このため、火災時に建造物フレームの変形を防ぐと
ともに無駄のない耐火被覆が施された接合部となってい
る。このように、効率のよい耐火被覆柱梁接合部によっ
て建造物の安全と施工時の省力化・省資源を実現したこ
の発明の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の耐火被覆柱梁接合部の１態様の斜視図で
ある。

【図２】発明の耐火被覆柱梁接合部の他の態様の斜視図
である。

【図３】発明に係る接合部の縦断面図である。

【図４】温度の測定位置を示す耐火被覆梁の縦断面図で
ある。

【図５】耐火被覆端からの位置による昇温時間と温度の
関係を示すグラフである。

【図６】普通鋼梁の耐火被覆端からの距離と昇温温度の
関係を示すグラフである。

【図７】耐火鋼梁の耐火被覆端からの距離と昇温温度の
関係を示すグラフである。

【図８】一般のコンクリートが充填された柱梁接合部の
斜視図である。

【符号の説明】

１柱鋼材２梁鋼材３充填コンクリート４仕口部５床スラブ６耐火被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村信行東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐藤耕造東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にコンクリートが充填された鋼製の
柱とコンクリートが充填された鋼製の梁の接合部であっ
て、その梁の側面及び下面に接合端から所定の長さだけ
耐火被覆が施されていることを特徴とする耐火被覆柱梁
接合部。
【請求項２】前記耐火被覆に加えて更に、前記耐火被
覆の下側の柱の外周部に所定の長さだけ耐火被覆が施さ
れていることを特徴とする請求項１記載の耐火被覆柱梁
接合部。
【請求項３】前記所定の距離が、要求される耐火度及
び耐火被覆材の特性と厚さに基づいて決定されることを
特徴とする請求項１又は２記載の耐火被覆柱梁接合部。
【請求項４】前記所定の距離が２cm以上３０cm以内で
ある請求項１、２又は３記載の耐火被覆柱梁接合部。