JPH05321402A - 充填型鋼管コンクリート柱 - Google Patents

充填型鋼管コンクリート柱

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JPH05321402A
JPH05321402A JP4132645A JP13264592A JPH05321402A JP H05321402 A JPH05321402 A JP H05321402A JP 4132645 A JP4132645 A JP 4132645A JP 13264592 A JP13264592 A JP 13264592A JP H05321402 A JPH05321402 A JP H05321402A
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filled concrete
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勉 加藤
Yasuo Higashihata
泰夫 東端
Katsuyoshi Kominami
勝義 小南
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 主に超高層建物、大規模建物などの大形柱と
して使用される充填型鋼管コンクリート柱を提供する。 【構成】 少なくとも鋼管4の天端部分に充填コンクリ
ート2を拘束する塞ぎ板3が固定されている。また、充
填コンクリート2の略中心部であって柱1の軸線方向に
1本又は複数本束ねられた太径の異形鉄筋5が埋設され
ている。 【効果】 充填コンクリート2を柱1の剛性のほか、曲
げ、せん断耐力、軸耐力にも活用するので、柱1は複合
材としての効果があり、経済的である。鋼管4は内部に
内ダイアグラムや縞模様のない、内面が平滑な単純管で
用が足り、その製造が容易で能率が良く、安価であり、
工期の短縮にも寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、主に超高層建物、大
規模建物などの大形柱として使用される充填型鋼管コン
クリート柱に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、充填型鋼管コンクリート柱は種々
公知であり、実用的に広く普及している(例えば特開昭
62ー160337〜8号公報参照)。ところで、充填
型鋼管コンクリート柱における充填コンクリートの設計
上の評価、考え方は、およそ次の二類に大別される。 充填コンクリートを柱の剛性に活用する。 充填コンクリートを柱の剛性だけでなく、曲げ及びせ
ん断並びに軸力にも活用する。
【0003】上記の柱の剛性にのみ活用する考え方の
場合には、特開昭48ー11815号、特開昭59ー4
4442公報などに記載されているように、梁の接合に
対しては外ダイアフラム等を設けるだけで、充填コンク
リートと鋼管との一体化を無視した構造が知られてい
る。しかし、上記の場合には、梁から作用する軸力、
せん断力、曲げモーメントを充填コンクリートにも負担
させる手段(要素)が必要となる。そのためにはまず充
填コンクリートに軸力を付与することが肝要であり、上
記特開昭62ー160337〜8公報に記載されている
ように内ダイアフラムを設置する方式とか、内面に充填
コンクリートとの付着力を増大させる縞模様が付いた鋼
管を利用する方式などが提案され実施されている。
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】
a) 上記のように充填コンクリートを柱の剛性にの
み活用する場合は、材料があまりにも不経済である。 b) 従って、上記のような所謂複合材として機能す
る活用法が好ましく、本発明もこの範疇に属する。しか
し、従来の内ダイアフラム方式は、内ダイアフラムを備
えた鋼管の製造が大変面倒で困難で、製造に手間がかか
る上に、製造費も高価である。その上、内ダイアフラム
はコンクリートの充填性を著しく阻害する存在であり、
コンクリートの密実で良好なる充填を達成するために種
々な工夫、手段を必要とする。とりわけ、一節が建物の
数層に及ぶ程に長大な鋼管を工場製作しようとする場合
には、内ダイアフラムが数カ所に設置されることとな
り、コンクリートの充填性が最悪になる。この点を考慮
すると、その実施はほとんど不可能に近い。 c) とはいえ、上述したコンクリートとの付着力を増
大させるため内面に縞模様が付いた鋼管を利用する方式
は、まだまだ実用上の実績と信頼性に乏しいと言わざる
を得ない。 d) 充填型鋼管コンクリート柱の耐火性について検討
すると、下層部では要求耐火時間が長くなり、長期鉛直
荷重の支持能力が不足するおそれがある。火災が発生し
た階層部分においては鋼管の長期鉛直荷重の耐力が急激
に低下し、その分を充填コンクリートの軸耐力に肩代わ
りさせ補償する必要がある。この場合に、充填コンクリ
ートの軸耐力を活用して設計上の安全性が確保されるよ
うな対策が実用上必要と考えられる。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するための手段として、この発明に係る充填型コ
ンクリート柱は、図面に実施例を示したとおり、充填型
コンクリート柱1において、少なくとも鋼管4の天端部
分に充填コンクリート2を拘束する塞ぎ板3が固定され
ていることを特徴とする(図1)。
【0006】本発明の充填型コンクリート柱はまた、少
なくとも鋼管4の天端部分に充填コンクリート2を拘束
する塞ぎ板3が固定されていること、及び充填コンクリ
ート2の略中心部であって柱1の軸線方向に1本又は複
数本束ねられた太径の異形鉄筋5が埋設されていること
も特徴とする(図5A,B)。本発明において、塞ぎ板
は、孔あき板3bである場合(図4A,B)と、ドーナ
ツ形状板3a(図3A,B)である場合とがある。
【0007】なお、本発明において、塞ぎ板3を鋼管4
の天端部分に固定するとは、柱1の天端部分に1個だけ
設ける場合と、一節の鋼管4の天端部分毎に設けられ、
よって柱1には数個設けられる場合の双方を意味する。
【0008】
【作用】梁6に負荷された長期鉛直荷重の流れは、図9
に例示したように、まず充填型コンクリート柱1の鋼管
4に伝達され、同鋼管4に圧縮ひずみを生ずると、同鋼
管4の天端部分に固定された塞ぎ板3による充填コンク
リート2の拘束効果(支圧)として軸圧縮力が充填コン
クリートに伝達される。
【0009】地震や風荷重などによる短期水平荷重に関
しては、図6Aに鋼管4に作用する曲げモーメント図を
表し、図6Bには前記の曲げモーメントに対応して鋼管
内部の充填コンクリート2に発生する軸圧縮力の流れ図
を示している。この充填型コンクリート柱1の曲げ耐力
Mは、鋼管4の曲げ耐力Msと充填コンクリート2の曲
げ耐力Mcを加算した大きさ(M=MS +MC )であ
る。せん断耐力Qは、前記の曲げ耐力Mを梁6の間隔h
0 で除した大きさである。柱1が負担する軸力はNで示
している。充填コンクリート2に発生する軸圧縮力の流
れは、図6Bに示したように梁6の位置を基準にジグザ
グ状をなし、その傾斜角度θはせん断力に耐える角度を
表わす。もっとも、前記軸力Nの大きさは、1階下の梁
6の部分では、同梁に負荷されたΔN分だけ増加する。
いずれにしても、前記ジグザグ状を呈する充填コンクリ
ート2の軸圧縮力の流れにおいて、その上端に相当する
符号7の部位には、この軸圧縮力に対抗する下向きの反
力(符号8)が必要であり、本発明では前記の反力8を
塞ぎ板3の拘束力(支圧)が与える。前記した軸圧縮力
の流れをさらに拡大して詳示した図7において、充填コ
ンクリートの軸圧縮力Npcの水平分力は梁6の圧縮力C
f とつり合い、垂直分力は圧縮場のα・Fc とつり合
う。図8A、Bに圧縮場の分布図を示した。このような
圧縮場に対して必要な反力(図6Bの符号8参照)を与
えるためには、同圧縮場の幅Wと同じ幅寸をもつドーナ
ツ形状の塞ぎ板3aによる充填コンクリート2の拘束力
で十分に上述の耐力機構を実現可能である。
【0010】ところで、図9に基いて説明した長期鉛直
荷重の伝達機構において、充填コンクリート2が負担し
た軸圧縮力の処理は、図5A、Bに示したように、充填
コンクリート2の中に埋設された太径の異形鉄筋5が存
在すると、コンクリートと異形鉄筋5との付着力によっ
て、異形鉄筋5に軸力が伝達され、異形鉄筋5の軸耐力
で前記充填コンクリート2が負担した軸力の一部を肩代
わりする。とりわけ、火災時でも鋼管中心部は充填コン
クリート2の断熱性によって低温に保たれるから、高温
で弱化した鋼管4の軸耐力の低下分を異形鉄筋5の耐力
で補うことが可能である。
【0011】
【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図1は本発明に係る充填型鋼管コンクリート柱1を使用
した柱、梁鉄骨架搆の立面図を示している。梁6は、充
填型鋼管コンクリート柱1の外周に設けられたリング形
状の外ダイアフラム17(図2参照)を利用して接合さ
れている。充填型鋼管コンクリート柱1の構造詳細は、
図3A、Bに一実施例を示したとおり、例えば外径が8
12mm、厚さ25mm、長さ6m程度で内面が平滑な一節
の鋼管4の中に充填コンクリート2が密実に充填され、
該鋼管4の天端部分にはドーナツ形状の塞ぎ板3aが固
定されている。ドーナツ形状の塞ぎ板3aは、建物の設
計上、柱の天端が屋上スラブの天端より突出することが
許されない場合に、図6B中の符号7の位置に、その圧
縮場を拘束する幅のドーナツ形状とすると、充填コンク
リートを高応力で拘束することになって有効的である。
この場合、充填コンクリート2の打設は、鋼管5の建方
後に、コンクリートポンプを使用して下端部から上向き
に圧送する方式で塞ぎ板3の部位まで一気に高効率、高
密度に充填することができる。
【0012】あるいは図4A、Bに示したように、孔あ
き板による塞ぎ板3bで実施することも行なわれる。こ
の孔あき板による塞ぎ板3bは、建物の設計上、柱1の
突出が許される場合に、塞ぎ板3bの全面に分散した形
で充填コンクリートを拘束するだけで有効的である。孔
あき板による塞ぎ板3bは、鋼材量を低減する効果の他
に、次のような実施に有効的である。即ち、充填コンク
リートにはノンブリージングの高機能コンクリートを使
用するが、コンクリートの硬化収縮は考慮する必要があ
る。そこで、実施工では、塞ぎ板3bの1〜2cm下まで
充填コンクリート2の打設を行ない、硬化収縮の大部分
が発生してしまう7〜10日後に、先に打設したコンク
リートよりさらに高強度なモルタルを用いて塞ぎ板3b
までの空隙充填を行なう。この充填作業に塞ぎ板3bの
孔を活用する。前記のモルタル充填により、鋼管4の僅
かな縮みに対して充填コンクリート2の圧縮力としての
有効な応力伝達が行なわれることになる。
【0013】図5に示した充填型鋼管コンクリート柱1
は、鋼管4内の充填コンクリート2の中心部であって柱
の軸線方向に、そのほぼ全長に及ぶ長さで複数本(1本
以上必要な本数)を束ねた太径の異形鉄筋5が、直角4
方向に水平なスペーサ18で鋼管4の中心部に位置決め
して埋設され、この異形鉄筋5が軸力の一部を負担し得
る構成とされている。
【0014】鋼管4の横断面形状は、図示した円形のほ
か、短形あるいは多角形でも実施される。
【0015】
【本発明が奏する効果】本発明に係る充填型コンクリー
ト柱1は、充填コンクリート2を柱1の剛性のほか、曲
げ、せん断耐力、軸耐力にも活用するので、柱1は複合
材としての効果があり、経済的である。それでいて、鋼
管4は内部に内ダイアグラムや縞模様のない、内面が平
滑な単純管で用が足り、その製造が容易で能率が良く、
安価であり、工期の短縮にも寄与する。さらに、コンク
リート2の充填性がよいので、品質、信頼性に優れた充
填鋼管コンクリート柱1を提供でき、ひいては建築の品
質向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の充填型鋼管コンクリート柱を使用した
柱、梁架搆の立面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】A,Bは充填型鋼管コンクリート柱の第一実施
例を示した平面図と垂直な断面図である。
【図4】A,Bは充填型鋼管コンクリート柱の第二実施
例を示した平面図と垂直な断面図である。
【図5】A,Bは充填型鋼管コンクリート柱の第三実施
例を示した水平断面図と垂直断面図である。
【図6】A,Bは鋼管及び充填コンクリートの耐力機構
図である。
【図7】梁接合部の圧縮場の説明図である。
【図8】A,Bは図7のBーB、CーC断面図である。
【図9】長期鉛直荷重の流れ図である。
【符号の説明】 1 充填型鋼管コンクリート柱 2 充填コンクリート 3 塞ぎ板 4 鋼管 5 異形鉄筋
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年6月11日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】 a) 上記のように充填コンクリートを柱の剛性にの
み活用する場合は、材料があまりにも不経済である。 b) 従って、上記のような所謂複合材として機能す
る活用法が好ましく、本発明もこの範疇に属する。しか
し、従来の内ダイアフラム方式は、内ダイアフラムを備
えた鋼管の製造が大変面倒で困難で、製造に手間がかか
る上に、製造費も高価である。その上、内ダイアフラム
はコンクリートの充填性を著しく阻害する存在であり、
コンクリートの密実で良好なる充填を達成するために種
々な工夫、手段を必要とする。とりわけ、一節が建物の
数層に及ぶ程に長大な鋼管を工場製作しようとする場合
には、内ダイアフラムが数カ所に設置されることとな
り、コンクリートの充填性が最悪になる。この点を考慮
すると、その実施はほとんど不可能に近い。 c) とはいえ、上述したコンクリートとの付着力を増
大させるため内面に縞模様が付いた鋼管を利用する方式
は、鋼管自体が高価になり、また、必ずしもその信頼性
が実証されているとは言い難い。 d) 充填型鋼管コンクリート柱の耐火性について検討
すると、下層部では要求耐火時間が長くなり、長期鉛直
荷重の支持能力が不足するおそれがある。火災が発生し
た階層部分においては鋼管の長期鉛直荷重の耐力が急激
に低下し、その分を充填コンクリートの軸耐力に肩代わ
りさせ補償する必要がある。この場合に、充填コンクリ
ートの軸耐力を活用して設計上の安全性が確保されるよ
うな対策が実用上必要と考えられる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するための手段として、この発明に係る充填型コ
ンクリート柱は、図面に実施例を示したとおり、充填型
コンクリート柱1において、少なくとも鋼管4の天端部
分に充填コンクリート2を拘束する塞ぎ板3が固定され
ていることを特徴とする(図1)。要するに、梁フラン
ジ接合位置に内ダイアフラムを設けず、鋼管の外周にス
チフナーリングを設け、これにより内部コンクリートの
健全な充填を確保するものである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】充填型鋼管コンクリート柱において、少な
    くとも鋼管の天端部分に充填コンクリートを拘束する塞
    ぎ板が固定されていることを特徴とする、充填型鋼管コ
    ンクリート柱。
  2. 【請求項2】充填型鋼管コンクリート柱において、少な
    くとも鋼管の天端部分に充填コンクリートを拘束する塞
    ぎ板が固定されていること、及び充填コンクリートの略
    中心部であって柱の軸線方向に1本又は複数本束ねられ
    た太径の異形鉄筋が埋設されていることを特徴とする、
    充填型鋼管コンクリート柱。
  3. 【請求項3】塞ぎ板は、孔あき板又はドーナツ形状板で
    あることを特徴とする、請求項1又は2記載の充填型鋼
    管コンクリート柱。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008115646A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 充填型鋼管コンクリート柱の製造方法
CN103924735A (zh) * 2014-04-10 2014-07-16 北京工业大学 缀板约束型带翼缘十字形钢骨约束混凝土柱及作法
EP3181772B1 (de) 2009-09-08 2023-10-18 acG Holding AG Verwendung eines bewehrungselements für einbauten in betonkonstruktionen

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