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技術 木質材と鉄骨材の接合部構造

出願人 清水建設株式会社
発明者 森田武
出願日 2015年5月25日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2015-105605
公開日 2016年12月22日 (5年0ヶ月経過) 公開番号 2016-217071
状態 特許登録済
技術分野 建築構造一般 建築構造の接合一般 建築環境
主要キーワード 歩掛り 認定試験 数値解析モデル 非損傷性 目標性能 木質柱 荷重支持能力 接合部構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

課題

木質材鉄骨材接合部が1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線)を受けた場合であっても、鉄骨材に接触・接合する部分の木質材の芯材の温度を260℃以下、より好ましくは200℃以下に抑えることを可能にし、優れた耐火性能を発揮する木質材と鉄骨材の接合部構造を提供する。

解決手段

木質材1と鉄骨材2の接合部の構造Aであって、耐火被覆4を施して鉄骨材2の周囲に耐火被覆層(4)を形成するとともに、鉄骨材2の木質材1側に、鉄骨材2の他の部分の一般部6よりも耐火被覆層(4)の厚さtを大にした増し厚部7を設けて構成する。

概要

背景

従来、耐火木質柱1と鉄骨梁2とを直接接合する構法としては、図9及び図10に示すように、耐火木質柱1の荷重支持部(以下、芯材1aと称す)にベースプレートガセットプレート3などを用いて鉄骨梁2を接合する構法や、図11及び図12に示すように、鉄骨梁2を耐火木質柱1の芯材1aに貫通させて接合する構法とが多用されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。

また、一般に、鉄骨梁2は1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線)に対して耐火性非損傷性)を確保するために、耐火被覆を施すようにしている。

耐火木質柱1は、芯材1aの表層に燃え代層(自ら燃焼炭化することで断熱層を形成)及び/又は燃え止まり層(燃え代層の燃焼・炭化を阻止)1bを設け、これら燃え代層、燃え止まり層1bを耐火被覆層として扱い、火災時における芯材1aの荷重支持能力を確保するようにしている。

概要

木質材鉄骨材の接合部が1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線)を受けた場合であっても、鉄骨材に接触・接合する部分の木質材の芯材の温度を260℃以下、より好ましくは200℃以下に抑えることを可能にし、優れた耐火性能を発揮する木質材と鉄骨材の接合部構造を提供する。木質材1と鉄骨材2の接合部の構造Aであって、耐火被覆4を施して鉄骨材2の周囲に耐火被覆層(4)を形成するとともに、鉄骨材2の木質材1側に、鉄骨材2の他の部分の一般部6よりも耐火被覆層(4)の厚さtを大にした増し厚部7を設けて構成する。

目的

本発明は、木質材と鉄骨材の接合部が1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線)を受けた場合であっても、鉄骨材に接触・接合する部分の木質材の芯材の温度を260℃以下、より好ましくは200℃以下に抑えることを可能にし、優れた耐火性能を発揮する木質材と鉄骨材の接合部構造を提供する

効果

実績

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請求項1

木質材鉄骨材接合部の構造であって、耐火被覆を施して前記鉄骨材の周囲に耐火被覆層を形成するとともに、前記鉄骨材の前記木質材側に、前記鉄骨材の他の部分の一般部よりも耐火被覆層の厚さを大にした増し厚部を設けて構成されていることを特徴とする木質材と鉄骨材の接合部構造

請求項2

請求項1記載の木質材と鉄骨材の接合部構造において、ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく1時間の火災加熱を受けた際に、前記木質材の芯材の温度を260℃以下に抑制する場合には前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを前記一般部の耐火被覆層の3倍以上とし、前記木質材の芯材の温度を200℃以下に抑制する場合には前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを前記一般部の耐火被覆層の4倍以上として構成されていることを特徴とする木質材と鉄骨材の接合部構造。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の木質材と鉄骨材の接合部構造において、ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく1時間の火災加熱を受けた際に、前記木質材の芯材の温度を260℃以下に抑制する場合には、前記木質材の芯材の表面から0.75m以上の前記鉄骨材の長さ範囲を前記増し厚部とし、且つ前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを60mm以上とし、前記木質材の芯材の温度を200℃以下に抑制する場合には、前記木質材の芯材の表面から2.00m以上の前記鉄骨材の長さ範囲を前記増し厚部とし、且つ前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを80mm以上とし、あるいは前記木質材の芯材の温度を200℃以下に抑制する場合には、前記木質材の芯材の表面から0.80m以上の前記鉄骨材の長さ範囲を前記増し厚部とし、且つ前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを100mm以上として構成されていることを特徴とする木質材と鉄骨材の接合部構造。

技術分野

0001

本発明は、木質材鉄骨材接合部の構造に関する。

背景技術

0002

従来、耐火木質柱1と鉄骨梁2とを直接接合する構法としては、図9及び図10に示すように、耐火木質柱1の荷重支持部(以下、芯材1aと称す)にベースプレートガセットプレート3などを用いて鉄骨梁2を接合する構法や、図11及び図12に示すように、鉄骨梁2を耐火木質柱1の芯材1aに貫通させて接合する構法とが多用されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。

0003

また、一般に、鉄骨梁2は1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線)に対して耐火性非損傷性)を確保するために、耐火被覆を施すようにしている。

0004

耐火木質柱1は、芯材1aの表層に燃え代層(自ら燃焼炭化することで断熱層を形成)及び/又は燃え止まり層(燃え代層の燃焼・炭化を阻止)1bを設け、これら燃え代層、燃え止まり層1bを耐火被覆層として扱い、火災時における芯材1aの荷重支持能力を確保するようにしている。

先行技術

0005

特開2013−053415号公報
特開2006−022639号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ここで、1時間の火災加熱に対して耐火性を確保した鉄骨梁が1時間の火災加熱を受けた場合、鋼材温度が500〜550℃程度まで上昇することが知られている。このため、耐火被覆を施した鉄骨梁と接触・接合する耐火木質柱の部位も500〜550℃程度に達することになる。

0007

このことから、上記従来の両接合構法においては、鉄骨梁と耐火木質柱の芯材が接触・接合する部分が火災時に木材の着火温度(260℃)を超え、耐火木質柱がその荷重支持能力を喪失するおそれがある。また、鉄骨梁の温度が木材の着火温度を超えなくても、200℃近い温度になると耐火木質柱の芯材が炭化する可能性があり、やはり芯材の力学的特性が失われるおそれがある。

0008

記事情に鑑み、本発明は、木質材と鉄骨材の接合部が1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線)を受けた場合であっても、鉄骨材に接触・接合する部分の木質材の芯材の温度を260℃以下、より好ましくは200℃以下に抑えることを可能にし、優れた耐火性能を発揮する木質材と鉄骨材の接合部構造を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

0010

本発明の木質材と鉄骨材の接合部構造は、木質材と鉄骨材の接合部の構造であって、耐火被覆を施して前記鉄骨材の周囲に耐火被覆層を形成するとともに、前記鉄骨材の前記木質材側に、前記鉄骨材の他の部分の一般部よりも耐火被覆層の厚さを大にした増し厚部を設けて構成されていることを特徴とする。

0011

また、本発明の木質材と鉄骨材の接合部構造においては、ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく1時間の火災加熱を受けた際に、前記木質材の芯材の温度を260℃以下に抑制する場合には前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを前記一般部の耐火被覆層の3倍以上とし、前記木質材の芯材の温度を200℃以下に抑制する場合には前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを前記一般部の耐火被覆層の4倍以上として構成されていることが望ましい。

0012

さらに、本発明の木質材と鉄骨材の接合部構造においては、ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく1時間の火災加熱を受けた際に、前記木質材の芯材の温度を260℃以下に抑制する場合には、前記木質材の芯材の表面から0.75m以上の前記鉄骨材の長さ範囲を前記増し厚部とし、且つ前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを60mm以上とし、前記木質材の芯材の温度を200℃以下に抑制する場合には、前記木質材の芯材の表面から2.00m以上の前記鉄骨材の長さ範囲を前記増し厚部とし、且つ前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを80mm以上とし、あるいは前記木質材の芯材の温度を200℃以下に抑制する場合には、前記木質材の芯材の表面から0.80m以上の前記鉄骨材の長さ範囲を前記増し厚部とし、且つ前記増し厚部の耐火被覆層の厚さを100mm以上として構成されていることがより望ましい。

発明の効果

0013

耐火木質柱と鉄骨梁とで構成される接合部の耐火性能を確保するために、鉄骨梁の全長に渡って耐火被覆厚さを増すことがもっとも単純な方法であるが、この構法では余分な耐火被覆が必要となり、材料の使用量が増えるとともに施工歩掛りの低下を招く。
これに対し、本発明の木質材と鉄骨材の接合部構造によれば、材料の使用量の増加及び歩掛りの低下を最低限度に留めることができ、且つ接合部の耐火性能を確保することが可能になる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の一実施形態に係る木質材と鉄骨材の接合部構造を示す図である。
図1のX1−X1線矢視図である。
図1のX2−X2線矢視図である。
シミュレーション結果を示す図であり、増し厚部の厚さを40mmにした場合の鋼材最高温度を示す図である。
シミュレーション結果を示す図であり、増し厚部の厚さを60mmにした場合の鋼材最高温度を示す図である。
シミュレーション結果を示す図であり、増し厚部の厚さを80mmにした場合の鋼材最高温度を示す図である。
シミュレーション結果を示す図であり、増し厚部の厚さを100mmにした場合の鋼材最高温度を示す図である。
シミュレーション結果を示す図であり、増し厚部の厚さ、増し厚部の範囲と鋼材最高温度の関係を示す図である。
従来の耐火木質柱と鉄骨梁の接合部構造を示す正面視図である。
図9のX1−X1線矢視図であり、従来の耐火木質柱と鉄骨梁の接合部構造を示す平断面図である。
従来の耐火木質柱と鉄骨梁の接合部構造を示す正面視図である。
図11のX1−X1線矢視図であり、従来の耐火木質柱と鉄骨梁の接合部構造を示す平断面図である。

実施例

0015

以下、図1から図8を参照し、本発明の一実施形態に係る木質材と鉄骨材の接合部構造について説明する。

0016

本実施形態は、耐火木質柱(木質材)と鉄骨梁(鉄骨材)を接合してなる接合部が1時間の火災加熱(ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく火災加熱)を受けた場合に、耐火木質柱の芯材と鉄骨梁の接触位置(接合位置)の芯材の温度を260℃以下、あるいは200℃以下に抑制することを可能にする木質材と鉄骨材の接合部構造(耐火被覆構法)に関するものである。

0017

そして、図1から図3図9から図11参照)に示すように、本実施形態の木質材と鉄骨材の接合部構造Aは、まず、耐火木質柱1が芯材1aの表層に燃え代層及び/又は燃え止まり層1bを設けて形成されている。また、鉄骨梁2は、耐火木質柱1に適宜手段で接続して配設され、その表面(周囲)に耐火被覆4が施されている。
なお、図中の符号5はRC床を示している。また、耐火木質柱1は、表面に耐火被覆を施すようにしてもよい。

0018

さらに、本実施形態の木質材と鉄骨材の接合部構造Aにおいては、耐火被覆4を施して鉄骨梁2の周囲に耐火被覆層(4)を形成するとともに、鉄骨梁2の耐火木質柱1側(接合部側)に、鉄骨梁2の他の部分の一般部6よりも耐火被覆層(4)の厚さを大にした増し厚部7を設けて構成されている。

0019

このとき、ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく1時間の火災加熱を受けた際に、耐火木質柱1(芯材1a)の温度を260℃以下に抑制する場合には増し厚部7の耐火被覆層(4)の厚さtを一般部6の耐火被覆層(4)の3倍以上とし、耐火木質柱1の温度を200℃以下に抑制する場合には増し厚部7の耐火被覆層(4)の厚さtを一般部6の耐火被覆層(4)の4倍以上として構成することが好ましい。

0020

さらに、ISO834に規定される標準加熱温度時間曲線に基づく1時間の火災加熱を受けた際に、耐火木質柱1(芯材1a)の温度を260℃以下に抑制する場合には、耐火木質柱1の表面から0.75m以上の鉄骨梁2の長さ範囲を増し厚部7とし、且つ増し厚部7の耐火被覆層(4)の厚さtを60mm以上として構成することがより好ましい。

0021

また、耐火木質柱1の温度を200℃以下に抑制する場合には、耐火木質柱1の表面から2.00m以上の鉄骨梁2の長さ範囲を増し厚部7とし、且つ増し厚部7の耐火被覆層(4)の厚さtを80mm以上とし、あるいは耐火木質柱1の温度を200℃以下に抑制する場合には、耐火木質柱1の表面から0.80m以上の鉄骨梁2の長さ範囲を増し厚部7とし、且つ増し厚部7の耐火被覆層(4)の厚さtを100mm以上として構成することがより好ましい。

0022

ここで、シミュレーション(数値解析)結果を示し、本実施形態の木質材と鉄骨材の接合部構造Aの優位性について説明する。

0023

本シミュレーションでは、厚さ20mmの耐熱ロックウール(耐火被覆4:例えばニチアス株式会社製のマキベエが厚さ20mmで1時間の耐火認定を取得している)によって耐火被覆された1時間の耐火鉄骨梁2を耐火木質柱1の芯材1aと接触・接合する。

0024

このように構成した本実施形態の木質材と鉄骨材の接合部構造Aの数値解析モデル図1のようになる。

0025

図1に示すように、耐火木質柱1と接触・接合する部分を断熱境界Sとすることによって、接合部への熱エネルギーの流出がなくなる。このため、耐火木質柱1の芯材1aを直接モデル化した場合よりも保守的な結果が得られる。

0026

図1において、1時間耐火鉄骨梁2はその領域を一般部6(厚さ20mmの耐熱ロックウール(マキベエ)4で耐火被覆)と接合部付近の増し厚部7に分けて考える。

0027

本シミュレーションでは、鉄骨断面をH−400×200×8×13mmの標準鋼材(耐火認定試験性能評価試験)で標準として用いられる鋼材断面)とし、増し厚部7の被覆厚さtを20、40、60、80、100mmの4水準、増し厚部7の接合部からの長さ範囲を0.2、0.6、1.0、2.0mとした。
なお、鉄骨梁は全長Lを7.0mとしている。

0028

図1に示した数値解析モデルの梁軸方向の鋼材最高温度分布図4から図7に示す。
この結果から、耐火被覆4の増し厚範囲、すなわち増し厚部7の長さ範囲を広げると、右側断熱境界層(耐火木質柱1との接触・接合位置)の鋼材最高温度は下がるが、増し厚範囲が1mと2mの場合では大きな差異がないことが確認された。

0029

次に、図4から図7に示した計算結果について、耐火被覆4の増し厚と増し厚範囲による鋼材最高温度の低減効果をまとめた結果を図8に示す。

0030

図8に示すように、増し厚部7の耐火被覆厚さtが40mmでは芯材1aと接触・接合する鉄骨梁2の鋼材最高温度を木材の着火温度である260℃以下にすることができない。

0031

この図8の結果に基づいて、「耐火木質柱1と1時間耐火鉄骨梁2とで構成される接合部において、接合部付近の耐火被覆厚tを増すことによって耐火木質柱1の芯材1aの耐火性能を確保する構法」の目標性能と耐火被覆厚・範囲の組み合わせを導出すると次のようになる。

0032

耐熱ロックウールなどの耐火被覆4を鉄骨梁2に施し、一般部6の被覆厚さtを20mm、加熱周長断面積を0.169以下、接合部の耐火木質柱1の耐火被覆を燃え止まり層及び/又は燃え代層1bで構成するか、これらの構法と同等な性能を有する耐火被覆で被覆する。

0033

そして、図8から、接合部(芯材1a)表面から0.75m以上の範囲を60mm以上の厚さtで耐火被覆すれば、芯材1aの温度を木材の着火温度である260℃以下に抑制できる。
また、接合部表面から2.0m以上の範囲を80mm以上の厚さtで耐火被覆すれば、芯材1aの温度を木材の炭化温度目安である200℃以下に抑制できる。さらに、接合部表面から0.8m以上の範囲を100mm以上の厚さtで耐火被覆しても、芯材1aの温度を木材の炭化温度の目安である200℃以下に抑制できる。

0034

よって、本実施形態の木質材と鉄骨材の接合部構造Aにおいては、耐火木質柱1と鉄骨梁2の接合部が1時間の火災加熱を受けた場合であっても、鉄骨梁に接触・接合する部分の耐火木質柱1の芯材1aの温度を260℃以下、より好ましくは200℃以下に抑えることが可能になり、優れた耐火性能を発揮する木質材と鉄骨材の接合部構造Aを提供することが可能になる。

0035

ここで、耐火木質柱1と鉄骨梁2とで構成される接合部の耐火性能を確保するために、鉄骨梁2の全長Lに渡って耐火被覆厚さを増すことがもっとも単純な方法であるが、この構法では余分な耐火被覆4が必要となり、材料の使用量が増えるとともに施工の歩掛りの低下を招く。

0036

これに対し、本実施形態の木質材と鉄骨材の接合部構造Aによれば、材料の使用量の増加及び歩掛りの低下を最低限度に留めることができ、且つ接合部の耐火性能を確保することが可能になる。

0037

以上、本発明に係る木質材と鉄骨材の接合部構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

0038

例えば、本実施形態では、本発明に係る木質材と鉄骨材がそれぞれ、耐火木質柱、鉄骨梁であるものとして説明を行ったが、特に部材の種類(柱、梁)に限定を必要とするものではなく、本発明は木質材と鉄骨材を接合するあらゆる接合部の構造に適用可能である。

0039

1耐火木質柱(木質材)
1a芯材
1b 燃え代層及び/又は燃え止まり層
2鉄骨梁(鉄骨材)
3ガセットプレート
4耐火被覆(耐火被覆層)
5 RC床
6 一般部
7増し厚部
A 木質材と鉄骨材の接合部構造

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