窓ガラスの熱破壊等に関する研究

消防科学研究所報 １７号（昭和５５年）
窓ガラスの熱破壊等に関する研究(第一報)
辻
英機ホ
F
築 博 $
ア加熱方法
l はじめに
力 ラスに与える加熱温度は， JISA1340に定
a
める加熱標準曲線とした。(同 1)
最~ì!Íの中高層建物には，数多くの窓ガラスが使
用されているが，これらの建築物において火災が
力mラスに与え主
発生した場合.火災熱によって窓ガラスが破坊さ
力日熱曲漁
れ尾外に窓ガラスの破片が落下し消防隊員右よぴ
住民に損傷をおよぼすことが予想される。
また.最近は 一般住宅等の非耐火建物から発生
した火災によって耐火建物へ延焼する場合がしば
しばみられる
これは.耐火遺物といえども窓ガ
J
ラスが火災や組射熱によって破壊きれ室内に延焼
するものである。
。
。
このようなことから，窓カラスが熱によってど
30
60
のように破壊されるのか.あるいは窓ガラスが破
喝
m
t
L
図 1 加熱標準幽線
壊されなくても窓ガラスをとおして.総射熱によ
って案内の可燃物にどのような影響を与えるかを
イ
供試カ'ラスの種類
透明フロート板ガラス(縦 2m. 横 1.5m)
調査し 今後の消防活動上の資料を得ょうとするも
5， 8， 1
2
m
m 各 2枚
のである。
線入板ガラス
今年度は.旭硝子研究所の加熱試験炉および板
破壊実験を実施したので.その概要を報告する。
ガラスに鉄枠をつけ.加熱試験炉にとりつけ
た。なお，ガラスの加熱面と非加熱面に，図 2
(
1
) 実 験 1 加熱炉によるガラスの磁場E
実験
のように.それぞれ 3個の熱電対を付けている。
(
2
) 実 験 2 (模媛火災によるガラスの破壊実験)
(
7
) 火災条件
松原1
150 旭硝子研究所
(
2
) 実験 2
設定方法
ウ
2. 実 験 項 目 お よ び 場 所
神奈川県横浜市神奈川区羽沢町
(縦 2m，横1.5m)
6， 8， 10mm各 1枚
橋区の明治製菓工場町、
の 建物を使用して熱による
耐火造建物内の 一室(床面積 34m')に木材 680
様綴火災によるガラスの破犠実験
板橋区加賀 二丁目 3番 1号
単位面積当リ 20kg) を直方体に頼みI::(
t，
kg (
明治製菓工場跡地
アルコールを助燃材として燃焼した。(図 3参
3
.
照)
実 験 方 法
(
イ
) 供試ガラスの種類
(
1
) 実験 1 (加熱炉によるガラスの破寝実験)
透明フロート板ガラス(縦 2m，横 1.5m)
5， 8. 1
2
m
m
l
￥各 l枚
事第・ 研 究 所
4
(47)
(縦1.8m. 横 0.9m)
普通板ガラス
3m
m厚 l枚
の位置における温度(これが加熱温度である)温
度を図 5-図 8で示す。
1
1
(
ウ
) 設定方法
mを除<)を図 3の
ガ ラ ス (3m
o1部 分 に 鉄
90
，
)
主主定方法 (3"""
a
u
AMU
114
。
-h
pe
枠をはめて取リつけた。なおガラス面上の熱電
柏町附側
対 の 位 置 は 図 2と閉じ筒所である。
3m
mの普通板ガラスは o2部分に設定した。
i図 4の と お り で
この場合の熱電対の設定箇所l
t
ン
ー
あ る 。 な お ， 実 験 2では火災室の圧力を羽J
I定し
7
。
ニ
一
一一
!
到
。
。
言主主万 i
本
RT
.I
A
‘1
8
.
L
月
日
面一号~
J
A
.l
B，
000N
圭
貴
図 4 般定方法
11111
flIll111Ila-
hv
J九
。
"
?
向
。
ヂJ
，
c
'
5
0
0
τ
1
i
.
t
:
i
I
'
l
魚B
で
i
<
T
.i
"
一
<
<
r;主)LA
.B
.
T
I立熱電対 .
P
I
"i丘力宮
2
.p ，~実!，t 2 の Z晶宮のサt.l. r~
3'-さの皐 f宜，~
T
s
.訓.."あ~.
図 2 般定方法
火災宝(平匝図)
E
7000
図3 火 災 室
5
4
.
実験結果
(
1
) 加熱温度
1
0
1
5
20
図 5 加算島温度
25
10 { 脅 )
(
5mm)
(
2
) 然によるガラス破壊性状
ISに 基 ず 〈 加 熱 曲 線 に そ っ て 加
実 験 1では. J
ア実験l
熱されるように自動的に調節されているのである
線入ガラスは，その厚さに関係なし加熱開
が.実際の加熱温度も J
ISに定める加熱温度にほぼ
始 後 ， 約4
0秒前後にひび(以下クラックという。)
。、
等し L
実 験 2では
が発生し.その発生起点は四つの隅近くであっ
4回 木 材 を 燃 焼 さ せ た が . 扉 の 開
た
。
聞の相異により，それぞれの加熱温度は異なる。
その後.散発的にクラックが生じるが，ある
l
.T
2
.T
3
そこで，図 2および図 4における T
時点で.一拳に全平面にわたリクラゾクが発生
(4
8)
する。
クラックの発 生 に と も な っ て ガ ラ ス の 小 片 が
少量飛び散るが.ガラス自体が倒機することは
ι
-
ない。表 lに 最 初 に ク ラ ッ ク の 発 生 し た 時 間 乞
5
0
0
図 9にクラソクの状況を示す。
ι
5001
T，
百
決 1 i
供
。
事
。
300
300
200
5
1
0
図
I
S
20
2s
1
5
20
2
.
5
30 (ft )
8 加 鼎 温 度 (3mm)
3S
{分}
30
図 6 加 熱 温 度 (8m
m
)
ι
-
I
E
千S杉
s分
図 9 線入板ガラスのクラック(板厚 6，8
m
m
)
透明フロート板ガラスは.加熱開始後.約 1
分前後にクラソクを生じ，その発生点は線入カ'
ラスと同様四つの隅付近であった o そ し て ， 最
初 の ク ラ !?発生時とほぼ同時に. 4つの隅の
部分のガラスヵ、脱落する。その後，散発的にク
ラッ 7が生じるが.ある時点でカ'ラスはー拳に
倒 壊 す る 。 図 lに透明フロートカラスの 7ラ
Y
7の状況を示す。
イ実験2
1
0
J
S
2
.0
模擬火災実験では.最初にクラソクの生じた
2s
30
(t )
0秒から 1
4分までとぱらつきが大きし、。
時間は 5
図 7 加算島温度(1
2
m
m
)
(表 2参 照 ) こ れ は . 加 熱 炉 の よ う な 一 定 の 温
(4
9)
度上昇をガラスに与えることができないので当
したカずって .7ラゾクはゆっくりと j
互に i
合って
然、であろう。また.ガラス面の温度上昇も加熱
発生し.面上に一挙にクラックが発生することは
炉のそれに比べ緩慢であるため歪のたまる速さ
なL
υ 実験 2における最中刀の 7ラック発生時間を
も遅い。
表 3に.クラソクの状況を同 11，図 12に示す υ
表 1 クラック発生時間
種別l・板!半 (mm)
発生時間(秒)
冷
-wν.・
3 分
分
~
終了時
Eヨ 同 省 桝
~t ~l-苦P 分
図1
0 透明フロート板ガラスのクラック状況(板厚 8mm}
22 分 1
0タ
え
1
1分 37均P
~脱落書Pタ
Eヨ 列 引 所
図1
1 透明フロート板ガラスのクラック状況(板厚 1
2
m
m
}
表 2 クラック発生時間
であるので.ガラスが最尚何度になると割れるか
とL、う議論は無益で与ある。つまり破綾応力を生ぜ
しめるのは温度分布であるといわれており，一般
0
'
C位にな
には面上の最高温度と最低温度の差が 7
ると破壊するとし寸説がある。そこで¥ この実験
(
3
)
ガラスの破壊温度
ガラスが破壊するのは熱膨張による応力が原因
においても破壊時の最高温度と最低温度の差を調
べたところ表 3および表 4のようになった。
(5
0)
表 3 破 壊 時 の 面 上 温 度 差 ( 実 験 1)
)mm
一
(一)
厚一代
同
一 T
hq
一ム
U
ロ一
種一
ム T=
最高温度一最低溢度
表 4 破 壊 時 の 面 上 温 度 差 ( 実 験 2)
・
丘
[h
l i
，
2.‘ ヲ ロ ト . 時 入
["'V
ー - p
ムT (
'
C
)
p，
- - P.
fO.
5
ム T=
最高j
品度敵低地度
(
4
)
〆
/
，
，
'
ー
ー
ー
ー
一
一
一
ー
火災室の圧力
。
実 験 2に布いて，ガラス面附;5:の空気圧を i
則定
I
暗 闇1
[
，
うl
6で ぷ す 。 主 お 図 中 の
した 。 そ の 結 果 を 図 13-図 1
P
I， P
2， P
3L
i
[羽2および図 4に お け る 圧 力 計 i
lリ
点
mAgは 大 気 J
である。図の横軸は l気圧であリ O
.3m
.
:
f
l
二O
.3mm水 柱 の 圧 力 を 加 え た 圧 力 で あ る 。
，
-0
L
U
i
!
)
]
ι m叩
図1
5 火 災 室 の 圧 力 ( 板 庫1
2
m
m
)
5・
aフ
ロ
ー
ト'
"
λ
、
一一ー-
p
一ー
-
F
【a
n
¥
z
・
・
"
3 _ Ud3ス
1勾3
P
.
ー
司
~
町で..
・
一
- "
よ司』句
，、‘ 5
、 ，一、
"
(
0
)
{崎間 I
、
，-ーー'
、、ノ
"
I
O
!
IM
I
i
l
吟l
‘
、
、ノ，ー
、
，' ー 、
ノ
，
i
I
一ー
ー
P，
，
2
J首
一一 一 円
図1
3 火災室の圧力(板"-5mm}
図1
6 火災室の圧力(板厚
'5
3mm)
透明フロートガラスの加熱炉内外への落下量
(
B
:n
J
‘
l
・')1
量分布を表
5-表 6で示 す。
非 加 熱j
W
Jへ の 飛 散 状 況 を み る と . そ の ほ と ん
とが.カ'ラ ス の 固 定 位 置 か ら 1m以内に/喜下し
ており
一ーー・
5
"・.
.
1
t
1m から 2m の 聞 に は 微 小 片 が わ ず か
に飛散している程度であうた 。 なわ¥飛散した
実a
ガラスの形状は床面での 二次破峻も加わり.微
ー
ー
ー
一
- P，
..._
--
粒 状 の Lの か ら 数 十 七 ノ チ の 短 形 状 . 鋭 利 な 刃
?
，
-一一-"
物状と諸々であった。なお.カ'ラス厚の相異に
よる形状の相異ーはなかった ω
イ実験2
図1
4 火 災 室 の 圧 力 ( 板 厚 8mm)
j
J日 熱 炉 に よ る 実 験 と 同 じ く . 飛 散 範 囲 は ガ ラ
ス薗から 1m以 内 か ほ と ん と で あ リ . 形 状 等 も
(
5
) ガラスの飛散
ア実験 l
ほぼ同僚である。
(5
1)
表 5 ~喜下重量分布(実験 1 )
2
m
m
透明 1
種類・板厚
透明 5
透明 8
透明 5
透明 8
透明 1
2
k
g
加熱側
3
9
.
9
(44.
.3% ) 1
2
.
8(
3
3
.
9
) 3
5
.
1(
5
8
.1
) 1
6
.
4(
4
3
.
3
) 3
8
.
2(
6
5
.
5
)
非落下
非加熱側
5
0
.
2(
5
5
.
7
) 25.0 (
6
6
.
1
) 2
5
.
3(
41
.9
) 2
5
.
3(
41
.9
) 2
0
.
8(
3
4
.
5
)
/
1
(注)窓枠残留部分は非加熱側に算入している。
表 6 落下重量分布(実験 2)
性状を比較すると，加熱炉によるものの方が著じ
るしく早〈クラックが生じており. またガラス平
面上のクラックも多い。これは，加熱炉の方が急
激な温度上昇を与えるためであろう。
(
2
) ガラスの破犠温度について
5
. 考
前述したように.ガラスの破壊は加熱側ガラス
察
面上の温度差が 7
0位になると発生するというのが
(
1
) 終によるガラスの破壊性状について
定説であるが，加熱炉の場合は多少のばらつきが
ガラスに撃力を加えた場合は.折撃点がクラッ
0
'
C前後に分布している。模擬火災実
あるものの 7
クの発生点となり，そこから放射上に 7ラックが
験では資料数が少いので 7
0
'
Cからはずれているが
はしる。ガラスに熱を与えた場合は，辺がクラッ
0
'
Cを中心として分布すると考
資料数をふやせば 7
クの発生点となり.そこから放射状にクラックが
えられる。
延びても、〈。枠によ q拘束きれていないガラスに
(
3
)
火災宣の圧力について
熱を均等に与えると.は，!辺の中点がクラソクの
火災が発生すると.室内には空気の対流が発生
発生点となり.拘束されていると.隅の近くの辺
するため下の冷たい空気は吸い上げられ負圧とな
から発生する。
っ上部では正圧となる。この実験でも，この現象
ガラスを所定の九ききに切ると.その切口には
が現われているが.上部の正圧は故高でも 0.5cmAg
無数の微細なクラックが生じている。このクラッ
すなわち.大気圧に 0.
5g重/cm'の圧力を加えたに
クがガラスの強度を弱めている原因である。
すぎなし、。負庄の減少程度はさらに小さい。これ
ガラスの破壊強度は.線入板ガラスの場合.面
は開口部が密閉されていないためであろう。
中央部て・約 5
0
0
k
g
/
m
'， 周辺部て・ 2
0
0
k
g
/
c
m'て・あり.
火災室内の圧力がガラスの破壊に影響をおよぼ
透明フロート板ガラスの場合は，面中央て 約 5
0
0
k
g
ω
すかという問題が有るが，ガラスは破犠強度は披
/cm'周辺部でら 3
5
0
k
g
/cm'とされている。線入ガラスは
も~~
理想的なクリアカットができないため切口にクラ
ックが多〈発生し，破寝強度が低下する。打撃の
6
. おわりに
場合は.短時間に集中荷重がかかるが.熱破犠の
場合は，緩慢な膨張により面に一様に応力が発生
今回の実験は.火災熱によるガラスの破填の様
し，強度の~~ ，、周辺部から破墳が起るのであろう。
相を定性的に把握することを;昔、図した。
特に，枠に拘束されている場合は.隅近くでは応
力に加え隅と L、う特殊性に基づくカが作用してい
¥
、所て.
'
2
0
0
k
g重/cm'なので.この実験からは.
圧力の影響はないものと考えられる。
今後は，開口部を通過する輯射熱による室内可
燃物への影響を調べていく予定である。
ると考えられる。そして.歪みが蓄積されるごと
最後に，今固め実験において終始貴重な御意見
にクラックが生じて一時的に歪みを解消するが.
および御指導を賜わった東京大学管原助教授なら
ついには力学的平衡を保つことが不可能になり倒
びに資料，施設などの便宜をいただいた板硝子協
製する。
会等の各位に対し深〈感謝の意を表します。
加熱炉による破壊性状と.模擬火災による破壊
(5
2)