建筑防火概论课件

耐火設計考方n n架構部材火災時挙動火災架構部材加熱火災架構部材加熱 温度上昇温度上昇熱膨張熱膨張熱応力発生、構成材料劣化熱応力発生、構成材料劣化耐力低下耐力低下破壊倒壊破壊倒壊避難消防活動低下、周辺建物加害避難消防活動低下、周辺建物加害耐火設計考方n n架構部材耐火設計手順火災荷重n n火災温度継続時間支配要因可燃物量可燃物量 火災荷重可燃物量火災室床面積火災荷重可燃物量火災室床面積開口部大開口部大n n可燃物固定可燃物（建築時持込可燃物）固定可燃物（建築時持込可燃物）床壁天井下地、内装材料、建具造家具床壁天井下地、内装材料、建具造家具積載可燃物（建築後持込可燃物）積載可燃物（建築後持込可燃物）家具書籍衣類寝具家具書籍衣類寝具火災荷重n n等価可燃物量（火災荷重）可燃物同一発熱量木材重量可燃物同一発熱量木材重量q=Gq=Gi i H Hi i/(H/(H0 0 A)=QA)=Qi i/(18.9/(18.9 A)A)q q：火災荷重：火災荷重 G Gi i：可燃物質量：可燃物質量 H Hi i：可燃物単位発熱量：可燃物単位発熱量 H H0 0：木材単位発熱量：木材単位発熱量 A A：火災区画床面積：火災区画床面積 QQi i：火災区画内可燃物全発熱量：火災区画内可燃物全発熱量火災荷重n n事務所建築固定可燃物量事務所建築固定可燃物量n n用途別積載可燃物量用途別積載可燃物量建築名称建築名称可燃物量（可燃物量（kg/mkg/m2 2）A A19.019.0B B15.515.5C C19.019.0D D15.015.0E E25.525.5F F20.020.0G G13.013.0H H16.516.5I I24.024.0J J23.023.0K K14.014.0L L14.214.2建物用途建物用途室用途室用途積載可燃物量（積載可燃物量（kg/mkg/m2 2）範囲範囲平均値平均値標準偏差標準偏差事務所事務所事務系事務室事務系事務室14.414.434.934.925.725.76.56.5会議室会議室2.52.515.515.57.87.84.64.6資料室資料室66.866.8185.8185.8115.8115.838.338.3倉庫倉庫209.5209.5369.0369.0285.2285.280.180.14.24.219.419.412.312.36.66.6客室客室7.97.913.313.310.510.51.51.5宴会室宴会室2.92.96.86.84.44.41.51.52.82.8倉庫倉庫紙倉庫紙倉庫844.6844.61261.01261.01061.41061.4142.6142.6売場売場9.39.331.031.019.219.28.68.6火災温度火災継続時間n n防火区画内火災進展（盛期火災）防火区画内火災進展（盛期火災）成長期成長期 防火区画内酸素消費防火区画内酸素消費徐燃焼範囲拡大徐燃焼範囲拡大 天井面下温度天井面下温度500500 窓破損空気流入窓破損空気流入 生成可燃着火生成可燃着火 未燃可燃物一斉燃焼未燃可燃物一斉燃焼 火盛期火盛期 急激温度上昇（）急激温度上昇（）緩温度上昇緩温度上昇 最高温度（可燃物燃尽）最高温度（可燃物燃尽）冷却期冷却期 温度急速低下温度急速低下火災温度火災継続時間n n火盛期火災温度火災継続時間予測火盛期火災温度火災継続時間予測 基本仮定基本仮定 防火区画内火災温度均一防火区画内火災温度均一 開口部流入空気量支配開口部流入空気量支配 可燃物燃焼速度一定可燃物燃焼速度一定R=(5R=(56)A6)AB BHHR R：木材換算燃焼速度（：木材換算燃焼速度（kg/minkg/min）A AB B：開口部面積（：開口部面積（mm2 2）H H：開口部高（：開口部高（mm）防火区画内微小時間当熱収支防火区画内微小時間当熱収支Q QH H=Q=QWW+Q+QB B+Q+QL L+Q+QR RQ QH H：防火区画内発熱量：防火区画内発熱量Q QWW：床壁天井周壁吸収熱量：床壁天井周壁吸収熱量Q QB B：開口部外放射熱量：開口部外放射熱量Q QL L：開口部噴出火炎持去熱量：開口部噴出火炎持去熱量Q QR R：防火区画内温度上昇熱量：防火区画内温度上昇熱量火災温度火災継続時間n n火盛期火災温度火災継続時間予測火盛期火災温度火災継続時間予測 火災継続時間火災継続時間t tf ft tf f=W/R=W/RWW：防火区画内木材換算可燃物量：防火区画内木材換算可燃物量 燃焼温度大燃焼温度大 火災継続時間短、火災温度高火災継続時間短、火災温度高 防火区画内全表面積大防火区画内全表面積大 周壁吸収熱量増火災温度低周壁吸収熱量増火災温度低 火災温度支配（温度因子）火災温度支配（温度因子）A AB BH/AH/AT TA AB B：開口面積：開口面積H H：開口高：開口高A AT T：防火区画内全表面積：防火区画内全表面積 等価火災継続時間等価火災継続時間 火災温度時間曲線耐火試験用標準的加熱温火災温度時間曲線耐火試験用標準的加熱温度曲線等価場合火災継続時間度曲線等価場合火災継続時間火災温度火災継続時間n n種温度因子基火災温度時間曲線種温度因子基火災温度時間曲線部材内部温度n n柱梁部材内部温度予測柱梁部材内部温度予測 鉄筋構造、合成構造鉄筋構造、合成構造 三次元非定常熱伝導解析手法三次元非定常熱伝導解析手法 熱伝導水分移動考慮解析手法熱伝導水分移動考慮解析手法 鉄骨構造鉄骨構造 鋼材熱伝導率大比較的均一温度分布鋼材熱伝導率大比較的均一温度分布 簡易計算可能簡易計算可能 裸鉄骨部材周辺一様加熱受場合裸鉄骨部材周辺一様加熱受場合T Ts s(t+(t+T T)=T)=Ts s(t)+F(t)+Fs s/(C/(Cs s s s V Vs s)f f TTf f(t)-T(t)-Ts s(t)+(t)+TTf f(t)(t)4 4-T Ts s(t)(t)4 4 t tT Ts s(t+(t+T),TT),Ts s(t)(t)：時間：時間(t+(t+T T),),t t鋼材温度鋼材温度T Tf f(t(t)：時間：時間t t火災温度火災温度FsFs：部材単位長当表面積：部材単位長当表面積CsCs：部材比熱：部材比熱 s s：部材密度：部材密度 f f：対流熱伝達率：対流熱伝達率：火炎部材合成放射率：火炎部材合成放射率：係数：係数部材内部温度n n柱梁部材内部温度予測耐火被覆施鉄骨部材場合耐火被覆施鉄骨部材場合 鉄骨断面加熱周長沿層分割鉄骨断面加熱周長沿層分割 一次元差分法一次元差分法構造材料高温性状n n鋼力学的性質構造材料高温性状n n鋼構造材料高温性状n n力学的性質構造材料高温性状n n加熱圧縮強度変化構造材料高温性状n n一定応力下全過渡構造部材火災時熱応力変形性状n n鋼構造部材火災時熱応力変形性状単純支持曲部材単純支持曲部材 長長l l梁丈梁丈d d単純梁中央単純梁中央=C=C(/E)(/E)(l(l2 2/d)=C/d)=C l l2 2/d=D/d=D l l2 2/d/dC C：荷重形式定数：荷重形式定数E E：弾性係数：弾性係数：縁応力度：縁応力度：縁度：縁度 塑性変形起単純梁許容限度塑性変形起単純梁許容限度=D=Dy y l l2 2/d/dD Dy y：荷重形式鋼材温度定数：荷重形式鋼材温度定数構造部材火災時熱応力変形性状n n鋼構造部材火災時熱応力変形性状単純支持曲部材単純支持曲部材 高温時降伏点高温時降伏点 300300750750直線的変化直線的変化 y y/y y=(750-T)/450=(750-T)/450 y y：高温時降伏応力度：高温時降伏応力度 y y：常温時降伏応力度：常温時降伏応力度T T：鋼材温度：鋼材温度構造部材火災時熱応力変形性状n n鋼構造部材火災時熱応力変形性状鋼構造部材火災時熱応力変形性状 端部拘束部材端部拘束部材 加熱場合加熱場合 断面内温度上昇材長変化断面内温度上昇材長変化 断面内不均等温度分布彎曲断面内不均等温度分布彎曲 材端拘束材端拘束内部応力発生内部応力発生 鋼構造部材鋼構造部材 断面内温度分布比較的均等断面内温度分布比較的均等 彎曲熱応力無視彎曲熱応力無視 材長変化大材長変化大 材端軸方向伸拘束場合、熱応力極大材端軸方向伸拘束場合、熱応力極大 火災時無損傷確保不可能火災時無損傷確保不可能構造部材火災時熱応力変形性状n n鋼構造部材火災時熱応力変形性状鋼構造部材火災時熱応力変形性状 端部拘束部材端部拘束部材 火災前、初応力度火災前、初応力度 1 1、度、度 1 1存在存在 火災部材温度均等火災部材温度均等T T上昇熱応力上昇熱応力 T T発生発生 1 1 T T部材度部材度 T T、見伸張率、見伸張率 1 1=E=E 1 1 1 1+T T=E=ET T T T=T-T-T T+1 1E,ETE,ET：常温時、高温時鋼材弾性係数：常温時、高温時鋼材弾性係数：鋼材線膨張率：鋼材線膨張率 部材断面積部材断面積A A、部材長、部材長l l梁定数梁定数k k柱熱膨張拘束柱熱膨張拘束場合場合 T T=(k/A)=(k/A)l l=K=K K K：材端拘束度：材端拘束度 火災時部材存在応力度見伸張率火災時部材存在応力度見伸張率 1 1+T T=E=ET T/1+(E/1+(ET T/K)/K)(1+E/K)(1+E/K)1 1+TT=1/1+(K/E=1/1+(K/ET T)T-(E/ET-(E/ET T-1)-1)1 1 構造部材火災時熱応力変形性状n n鋼構造部材火災時熱応力変形性状端部拘束部材端部拘束部材構造部材火災時熱応力変形性状n n鋼構造部材火災時熱応力変形性状端部拘束部材端部拘束部材 熱応力度熱応力度 温度上昇直線的増加温度上昇直線的増加 部材細長比部材細長比 決定高温時座屈応力度決定高温時座屈応力度到達到達座屈座屈 K K：大、加熱部材低温座屈：大、加熱部材低温座屈 拘束与部材無損傷拘束与部材無損傷 K K：小、加熱部材高温座屈：小、加熱部材高温座屈 拘束与部材強制変形大拘束与部材強制変形大構造部材火災時熱応力変形性状n n鉄筋構造部材火災時熱応力変形性状鉄筋構造部材鉄筋構造部材 熱伝導熱伝導内部温度分布内部温度分布鉄筋鉄筋強度低下強度低下部材終局耐力部材終局耐力構造部材構造部材 鋼材高温性状鉄筋多少異鋼材高温性状鉄筋多少異 初期応力導入初期応力導入構造部材火災時熱応力変形性状n nRC構造部材火災時熱応力変形性状曲応力受部材（床板、梁）曲応力受部材（床板、梁）下面加熱下面加熱下端鉄筋急激温度上昇下端鉄筋急激温度上昇降伏点降伏点作用引張応力度低下作用引張応力度低下変形急速増大変形急速増大圧縮側圧壊圧縮側圧壊部材崩壊部材崩壊作用応力大部材作用応力大部材 低温度部材崩壊低温度部材崩壊構造構造 低温低温 力低下力低下 曲変形急増曲変形急増構造部材火災時熱応力変形性状n nRCRC構造部材火災時熱応力変形性状構造部材火災時熱応力変形性状 圧縮応力受部材（柱）耐力圧縮応力受部材（柱）耐力pp 鉄筋圧縮強度弾性係数低下鉄筋圧縮強度弾性係数低下p=Fp=Fc c A ACOCO+y y A As sF Fc c：常温時強度：常温時強度A As s：鉄筋断面積：鉄筋断面積 y y：鉄筋高温時降伏点：鉄筋高温時降伏点A ACOCO：等価断面積：等価断面積A ACOCO=(1/F=(1/Fc c)FFcncndA=(AdA=(Ac c-A-As s)-A)-ACTCTF Fcncn：表面層目高温時強度：表面層目高温時強度A Ac c：柱断面積：柱断面積A ACTCT：高温時強度低下生欠損断面積：高温時強度低下生欠損断面積A ACTCT=(A=(Ac c/k)/k)(k-1)(k-1)(1-)-(/F(1-)-(/Fc c)(y y-k-k y y)F Fc c(A(Ac c-A-As s)+)+y y A As s：柱常温時耐力（：柱常温時耐力（=k=k pp）：鉄筋比（：鉄筋比（=A=As s/A/Ac c）構造部材火災時熱応力変形性状n nRC構造部材火災時熱応力変形性状圧縮応力受部材（柱）耐力圧縮応力受部材（柱）耐力 f ft t：単位時間当柱断面欠損：単位時間当柱断面欠損（=A=ACTCT/t/t）柱耐火性能示基準柱耐火性能示基準 粗骨材種類依存粗骨材種類依存 石灰岩質骨材：石灰岩質骨材：f ft t=1.55cm=1.55cm2 2/min/min 花崗岩質骨材：花崗岩質骨材：f ft t=2.5cm=2.5cm2 2/min/min yy=0=0 普通厚鉄筋柱耐火限界達普通厚鉄筋柱耐火限界達鉄筋温度鉄筋温度 700700 t t：柱耐火時間：柱耐火時間t=At=Ac c/(f/(ft t k)k)(k-1)(k-1)(1-)-(/F(1-)-(/Fc c)y y 構造部材火災時熱応力変形性状n nRC構造部材火災時熱応力変形性状端部拘束受曲部材端部拘束受曲部材 底部急加熱底部急加熱構造部材火災時熱応力変形性状n nRCRC構造部材火災時熱応力変形性状構造部材火災時熱応力変形性状 端部拘束受曲部材端部拘束受曲部材 部材内部度部材内部度=+y/-=+y/-c c T Tc c 中心軸中心軸=(E=(E Tda-ETda-Es s t tdadas s+P+P0 0+P)/(E+P)/(Ec c A Ae e)曲率曲率1/=E1/=E T T yda-Eyda-Es s t t ydaydas s+M+M0 0+M+(P+M+(P0 0+P)+P)y yn n/(E/(Ec c I Ie e)拘束軸力拘束軸力P/(EP/(Ec c A Ae e)=-)=-(-y(-yn n/)-(/)-(0 0-y-y0 0/0 0)拘束曲拘束曲M/(EM/(Ec c I Ie e)=-)=-(1/-1/(1/-1/0 0)構造部材火災時熱応力変形性状n nRC構造部材火災時熱応力変形性状爆裂爆裂 火災初期表面層剥落火災初期表面層剥落鉄筋露出鉄筋露出 爆裂爆裂 急激加熱急激加熱 含水率大含水率大 導入力大導入力大 部材薄部材薄 柱梁隅角部柱梁隅角部架構骨組火災時挙動n n解析手法解析手法 火災加熱熱応力局所的火災加熱熱応力局所的 直接火曝区画柱梁部材隣接部材直接火曝区画柱梁部材隣接部材 熱応力変形大熱応力変形大 数層数離部材数層数離部材 熱膨張影響小熱膨張影響小 架構部材架構部材 局部架構局部架構 火災加熱影響大火災加熱影響大 塑性解析必要塑性解析必要 熱膨張周囲架構拘束熱膨張周囲架構拘束 周辺架構周辺架構 熱膨張影響熱膨張影響 弾性的挙動留部分弾性的挙動留部分 外周架構外周架構架構骨組火災時挙動n n解析手法