JPH10204996A - 充填鋼管コンクリート構造柱及び該柱の構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火災時に作用する軸方向の荷重を無耐火被覆
の状態でも良好に支持できるようにして鋼管への耐火被
覆の低減や鋼管の無耐火被覆を可能にする。 【解決手段】 充填鋼管コンクリート構造柱１は、断面
四角形状の鋼管２内に充填されたコンクリート３に該鋼
管２の軸方向に延びるトレミー管４を埋設したものであ
る。トレミー管４はコンクリート打設用とコンクリート
補強用を兼ねている。トレミー管４の周方向の一側部に
は孔５ａが軸方向に等間隔で複数形成されており、ま
た、孔５ａから周方向に１８０°離間したトレミー管４
の他側部には孔５ｂが上下に互いに隣り合う孔５ａ，５
ａの略中間部に位置して軸方向に等間隔で複数形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管内にコンクリ
ートが充填された充填鋼管コンクリート構造柱に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０を参照して、充填鋼管コンクリー
ト構造柱ａは、充填コンクリートｂによって鋼管ｃの肉
厚を薄くできるのでコスト的なメリットが大きく、しか
も、コンクリートｂの充填は別工程のため全体工期に与
える影響が少ない等の理由により、高層及び超高層建築
への採用が急増している。なお、図において符号ｆは柱
梁接合部で鋼管ｃ内に配置されたダイアフラムである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる従来
の充填鋼管コンクリート構造柱ａにおいては、無耐火被
覆の状態で火災ｄを受けた場合に、鋼管ｃとコンクリー
トｂとの熱膨張の差によりコンクリートｂに軸方向の引
張力が働いてコンクリート断面を水平方向に横断するひ
び割れｅが何本も生じてその付近で局部座屈が発生し、
この結果、柱ａに作用する荷重を支持することができな
くなって耐火時間の確保が難しくなる。このため、耐火
被覆をしていない充填鋼管コンクリート構造柱は軸力の
法的制限が厳しいものとなっている。

【０００４】本発明はかかる不都合を解消するためにな
されたものであり、火災時に作用する軸方向の荷重を無
耐火被覆の状態でも良好に支持できるようにして鋼管へ
の耐火被覆の低減や鋼管の無耐火被覆を可能にした充填
鋼管コンクリート構造柱を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１に係る充填鋼管コンクリート構造柱は、
鋼管内にコンクリートが充填された充填鋼管コンクリー
ト構造柱において、前記コンクリートに前記鋼管の軸方
向に延びる鋼材を埋設したことを特徴とする。

【０００６】請求項２に係る充填鋼管コンクリート構造
柱は、前記鋼材は複数の孔が形成されたトレミー管であ
ることを特徴とする。請求項３に係る充填鋼管コンクリ
ート構造柱は、前記トレミー管の外周部の周方向に沿っ
て延設された横リブを軸方向に所定の間隔を存して複数
配置したことを特徴とする。

【０００７】請求項４に係る充填鋼管コンクリート構造
柱は、前記トレミー管の外周部に軸方向に沿って延設さ
れた縦リブを周方向に所定の間隔を存して複数配置した
ことを特徴とする。

【０００８】請求項５に係る充填鋼管コンクリート構造
柱の構築方法は、鋼管内にコンクリートが充填された充
填鋼管コンクリート構造柱の構築方法において、前記鋼
管内に多数の孔が形成されたトレミー管を挿入して該鋼
管内にコンクリートを打設した後、前記トレミー管を前
記鋼管内に存置したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、コンクリートを鋼材で補強するこ
とにより、無耐火被覆の状態で火災を受けた場合に、鋼
管とコンクリートとの熱膨張の差によって該コンクリー
トに作用する軸方向の引張力に抵抗し、これにより、コ
ンクリート断面を水平方向に横断するひび割れの発生及
び該ひび割れの幅を抑制する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の
一例である充填鋼管コンクリート構造柱を説明するため
の説明的断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図
３はトレミー管の部分拡大図、図４はトレミー管の変形
例を示す図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図、図６はトレ
ミー管の変形例を示す図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ
線断面図、図８は鋼管の変形例を説明するための説明的
断面図、図９は軸方向変形量と耐火時間との関係を示す
グラフ図である。

【００１１】図１〜図３を参照して、この充填鋼管コン
クリート構造柱１は、断面四角形状の鋼管２内に充填さ
れたコンクリート３に該鋼管２の軸方向に延びるトレミ
ー管（鋼材）４を埋設したものである。トレミー管４は
コンクリート打設用とコンクリート補強用を兼ねてい
る。トレミー管４の周方向の一側部には孔５ａが軸方向
に等間隔で複数形成されており、また、孔５ａから周方
向に１８０°離間したトレミー管４の他側部には孔５ｂ
が上下に互いに隣り合う孔５ａ，５ａの略中間部に位置
して軸方向に等間隔で複数形成されている。

【００１２】トレミー管４を充填コンクリート３に埋設
するには、トレミー管４を梁６のフランジ６ａ位置に対
応して鋼管２内に配置されたダイアフラム７を貫通させ
て該鋼管２内に挿入し、この状態で、トレミー管４の上
端部に取り付けられたホッパー８を介してトレミー管４
内にコンクリート３を流し込む。トレミー管４内に流し
込まれたコンクリート３はトレミー管４の孔５ａ，５ｂ
から鋼管２内に流れ込み、該鋼管２内及びトレミー管４
内にコンクリート３が充填されたところでコンクリート
３の打設を終了する。そして、コンクリート３の打設終
了後、トレミー管４を鋼管２内に存置したままコンクリ
ート３を硬化させ、これにより、トレミー管４がコンク
リート３に埋設される。

【００１３】このようにこの実施の形態では、鋼管２内
のコンクリート３をトレミー管４で補強しているので、
無耐火被覆の状態で火災を受けた場合に、鋼管２とコン
クリート３との熱膨張の差によって該コンクリート３に
作用する軸方向の引張力に対して抵抗してコンクリート
断面を水平方向に横断するひび割れの発生及び該ひび割
れの幅を抑制することができる。この結果、火災時に作
用する軸方向の荷重を無耐火被覆の状態でも良好に支持
できるようになり、鋼管２への耐火被覆の低減や鋼管２
の無耐火被覆を可能にすることができる。

【００１４】次に、図４〜図７を参照してトレミー管の
変形例を二つ説明する。まず、図４及び図５を参照し
て、一つ目のトレミー管の変形例を説明すると、このト
レミー管１０はトレミー管４と同様に複数の孔５ａ，５
ｂが形成されている。トレミー管１０の外周部には周方
向に沿って延設された横リブ１１が軸方向に等間隔で複
数配置されている。横リブ１１は、孔５ａ，５ｂの形成
部分以外はトレミー管４の外周部全周に設けられ、孔５
ａ，５ｂの形成部分は該形成部分以外の外周部に設けら
れている。このようにトレミー管１０の外周部に横リブ
１１を設けることにより、充填コンクリート３とトレミ
ー管１０との付着力を増大させることができる。

【００１５】図６及び図７を参照して、二つ目のトレミ
ー管の変形例を説明すると、このトレミー管２０はトレ
ミー管４と同様に複数の孔５ａ，５ｂが形成されてい
る。トレミー管２０の外周部には軸方向に沿って延設さ
れた縦リブ２１が周方向に等間隔で複数配置されてい
る。縦リブ２１は、孔５ａ，５ｂの形成部分以外はトレ
ミー管４の軸方向に連続して設けられ、孔５ａ，５ｂの
形成部分は該形成部分以外の外周部に設けられている。
このようにトレミー管２０の外周部に縦リブ２１を設け
ることにより、トレミー管２０に座屈防止機能を付与し
て柱１全体の座屈を効果的に防止することができる。

【００１６】なお、上記実施の形態では、コンクリート
３に埋設される鋼材として、複数の孔５ａ，５ｂが形成
されたトレミー管を例に採ったが、必ずしもこれに限定
する必要はなく、例えば、鋼材として角管、Ｈ型鋼、Ｉ
型鋼、＋型鋼、Ｌ型鋼等を用いてこれらをコンクリート
３に埋設させるようにしてもよい。

【００１７】また、上記各実施の形態では、鋼管２とし
て断面四角形状のものを採用したが、これに代えて、図
８に示すように、断面円形状の鋼管３０を用いた場合で
も本発明を適用できるのは勿論である。

【００１８】

【実施例】本発明の実施の形態である充填鋼管コンクリ
ート構造柱１（実施例）とトレミー管４によるコンクリ
ート３の補強がなされていない他は実施例と同一構造で
ある充填鋼管コンクリート構造柱（従来例）を用いて、
模擬火災における軸方向変形量と耐火時間との関係を調
べ、その結果を図９に示す。

【００１９】従来例においては、模擬火災による載荷加
熱を受けた際の変形性状は、温度上昇に伴い柱は熱膨張
によって伸び、次いで、外周の鋼管部分が充填コンクリ
ートに比べて急速に高温となって耐力低下をきたし、局
部座屈とともに縮み始める。そして、鋼管部分の耐力の
負担が減少して該耐力負担が徐々にコンクリートに移
り、さらに、内部外側のコンクリートの温度が上昇して
コンクリートが耐力を負担できなくなると柱全体が徐々
に縮み始め、約５０分の時点でコンクリートが圧壊して
急激に変形が増大し、荷重支持能力を失うことが判る。

【００２０】これに対し、実施例においては、載荷加熱
を受けても、荷重支持能力を失うまでに約１３０分かか
り、耐火時間が２時間を越えていることが判る。

【００２１】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、鋼管内のコンクリートを鋼材で補強
しているので、無耐火被覆の状態で火災を受けた場合
に、コンクリート断面を水平方向に横断するひび割れの
発生及び該ひび割れの幅を抑制することができ、この結
果、火災時に作用する軸方向の荷重を無耐火被覆の状態
でも良好に支持できるようになって、鋼管への耐火被覆
の低減や鋼管の無耐火被覆を可能にすることができると
いう効果が得られる。

【００２２】請求項２又は５の発明では、鋼材として複
数の孔が形成されたトレミー管を用いることにより、該
トレミー管によって鋼管内へのコンクリートの充填と該
充填コンクリートの補強の両方を行うことができるとい
う効果が得られる。

【００２３】請求項３の発明では、請求項２の発明に加
えて、トレミー管の外周部の周方向に沿って延設された
横リブを軸方向に所定の間隔を存して複数配置すること
により、充填コンクリートとトレミー管との付着力を増
大させることができるという効果が得られる。

【００２４】請求項４の発明では、請求項２又は３の発
明に加えて、トレミー管の外周部に軸方向に沿って延設
された縦リブを周方向に所定の間隔を存して複数配置す
ることにより、トレミー管に座屈防止機能を付与して柱
全体の座屈を効果的に防止することができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例である充填鋼管コン
クリート構造柱を説明するための説明的断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】トレミー管の部分拡大図である。

【図４】トレミー管の変形例を示す図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】トレミー管の変形例を示す図である。

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。

【図８】鋼管の変形例を説明するための説明的断面図で
ある。

【図９】軸方向変形量と耐火時間との関係を示すグラフ
図である。

【図１０】従来の充填鋼管コンクリート構造柱を説明す
るための説明的断面図である。

【符号の説明】

２，３０…鋼管 ３…コンクリート １…充填鋼管コンクリート構造柱 ４，１０，２０…トレミー管（鋼材） ５ａ，５ｂ…孔 １１…横リブ ２１…縦リブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管内にコンクリートが充填された充填
   鋼管コンクリート構造柱において、前記コンクリートに
   前記鋼管の軸方向に延びる鋼材を埋設したことを特徴と
   する充填鋼管コンクリート構造柱。
2. 【請求項２】 前記鋼材は複数の孔が形成されたトレミ
   ー管であることを特徴とする請求項１記載の充填鋼管コ
   ンクリート構造柱。
3. 【請求項３】 前記トレミー管の外周部の周方向に沿っ
   て延設された横リブを軸方向に所定の間隔を存して複数
   配置したことを特徴とする請求項２記載の充填鋼管コン
   クリート構造柱。
4. 【請求項４】 前記トレミー管の外周部に軸方向に沿っ
   て延設された縦リブを周方向に所定の間隔を存して複数
   配置したことを特徴とする請求項２又は３記載の充填鋼
   管コンクリート構造柱。
5. 【請求項５】 鋼管内にコンクリートが充填された充填
   鋼管コンクリート構造柱の構築方法において、前記鋼管
   内に多数の孔が形成されたトレミー管を挿入して該鋼管
   内にコンクリートを打設した後、前記トレミー管を前記
   鋼管内に存置したことを特徴とする充填鋼管コンクリー
   ト構造柱の構築方法。