JP7650210B2 - Fire-resistant design method for floor slabs - Google Patents
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Description
本発明は、床スラブの耐火設計方法に関する。 The present invention relates to a method for fire-resistant design of floor slabs.
下記特許文献1には、引張力伝達部材を含むスラブにおいて多角形状に区画された床部と、床部の周囲を下方から支持する耐火被覆梁と、床部の少なくとも1つの隅部に結合された耐火被覆が施された延長梁と、を備えた耐火構造物の設計方法が開示されている。この耐火構造物の設計方法では、耐火構造物が所定の条件で加熱された場合の床部のたわみの最大値を算出し、たわみの最大値が閾値未満であるか否かを判定している。閾値は、第1スパンの長さをL、床部の平面に沿うと共に第1スパンに交差する第2スパンの長さをlとしたときに、(L+l)/30の式で定められている。 The following Patent Document 1 discloses a design method for a fire-resistant structure that includes a floor section partitioned into a polygonal shape in a slab including a tensile force transmission member, a fire-resistant coated beam that supports the periphery of the floor section from below, and an extension beam with a fire-resistant coating that is connected to at least one corner of the floor section. In this design method for a fire-resistant structure, the maximum value of the deflection of the floor section when the fire-resistant structure is heated under specified conditions is calculated, and it is determined whether the maximum value of the deflection is less than a threshold value. The threshold value is determined by the formula (L + l) / 30, where L is the length of the first span and l is the length of the second span that is along the plane of the floor section and intersects the first span.
例えば、床スラブの耐火設計においては、火災時に床スラブが大きく変形し、スラブ内の鉄筋が全引張状態となることで、曲げ耐力以上の耐力を発揮する、所謂メンブレン効果を考慮することで、床スラブを設計する場合がある。メンブレン効果を考慮した場合には、床スラブの変形が大きくなるほど、鉄筋内の引張力が鉛直荷重を効果的に支持することができるため、変形が大きくなるほど火災時の耐力が増加する。 For example, in the fire resistance design of floor slabs, floor slabs are sometimes designed taking into account the so-called membrane effect, whereby the floor slab deforms significantly during a fire and the reinforcing bars in the slab are placed in a fully tensile state, exerting a strength greater than the bending strength. When the membrane effect is taken into account, the greater the deformation of the floor slab, the more effectively the tensile force in the reinforcing bars can support vertical loads, and so the greater the deformation, the greater the strength during a fire.
一方で、床スラブには、火災時の荷重支持能力(すなわち、非損傷性)だけでなく、遮熱性(すなわち、裏面温度が許容温度以下となること)と遮炎性(すなわち、非加熱側に炎が噴出するひび割れがないこと)が要求される。非損傷性については、上記メンブレン効果により、変形が大きくなるほど火災時の耐力が増加するため、変形が大きくなる方が有利となる。しかし、遮熱性と遮炎性については、床スラブの変形が大きくなることでコンクリートに大きなひび割れが発生し、この部分が弱点となることで遮熱性と遮炎性が喪失する可能性がある。 On the other hand, floor slabs are required to not only support the load during a fire (i.e., to be non-damaging), but also to have heat insulation (i.e., the backside temperature must be below an allowable temperature) and fire resistance (i.e., there must be no cracks that would allow flames to escape to the non-heated side). With regard to non-damage, due to the membrane effect mentioned above, the greater the deformation, the greater the resistance during a fire, so it is advantageous to have a larger deformation. However, with regard to heat insulation and fire resistance, large deformation of the floor slab can cause large cracks in the concrete, which can become weak points and result in the loss of heat insulation and fire resistance.
コンクリートのひび割れは、解析的に予測することは困難であり、遮熱性と遮炎性を確保するためには、耐火実験により性能確認を行う必要がある。その際、実大スケールで耐火実験を行うことは困難であることが多いため、縮小した試験体を用いて実験を行うことになる。 It is difficult to predict cracks in concrete analytically, and in order to ensure heat and fire insulation, performance must be confirmed through fire resistance experiments. Since it is often difficult to conduct fire resistance experiments on a full-scale scale, the experiments are carried out using reduced-scale specimens.
上記特許文献1に記載の耐火構造物の設計方法では、設計された床スラブが、スパンに依らずに耐火性能を有するかどうかは定かではなく、設計する床スラブの耐火性能は、実スケールで逐次耐火実験により性能確認を行う必要があるという課題がある。すなわち、特許文献1に記載の耐火構造物の設計方法では、縮小実験体を用いて性能確認をした実験結果を反映させるものではない(縮小試験体での実験結果を、実際のスケールの床スラブにどのように適用できるかは明らかでない)。 In the design method for fire-resistant structures described in Patent Document 1, it is unclear whether the designed floor slab has fire resistance regardless of the span, and there is a problem in that the fire resistance of the designed floor slab must be confirmed by sequential fire resistance experiments at an actual scale. In other words, the design method for fire-resistant structures described in Patent Document 1 does not reflect the results of experiments in which performance was confirmed using a reduced-scale test specimen (it is unclear how the results of experiments using a reduced-scale test specimen can be applied to an actual-scale floor slab).
本発明は上記事実を考慮し、耐火実験により耐火性能を有することが確認された実験コンクリート床スラブの実験結果を反映させて床スラブを設計する床スラブの耐火設計方法を提供することが目的である。 The present invention takes into consideration the above facts and aims to provide a method for designing a floor slab's fire resistance, which reflects the experimental results of an experimental concrete floor slab that has been confirmed to have fire resistance through fire resistance tests.
第1態様に記載の床スラブの耐火設計方法は、周囲が耐火構造の梁で支持される鉄筋コンクリート造の床スラブの耐火設計方法であり、設計する設計コンクリート床スラブを縮小化した実験コンクリート床スラブの周囲を実験梁で支持し、前記実験コンクリート床スラブに規定荷重を載荷して下面を加熱し、耐火性能を維持できる前記実験コンクリート床スラブの実験たわみ量を測定する工程と、前記設計コンクリート床スラブを支持する設計梁のスパンと前記実験コンクリート床スラブを支持する実験梁のスパンの比であるスパン比を算出する工程と、前記スパン比から前記実験たわみ量により、前記設計コンクリート床スラブのたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定する工程と、前記設計コンクリート床スラブの予め設定された火災時の設計たわみ量を推定する工程と、を備え、前記設計たわみ量が規定した前記規定たわみ量以下になるように床スラブを設計する。 The fire resistance design method for floor slabs described in the first aspect is a fire resistance design method for floor slabs of reinforced concrete construction, the periphery of which is supported by fire-resistant beams, and includes the steps of supporting an experimental concrete floor slab, which is a scaled-down version of the design concrete floor slab to be designed, with experimental beams, loading a specified load on the experimental concrete floor slab and heating the underside, and measuring the experimental deflection of the experimental concrete floor slab that can maintain its fire resistance; calculating a span ratio, which is the ratio of the span of the design beam supporting the design concrete floor slab to the span of the experimental beam supporting the experimental concrete floor slab; specifying a specified deflection amount corresponding to the upper limit of the deflection amount of the design concrete floor slab from the span ratio and the experimental deflection amount; and estimating a preset design deflection amount of the design concrete floor slab in the event of a fire, and designing the floor slab so that the design deflection amount is equal to or less than the specified deflection amount.
第1態様に記載の床スラブの耐火設計方法によれば、床スラブの火災時には、鉄筋コンクリート造の床スラブに作用する載荷荷重や自重、下部からの加熱等により、床スラブの中央部が下方に向かって凸となるようにたわむ。ここで、床スラブの周囲が耐火構造の梁で支持されている場合、メンブレン効果により、床スラブの中央部が撓むことにより伸びた鉄筋がそれぞれ交差する方向に引張力を伝達する。このため、火災時の荷重支持能力が向上する。 According to the fire-resistant design method for floor slabs described in the first aspect, in the event of a fire in the floor slab, the central part of the floor slab will bend downward and become convex due to the load and weight acting on the reinforced concrete floor slab, heat from below, etc. Here, if the periphery of the floor slab is supported by fire-resistant beams, the membrane effect causes the bending of the central part of the floor slab to cause the stretched reinforcing bars to transmit tensile forces in the directions in which they intersect. This improves the load-bearing capacity in the event of a fire.
一方、床スラブのたわみが大きくなると、荷重支持能力は向上するが、床スラブにひび割れが発生し、遮熱性及び遮炎性を喪失する。 On the other hand, if the deflection of the floor slab increases, the load-bearing capacity improves, but cracks will appear in the floor slab, causing it to lose its heat and fire insulation properties.
このため、遮熱性と遮炎性が喪失する大きさのひび割れが生じない実験たわみ量を実験コンクリートスラブ床で測定する。 For this reason, the experimental deflection amount that does not cause cracks large enough to cause a loss of heat and fire insulation properties is measured on the experimental concrete slab floor.
そして、設計コンクリート床スラブを支持する設計梁のスパンと実験コンクリート床スラブを支持する実験梁のスパンの比であるスパン比を算出する。このスパン比から実験たわみ量により、設計コンクリート床スラブのたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定する。さらに、設計コンクリート床スラブの予め設定された火災時の設計たわみ量を推定する。次に、設計たわみ量が規定した規定たわみ量以下になるように床スラブを設計して、耐火性能を満たすようにする。このため、耐火実験により耐火性能を有することが確認された実験コンクリート床スラブの実験結果を反映させて床スラブを設計することができる。 Then, a span ratio is calculated, which is the ratio of the span of the design beam supporting the design concrete floor slab to the span of the experimental beam supporting the experimental concrete floor slab. From this span ratio, a specified deflection amount corresponding to the upper limit of the deflection amount of the design concrete floor slab is specified based on the experimental deflection amount. Furthermore, a preset design deflection amount of the design concrete floor slab in the event of a fire is estimated. Next, the floor slab is designed so that the design deflection amount is equal to or less than the specified deflection amount, thereby satisfying the fire resistance performance. Therefore, the floor slab can be designed by reflecting the experimental results of the experimental concrete floor slab that was confirmed to have fire resistance performance by the fire resistance test.
第2態様に記載の床スラブの耐火設計方法は、第1態様に記載の床スラブの耐火設計方法において、前記スパン比は、前記設計梁の短辺スパンと前記実験梁の短辺スパンとの比である。 The fire-resistant design method for floor slabs described in the second aspect is the fire-resistant design method for floor slabs described in the first aspect, in which the span ratio is the ratio between the short side span of the design beam and the short side span of the experimental beam.
設計する設計コンクリート床スラブを縮小化した実験コンクリート床スラブでは、設計梁の短辺スパンと実験梁の短辺スパンとの比と、設計梁の長辺スパンと実験梁の長辺スパンとの比と、が異なる場合があり、設計梁の短辺スパンと実験梁の短辺スパンとの比の方が厳しい場合が多い。第2態様に記載の床スラブの耐火設計方法によれば、設計梁の短辺スパンと実験梁の短辺スパンとの比を用いることで、より厳しいスパン比から実験たわみ量により、設計コンクリート床スラブのたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定することが可能となる。 In an experimental concrete floor slab that is a scaled-down version of the design concrete floor slab to be designed, the ratio of the short side span of the design beam to the short side span of the experimental beam may differ from the ratio of the long side span of the design beam to the long side span of the experimental beam, and the ratio of the short side span of the design beam to the short side span of the experimental beam is often stricter. According to the fire-resistant design method for floor slabs described in the second aspect, by using the ratio of the short side span of the design beam to the short side span of the experimental beam, it is possible to specify a prescribed deflection amount that corresponds to the upper limit of the deflection amount of the design concrete floor slab based on the experimental deflection amount from the stricter span ratio.
第3態様に記載の床スラブの耐火設計方法は、第1態様又は第2態様に記載の床スラブの耐火設計方法において、前記設計たわみ量が前記規定たわみ量を超える場合は、前記設計コンクリート床スラブの配筋を増加し、前記梁に連結される複数の小梁のうち無耐火被覆とする小梁を減らし、又は前記設計コンクリート床スラブの厚さを厚くする。 The fire-resistant design method for floor slabs described in the third aspect is the fire-resistant design method for floor slabs described in the first or second aspect, in which, if the design deflection exceeds the specified deflection, the reinforcement of the design concrete floor slab is increased, the number of sub-beams connected to the beam that are not fire-resistant coated is reduced, or the thickness of the design concrete floor slab is increased.
第3態様に記載の床スラブの耐火設計方法によれば、設計たわみ量が規定たわみ量を超える場合は、設計コンクリート床スラブの配筋を増加し、梁に連結される複数の小梁のうち無耐火被覆とする小梁を減らし、又は設計コンクリート床スラブの厚さを厚くする。これにより、設計たわみ量が規定した規定たわみ量以下になるように床スラブを設計することができる。 According to the fire-resistant design method for floor slabs described in the third aspect, if the design deflection exceeds the specified deflection, the reinforcement of the design concrete floor slab is increased, the number of sub-beams connected to the beam that do not have fire-resistant coating is reduced, or the thickness of the design concrete floor slab is increased. This allows the floor slab to be designed so that the design deflection is equal to or less than the specified deflection.
第4態様に記載の床スラブの耐火設計方法は、第1態様から第3態様までのいずれか1つの態様に記載の床スラブの耐火設計方法において、前記設計コンクリート床スラブの下側に防火区画壁が配置されているときは、前記防火区画壁の上側の前記設計コンクリート床スラブの設計たわみ量を予測し、前記設計たわみ量が前記防火区画壁の許容鉛直変位を超える場合は、前記防火区画壁に近い位置に配置された小梁を耐火被覆する。 The fire resistance design method for floor slabs described in the fourth aspect is the fire resistance design method for floor slabs described in any one of the first to third aspects, in which, when a fire compartment wall is arranged below the design concrete floor slab, the design deflection of the design concrete floor slab above the fire compartment wall is predicted, and when the design deflection exceeds the allowable vertical displacement of the fire compartment wall, the small beams arranged in a position close to the fire compartment wall are fire-resistant coated.
第4態様に記載の床スラブの耐火設計方法によれば、設計コンクリート床スラブの下側に防火区画壁が配置されているときは、防火区画壁の上側の設計コンクリート床スラブの設計たわみ量を予測する。そして、設計たわみ量が防火区画壁の許容鉛直変位を超える場合は、防火区画壁に近い位置に配置された小梁を耐火被覆する。これにより、防火区画壁に近い位置に配置された小梁のたわみが抑制され、床スラブの変形により防火区画壁が破壊することを防止又は抑制することができる。 According to the fire resistance design method for floor slabs described in the fourth aspect, when a fire compartment wall is placed below the design concrete floor slab, the design deflection of the design concrete floor slab above the fire compartment wall is predicted. If the design deflection exceeds the allowable vertical displacement of the fire compartment wall, the small beams placed near the fire compartment wall are fire-resistant covered. This suppresses the deflection of the small beams placed near the fire compartment wall, and prevents or suppresses the destruction of the fire compartment wall due to deformation of the floor slab.
本発明に係る床スラブの耐火設計方法によれば、耐火実験により耐火性能を有することが確認された実験コンクリート床スラブの実験結果を反映させて床スラブを設計することができる。 The method for designing a floor slab for fire resistance according to the present invention allows floor slabs to be designed by reflecting the experimental results of an experimental concrete floor slab that has been confirmed to have fire resistance through fire resistance tests.
本発明の実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、本発明と関連性の低いものは図示を省略している。なお、各図面において適宜示される矢印UPで示す方向を鉛直方向の上方側とする。 The embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that items that are less relevant to the present invention are omitted from the illustrations. Note that the direction indicated by the arrow UP shown appropriately in each drawing is the upward vertical direction.
〔第1実施形態〕
図1~図7等を用いて、第1実施形態に係る床スラブの耐火設計方法について説明する。
First Embodiment
A fire resistance design method for a floor slab according to the first embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 7 etc.
<床スラブを備えた建物の構成>
まず、本実施形態に係る床スラブの耐火設計方法について説明する前に、床スラブを備えた建物について説明する。図1(A)、(B)は、床スラブを備えた建物の一例(標準的な例)を示す平面図及び立面図である。図1(A)、(B)に示されるように、建物10は、枠状に配置された4本の耐火被覆梁12と、対向する2本の耐火被覆梁12の間に長手方向と略直交する方向に複数掛け渡された無耐火被覆小梁16と、を備えている。さらに、建物10は、耐火被覆梁12と無耐火被覆小梁16によって支持された床スラブ18を備えている。
<Building structure with floor slab>
First, before describing the fire-resistant design method for a floor slab according to the present embodiment, a building equipped with a floor slab will be described. Figures 1(A) and (B) are plan and elevation views showing an example (standard example) of a building equipped with a floor slab. As shown in Figures 1(A) and (B), the building 10 includes four fire-resistant covered beams 12 arranged in a frame shape, and a plurality of non-fire-resistant covered girders 16 that are hung between two opposing fire-resistant covered beams 12 in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction. Furthermore, the building 10 includes a floor slab 18 supported by the fire-resistant covered beams 12 and the non-fire-resistant covered girders 16.
図1(A)、(B)に示す建物10の例では、無耐火被覆小梁16は4本であるが、無耐火被覆小梁16の本数は変更可能である。なお、図1では、耐火被覆梁12と無耐火被覆小梁16とを区別するため、耐火被覆梁12にトッドを付している(図1(A)参照)。 In the example of the building 10 shown in Figures 1(A) and (B), there are four non-fire-resistant coated girders 16, but the number of non-fire-resistant coated girders 16 can be changed. In Figure 1, to distinguish between the fire-resistant coated girders 12 and the non-fire-resistant coated girders 16, the fire-resistant coated girders 12 are marked with dots (see Figure 1(A)).
一例として、耐火被覆梁12は、表面に耐火被覆が施されたH型鋼である。耐火被覆梁12は、耐火構造の梁の一例である。H型鋼の表面の耐火被覆としては、例えば、ロックウールなどの断熱材が用いられている。また、無耐火被覆小梁16は、表面に耐火被覆が施されていないH型鋼であり、耐火被覆梁12よりも細い。 As an example, the fire-resistant coated beam 12 is an H-shaped steel with a fire-resistant coating applied to its surface. The fire-resistant coated beam 12 is an example of a beam with a fire-resistant structure. For example, a heat insulating material such as rock wool is used as the fire-resistant coating on the surface of the H-shaped steel. The non-fire-resistant coated sub-beam 16 is an H-shaped steel without a fire-resistant coating applied to its surface, and is thinner than the fire-resistant coated beam 12.
床スラブ18は、耐火被覆梁12と無耐火被覆小梁16の上部側に配置されており、耐火被覆梁12と無耐火被覆小梁16に下方から支持されている。床スラブ18は、鉄筋コンクリート造の床スラブである。床スラブ18は、コンクリートを打設して硬化させた矩形状のコンクリート部20を備えており、コンクリート部20の内部に鉄筋(図示省略)が配筋されている。床スラブ18の周囲である4辺は、4本の耐火被覆梁12で支持されており、床スラブ18の中央部は、複数の無耐火被覆小梁16で支持されている。 The floor slab 18 is disposed above the fire-resistant covered beams 12 and non-fire-resistant covered joists 16, and is supported from below by the fire-resistant covered beams 12 and non-fire-resistant covered joists 16. The floor slab 18 is a floor slab made of reinforced concrete. The floor slab 18 has a rectangular concrete section 20 formed by pouring and hardening concrete, and reinforcing bars (not shown) are arranged inside the concrete section 20. The four sides of the periphery of the floor slab 18 are supported by four fire-resistant covered beams 12, and the center of the floor slab 18 is supported by multiple non-fire-resistant covered joists 16.
図10(A)、(B)は、床スラブを備えた建物の他の例(派生パターン)を示す平面図及び立面図である。図10(A)、(B)に示されるように、建物100は、図1に示す建物10の構造に代えて、対向する2本の耐火被覆梁12の間に長手方向と略直交する方向に複数掛け渡された耐火被覆小梁14及び無耐火被覆小梁16を備えている。図10に示す例では、耐火被覆小梁14は1本であり、無耐火被覆小梁16は3本である。図10では、耐火被覆梁12と耐火被覆小梁14と無耐火被覆小梁16とを区別するため、耐火被覆梁12と耐火被覆小梁14にトッドを付しており(図10(A)参照)、小梁である耐火被覆小梁14と無耐火被覆小梁16の太さを変えている(図10(B)参照)。 10(A) and (B) are plan and elevation views showing another example (derived pattern) of a building with a floor slab. As shown in FIG. 10(A) and (B), the building 100 has a plurality of fire-resistant coated joists 14 and non-fire-resistant coated joists 16 that are hung between two opposing fire-resistant coated joists 12 in a direction approximately perpendicular to the longitudinal direction, instead of the structure of the building 10 shown in FIG. 1. In the example shown in FIG. 10, there is one fire-resistant coated joist 14 and three non-fire-resistant coated joists 16. In FIG. 10, to distinguish the fire-resistant coated joists 12, the fire-resistant coated joists 14, and the non-fire-resistant coated joists 16, dots are attached to the fire-resistant coated joists 12 and the fire-resistant coated joists 14 (see FIG. 10(A)), and the thicknesses of the fire-resistant coated joists 14 and the non-fire-resistant coated joists 16, which are joists, are different (see FIG. 10(B)).
一例として、耐火被覆小梁14は、表面に耐火被覆が施されたH型鋼であり、耐火被覆梁12よりも細い。 As an example, the fire-resistant coated beam 14 is an H-shaped steel beam with a fire-resistant coating on its surface, and is thinner than the fire-resistant coated beam 12.
床スラブ18は、耐火被覆梁12と耐火被覆小梁14と無耐火被覆小梁16に下方から支持されている。なお、建物100の他の構成は、図1に示す建物10の構成と同様である。 The floor slab 18 is supported from below by fire-resistant covered beams 12, fire-resistant covered joists 14, and non-fire-resistant covered joists 16. The rest of the structure of the building 100 is the same as that of the building 10 shown in FIG. 1.
<床スラブの耐火設計方法の具体例>
次に、本実施形態の床スラブの耐火設計方法について説明する。
<Specific examples of fire-resistant design methods for floor slabs>
Next, a method for fire-resistant design of the floor slab according to this embodiment will be described.
本実施形態の床スラブの耐火設計方法は、周囲が耐火被覆された梁(図1又は図10に示す耐火被覆梁12を参照)で支持される鉄筋コンクリート造の床スラブ(図1又は図10に示す床スラブ18参照)を設計するための床スラブの耐火設計方法である。 The fire resistance design method for floor slabs in this embodiment is a fire resistance design method for floor slabs for designing a reinforced concrete floor slab (see floor slab 18 shown in Figure 1 or Figure 10) supported by a beam with a fire resistance coating around its perimeter (see fire resistance coating beam 12 shown in Figure 1 or Figure 10).
(加熱実験工程)
本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、加熱実験工程で、設計する設計コンクリート床スラブを縮小化した実験コンクリート床スラブに規定荷重を載荷して加熱し、耐火性能を維持できる実験コンクリート床スラブの実験たわみ量を測定する。より具体的に説明すると、加熱実験工程では、設計する設計コンクリート床スラブを縮小化した実験コンクリート床スラブを用いて載荷加熱実験を行う。図2は、載荷加熱実験に用いる試験体(すなわち、縮小試験体)30を示す平面図であり、図3は、試験体30を示す立面図である。
(Heating experiment process)
In the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, in the heating experiment step, a specified load is applied to an experimental concrete floor slab, which is a scaled-down version of a design concrete floor slab, and the experimental deflection of the experimental concrete floor slab that can maintain its fire resistance is measured. More specifically, in the heating experiment step, a loaded heating experiment is performed using an experimental concrete floor slab, which is a scaled-down version of a design concrete floor slab. Figure 2 is a plan view showing a test specimen (i.e., a scaled-down test specimen) 30 used in the loaded heating experiment, and Figure 3 is an elevational view showing the test specimen 30.
ここで、「縮小化」とは、設計コンクリート床スラブに応じて実験コンクリート床スラブの配筋、厚み、及び断面形状等を縮小化するという意味である。すなわち、「縮小化」には、設計コンクリート床スラブの各構成を正確な割合で縮小化した実験コンクリート床スラブに限られず、設計コンクリート床スラブに対して、実験コンクリート床スラブの配筋や厚みや断面形状等が変わっている場合も含まれ、また、配筋やスラブの厚み、断面形状等が同じで、スパンのみが変わっているような場合も含まれる。 Here, "downsizing" means reducing the reinforcement, thickness, cross-sectional shape, etc. of the experimental concrete floor slab in accordance with the design concrete floor slab. In other words, "downsizing" is not limited to an experimental concrete floor slab in which each component of the design concrete floor slab has been reduced in size by an exact ratio, but also includes cases in which the reinforcement, thickness, cross-sectional shape, etc. of the experimental concrete floor slab have been changed compared to the design concrete floor slab, and also includes cases in which the reinforcement, slab thickness, cross-sectional shape, etc. are the same and only the span has been changed.
図2及び図3に示されているように、試験体30は、実験床スラブ32を備えている。実験床スラブ32は、設計する設計コンクリート床スラブとしての設計床スラブ62(図5参照)を縮小化した実験コンクリート床スラブの一例である。また、試験体30は、実験床スラブ32の周囲の4辺を支持する4本の実験梁34と、4本の実験梁34をそれぞれ第1炉壁36に固定するブラケット35と、を備えている(図3参照)。また、試験体30は、第1炉壁36の下側に配置されて第1炉壁36を支持すると共に幅が第1炉壁36の幅よりも大きい第2炉壁38と、を備えている(図3参照)。さらに、試験体30は、実験床スラブ32の長手方向の中央部に配置されると共に実験床スラブ32を支持する小梁40を備えている。小梁40は、実験床スラブ32の長手方向と交差(本実施形態では直交)する方向に配置されており、両側の実験梁34に掛け渡されている。図2では、実験梁34と小梁40は実線で示している。 2 and 3, the test specimen 30 includes an experimental floor slab 32. The experimental floor slab 32 is an example of an experimental concrete floor slab that is a scaled-down version of the design floor slab 62 (see FIG. 5) as a design concrete floor slab to be designed. The test specimen 30 also includes four experimental beams 34 that support the four sides of the experimental floor slab 32, and brackets 35 that fix the four experimental beams 34 to the first furnace wall 36 (see FIG. 3). The test specimen 30 also includes a second furnace wall 38 that is arranged below the first furnace wall 36, supports the first furnace wall 36, and has a width greater than that of the first furnace wall 36 (see FIG. 3). The test specimen 30 also includes a small beam 40 that is arranged in the center of the experimental floor slab 32 in the longitudinal direction and supports the experimental floor slab 32. The small beam 40 is arranged in a direction that intersects (orthogonal in this embodiment) the longitudinal direction of the experimental floor slab 32, and is hung across the experimental beams 34 on both sides. In Figure 2, the experimental beam 34 and the sub-beam 40 are shown in solid lines.
実験床スラブ32は、略矩形状に形成されたコンクリート部42と、コンクリート部42の内部に配筋された鉄筋44と、を備えている(図2参照)。鉄筋44は、コンクリート部42の長手方向と直交する方向(短手方向)に配置された複数の主筋46と、コンクリート部42の長手方向に配置された複数の配力筋48と、を備えている(図2参照)。複数の主筋46及び複数の配力筋48は、それぞれ間隔をおいて配置されており、略格子状とされている。 The experimental floor slab 32 comprises a concrete section 42 formed in a substantially rectangular shape, and reinforcing bars 44 arranged inside the concrete section 42 (see FIG. 2). The reinforcing bars 44 comprise a plurality of main bars 46 arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the concrete section 42 (short direction), and a plurality of distribution bars 48 arranged in the longitudinal direction of the concrete section 42 (see FIG. 2). The plurality of main bars 46 and the plurality of distribution bars 48 are each arranged at intervals, forming a substantially lattice pattern.
実験床スラブ32の上部には、予め定められた載荷用の積載部材(図示省略)が載せられることで、規定荷重が載荷される。規定荷重は、例えば、4900N/m2である。本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、実験床スラブ32に規定荷重を載荷して加熱する載荷加熱実験を行い、耐火性能を維持できる実験床スラブ32の実験たわみ量を測定する。図示を省略するが、試験体30では、実験床スラブ32の長手方向及び長手方向と直交する方向(短手方向)にワイヤを張架し、ワイヤに設けられた変形計により実験たわみ量を測定する。 A predetermined loading member (not shown) for loading is placed on the upper part of the experimental floor slab 32, and a specified load is applied. The specified load is, for example, 4900 N/ m2 . In the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, a loaded heating experiment is performed in which the experimental floor slab 32 is loaded with a specified load and heated, and the experimental deflection amount of the experimental floor slab 32 that can maintain its fire resistance performance is measured. Although not shown, in the test specimen 30, wires are stretched in the longitudinal direction and in the direction perpendicular to the longitudinal direction (short direction) of the experimental floor slab 32, and the experimental deflection amount is measured by a deformation meter provided on the wire.
載荷加熱実験では、一例として、実験床スラブ32の下面側から火炎して実験床スラブ32を加熱する。実験床スラブ32の加熱時間は、設計床スラブ62の予め設定された加熱時間(例えば、108分)と同等以上の加熱時間とされている。一例として、実験床スラブ32の加熱時間は、8時間である。 In the load heating experiment, as an example, the experimental floor slab 32 is heated by a flame from the underside of the experimental floor slab 32. The heating time of the experimental floor slab 32 is set to be equal to or longer than the preset heating time of the design floor slab 62 (e.g., 108 minutes). As an example, the heating time of the experimental floor slab 32 is 8 hours.
図4に示されるように、一例として、試験体30の実験床スラブ32では、長手方向と交差する方向における実験梁34の短辺スパンL1(図2中のL1参照)は、3.5mであり、長手方向における実験梁34の長辺スパンL2(図2中のL2参照)は、6.2mである。また、実験床スラブ32の加熱終了時(一例として、8時間経過時)の最大たわみは、150mmである。この実験床スラブ32の加熱終了時の最大たわみは、実験たわみ量の一例である。 As shown in FIG. 4, for example, in the experimental floor slab 32 of the test specimen 30, the short side span L1 (see L1 in FIG. 2) of the experimental beam 34 in the direction intersecting the longitudinal direction is 3.5 m, and the long side span L2 (see L2 in FIG. 2) of the experimental beam 34 in the longitudinal direction is 6.2 m. In addition, the maximum deflection of the experimental floor slab 32 at the end of heating (after 8 hours, as an example) is 150 mm. This maximum deflection of the experimental floor slab 32 at the end of heating is an example of the experimental deflection amount.
(スパン比算出工程)
本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、スパン比算出工程で、設計床スラブ62を支持する設計耐火被覆梁64(図5参照)のスパンと実験床スラブ32を支持する実験梁34のスパンの比であるスパン比を算出する。設計床スラブ62は、設計する設計コンクリート床スラブの一例である。設計耐火被覆梁64は、設計梁の一例である。なお、スパン比算出工程は、必ずしも加熱実験工程の後に実施する必要はない。
(Span ratio calculation process)
In the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, a span ratio is calculated in the span ratio calculation step, which is the ratio of the span of a design fire-resistant covered beam 64 (see FIG. 5) supporting a design floor slab 62 to the span of an experimental beam 34 supporting an experimental floor slab 32. The design floor slab 62 is an example of a design concrete floor slab to be designed. The design fire-resistant covered beam 64 is an example of a design beam. The span ratio calculation step does not necessarily have to be performed after the heating experiment step.
図4に示されるように、設計床スラブ62(図5参照)では、設計耐火被覆梁64の短辺スパンは、7.2mであり、設計耐火被覆梁64の長辺スパンは、10.3mである。 As shown in Figure 4, for the design floor slab 62 (see Figure 5), the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 is 7.2 m, and the long side span of the design fire-resistant covered beam 64 is 10.3 m.
本実施形態では、スパン比は、設計耐火被覆梁64の短辺スパンと実験梁34の短辺スパンとの比としている。図4に示す例では、スパン比は、設計耐火被覆梁64の短辺スパンと実験梁34の短辺スパンL1との比である「7.2/3.5」となる。 In this embodiment, the span ratio is the ratio between the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 and the short side span of the experimental beam 34. In the example shown in FIG. 4, the span ratio is "7.2/3.5", which is the ratio between the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 and the short side span L1 of the experimental beam 34.
(規定たわみ量の設定工程)
本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、規定たわみ量の設定工程で、上記のスパン比から実験たわみ量により、設計床スラブ62のたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定する。規定たわみ量は、クライテリア(すなわち、基準値である設計クライテリア)である。図4に示す例では、スパン比(すなわち、7.2/3.5)から実験たわみ量(すなわち、150mm)により、設計床スラブ62のたわみ量の上限に対応する規定たわみ量は、308mm〔=105×(7.2/3.5)〕となる。
(Setting the specified deflection amount)
In the fire-resistant design method for floor slabs of this embodiment, in the step of setting the prescribed deflection, the prescribed deflection corresponding to the upper limit of the deflection of the design floor slab 62 is prescribed from the span ratio and the experimental deflection. The prescribed deflection is a criterion (i.e., a design criterion that is a reference value). In the example shown in Fig. 4, the prescribed deflection corresponding to the upper limit of the deflection of the design floor slab 62 is 308 mm [= 105 x (7.2/3.5)] from the span ratio (i.e., 7.2/3.5) and the experimental deflection (i.e., 150 mm).
(設計たわみ量の推定工程)
本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、設計たわみ量の推定工程で、設計床スラブ62の予め設定された火災時の設計たわみ量を推定する。一例として、設計床スラブ62の予め設定された火災時の設計たわみ量は、熱応力解析により推定する。また、「予め設定された火災時」としては、例えば、設計床スラブ62を下面側から火炎し、加熱時間(すなわち、設計加熱時間)を108分としている。
(Design deflection estimation process)
In the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, the design deflection of the design floor slab 62 in a preset fire event is estimated in the design deflection estimation step. As an example, the design deflection of the design floor slab 62 in a preset fire event is estimated by thermal stress analysis. In addition, as the "preset fire event", for example, the design floor slab 62 is set to a fire from the underside, and the heating time (i.e., the design heating time) is set to 108 minutes.
図5には、設計床スラブ62を備えた設計モデル60の一例が斜視図にて示されている。図5に示されるように、設計モデル60は、設計床スラブ62と、設計床スラブ62の周囲の4辺を支持する設計梁の一例としての4本の設計耐火被覆梁64と、を備えている。設計耐火被覆梁64は、耐火構造の設計梁である。また、設計モデル60は、設計床スラブ62の長手方向と交差(本実施形態では、直交)する方向に配置されると共に2本の設計耐火被覆梁64に掛け渡された耐火被覆小梁66(本例では1本)及び複数(本例では3本)の無耐火被覆小梁68を備えている。4本の設計耐火被覆梁64の4隅は、柱70に接合されている。柱70は、例えば、耐火被覆された柱である。 5 shows an example of a design model 60 with a design floor slab 62 in a perspective view. As shown in FIG. 5, the design model 60 includes a design floor slab 62 and four design fire-resistant covered beams 64 as an example of design beams that support the four sides of the design floor slab 62. The design fire-resistant covered beams 64 are fire-resistant design beams. The design model 60 also includes a fire-resistant covered sub-beam 66 (one in this example) and a plurality of (three in this example) non-fire-resistant covered sub-beams 68 that are arranged in a direction intersecting (orthogonal in this embodiment) the longitudinal direction of the design floor slab 62 and that are hung across the two design fire-resistant covered beams 64. The four corners of the four design fire-resistant covered beams 64 are joined to columns 70. The columns 70 are, for example, fire-resistant covered columns.
図5に示す設計床スラブ62を備えた設計モデル60のたわみは、有限要素解析ソフトウェアによる熱応力解析や、応力状態を仮定した簡易計算などにより変形状態を算定する。 The deflection of the design model 60 with the design floor slab 62 shown in Figure 5 is calculated by thermal stress analysis using finite element analysis software or simplified calculations assuming a certain stress state.
図6には、加熱時間と設計床スラブ62の最大たわみとの関係が示されている。図6の例では、設計床スラブ62の最大たわみは、設計床スラブ62と図5中の手前側の2本の無耐火被覆小梁68のうちの真ん中付近の相対たわみの最大値である。図6に示すグラフから、設計床スラブ62の予め設定された加熱時のたわみ量が推定される。本実施形態では、設計加熱時間は、108分である。設計加熱時間の108分の時点では、設計床スラブ62の最大たわみは、300mmである(図7参照)。 Figure 6 shows the relationship between the heating time and the maximum deflection of the design floor slab 62. In the example of Figure 6, the maximum deflection of the design floor slab 62 is the maximum value of the relative deflection between the design floor slab 62 and the two non-fire-resistant coated girders 68 near the center in the foreground in Figure 5. From the graph shown in Figure 6, the deflection amount of the design floor slab 62 at the preset time of heating is estimated. In this embodiment, the design heating time is 108 minutes. At 108 minutes into the design heating time, the maximum deflection of the design floor slab 62 is 300 mm (see Figure 7).
(設計手法)
次に、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、設計床スラブ62の設計たわみ量が規定した規定たわみ量以下になるように床スラブを設計する。これにより、設計床スラブ62が耐火性能を満たすようにする。
(Design Method)
Next, in the method for fire-resistant design of a floor slab according to the present embodiment, the floor slab is designed so that the design deflection of the designed floor slab 62 is equal to or less than a prescribed deflection. This allows the designed floor slab 62 to satisfy the fire resistance performance.
対象となる床スラブの下階からの出火時の床スラブの耐火性としては、床スラブの最大たわみが、下記の数1の式を満たすことが好ましい。また、床スラブの裏面温度の最大値が、許容温度(設計クライテリア、例えば、160℃)以下であることが好ましい。ここで、床スラブの裏面温度は、床スラブの火炎側に対して反対側の温度である。 In terms of the fire resistance of a floor slab in the event of a fire breaking out from the floor below the target floor slab, it is preferable that the maximum deflection of the floor slab satisfies the following formula 1. It is also preferable that the maximum back surface temperature of the floor slab is equal to or lower than the allowable temperature (design criteria, for example, 160°C). Here, the back surface temperature of the floor slab is the temperature on the side opposite the flame side of the floor slab.
本実施形態の床スラブの耐火設計方法において、図4に示す例では、設計床スラブ62の規定たわみ量(最大たわみ、すなわち、設計クライテリア)は、308mmである(図4及び図7参照)。図6に示されるように、設計床スラブ62の加熱時のたわみ変形においては、設計加熱時間の108分時点において設計床スラブ62の最大たわみ量(すなわち、300mm)は、規定たわみ量(すなわち、設計クライテリア)である308mmに達していないことが確認できる。 In the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, in the example shown in Figure 4, the specified deflection amount (maximum deflection, i.e., design criteria) of the design floor slab 62 is 308 mm (see Figures 4 and 7). As shown in Figure 6, in the deflection deformation of the design floor slab 62 during heating, it can be confirmed that the maximum deflection amount (i.e., 300 mm) of the design floor slab 62 at the 108 minute point of the design heating time does not reach the specified deflection amount (i.e., design criteria) of 308 mm.
また、図7に示されるように、熱伝導解析により火災時の設計床スラブ62の裏面温度を測定したところ、設計加熱時間の108分の時点の設計床スラブ62の裏面温度は、70℃である。この設計床スラブ62の裏面温度は、規定裏面温度(すなわち、設計クライテリア)である160℃よりも小さいことが確認できる。 As shown in Figure 7, when the backside temperature of the design floor slab 62 during a fire was measured using heat conduction analysis, the backside temperature of the design floor slab 62 at 108 minutes into the design heating time was 70°C. It can be confirmed that this backside temperature of the design floor slab 62 is lower than the specified backside temperature (i.e., the design criteria) of 160°C.
一方、火災時の設計床スラブの設計たわみ量が規定たわみ量を超える場合は、設計床スラブの配筋を増加してもよいし、梁(例えば、設計耐火被覆梁64)に連結される複数の小梁のうち無耐火被覆小梁を減らしてもよい。また、これらに代えて、設計床スラブの厚さを厚くしてもよい。 On the other hand, if the design deflection of the design floor slab during a fire exceeds the prescribed deflection, the reinforcement of the design floor slab may be increased, or the number of non-fire-resistant coated sub-beams among the multiple sub-beams connected to the beam (e.g., the design fire-resistant coated beam 64) may be reduced. Alternatively, the thickness of the design floor slab may be increased.
<作用及び効果>
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
<Action and Effects>
Next, the operation and effects of this embodiment will be described.
まず、本実施形態の床スラブの耐火設計方法を説明する前に、建物に設けられた床スラブの火災時の状態について説明する。床スラブの火災時には、鉄筋コンクリート造の床スラブに作用する載荷荷重や自重等により、床スラブの中央部が下方に向かって凸となるようにたわむ。ここで、床スラブの周囲の4辺が耐火被覆した梁で支持されている場合、メンブレン効果により、床スラブの中央部が撓むことにより伸びた鉄筋がそれぞれ交差する方向に引張力を伝達する。このため、火災時の荷重支持能力が向上する。 Before explaining the fire resistance design method for floor slabs in this embodiment, the state of a floor slab installed in a building during a fire will be described. During a fire in a floor slab, the load and self-weight acting on the reinforced concrete floor slab will cause the center of the floor slab to bend downward and become convex. Here, if the four sides around the periphery of the floor slab are supported by fire-resistant covered beams, the membrane effect will cause the bending of the center of the floor slab to cause the stretched rebars to transmit tensile forces in the directions where they intersect. This improves the load-bearing capacity during a fire.
一方、床スラブのたわみが大きくなると、荷重支持能力は向上するが、床スラブにひび割れが発生し、遮熱性及び遮炎性を喪失する。 On the other hand, if the deflection of the floor slab increases, the load-bearing capacity improves, but cracks will appear in the floor slab, causing it to lose its heat and fire insulation properties.
図11(A)、(B)には、比較例の床スラブ218を備えた建物200が示されている。図11(A)、(B)に示されるように、建物200は、床スラブ218と、床スラブ218の周囲の4辺を支持する4本の耐火被覆梁212と、を備えている。また、建物200は、2本の耐火被覆梁212に短手方向に沿って掛け渡されると共に床スラブ218を支持する耐火被覆小梁214及び無耐火被覆小梁216を備えている。床スラブ218は、コンクリート部220を備えており、コンクリート部220の内部に図示しない鉄筋が配筋されている。 11(A) and (B) show a building 200 equipped with a floor slab 218 of a comparative example. As shown in FIG. 11(A) and (B), the building 200 is equipped with a floor slab 218 and four fire-resistant coated beams 212 that support the four sides of the floor slab 218. The building 200 is also equipped with a fire-resistant coated small beam 214 and a non-fire-resistant coated small beam 216 that are hung across the two fire-resistant coated beams 212 in the short direction and support the floor slab 218. The floor slab 218 is equipped with a concrete section 220, and reinforcing bars (not shown) are arranged inside the concrete section 220.
図11(B)に示されるように、床スラブ218の火災時には、耐火被覆梁212と耐火被覆小梁214の間の2箇所で、床スラブ218の中央部が下方に向かって凸となるようにたわむ。そして、床スラブ218のたわみが大きくなり、変形の上限D1を超えると、床スラブ218のコンクリート部220にひび割れ222が発生し、耐火性能(すなわち、遮熱性及び遮炎性)を喪失する。 As shown in FIG. 11B, in the event of a fire in the floor slab 218, the center of the floor slab 218 bends downwardly and convexly at two points between the fire-resistant coated beam 212 and the fire-resistant coated sub-beam 214. When the deflection of the floor slab 218 becomes large and exceeds the upper deformation limit D1, cracks 222 occur in the concrete part 220 of the floor slab 218, causing a loss of fire resistance (i.e., heat insulation and flame insulation).
このため、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、遮熱性と遮炎性が喪失する大きさのひび割れが生じない実験たわみ量を実験床スラブ32で測定する。すなわち、設計床スラブ62を縮小化した実験床スラブ32の周囲の4辺を実験梁34で支持した状態で、実験床スラブ32に規定荷重を載荷して下面を加熱し、耐火性能を維持できる実験床スラブ32の実験たわみ量を測定する(加熱実験工程)。 Therefore, in the fire-resistant design method for floor slabs of this embodiment, the experimental deflection amount that does not cause cracks large enough to cause a loss of heat insulation and fire insulation is measured on the experimental floor slab 32. In other words, with the four peripheral sides of the experimental floor slab 32, which is a scaled-down version of the design floor slab 62, supported by the experimental beams 34, a specified load is applied to the experimental floor slab 32 and the underside is heated, and the experimental deflection amount of the experimental floor slab 32 that can maintain its fire resistance is measured (heating experiment process).
そして、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、設計床スラブ62を支持する設計耐火被覆梁64のスパンと実験床スラブ32を支持する実験梁34のスパンの比であるスパン比を算出する(スパン比算出工程)。このスパン比から実験たわみ量により、設計床スラブ62のたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定する(規定たわみ量の設定工程)。 In the fire-resistant design method for floor slabs of this embodiment, a span ratio is calculated, which is the ratio of the span of the design fire-resistant covered beam 64 supporting the design floor slab 62 to the span of the experimental beam 34 supporting the experimental floor slab 32 (span ratio calculation process). From this span ratio, a prescribed deflection amount corresponding to the upper limit of the deflection amount of the design floor slab 62 is determined based on the experimental deflection amount (prescribed deflection setting process).
さらに、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、設計床スラブ62の予め設定された火災時の設計たわみ量を推定する(設計たわみ量の推定工程)。次に、設計床スラブ62の設計たわみ量が規定した規定たわみ量以下になるように床スラブを設計して、耐火性能を満たすようにする。このため、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、耐火実験により耐火性能を有することが確認された実験床スラブ32の実験結果を反映させて設計床スラブ62を設計することができる。 Furthermore, in the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, a preset design deflection amount of the design floor slab 62 in the event of a fire is estimated (design deflection amount estimation process). Next, the floor slab is designed so that the design deflection amount of the design floor slab 62 is equal to or less than a specified deflection amount, thereby satisfying the fire resistance performance. Therefore, in the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, the design floor slab 62 can be designed by reflecting the experimental results of the experimental floor slab 32, which was confirmed to have fire resistance performance by a fire resistance experiment.
また、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、スパン比は、設計耐火被覆梁64の短辺スパンと実験梁34の短辺スパンとの比である。 In addition, in the fire-resistant design method for floor slabs in this embodiment, the span ratio is the ratio of the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 to the short side span of the experimental beam 34.
設計床スラブ62を縮小化した実験床スラブ32では、設計耐火被覆梁64の短辺スパンと実験梁34の短辺スパンとの比(図4では、7.2/3.5)と、設計耐火被覆梁64の長辺スパンと実験梁34の長辺スパンとの比(図4では、10.3/6.2)と、が異なる場合がある。この場合、設計耐火被覆梁64の短辺スパンと実験梁34の短辺スパンとの比の方が厳しい場合が多い(図4参照)。本実施形態の床スラブの耐火設計方法によれば、設計耐火被覆梁64の短辺スパンと実験梁34の短辺スパンとの比(図4では、7.2/3.5)を用いることで、より厳しいスパン比から実験たわみ量により、設計コンクリート床スラブのたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定することが可能となる。 In the experimental floor slab 32, which is a reduced version of the design floor slab 62, the ratio of the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 to the short side span of the experimental beam 34 (7.2/3.5 in FIG. 4) may differ from the ratio of the long side span of the design fire-resistant covered beam 64 to the long side span of the experimental beam 34 (10.3/6.2 in FIG. 4). In this case, the ratio of the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 to the short side span of the experimental beam 34 is often stricter (see FIG. 4). According to the fire-resistant design method for floor slabs of this embodiment, by using the ratio of the short side span of the design fire-resistant covered beam 64 to the short side span of the experimental beam 34 (7.2/3.5 in FIG. 4), it is possible to specify the prescribed deflection amount corresponding to the upper limit of the deflection amount of the design concrete floor slab from the experimental deflection amount based on the stricter span ratio.
また、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、火災時の設計床スラブの設計たわみ量が規定たわみ量を超える場合は、設計床スラブの配筋を増加し、梁(例えば、設計耐火被覆梁64)に連結される複数の小梁のうち無耐火被覆小梁を減らし、又は設計床スラブの厚さを厚くする。これにより、火災時の設計床スラブの設計たわみ量が規定した規定たわみ量以下になるように床スラブを設計することができる。 In addition, in the method for designing fire-resistant floor slabs of this embodiment, if the design deflection of the design floor slab during a fire exceeds a prescribed deflection, the reinforcement of the design floor slab is increased, the number of non-fire-resistant coated beams among the multiple beams connected to the beam (e.g., the design fire-resistant coated beam 64) is reduced, or the thickness of the design floor slab is increased. This allows the floor slab to be designed so that the design deflection of the design floor slab during a fire is equal to or less than the prescribed deflection.
〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態に係る床スラブの耐火設計方法について説明する。なお、前述した第1実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a method for designing a fire-resistant floor slab according to a second embodiment will be described. Note that the same components as those in the first embodiment will be given the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
図8は、設計する建物の一例としての設計建物80の一部を示す模式的な立面図である。図8に示されるように、設計建物80は、下階の設計床スラブ82と、上階の設計床スラブ84と、設計床スラブ82と設計床スラブ84との間に設けられた防火区画壁86と、を備えている。言い換えると、設計建物80では、設計床スラブ84の下側に防火区画壁86が配置されている。設計床スラブ84は、設計コンクリート床スラブの一例である。設計床スラブ84は、図5に示す第1実施形態の設計モデル60の設計床スラブ62と同様に、4本の設計耐火被覆梁64と、1本の耐火被覆小梁66と、3本の無耐火被覆小梁68によって支持されている。また、4本の設計耐火被覆梁64の4隅が柱70に接合されている。 8 is a schematic elevational view showing a part of a design building 80 as an example of a building to be designed. As shown in FIG. 8, the design building 80 includes a design floor slab 82 of a lower floor, a design floor slab 84 of an upper floor, and a fire compartment wall 86 provided between the design floor slab 82 and the design floor slab 84. In other words, in the design building 80, the fire compartment wall 86 is arranged below the design floor slab 84. The design floor slab 84 is an example of a design concrete floor slab. The design floor slab 84 is supported by four design fire-resistant covered beams 64, one fire-resistant covered sub-beam 66, and three non-fire-resistant covered sub-beams 68, similar to the design floor slab 62 of the design model 60 of the first embodiment shown in FIG. 5. In addition, the four corners of the four design fire-resistant covered beams 64 are joined to the columns 70.
本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、第1実施形態の床スラブの耐火設計方法と同様の工程を備えているが、設計たわみ量の推定工程において、以下の工程を追加している。すなわち、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、第1実施形態の床スラブの耐火設計方法と同様に工程に加えて、防火区画壁86の上側の設計床スラブ84の設計たわみ量を予測する。 The floor slab fire resistance design method of this embodiment includes the same steps as the floor slab fire resistance design method of the first embodiment, but the following step is added to the design deflection estimation step. That is, in addition to the same steps as the floor slab fire resistance design method of the first embodiment, the floor slab fire resistance design method of this embodiment predicts the design deflection of the design floor slab 84 above the fire compartment wall 86.
図9に示されるように、防火区画壁86の位置での設計床スラブ84のたわみ量は、200mmであり、防火区画壁86近傍の耐火被覆小梁66の許容最大たわみ(許容鉛直変位、例えば近傍の小梁の耐火試験上の限界たわみをクライテリアとすると、L2/400d=72002/400/486=265mm)より小さくなることが確認できる。ここで、Lは、実建物の評価対象床スラブの短辺スパン(本実施形態では、7200mm)であり、dは、防火区画壁86近傍の小梁せい(本実施形態では、486mm)である。 As shown in Figure 9, it can be confirmed that the deflection of the design floor slab 84 at the position of the fire compartment wall 86 is 200 mm, which is smaller than the maximum allowable deflection of the fire-resistant coated joist 66 near the fire compartment wall 86 (allowable vertical displacement, for example, if the limit deflection in a fire resistance test of a nearby joist is used as the criterion, L2 /400d= 72002 /400/486=265 mm). Here, L is the short side span of the floor slab to be evaluated in the actual building (7200 mm in this embodiment), and d is the joist depth near the fire compartment wall 86 (486 mm in this embodiment).
一方、本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、例えば、設計床スラブ84の設計たわみ量が防火区画壁86の許容鉛直変位(すなわち、L2/400d)を超える場合は、防火区画壁86に近い位置に配置された小梁を耐火被覆などの耐火構造とする。 On the other hand, in the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, for example, if the design deflection of the design floor slab 84 exceeds the allowable vertical displacement of the fire compartment wall 86 (i.e., L2 /400d), the small beams located close to the fire compartment wall 86 are made to have a fire-resistant structure such as a fire-resistant coating.
本実施形態の床スラブの耐火設計方法では、第1実施形態の床スラブの耐火設計方法と同様の構成による作用及び効果に加えて、以下のような作用及び効果が得られる。 In addition to the actions and effects of the configuration similar to those of the fire-resistant design method for floor slabs in the first embodiment, the fire-resistant design method for floor slabs in this embodiment provides the following actions and effects.
本実施形態の床スラブの耐火設計方法によれば、設計床スラブ84の下側に防火区画壁86が配置されているときは、防火区画壁86の上側の設計床スラブ84の設計たわみ量を予測する。そして、設計床スラブ84の設計たわみ量が防火区画壁86の許容鉛直変位を超える場合は、防火区画壁86に近い位置に配置された小梁を耐火被覆などの耐火構造とする。これにより、防火区画壁86に近い位置に配置された小梁(すなわち、耐火被覆された小梁)のたわみが抑制され、建物の床スラブの変形により防火区画壁86が破壊することを防止又は抑制することができる。 According to the fire resistance design method for floor slabs of this embodiment, when a fire compartment wall 86 is arranged below the design floor slab 84, the design deflection of the design floor slab 84 above the fire compartment wall 86 is predicted. If the design deflection of the design floor slab 84 exceeds the allowable vertical displacement of the fire compartment wall 86, the small beams arranged near the fire compartment wall 86 are made fireproof, such as with a fireproof coating. This suppresses the deflection of the small beams (i.e., the fireproof coated small beams) arranged near the fire compartment wall 86, and prevents or suppresses the destruction of the fire compartment wall 86 due to the deformation of the building's floor slab.
〔補足説明〕
第1~第2実施形態の床スラブの耐火設計方法では、設計床スラブ62、84の周囲の4辺を支持する耐火構造の梁として、表面が耐火被覆されたH型鋼で構成された設計耐火被覆梁64が用いられているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、床スラブの周囲を支持する耐火構造の梁として、H型鋼以外の鉄骨梁、RC梁(鉄筋コンクリート造の梁)、又は合成構造の梁等の耐火構造の梁を用いてもよい。
〔supplementary explanation〕
In the fire-resistant design method for floor slabs of the first and second embodiments, a designed fire-resistant coated beam 64 made of H-shaped steel with a fire-resistant surface coating is used as a fire-resistant beam supporting the four sides of the periphery of the designed floor slab 62, 84, but the present invention is not limited to this configuration. For example, a fire-resistant beam other than H-shaped steel, a steel beam (reinforced concrete beam), or a composite beam may be used as a fire-resistant beam supporting the periphery of the floor slab.
また、第1~第2実施形態の床スラブの耐火設計方法において、設計床スラブ62、84の周囲の4辺を支持する設計耐火被覆梁64の間に掛け渡される耐火被覆小梁66及び無耐火被覆小梁68の配置や数は変更可能である。 In addition, in the fire-resistant design method for floor slabs of the first and second embodiments, the arrangement and number of fire-resistant coated joists 66 and non-fire-resistant coated joists 68 that are spanned between the design fire-resistant coated beams 64 that support the four peripheral sides of the design floor slabs 62, 84 can be changed.
第1~第2実施形態の床スラブの耐火設計方法では、設計たわみ量の推定工程で、設計床スラブ62の予め設定された火災時の設計たわみ量は、熱応力解析により推定しているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、設計床スラブ62の予め設定された火災時の設計たわみ量は、載荷加熱実験等による実験値から推定してもよい。 In the fire-resistant design method for floor slabs in the first and second embodiments, in the design deflection estimation process, the preset design deflection of the design floor slab 62 in the event of a fire is estimated by thermal stress analysis, but the present invention is not limited to this configuration. For example, the preset design deflection of the design floor slab 62 in the event of a fire may be estimated from experimental values obtained from a loaded heating experiment or the like.
また、第1~第2実施形態の床スラブの耐火設計方法では、「周囲が耐火構造の梁で支持される鉄筋コンクリート造の床スラブ」は矩形状であるが、本発明は、矩形状に限定されるものでない。例えば、「周囲が耐火構造の梁で支持される鉄筋コンクリート造の床スラブ」は、三角形や五角形の床スラブ、曲線上の梁を用いた床スラブ等でもよい。 In the fire-resistant design method for floor slabs in the first and second embodiments, the "floor slab made of reinforced concrete supported by fire-resistant beams on all sides" is rectangular, but the present invention is not limited to a rectangular shape. For example, the "floor slab made of reinforced concrete supported by fire-resistant beams on all sides" may be a triangular or pentagonal floor slab, a floor slab using curved beams, etc.
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。 Although the present invention has been described in detail with respect to a specific embodiment, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to such an embodiment, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.
12 耐火被覆梁(耐火構造の梁)
14 耐火被覆小梁(小梁)
16 無耐火被覆小梁(小梁)
18 床スラブ
32 実験床スラブ(実験コンクリート床スラブ)
34 実験梁
40 小梁
62 設計床スラブ(設計コンクリート床スラブ)
64 設計耐火被覆梁(設計梁)
66 耐火被覆小梁(小梁)
68 無耐火被覆小梁(小梁)
80 設計建物
84 設計床スラブ(設計コンクリート床スラブ)
86 防火区画壁
L1 短辺スパン
12 Fireproof coated beam (beam with fireproof structure)
14 Fireproof coated beam (small beam)
16 Non-fireproof coated beam (small beam)
18 Floor slab 32 Experimental floor slab (experimental concrete floor slab)
34 Experimental beam 40 Small beam 62 Design floor slab (design concrete floor slab)
64 Design fireproof coated beam (design beam)
66 Fireproof coated beam (small beam)
68 Non-fireproof coated beam (small beam)
80 Design building 84 Design floor slab (design concrete floor slab)
86 Fire Compartment Wall L1 Short Side Span
Claims (4)
設計する設計コンクリート床スラブを縮小化した実験コンクリート床スラブの4辺を実験梁で支持し、前記実験コンクリート床スラブに規定荷重を載荷して加熱し、耐火性能を維持できる前記実験コンクリート床スラブの実験たわみ量を測定する工程と、
前記設計コンクリート床スラブを支持する設計梁のスパンと前記実験コンクリート床スラブを支持する実験梁のスパンの比であるスパン比を算出する工程と、
前記スパン比から前記実験たわみ量により、前記設計コンクリート床スラブのたわみ量の上限に対応する規定たわみ量を規定する工程と、
前記設計コンクリート床スラブの予め設定された火災時の設計たわみ量を推定する工程と、を備え、
前記設計たわみ量が規定した前記規定たわみ量以下になるように床スラブを設計する、床スラブの耐火設計方法。 A method for fire-resistant design of reinforced concrete floor slabs supported on fire-resistant beams around the perimeter;
A process of supporting four sides of an experimental concrete floor slab, which is a scaled-down version of a design concrete floor slab, with an experimental beam, loading a specified load on the experimental concrete floor slab and heating it, and measuring an experimental deflection amount of the experimental concrete floor slab that can maintain its fire resistance;
Calculating a span ratio, which is the ratio of the span of a design beam supporting the design concrete floor slab to the span of an experimental beam supporting the experimental concrete floor slab;
A step of determining a prescribed deflection amount corresponding to an upper limit of the deflection amount of the design concrete floor slab based on the experimental deflection amount from the span ratio;
and estimating a preset design deflection amount of the design concrete floor slab in the event of a fire,
A method for fire-resistant design of a floor slab, comprising: designing the floor slab so that the design deflection amount is equal to or less than the specified deflection amount.
前記設計たわみ量が前記防火区画壁の許容鉛直変位を超える場合は、前記防火区画壁に近い位置に配置された小梁を耐火構造とする、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の床スラブの耐火設計方法。 When a fire compartment wall is arranged below the design concrete floor slab, a design deflection amount of the design concrete floor slab above the fire compartment wall is predicted;
A method for fire-resistant design of a floor slab according to any one of claims 1 to 3, wherein, when the designed deflection amount exceeds the allowable vertical displacement of the fire compartment wall, a small beam arranged in a position close to the fire compartment wall is made fire-resistant.
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