JPH02243847A - 耐火耐熱型構造材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄骨構造物の、もっばらコラムなどに用いら
れる耐火、耐熱型構造材、鋼管、特に角形鋼管に関する
。

［従来の技術］ 鉄骨構造物の柱（コラム）は、上、下並びに四方から加
わる力に耐える必要があるので、Ｈ型鋼よりも、より耐
震性に優れている鋼管、特に角形鋼管の使用が、除々に
増加してきている。ところで、この種の鉄骨構造物は不
燃材であるから、そのままの形で簡易耐火建築物の主要
構造部材とすることができるが、その為には、火災時に
おける鋼材の温度が定められた時間、柱、はりでは最高
４５０℃以下、平均３５０℃以下、壁、床、屋根では最
高５００℃以下、平均４００℃以下に保たれるように、
鉄骨構造材等を耐火、耐熱材料で処理しなければならな
い。

そして、鉄筋構造材の耐火（耐熱）処理は、従来、 （２）ブロックを積むもの、 （３）モルタルなどを塗付けるもの、 （４）モルタル、耐火材などを吹付けるもの、（５）耐
火材を張付けるもの、 などの施工がなされており、その中でも鋼管を用いたコ
ラムに対しては、その外側面を３鮒ないし９ｍｍの厚さ
の耐火材で被覆することが行われていた。

たとえば （ａ）コラムの外周面を被覆する手段。

第７図に示す角形鋼管断面について説明すると、角形鋼
管１の外周全面をコンクリート４または耐火板（材）８
によって被覆・吹付けし、第８図に示した鋼管１′の外
周面をコンクリート４被覆・塗布を施したものかある。

上述工法では、コラム周面に耐火被覆を施すために柱断
面に実質上余分なスペースが必要となり、都市部などで
建坪の制限を受けているところ、地価が極めて高いとこ
ろなどではコラム断面積の増加で相対的に建坪の利用空
間が減少するデメリットがある。

また、現場でコラムに耐火被覆を付設する場合は、その
分だけ型枠工とか吹付は工なとの人員および、その工数
、工期が必要となり、コスト高とか、工期が伸びるおそ
れがある。

さらに、工場内でのプレファブ生産の場合でも、その為
に多くの場合、広い場所を占め、工数、工期を余分に必
要とする。

（ｂ）コラム内側にコンクリートを注入する工法。

第９図示の角形鋼管１断面、第１Ｏ図示の鋼管１°断面
においては、鋼管コラム内面にコンクリート４を注入し
たもの、必要に応し建立したコラムの基礎側からまたは
天端からコンクリート４をコラム内側に圧入するように
したものの断面を示すものである。

この場合は、コンクリート４の水混和率が適切でないと
鋼管内壁に銹を生じさせ、特に肉薄角形コラム１などの
場合では注入コンクリート４の圧力によって、コラムの
平面が膨出して手当てが必要となるとか、コラム内で注
入コンクリート４の一部に空隙が残り、コラム強度の均
等性か失われるおそれがある。

その上、コラム素材と、注入コンクリート４と全体的な
熱容量を大きくシ（耐熱時間を伸ばすことができる）鋼
材とコンクリートの温度差をできるだけ少なくする。

（２）鋼管の内側にコンクリートを打設することにより
、所要強度のコラムの断面積を必要以上に大きくしない
ように、限られた建坪内でのコラム断面を除く利用空間
（利用スペース）を減少させない。

（３〉コラム周辺のセメント型打ちの為の工数・れた熱
エネルギーが、コンクリート４の中に均一に拡散せず、
両者間に剥離現象が生じて良好な耐火効果が生じない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上述従来の耐火、耐熱型構造材が具備する問
題点を解消するため、 （１）火災時における外部からコラム素材に加えられる
熱エネルギーを可及的に速かに、コラム内部のコンクリ
ート中に均等に伝導して、コラムの縮に役立つほか、コ
ストダウンを図ることができる。

等々の目的を達成し得る耐火耐熱型コラム構造材を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の目的を達成するために、次に述べるよう
な構成要件を具備している。

（１）鋼管の特定位置断面において、前記鋼管対５〜 向内壁と、その両端が前記壁と熱的連結（良導）状態に
ある棒状部材、切板状部材等より成る鋼材を相互に間隔
を置いて略平行に、またはメツシュ状に配置して、あた
かも格子構造体に似せて構成し、前記構造体を鋼管長手
軸方向に複数個所施したことを特徴とする耐火耐熱型構
成材。

（２）前記の相互に間隔を置いて略平行に、またはメツ
シュ状に形成した格子構造体を形成する個々の部材の両
端は、その外周と鋼管内周壁との間に熱的連結（良導）
状態を維持する鋼管内壁に嵌［作用］ 本発明は、上述のような構成を備えるため、鉄骨構造物
の建設に当って当該コラム内にコンクリートを打設した
場合、万一建築（造）物に火災が発生し鋼管（コラム）
付近が高温になるとか火災にさらされる事があっても、
その外壁を形成する鋼材が熱の良導体であるため、これ
に熱的に結合されている−たとえば溶接、スポット溶接
など格子状の棒状部材または切板状体の一端から鋼管（
３）前記環状鋼帯は、熱の良導体かつ弾性材より成り、
その周縁の一部が切断されていて、それらを無理に鋼管
内壁に押圧すれば、前記環状鋼管の外側が縮小して、鋼
管内壁との間に、熱的連結（良導）関係を維持したまま
、押圧された位置に停止し、鋼管内Ｉ＼のセメント打設
程度の衝撃によっては、定位置から移動しないことより
成る上記第＜１）項または（２〉項記載の耐火耐熱型構
造材。

クリートに円滑に熱伝導を行う上に、そのような熱伝導
手段がコラムの長手方向に対して所定間隔毎に設けであ
るので、打設コンクリートが比較的−様に加熱されるよ
うになって外側鋼管と、その内部に打設されたコンクリ
ートとが可及的均一に加熱され、総体的に熱容量の大き
なコラムと同等の効果、要するに鉄筋（骨）構造物に対
する前記規格を満足するようなコラムを実現することが
できるものとなる。

なお前述、格子状構造体は、コラムおよびコラムの内部
に打設したコンクリートと一体的に接着しているので耐
火、耐熱以外に自づとコラムの強度を高める事はいうま
でもない。

また、格子状構造体を形成する各棒状部材、角形、平鋼
状部材相互の間隙は、コラム内部に後からコンクリート
を打設する際に、その妨げとなる程に狭いものであって
はならない。具体的には骨コラム周壁の熱エネルギーを
可及的に円滑、敏速・均等に鋼管内部コンクリートに伝
導することが望まれている。

前述の、格子状構造体は原則的には鋼管を成形した後に
、その内部管壁に所定の間隔を置いて、その端部を溶接
またはスポット溶接するものである。

そのため、棒状部材、角形、平鋼状部材の端部を折り曲
げて、鋼管内壁に沿わせ、同部分を鋼管壁に溶着してい
た。これら格子状構造体の主たるの熱伝導は効率的でな
ければならず、余りに隙間が大であるのも好ましくない
、平鋼状部材は、その平面をコラムの長手軸方向と平行
に取付けて、鋼管内側へのセメント打設に対する妨害、
打設コンクリートに生じる部分的空隙の発生を可及的に
回避する。

これら、格子状構造体は、その自体が平行棒状形でも、
斜格子形でも同心円形でも良いが、要は（伝導）状態は
、その目的に沿うようなものでなければならない。

ただし、次のような手段を用いて、上述、格子状構造体
を鋼管内に取付けることもできる。

すなわち、コラム内壁にぴったり嵌着する環状鋼帯を形
成しておいて（勿論、その際にはジグを準備しておく）
、前記環状鋼帯内側に、前記の棒状部材、角形、平鋼状
部材を相互に適宜な間隔を設は略平行に置いて、各端を
溶着し、枠付き構造部材を組立てる。

同部構造材を、成形した鋼管内部に直角に挿入し、その
構造体が鋼管の長手方向所定位置を占めたときに、前記
枠体（鋼帯）と鋼管内壁との間を溶着する。その際は、
必ずしも環状鋼帯全周を鋼管内壁に溶着する必要はない
。要は前述、格子状構造体にコラム外側の熱が良く伝導
し、それによって鋼管内部のセメントが万遍なく加熱さ
れればて打設コンクリートへの抵抗を極力均等化すると
か、別の型の横遺体を取付けるとか、熱伝導のルートを
可及的に均一化するよう手当てをする。その為、コラム
長手軸方向における各格子状構造体相互の間隔も、極端
に離すべきではない。

前記格子状構造体の鋼管内への固着手段としては、次の
ような工法も考えられる。

すなわち、前記構造体の周縁を構成する鋼帯より成る環
状外枠に２〜３個所程度、切目を入れて体相互の間隔が
極端に開いていては効果が薄いが、逆に狭過ぎると、材
料、工数が増える上に、注入セメントの流動性を妨げて
、コラム内に空隙を生じるおそれがある。

格子状構造体が平行棒、角形、平鋼状態から成る場合に
は、鋼管内に一つの構造体を、たとえば縦棒方向に固着
したときには、次段に固定する構造体の棒状部分の方向
を横方向に向けるようにして、その全体が分解して了う
ことはないようにして置く。　この構造体を鋼管内壁に
強く押込む際に、その枠体の弾発力によって、格子構造
体が歪み、鋼管内壁の定位置に固着する。もっとも前記
の固着の度合は、鋼管内側にセメントを注入する程度の
流動圧によっては鋼管内を長手軸方向に移動することが
できるものであってはならない事はいうまでもない。そ
して当然に鋼管周壁からの熱を格子状構造体、そして内
部コンクリートに良好に伝導し得る程度の接触面積をコ
ラム内壁と枠体との間に有するものでなれればならない
。

前述構造体に伝導されたコラム周壁の熱は、さらに棒状
体、角形、平状鋼体を介してその周囲を包むコンクリー
トに伝導し、コラム内部に打設されたコンクリートのす
べてを均等に加熱することとなり、コラムの実質的熱容
量をより大きなものとする。

より高めることが可能である。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について説明するが、ここに掲げ
たものは本発明のうちの幾つかの好ましい実施例を述べ
たに過ぎないのであって、同実施例の構成のみによって
本発明の要旨を限定的に解釈することは許されない。

（その１） 第１図は、本発明の一実施例の側面略図、第２図は、第
１図中■−■線横断面で、図中、１は角の前記構造体と
の間の部分、それも鋼管の中央部付近が最も加熱され難
いのは止むを得ない。

本発明の場合、角形鋼管だと内部適所に、それぞれステ
ーか施されているものと同効であるので、構成素材が径
に対して比較的に薄いコラムの場合であっても注入セメ
ントの内部圧力によって角形管の平坦辺が外部に膨出す
るおそれがないが、極めて少ない。

そして鉄・コンクリート複合材としての強度を、クリー
ト、５は、ベース板、６はメツシュを形成する丸棒鋼、
角棒鋼または平板鋼等、７は、はりを示す。

第１図でメツシュ構造体２は、コラム１の長手軸方向に
対し、略、等間隔に、かつ、同軸に直角に取付けられ、
メツシュ材の各端部とコラム周壁との間は、たとえば折
曲げてガス溶接、アーク溶接、バット溶接またはボルト
締め等の固着手段によって固定すると共に、両者間の熱
伝導を妨げる介在物を置かないように心掛ける。

第２図においては、前述熱伝導棒状体６が縦横メツシュ
状に取付けられているが、その相互間隔は、コンクリー
ト４をコラム内に充填するのを妨げる程に密であっては
ならず、さりとて、間のコンクリート４に可及的充分に
熱の伝導が可能な程度の広さおよび伝導断面積を備えて
いるべきである。

材として、組立てる工程中に、そのベース５側がら、ま
たは天端側からコラム１内にコンクリート４を注入し、
大略、第１図示のようなコラム１を形成する。

図示の鋼管コラム１は、角形であるが、勿論丸形の場合
もあり得る。

コンクリート４の注入を不要意に施工すると思わぬ所に
空隙か残るおそれがあるので、その密度、成分および水
分の割合など充分試験の上、可能ならば振動を加えつつ
注意して注入すべきである。

本実施例の作用および効用については、さきの［作用］
の項に詳細説明しであるので可脱は差控える。

（その２） 第３図ないし第５図は、コラム内に取付ける格子状構造
体２の各種のタイプを例示した平面図で、第３図は、丸
棒、角鋼、平鋼６等を、それぞれ相互にかつ角形鋼管管
壁に平行して取付けるようにしたもの、 第４図は、対角線タイプで、相互に平行して取付けなも
の、第５図は、丸に十字タイプで、要するに外側鋼管壁
からの伝熱を如何にして均等に内部コンクリート４に伝
導するかを考慮したものである。

第３図示の格子状構造物２の場合は、第６図に略記した
ように、格子の向きを段毎に直交させることも可能であ
る、コラム１内にコンクリート４を注入する際の充填作
業からみれば、同工法は比較的充填のための抵抗を均等
にして内部にコンクリート空隙を生ぜしめないのに効果
があるが、やや熱の伝導作用に劣るおそれもある。

（その３） 図示しないが、格子状構造体２をコラム１内に固着する
工程を考慮し、あらかじめ、コラム１内径断面と同−型
の鋼帯枠を成形し、ここに前述のような各種のタイプの
格子状構造体を広い作業場を利用・して多数成形して置
き、必要に応じてコラム１内へ挿入、その長手軸方向に
所定の間隔毎に（その４） 本実施例の場合も格子形状は、上述のものと変りはない
が、その格子状枠は弾力性のよい鋼帯より成りコラム断
面内壁と、はぼ同一の形状を備え、しかし、それは一体
の環状ではなく、格子状構造体が分解しない位置を選ん
で複数個の切れ口を付け、全体として外部に拡がるばね
状枠となっている。

したがって、前記格子状構造体をコラム１内にこれによ
って、狭いコラム１内空間での溶接により発生する熱放
出、冷却作業を容易にすることが可能になる。

ただし、コラム１の内径には製作公差があったり、周面
の溶接ラインのために格子状枠体かスムーズに挿入でき
ない場合があるから、格子状構造体２枠を意識的に小径
に製造しておく必要かありうる。そこで次に述べる実施
例が有効な場合がある。

で移動することはできない、枠体の大きさ、ばね力の強
さを選択すれば、コラム１内にコンクリート４を注入す
る際のコンクリートの流動圧にも、また、その際与える
振動によってもコラム内長手軸方向に移動することはな
い。

もし、それ以上に確実さを望むならば、圧入後に枠体を
溶接または機械的手段でコラム内壁に固着させればよい
。

（その５） 仮に、前述実施例（その３）において、各格子状構造体
２をコラム１に固着させなくても良いものであれば、ま
た、そうであっても構造体外枠とコラム内壁との間の隙
間が狭ければ、コラム外周面からの熱エネルギーは必要
かつ充分に格子状構造体に伝導されて、それが結局、コ
ラム中心部のコンクリート４を加熱することになるから
、上述実施例と作用、効果上、略、同様になる。このた
めコラムの天端からコンクリート４を注入して、しかる
べき高さ迄、コラム内にコンクリート４を充填した後、
その上から本発明格子状構造体を挿入し、略、その位置
を定めた後に、再度コンクリート４をコラム内に注入し
、次に予め用意した格子状構造物を、さらに挿入するこ
とを繰返えすことによって、本発明第１図相当のコラム
構造を成形することができる。

ただし、その際でも、柱・はり仕口構造が柱貫通タイプ
の場合でないと有効に利用することはむずかしい。

［発明の効果］ 本発明は、以上述べたとおり、コラム内適所に熱伝動性
の良好な格子状構造体を複数段、装着した状態でコンク
リートを注入したものであるから、（１）単に鋼管内に
コンクリートを注入したものの場合に比べて、火災時に
外側から加えられる熱がコラム内部のコンクリート迄伝
導、拡散され易く、そのコラム全体が均一に加熱される
ため、耐火（耐熱）性が高まる。

（２）角状コラムの外側に耐火被覆が必要でないため、
コラム断面が実質上大きくならず、相対的に定められた
建坪の建物おける有効スペースを狭めるおそれがない。

（３）現場で基礎コンクリートを打設する際に、並行し
てコラム内にコンクリートを注入することができ、工数
、工期の短縮化が可能になる。

（４）鋼材に比べて安価なコンクリートで内部を補強し
、かつ現場で基礎コンクリートと同時にコラム内にコン
クリートを注入することができるのでコストダウンがで
きる。

（５）コラムの脚部分にのみ、コンクリートが充填され
れば良く、パネルゾーンのダイヤフラムは、はりの耐火
被覆がカバースするので、パネルゾーンのダイヤフラム
付近に若干生じる気泡があっても、コラムの耐火、耐熱
特性には影響しない。

（６）薄肉大径の角形鋼管の場合、内部にコンクリート
を充填、注入する際、角形の平坦面が外側に膨出するお
それがあるが、格子状構造体を内部に装着すれば、前記
の膨みを防止することができる。

（７）耐火、耐熱と同時に、コラムの強度および共振周
波数を変えることが可能となる。

等々、従来のセメント充填コラムには期待することがで
きない、格別の作用・効果を奏するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の側面略図、第２図は、第
１図中の■−■線に沿う横断面図、第３図ないし第５図
は、コラム内に取付ける格子状構造体の各変形例の、第
２図同様の平面図、第６図は、本発明の別の実施例断面
図で、その（ａ）は、コラム断面略図その（ｂ）、（Ｃ
）はそれぞれ第６図中Ｂ−Ｂ線視、Ｃ−Ｃ線視に沿った
断面図、第７図および第８図は、コラム外周に耐火被覆
を施した従来公知のコラムの各横断面図の一例、第９図
および第１０図は、それぞれ、コラム内側にセメントを
隙間なく充填した従来周知のコラムの各横断面図の例を
示すものである。 １・・・・鋼管（コラム）、 ２・・・・格子状（メツシュ）構造体、３・・・・柱・
はり仕口構造、 ４・・・・注入コンクリート、 ５・・・・ベース板、 ６・・・・棒鋼、角形鋼、平鋼、 ７・・・・はり、 ８・・・・耐火被覆材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼管の特定位置断面において、前記鋼管対向内壁
   と、その両端が前記壁と熱的連結（良導）状態にある棒
   状部材、切板状部材等より成る鋼材を相互に間隔を置い
   て略平行に、またはメッシュ状に配置して、あたかも格
   子構造体に似せて構成し、前記構造体を鋼管長手軸方向
   に複数個所施したことを特徴とする耐火耐熱型構成材。
2. （２）前記の相互に間隔を置いて略平行に、またはメッ
   シュ状に形成した格子構造体を形成する個々の部材の両
   端は、その外周と鋼管内周壁との間に熱的連結（良導）
   状態を維持する鋼管内壁に嵌合する環状鋼帯に、それぞ
   れ溶着されていることより成る請求項（１）記載の耐火
   耐熱型構成材。
3. （３）前記環状鋼帯は、熱の良導体かつ弾性材より成り
   、その周縁の一部が切断されていて、それらを無理に鋼
   管内壁に押圧すれば、前記環状鋼管の外側が縮小して、
   鋼管内壁との間に、熱的連結（良導）関係を維持したま
   ま、押圧された位置に停止し、鋼管内へのセメント打設
   程度の衝撃によっては、定位置から移動しないことより
   成る請求項（１）または（２）記載の耐火耐熱型構造材
   。