JP5484246B2

JP5484246B2 - 建物内居室における親室率の算定方法

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Publication number: JP5484246B2
Application number: JP2010172550A
Authority: JP
Inventors: 真美子久次米; 亮誠見杉; 公康田中; 耕治岡田
Original assignee: Nikken Sekkei Ltd
Current assignee: Nikken Sekkei Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: JP2012029905A

Description

本発明は、建物内の居室において居室床面積に左右されることなく親室率を算定する方法に関するものである。

建物の排煙設備や防火シャッターの取止めなど、建築基準法の仕様規定によらない設計を行う場合は、避難安全検証により安全確認を行い、評価機関の「性能評価書」および国交省の「大臣認定書」を取得する。そして、このときの避難安全検証は、下記のように居室避難、階避難、全館避難からなる。

居室避難：居室内の人が廊下へ避難するまでの間、煙降下の影響を受けないこと。
階避難：階の全員が階段室内へ避難するまでの間、煙降下の影響を受けないこと。
全館避難：在館者が地上へ避難するまでの避難経路において、煙の影響を受けないこと。

このうち居室避難の安全評価方法としては、下記のとおり避難時間が限界煙層降下時間以下であることが確認される。この避難時間は、建物内で火災が発生した場合に該建物内の在室者が火災に気づいて避難を開始するまでの避難開始時間と、避難を開始してから室外に移動するまでの避難行動時間からなり、さらに避難行動時間は在室者が居室内を歩行するときの居室内歩行時間と、出口を通過するときの出口通過時間からなる。
避難時間
＝避難開始時間＋避難行動時間
＝避難開始時間＋居室内歩行時間＋出口通過時間≦限界煙層降下時間

そして、避難開始時間としては、例えば下記数式５の算定式が用いられることが多い。なお、この他にも、数式５の算定式に１８０秒をプラスする方法や、天井下10%の高さまで煙が降下した時点を算定する方法や、特許文献１の算定方法も提案されている。
（数式５）
ｔ_start:居室の避難開始時間（s）
Ａ：居室床面積（m^２）

また、歩行時間としては下記数式６の算定式が用いられることが多い。
（数式６）
ｔ_travel：居室内歩行時間(s)
Ｌ：歩行距離(m)
ｖ:歩行速度(m/s)<一般には、事務室1.3ｍ/s，一般1.0ｍ/s>
また、出口通過時間としては下記数式７の算定式が用いられることが多い。
（数式７）
ｔ_queue：出口通過時間(s）
ｐ:人口密度(人/m^２)
Ａ:居室床面積(m^２)
Ｎ:有効流動係数(人/m・s)<一般には、1.5>，
Ｂ_eff:有効扉幅(m)

したがって、避難時間は、一般には下記数式８の算定式で表される。
（数式８）

一方、限界煙層降下時間としては、下記数式９の算定式が用いられることが多い。本式は田中の簡易煙降下式とも呼ばれ、限界煙層降下時間は、居室において天井から煙が溜まり、床面からある限界煙層高さ（一般には1.8m）まで煙が降下する時間を避難可能な限界時間として算定するものである。
（数式９）
ｔ_ｓ：煙層降下時間（s）
ρ_ｓ:煙層密度(kg/m^３)<一般に、初期火災とみなして1.0kg/m^３とおくことが多い>
Ａ_Ｒ：居室床面積（m^２）
ｋ:火災プルーム量に関わる係数(-)<一般には、0.08>
Ｑ_０:火災成長率(kW/s^２)<室用途による。一般には、事務室0.102，会議室0.016など>
Ｚ：煙層高さ(m)
Ｈ_Ｒ：天井高さ(m)

特開２０１０−３３３６１号公報

ところで、現在、避難安全検証を大臣認定により取得した建物において居室の設計変更が生じると、性能評価、大臣認定を、変更ごとに繰り返さなければならない。これらの申請には、何ヶ月もかかるため、竣工前検査を受ける何ヶ月か前にはテナントとなる居室のレイアウトプランを決定しなければならないが、現実的にはそんなに早く決まらないため、居室のレイアウトプラン決定上の問題となっている。

したがって、居室内の子室プランが決まってから避難時間と煙降下時間を各々算出して比較評価を行なっていた。しかし、それだと、プラン決定→検証→判定→プランの修正を繰り返すため効率が悪い。

このため、図１に示すように、居室全体に対する子室の床面積割合を示す子室率をあらかじめ設定する考え方がある。この子室率は、ある居室を対象に、居室床面積に対してどの程度まで子室を設けてもよいという子室床面積の上限比率を前もって計算しておく方法である。これにより、プラン決定段階で、設計できる子室床面積が把握できているため設計効率が上がる。

このように、現在では多くの会社が子室率の考え方を用いているが、この子室率は、あるプランに対してのみ算定できるものであり、前もって居室の床面積や形状を指定しておかなければならない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、居室全体に対する子室以外の部分の床面積割合を示す親室率に着目し、建物内の居室床面積に左右されることがない親室率の算定方法の提供を目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するために、建物の避難安全設計に際して、該建物内の居室の親室率βを算定する方法であって、避難時間ｔ_e(s)を算定するステップと、煙層密度ρ_s(kg/m^３)、居室全体の床面積Ａ_R(m^２)、火災プルーム量に関わる係数ｋ、火災成長率Ｑ₀(kW/s^２)、天井高さＨ_R(m)を用いて、下記数式１により仮想避難時間ｔ_Ｓｅ(s)を設定するステップと、
（数式１）

前記仮想避難時間ｔ_Ｓｅ(s)が前記避難時間ｔ_e(s)以上となるように前記数式１中の仮想煙層高さＺ_ｅ(m)を算定するステップと、限界煙層高さＺ_ｓ(m)、前記仮想煙層高さＺ_ｅ(m)、天井高さＨ_Ｒ(m)を用いて、下記数式２により建物内居室の親室率βを算定するステップと、
（数式２）
を備えることを特徴とする。。これによれば、親室率βを算出するに際して居室全体、親室および子室のいずれの床面積も必要ないため、建物内の居室床面積に左右されることがなく、親室率を算定することができる。なお、居室において天井から煙が溜まり、床面からある煙層高さまで煙が降下する時間を避難可能な時間（限界煙層降下時間という）とした場合、そのときの煙層高さのことを限界煙層高さという。

また、前記避難時間ｔ_e(s)は、前記居室の在室者が火災に気づいて避難を開始するまでの避難開始時間ｔ_st(s)と、該在室者が避難を開始してから室外に移動するまでの避難行動時間ｔ_ac(s)とを合算するものであって、前記避難開始時間ｔ_st(s)は、煙層密度ρ_s(kg/m^３)、居室全体の床面積Ａ_R(m^２)、火災プルーム量に関わる係数ｋ、火災成長率Ｑ₀(kW/s^２)、天井高さＨ_R(m)、0.95以下の係数φを用いて、下記数式３により算定してもよい。これによれば建物の居室における親室と子室のレイアウトにかかわらず、安全な避難開始時間ｔ_st(s)を算定することができるので便利である。
（数式３）

また、前記避難行動時間ｔ_ac(s)は、係数αと、居室床面積Ａ_R(m^２)を用いて、下記数式４により算定してもよい。これによれば避難行動時間ｔ_ac(s)を簡易な式で求めることができるので便利である。
（数式４）

また、本発明に係る親室率の算定システムは、建物の避難安全設計に際して、該建物内の居室の親室率βを算定するシステムであって、各種数値を入力する入力手段と、該入力手段により入力された各数値を用いて、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の算定方法に基づいて建物内居室の親室率βを算定する演算手段と、該演算手段により算定された建物内居室の親室率βを出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする。

また、本発明に係るコンピュータ読み取り可能なプログラムは、コンピュータを、請求項４に記載の親室率βの算定システムとして機能させることを特徴とする。

本発明によれば、これによれば、親室率βを算出するに際して居室全体、親室および子室のいずれの床面積も必要ないため、建物内の居室床面積に左右されることがなく、親室率を算定することができる。このため、例えば避難安全検証を大臣認定により取得した建物において居室の設計変更が生じた場合でも、性能評価、大臣認定を、変更ごとに繰り返す必要がなくなる。よって、顧客の要望に応じてレイアウトを変更する自由度が拡大し、設計の作業効率を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る居室の（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。避難開始時間、避難行動時間、避難時間、仮想避難時間、限界煙層降下時間の居室床面積と時間との関係を示す（ａ）全体図と（ｂ）面積200ｍ^２付近の拡大図である。避難行動時間における居室床面積と時間との関係を示す図である。親室率算定システムの構成概略図である。本方法及びシステムに用いられる各種数値の一例を示す図である。

次に本発明の一実施形態について説明する。

本発明は、図２に示すように、避難開始時間と避難行動時間を合算した避難時間の床面積と時間の曲線が、限界煙層降下時間に係る床面積と時間の曲線に類似することに着目し、避難時間よりも安全側となる仮想避難時間を設定して、これら仮想避難時間と限界煙層降下時間に基づいて、高さ条件のみからなる親室率を導き出したものである。以下、親室率の導出について具体的に説明する。
＜避難開始時間の算定＞

本実施形態では、避難開始時間ｔ_st（s）は、煙層密度ρ_s(kg/m^３)、居室全体の床面積Ａ_R(m^２)、火災プルーム量に関わる係数ｋ、火災成長率Ｑ₀(kW/s^２)、天井高さＨ_R(m)、係数φを用いて、下記数式１０により算定する。係数φは好ましくは0.95以下、さらに好ましくは0.90以下（かつ0.80以上）の数値を用いる
（数式１０）

なお、避難開始時間ｔ_sｔは前記数式１０により算定するものとしたが、従来の方法等により避難開始時間を算定してもよい。ただ、数式１０によれば、建物の居室における親室と子室のレイアウトにかかわらず、安全な避難開始時間を算定することができるので便利である。
＜避難行動時間の算定＞

避難行動時間ｔ_acは在室者が居室内を歩行するときの居室内歩行時間ｔ_travelと、出口を通過するときの出口通過時間ｔ_queueからなる。この居室内歩行時間ｔ_travelは前記数式６で算定され、出口通過時間ｔ_queueは前記数式７で算定されるため、避難行動時間ｔ_acは下記数式１１で表される。
（数式１１）

また、一般に、数式１１の避難行動時間ｔ_acは居室の床面積の影響を受けやすいことに着目し、下記数式４に近似すると考えることができる。
（数式４）

よって、数式４による避難行動時間ｔ_acが数式１１の値以上となるようにαを求めると、
（数式１２）
となる。

一方、避難行動時間ｔ_acが数式１２の値をカバーできる居室床面積の範囲を求める。
（数式１３）

ここで、
（数式１４）
とおくと、
（数式１５）
となる。

これをｘについて解くと、
（数式１６）
となり、居室床面積の最小値と最大値は、
（数式１７）
となる。

すなわち、対象となる居室床面積の範囲は、図３に示すように、Ａ_Ｒの最小値と最大値の間となる。このとき居室床面積Ａ_Ｒの最小値が境界床面積Ａ_ｔｈとなり、後述の数式２１に用いられる。
＜避難時間及び仮想煙層高さの算定＞

前記数式１０による避難開始時間ｔ_stと、前記数式４による避難行動時間ｔ_acを合算すると下記数式１８により避難時間ｔ_eが算定される。
（数式１８）
（ａ）

一方、下記数式１により仮想避難時間ｔ_Ｓｅが設定される。これは、図２に示すように、避難開始時間ｔ_stと避難行動時間ｔ_acを合算した避難時間ｔ_eの床面積と時間の曲線が、限界煙層降下時間ｔ_Ｓｓに係る床面積と時間の曲線に類似することに着目し、当該限界煙層降下時間ｔ_Ｓｓのベースとなっている前記数式９の田中の簡易煙降下式を避難時間にも用いた仮想的な数式である。
（数式１）
（ｂ）
ｔ_Ｓｅ：仮想避難時間（s）
ρ_ｓ:煙層密度(kg/m^３)<一般に、初期火災とみなして1.0kg/m^３とおくことが多い>
Ａ_Ｒ：居室全体の床面積（m^２）
ｋ:火災プルーム量に関わる係数(-)<一般には0.08>］
Ｑ_０:火災成長率(kW/s^２)<室用途による。一般に、事務室0.102，会議室0.016など>
Ｚ_ｅ：仮想煙層高さ(m)
Ｈ_Ｒ：天井高さ(m)

ここで、避難時間ｔ_eと仮想避難時間ｔ_Ｓｅは、居室全体の床面積Ａ_ＲがＡ_ｔｈのときｔ_ｅ＝ｔ_Ｓｅとなり、下記数式１９のように避難時間ｔ_eと仮想避難時間ｔ_Ｓｅが近似するような仮想煙層高さＺ_ｅを決定したとき、Ａ_ｔｈを境界として避難時間ｔ_eと仮想避難時間ｔ_Ｓｅの値の大小が逆転する。
（数式１９）

境界となる居室床面積Ａ_ｔｈより大きい範囲では必ず（ａ）避難時間≦（ｂ）仮想避難時間となることから、本発明の対象床面積を境界床面積Ａ_ｔｈ以上とする設計条件を付加すると、Ａ_Ｒ≧Ａ_ｔｈの範囲において下記数式２０となる。
（数式２０）

これをＺｅを中心に展開すると、
（数式２１）
となり、この数式２１に境界床面積Ａ_ｔｈを与えれば、仮想煙層高さＺ_ｅの最小値が算定される。
（数式２２）
＜親室率の算定＞

仮想避難時間ｔ_Ｓｅは、上述のように下記数式１である。
（数式１）

また、限界煙層降下時間ｔ_Ｓｓは、下記数式２３となる。この限界煙層降下時間ｔ_Ｓｓとは、ある居室が子室により間仕切られた場合において、火災が発生した場合に該親室の限界煙層高さ（床面から煙の下面までの限界高さ）まで煙が溜まるまでの時間をいう。
（数式２３）
ｔ_Ｓｅ：仮想避難時間（s）
ｔ_Ｓｓ：限界煙層降下時間（s）
ρ_ｓ:煙層密度(kg/m^３)<初期火災とみなして1.0kg/m^３とおくことが多い>
Ａ_Ｒ：居室全体の床面積（m^２）
Ａ_Ｒｓ：親室の床面積（m^２）
ｋ:火災プルーム量に関わる係数(-)<一般には0.08>］
Ｑ_０:火災成長率(kW/s^２)<室用途による。事務室0.102，会議室0.016など>
Ｚ_ｅ：仮想煙層高さ(m)
Ｚ_ｓ：限界煙層高さ(m)
Ｈ_Ｒ：天井高さ(m)

これら仮想避難時間ｔ_Ｓｅ＝限界煙層降下時間ｔ_Ｓｓとおくと、
（数式２４）
となる。これは、図２に示すように、ある居室全体の床面積（例えば1,000m^２）の仮想避難時間ｔ_Ｓｅに対して、それと同じ時間となる限界煙層降下時間ｔ_Ｓｓを見れば、避難安全である親室の床面積（例えば500m^２）の下限値を確認することができる。

そして、数式２４を変形して、親室の床面積Ａ_Ｒｓと、居室全体の床面積Ａ_Ｒとの比率を求めると、下記数式２５のようになる。
（数式２５）

すなわち、この面積比率は、居室全体床面積に対する親室床面積の割合、すなわち親室率βであるので、下記数式で表される。
（数式２６）

このため限界煙層高さＺｓ、仮想煙層高さＺｅ、天井高さＨ_Ｒを数式２６にそれぞれ代入すれば、居室の親室率βを算定することができる。

なお、居室全体面積に対する子室床面積の割合、すなわち子室率β’を求めたい場合には、β’＝１−βとすればよい。
＜算定システム＞

次に前記避難開始時間の算定方法をコンピュータに適用した算定システム（以下、本システムという）について説明する。

本システムは、図４に示すように、各部を統括的に制御する制御部１００と、各種データを入力する入力部１１０と、親室率β等を算定する演算部１２０と、各種データや算定結果を記憶する記憶部１３０と、各種データや算定結果を出力する出力部１４０とを備えてなる。

前記入力部１１０は、例えば図５に示すように、プランの設計条件に係るデータ、当該フロアに係るデータ、計算上あらかじめ設定するデータなどの各種データが入力されるものであり、例えばＰＣの場合にはキーボードやマウスとなる。

前記演算部１２０は、前記制御部１００とともに主にＣＰＵ（中央演算処理装置）により構成されるものであり、数式２６による親室率βなどを算定する。この親室率βの算定のためのプログラムは記録媒体からダウンロードされてもよいし、あるいはインターネット等のネットワークからダウンロードされてもよい。

前記記憶部１３０は、キャッシュメモリやハードディスクなどで構成されるものであり、入力部１１０により入力された各種データや、演算部１２０により算定された親室率βなどを記憶する。

前記出力部１４０は、例えばＰＣの場合にはモニタから構成されるものであり、記憶部１３０に記憶されている算定結果である親室率β等を出力するものである。

而して、入力部１１０に各種データが入力されると、演算部１２０は所定のステップにより親室率β等を算定し、それを出力部１４０に出力する。このとき各種データや算定結果となる親室率β等は記憶部１３０に随時記憶される。

この演算部１２０によるステップとは以下のとおりである。
(1) 避難開始時間ｔ_st(s)を数式１０により算定する
(2) 避難行動時間ｔ_ac(s)を数式４により算定する
(3) 前記避難開始時間ｔ_st(s)と前記避難行動時間ｔ_ac(s)を合算して避難時間ｔ_e(s)を算定する、
(4) 煙層密度ρ_s(kg/m^３)、居室全体の床面積Ａ_R(m^２)、火災プルーム量に関わる係数ｋ、火災成長率Ｑ₀(kW/s^２)、天井高さＨ_R(m)を用いて、数式１により仮想避難時間ｔ_Ｓｅ(s)を設定する、
(5) 前記仮想避難時間ｔ_Ｓｅ(s)が前記避難時間ｔ_e(s)以上となるように仮想煙層高さＺ_ｅ(m)を算定する、
(6) 限界煙層高さＺ_ｓ(m)、仮想煙層高さＺ_ｅ(m)、天井高さＨ_Ｒ(m)を用いて、数式２により建物内居室の親室率βを算定する

なお、本実施形態では、係数φとして主に0.90の場合を例に挙げて説明したが、0.95以下の数値であれば、その他の数値であってもよい。

また、避難開始時間は数式１０、避難行動時間は数式４により算定したが、その他の算定式であってもよい。

１００…制御部
１１０…入力部
１２０…演算部
１３０…記憶部
１４０…出力部

Claims

建物の避難安全設計に際して、該建物内の居室の親室率βを算定する方法であって、
避難時間ｔ_e(s)を算定するステップと、
煙層密度ρ_s(kg/m^３)、居室全体の床面積Ａ_R(m^２)、火災プルーム量に関わる係数ｋ、火災成長率Ｑ₀(kW/s^２)、天井高さＨ_R(m)を用いて、下記数式１により仮想避難時間ｔ_Ｓｅ(s)を設定するステップと、
（数式１）
前記仮想避難時間ｔ_Ｓｅ(s)が前記避難時間ｔ_e(s)以上となるように上記数式１中の仮想煙層高さＺ_ｅ(m)を算定するステップと、
限界煙層高さＺ_ｓ(m)、前記仮想煙層高さＺ_ｅ(m)、天井高さＨ_Ｒ(m)を用いて、下記数式２により建物内居室の親室率βを算定するステップと、
（数式２）
を備えることを特徴とする親室率の算定方法。
前記避難時間ｔ_e(s)は、前記居室の在室者が火災に気づいて避難を開始するまでの避難開始時間ｔ_st(s)と、該在室者が避難を開始してから室外に移動するまでの避難行動時間ｔ_ac(s)とを合算するものであって、
前記避難開始時間ｔ_st(s)は、煙層密度ρ_s(kg/m^３)、居室全体の床面積Ａ_R(m^２)、火災プルーム量に関わる係数ｋ、火災成長率Ｑ₀(kW/s^２)、天井高さＨ_R(m)、0.95以下の係数φを用いて、下記数式３により算定する請求項１に記載の親室率の算定方法。
（数式３）
前記避難行動時間ｔ_ac(s)は、係数αと、居室床面積Ａ_R(m^２)を用いて、下記数式４により算定する請求項２に記載の親室率の算定方法。
（数式４）
建物の避難安全設計に際して、該建物内の居室の親室率βを算定するシステムであって、
各種数値を入力する入力手段と、
該入力手段により入力された各数値を用いて、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の算定方法に基づいて建物内居室の親室率βを算定する演算手段と、
該演算手段により算定された建物内居室の親室率βを出力する出力手段とを備えてなることを特徴とする親室率の算定システム。
コンピュータを、請求項４に記載の親室率βの算定システムとして機能させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能なプログラム。