局部火災加熱される構造部材の加熱分布予測と部材温度応答計算法

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555154
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 長谷見 雄二 早稲田大学, 理工学部, 教授 (40298138)
• 研究分担者: 若松 高志 株式会社熊谷組, 技術研究所, 係長研究員 ; 鍵屋 浩司 国土交通省, 国土技術政策総合研究所, 研究官 ; 高口 洋人 早稲田大学, 理工学部, 助手 (90318775)
• キーワード: 局部火災 / 金属構造 / 入射熱 / 温度上昇 / 数値流体力学 / 有限要素法 / 耐火設計 / 発熱速度

研究概要

本課題最終年度の平成13年度には、下記の研究を実施し、所期の成果を収めることができた。これにより、研究代表者が以前、温度応答予測法を確立させていた梁に続いて、より重要な構造部材である柱についても局部火災加熱による温度応答を計算で予測できるようになり、金属構造の耐火性能を温度で評価する限りでは、設計に必要な予測法が全て整備されたことになる。更に、より特異な構造(ドーム等)にこの方法論を適用していく上で有力な手法となり得る部材加熱の数値計算についても、基本計画用には実用的精度の予測が可能になった。
(1)局部火災加熱される柱の加熱性状に関する実大実験
実大規模の鉄骨柱を用い、模型規模と対応する条件で実験を実施し、模型規模で明らかにした加熱性状が実大規模にも適用できることを確認した。
(2)天井燃焼による構造部材の加熱機構のモデル化
従来の研究では十分解明されていない天井燃焼による部材の加熱機構を実験と次元解析によりモデル化し、発熱量から天井面入射熱分布を予測できるようにした。
(3)局部火災熱される鉄骨柱の温度分布の数値解析による再現
有限要素法により、部材入射熱分布の実験式を入力し、理論的補正を施して、温度分布を求める方法を開発し、実験結果と比較して妥当性を検証した。
(4)局部火災熱される構造部材の加熱性状の数値解析による再現
数値流体力学を適用して、部材入射熱分布そのものの計算による予測を試みた。前年度から放射の扱うを改善した結果、梁については、ほぼ30%以内の誤差で予測できることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 上川大輔, 長谷見雄二, 若松高志, 鍵屋浩司: "局部火災加熱を受ける鉄骨角柱の加熱性状"日本建築学会構造系論文集. 第556号(掲載予定). (2002)
• [文献書誌] Kamikawa, D., Hasemi, Y., Wakamatsu, T., Kagiya, K.: "Experimental Flame Heat Transfer and Surface Temperature Correlations for a Steel Column Exposed to a Localized Fire"Interflam2001 Conference Proceedings. Vol.1. 443-450 (2001)
• [文献書誌] Hasemi, Y., Wakamatsu, T., Pchelintsev, A., Kamikawa, D., Yokobayashi, Y., Kagiya, K.: "Thermal Response of Steel Structures Exposed to Localized Fires"Proceedings of the International Seminar on Steel Structures in Fire. 268-283 (2001)
• [文献書誌] 長谷見 雄二, 吉田正志: "天井面下に拡がる火炎の構造と熱伝達性状"日本建築学会計画系論文集. 第550号. 1-6 (2001)
• [文献書誌] 上川大輔, 長谷見雄二, 鍵屋浩司, 若松高志: "局部火災加熱される鉄骨角柱の温度応答予測-有限要素法による鉄骨柱部材の伝熱解析"日本建築学会関東支部研究報告集I. 397-400 (2001)