JPH0428058B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、柱や杭等に利用される充填鋼管コン
クリート構造の構築方法に関する。

〔従来の技術〕

充填鋼管コンクリート構造の柱は、鋼管の内部
にコンクリートを打設した建築用の柱である。

従来、このような柱を有する構造物を構築する
方法としては、たとえば、建築現場において鋼管
を立設した後、この鋼管の所定の高さに梁を接合
し、次いで鋼管の内部にコンクリートを打設し、
さらに、前記鋼管の上部に新たな鋼管を接合し、
以後、前記と同様の作業を順次繰り返して構造物
を構築する方法がある。

したがつて、前記のようにして構築された構造
物の柱は、鋼管とコンクリートとが接着状態にあ
り、それらは力学的に一体に挙動する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来の充填鋼管コンクリート構造の
柱では、軸方向の圧縮力が作用した場合、鋼管と
コンクリートとが一体的に歪み、大きく歪んだ場
合、鋼管はミーゼスの降伏条件を越えたり、局部
的な座屈を発生したりする。したがつて、増大し
た軸方向応力で鋼管がかなりの応力レベルに達し
てしまい、コンフアインド効果を充分発揮でき
ず、必要以上に大きな断面積の柱とならざるを得
ない。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、
鋼管によるコンフアインド効果が充分に発揮され
て圧縮耐力を著しく向上させることができて断面
積を充分に小さくし得るとともに、併せて、優れ
た引張耐力や曲げ耐力も得られる充填鋼管コンク
リート構造の有効な構築方法を提供することを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、鋼管の内部にコンクリートを充填し
て構築する充填鋼管コンクリート構造の構築方法
であつて、内部に充填されるコンクリートを押圧
する支圧板を有し、かつ、そのコンクリートが付
着することを防止するためのアンボンド処理層が
内面に設けられた鋼管を複数用い、それら鋼管を
軸線を合致させ、かつ、所定寸法の間〓を確保し
た状態で軸方向に仮連結して立設し、それら一連
の鋼管の内部にコンクリートを充填して硬化させ
た後、それら鋼管どうしの仮連結を解除し、次い
で、それら鋼管を加熱手段により加熱して熱膨張
させることにより前記間〓を解消させて鋼管の一
端どうしを突き合わせて接合し、次いで、前記加
熱手段を除去して各鋼管を自然冷却することによ
つて前記支圧板により内部のコンクリートに圧縮
力を導入することを特徴とするものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第１図ないし第８図は、本発明の一実施例を
示すものであり、第１図は充填鋼管コンクリート
構造の柱（以下、単に「柱」と略称する）Ｈに各
階層の梁Ｋ，Ｋ，…が接続されて構造物が構築さ
れているところを示す図であり、第２図は第１図
の一階層分の柱の断面図である。

これらの図において、符号１は鋼管であり、２
は鋼管１の中に充填されたコンクリートである。
鋼管１とコンクリート２との境界面には、鋼管１
と充填コンクリートとの付着をなくすための分離
材（アンボンド処理層）３が設けられている。分
離材３としては、パラフイン、アスフアルト、オ
イル、グリス、ワセリン等を用い、これを鋼管１
の内面に塗布することによりアンボンド処理層を
形成している。また、柱Ｈの仕口部分において
は、鋼管の内側に内部のコンクリートを押圧する
支圧板４が設けられている。上記柱Ｈを構成する
各鋼管１はこの構造物の１階層分の高さに相当す
る長さのものであり、それら鋼管１は第１図に示
されているように各階層間のほぼ中央位置で互い
に接続されている。鋼管１，１どうしの接続はた
とえば第２図に示すように溶接により行なうと良
いが、あるいは第３図に示すように各鋼管１の端
部にフランジ７を設けておき、それらフランジ
７，７どうしをボルト８およびナツト９を用いて
締結するようにしても良い。なお、第２図、第３
図における符号５は鋼管１，１どうしの接続部を
示しており、また、第２図における符号６は鋼管
１，１どうしを溶接により接合した場合の溶接線
を示している。

次に、前記構成の柱Ｈを有する構造物を構築す
る方法について説明する。

(1) まず、支圧板４を有しているとともに内面に
分離材３が塗布された１本の鋼管１を最下階に
立設し、その鋼管１の所定位置に梁Ｋを接合す
る。

(2) 次に、その鋼管１の上端に、同様の他の鋼管
１をたとえば第４図に示しているようにサポー
ト１１を用いて仮に連結し、その鋼管１にも梁
Ｋを接合する。鋼管１，１どうしを仮連結する
際には、それら鋼管１，１の軸線を合致させ、
かつ、それら鋼管１，１の間に若干の間〓１０
を確保する。そして、その間〓１０をアスフア
ルト、ゴム、鉛等の鋼管１より柔らかい柔性材
（図示せず）により塞いでおく。上記の間〓１
０の寸法は、後述するように、鋼管１の熱膨張
により自ずと解消するように予め設定してお
く。

なお、サポート１１を用いることに代えて、
たとえば第５図に示すように、連結する双方の
鋼管１，１の端部に設けたフランジ７，７間に
スペーサ１２を介在させてフランジ７，７どう
しをボルト８及びナツト９で締結することで、
スペーサ１２の厚み分の間〓１０を確保するよ
うにしても良いし、あるいは、フランジ７，７
の内側にもナツトを設けて、いわゆるダブルナ
ツトによりフランジ７，７間に間〓１０を確保
するようにしても良い。

(3) 続いて、上記で仮連結した一連の鋼管１、１
内にコンクリート２を充填する。この際、間〓
１０は柔性材により塞がれているので、コンク
リート２や間〓１０から漏出することはない。
充填したコンクリート２が硬化したら、第６図
あるいは第７図に示すように、間〓１０を塞い
でいた柔性材や、鋼管１，１どうしを仮連結し
ていたサポート１１を除去し、また、間〓１０
を確保するためにスペーサ１２やダブルナツト
等を用いていた場合はそれらも除去する。これ
により、鋼管１，１どうしの仮連結が解除され
て各鋼管１，１はそれらの内部で硬化したコン
クリート２に対して軸線方向に摺動自在とな
る。

(4) 次に、第８図に示すように、外側の鋼管１に
加熱手段を用いることにより熱を加える。本実
施例の場合は、鋼管１の外側にニクロム線１３
を巻き付け、これに通電することにより、ニク
ロム線１３を発熱させ、その熱を鋼管１に伝え
ることにより鋼管１を加熱する手段を用いる。
熱を加えられた鋼管１は、温度が高くなるに従
つて軸方向にも伸びることとなり、したがつて
鋼管１，１の一端どうしが互いに接近し、鋼管
１が所定の温度に達すると、上下の鋼管１は接
触し、当初形成された間隙１０が消滅する。

この際、鋼管１と内部のコンクリート２と
は、アンボンド処理層３によつて分離状態とな
つており、鋼管１とコンクリート２とは別体と
して挙動するため、鋼管１は抵抗を受けること
なく自由に熱膨張することが可能である。

(5) 上下の鋼管１が互いに接近する方向に伸びて
接触した状態で、溶接及びフランジボルト締め
等の接続手段を用いて上下の鋼管１を接続し、
第２図に示す状態とする。

(6) 次に、第２図に示すように、加熱手段１３を
除去することにより、鋼管１は自然冷却され、
温度が下がるに従つて縮もうとする。その結
果、内部のコンクリート２は、支圧板４，４に
よつて軸方向に押圧されることになり、これに
よつてコンクリート２に圧縮力すなわちプレス
トレスが導入される。また、外側の鋼管１に
は、その反作用として引張力が働く。

(7) 次に、前記のように、鋼管１に引張力、コン
クリート２に圧縮力が作用した状態の一階層分
の柱Ｈが完成すると、その柱Ｈの上部に、前記
(2)〜(6)の工程を順次繰返すことにより、さら
に、柱Ｈを継ぎ足して構造物を完成させる。

次に、前記柱Ｈの作用について説明する。前記
のようにして構築された柱Ｈは、鋼管１に引張力
が、内部のコンクリート２には圧縮力が作用した
状態となつている。したがつて、柱Ｈの上部に逐
次構造物が構築されるに従い、柱Ｈに構造物の自
重が掛かると、内部のコンクリート２は、さら
に、軸方向の圧縮力を受けるのに反し、外側の鋼
管１は当初与えられた引張力が次第に消失してい
くこととなる。そして、構造物の完成後において
は、構造物の自重によつて、鋼管１に当初与えら
れた引張力がほとんど零の状態となり、鋼管１の
軸方向にはほとんど応力が発生しないこととな
る。（ここで、各階層の鋼管１には、構造物が完
成後に、構造物の自重によつて零の状態となる量
の引張力を当初与え得るような寸法の間隙１０を
形成しておくことが必要である。）即ち、構造物
が完成後においては、コンクリート２が構造物の
自重を全て負担することにより、鋼管１はコンク
リート２にコンフアインド効果を与える反作用と
してのリングテンシヨンのみを受けることとな
る。

したがつて、ミーゼスの降伏条件を適用すれ
ば、円周方向応力による鋼管１のコンフアインド
効果を充分発揮させることができ、その結果、圧
縮荷重に対するコンクリート２の耐力の著しい向
上を図ることができ、柱Ｈの断面積を小さくする
ことができる。

さらに、上記手順により構築された柱Ｈは、主
として鋼管１内のコンクリート２により圧縮荷重
に対する優れた耐力を有することは勿論のこと、
最終的には全ての鋼管１が溶接あるいはボルトと
ナツトにより締結されて接合されるので、それら
鋼管１が構造的に一体化したものとなつており、
しかも、コンクリート２にはプレストレスが導入
されているので、この柱Ｈに地震等の短期荷重が
作用して構造物全体の転倒モーメントによる引張
荷重や曲げ荷重が加わつたとしても、構造的に一
体化された一連の鋼管１とそれらの内部のコンク
リート２とにより引張荷重と曲げ荷重に対する優
れた耐力を発揮するものとなつている。

なお、前記実施例においては、鋼管１を一階層
毎に立設したが、二階層以上の複数階毎に立設し
ても良く、その場合は、鋼管１，１の間に確保す
る間〓１０は複数階毎に設けることになる。な
お、いずれにしても、間〓１０を設ける位置は柱
Ｈに加わるモーメントの反曲点となる位置に設定
することが好ましい。

さらに、前記実施例においては、建築現場にお
いて、前記(1)〜(6)の工程を実施することにより柱
Ｈを構築したが、それに限定されることなく、工
場において、支圧板とアンボンド処理層とを有す
る二つの鋼管を軸方向に間隙を設けて立設し、そ
の中にコンクリートを充填して硬化させた後、鋼
管を加熱手段を用いて加熱し、二つの鋼管を互い
に接近する方向に熱膨張させて接触させ、次いで
二つの鋼管を接続手段を用いて接続する。その
後、加熱手段を除去することにより、鋼管には引
張力、コンクリートには圧縮力を与えた状態の柱
とし、それを建築現場に搬入して立設し、その所
定の場所に梁を接合し、さらに、逐次上部へ工場
で製作した柱を継ぎ足すことにより構造物を構築
するようにしてもよい。

また、コンクリートの中に鉄筋を入れたり、ブ
レストレスト鋼材を配して、コンクリートの耐力
増強を図ることは任意である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、鋼管を加熱し
て熱膨張させた状態で鋼管どうしを接合すること
により、鋼管に設けた支圧板によつて内部のコン
クリートに対してプレストレスを導入するので、
PC鋼材等の格別の緊張手段を必要とすることな
く、かつ、電気ヒータ等の簡単な加熱手段を用い
ることのみで鋼管内のコンクリートに対して確実
にかつ容易にプレストレスを導入することができ
る。

そして、本発明により構築される構造物は、鋼
管内面とコンクリートとが非付着状態とされ、か
つ、鋼管に設けられた支圧板により内部のコンク
リートに対して荷重が伝達されるので、構造物の
荷重は主としてコンクリートが負担して鋼管には
圧縮力がほとんど加わることがなく、したがつて
鋼管のコンフアインド効果が充分に発揮され、そ
の結果、コンクリートの圧縮耐力が増大して所要
断面積を充分に小さくできる。さらに、プレスト
レスが導入されたコンクリートと、最終的には互
いに連結されて一体化した一連の鋼管とにより、
優れた圧縮耐力が得られるのみならず、優れた引
張耐力や曲げ耐力も確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は、本発明の一実施例を示
すもので、第１図は充填鋼管コンクリート構造の
柱を有する構造物の側面図、第２図は第１図の１
階層分の柱の側断面図、第３図は第２図の接続部
にフランジを用いた場合の側断面図、第４図、第
５図は鋼管の接続手段を説明するための説明図、
第６図、第７図はコンクリートを打設し硬化させ
た状態の接続部の側断面図、第８図は、加熱手段
を用いて鋼管を加熱している状態を示す柱の一部
断面をした側面図。 Ｈ……充填鋼管コンクリート構造の柱、１……
鋼管、２……コンクリート、３……分離材（アン
ボンド処理層）、４……支圧板、１０……間隙、
１３……ニクロム線（加熱手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼管の内部にコンクリートを充填して構築す
   る充填鋼管コンクリート構造の構築方法であつ
   て、内部に充填されるコンクリートを押圧する支
   圧板を有し、かつ、そのコンクリートが付着する
   ことを防止するためのアンボンド処理層が内面に
   設けられた鋼管を複数用い、それら鋼管を軸線を
   合致させ、かつ、所定寸法の間〓を確保した状態
   で軸方向に仮連結して立設し、それら一連の鋼管
   の内部にコンクリートを充填して硬化させた後、
   それら鋼管どうしの仮連結を解除し、次いで、そ
   れら鋼管を加熱手段により加熱して熱膨張させる
   ことにより前記間〓を解消させて鋼管の一端どう
   しを突き合わせて接合し、次いで、前記加熱手段
   を除去して各鋼管を自然冷却することによつて前
   記支圧板により内部のコンクリートに圧縮力を導
   入することを特徴とする充填鋼管コンクリート構
   造の構築方法。