JP2003003604A - コンクリート充填鋼管構造部材 - Google Patents

コンクリート充填鋼管構造部材

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JP2003003604A
JP2003003604A JP2001191957A JP2001191957A JP2003003604A JP 2003003604 A JP2003003604 A JP 2003003604A JP 2001191957 A JP2001191957 A JP 2001191957A JP 2001191957 A JP2001191957 A JP 2001191957A JP 2003003604 A JP2003003604 A JP 2003003604A
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concrete
steel pipe
filled
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local buckling
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JP2001191957A
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Inventor
Fuyuki Arima
冬樹 有馬
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Daiwa House Industry Co Ltd
Daiwa General Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Daiwa House Industry Co Ltd
Daiwa General Research Institute Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼管に局部座屈が発生したときの内部コンク
リートの圧壊を効率的に防止し、局部座屈発生後の耐力
低下をより一層緩和することができるコンクリート充填
鋼管柱を提供する。 【解決手段】 鋼管11内部にコンクリート12を充填
し、このコンクリート充填部に組立鉄筋20を埋設して
なるコンクリート充填鋼管構造部材10で、鋼管10に
局部座屈が発生したときにコンクリート充填部12に形
成されるアーチ機構に沿うようにして対角線配筋23が
コンクリート充填部12に埋設されてなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート充填
鋼管構造部材に関する。さらに詳しくは、鋼管内のコン
クリート充填部に組立鉄筋を埋設して補強した、鋼管柱
などのコンクリート充填鋼管構造部材に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、鋼管柱の強度を増すために、
内部にコンクリートを充填するようにしたコンクリート
充填鋼管柱(CFT)が用いられている。このコンクリ
ート充填鋼管柱は、中空の鋼管柱に比べて全体として強
度が向上されるのはもちろんのこと、鋼管の局部座屈も
発生し難く、さらには、局部座屈が発生したときにも鋼
管柱全体の耐力の低下が緩やかであるという点で優れて
いる。
【0003】ところが、コンクリート充填鋼管柱におい
ても、局部座屈が発生したときには鋼管が軸力を保持で
きなくなるため、内部に充填されたコンクリートの圧壊
を生じることとなり、構造的に危険な状態となるのは他
の構造部材と同様である。したがって、鋼管内にコンク
リートのみを充填するのではなく、組立鉄筋を鋼管内に
埋設してコンクリートを補強し、局部座屈が発生したと
きにもコンクリートの圧壊が発生し難くなるようにし
て、耐力低下を一層緩和するようにした組立鉄筋埋設型
のコンクリート充填鋼管柱が知られている。
【0004】図5に、このような組立鉄筋埋設型のコン
クリート充填鋼管柱の一例を示す(特開平9−4149
0号公報参照)。
【0005】この鋼管柱100は、角形鋼管101内に
コンクリート102を充填し、このコンクリート102
に、複数本の主筋103を各フープ104でかご状に組
み上げた組立鉄筋構造体105を埋設するようにして補
強するものとされる。この鋼管柱100においては、事
前に組み上げられた組立鉄筋構造体105を鋼管101
の建方後に上部より差し込む、といった施工方法が可能
であるため、施工が容易になるという利点がある。
【0006】ところが、この従来例は、鋼管内に埋設さ
れる組立鉄筋構造体ないしは組立鉄筋の構成として局部
座屈発生時の耐力低下を緩和するための最適な構成を提
示しようとするものではなく、その点で改善の余地を残
したものとなっているという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、鋼管に局部座屈
が発生したときの内部コンクリートの圧壊を効率的に防
止し、局部座屈発生後の耐力低下をより一層緩和するこ
とができるコンクリート充填鋼管柱を提供することを目
的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のコンクリート充
填鋼管構造部材は、鋼管内部にコンクリートを充填し、
このコンクリート充填部に組立鉄筋を埋設してなるコン
クリート充填鋼管構造部材であって、鋼管に局部座屈が
発生したときにコンクリート充填部に形成されるアーチ
機構に沿うようにして対角線配筋がコンクリート充填部
に埋設されてなることを特徴とする。
【0009】また、本発明のコンクリート充填鋼管構造
部材は、鋼管内部にコンクリートを充填し、このコンク
リート充填部に組立鉄筋構造体を埋設してなるコンクリ
ート充填鋼管構造部材であって、前記組立鉄筋構造体
が、鋼管に局部座屈が発生したときにコンクリート充填
部に形成されるアーチ機構に沿うように配設される対角
線配筋を含んでなることを特徴とする。
【0010】本発明のコンクリート充填鋼管構造部材に
おいては、前記対角線配筋が、コンクリート充填鋼管構
造部材に対して反対方向に作用する一対の軸力の両作用
点に亘って、軸方向に対してはすかいに延びるようには
り渡されるのが好ましい。
【0011】また、本発明のコンクリート充填鋼管構造
部材においては、前記一対の軸力の両作用点の少なくと
も一方が該構造部材に対して垂直に取り付けられる他の
構造部材の取付中心位置に一致するのが好ましく、さら
には前記鋼管の、前記他の構造部材が取り付けられる位
置に増厚部分が設けられてなるのが好ましい。
【0012】
【作用】本発明は前記の如く構成されているので、鋼管
内部に埋設される横補強筋の数を抑えつつ、鋼管の局部
座屈発生時にコンクリート充填部で機能するアーチ機構
を強化しコンクリートの圧壊を抑制するようにして、局
部座屈発生後の耐力低下を効率的に抑制することができ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。
【0014】図1に、本発明の一実施形態に係るコンク
リート充填鋼管柱の概略構成を示し、このコンクリート
充填鋼管柱(以下、単に鋼管柱という)10は、鋼管1
1と、この鋼管11内を充填するようコンクリートが打
設されたコンクリート充填部12と、このコンクリート
充填部12に埋設される組立鉄筋構造体20とから構成
される。
【0015】鋼管11は、例えば角形鋼管とされ、長手
方向に所定間隔で増厚部11aが設けられるものとされ
る。増厚部11aは、素材となる鋼管11の長手方向の
一部を高周波誘導により加熱しながら、軸方向に圧縮変
形させることにより増厚状態に加工したもので、この増
厚部11aを設けることによって、鋼管柱10に対して
垂直方向に延びるように取り付けられる梁などの横材を
例えばダイアフラムを設けることなく取付ることが可能
とされる。
【0016】組立鉄筋構造体20は、複数本(実施形態
では8本)の柱主筋21と、方形リング状の複数の帯筋
22と、本構造体20内部で軸方向に対してはすかいに
延びるように配設される複数本(実施形態では8本)の
対角線配筋23とから構成される。
【0017】帯筋22は、各柱主筋21に長手方向所定
ピッチで接合されて角筒形状の構造体外形を形成するも
のとされる。各帯筋22を各柱主筋21に接合するピッ
チは一様であってよいが、鋼管11内に構造体20が埋
設されたときに増厚部11aに対応する位置の近傍で帯
筋22の数が密となるよう調節してもよい。これによ
り、コンクリートの充填性を損なうことなく、せん断応
力の集中する梁取付部分のせん断強度を高めることがで
きる。
【0018】対角線配筋23は、各増厚部分11aの中
心位置、すなわち梁などの横材が鋼管柱10に取り付け
られる各取付部の中心位置との対応位置で、帯筋22と
接合される。また、各対角線配筋23は、各柱主筋21
と隣接するよう帯筋22と接合される。
【0019】図2乃至図4に、組立鉄筋構造体20を鋼
管11内部に埋設した状態で鋼管柱10を長手方向の各
位置で切断したときの各切断面の様子を示す。図2は、
1つの増厚部分11aの中心位置L1(図1参照)にお
ける切断面を示したものであり、ここでは、各対角線配
筋23が各柱主筋21と隣接するよう帯筋22に接合さ
れている。
【0020】図3は、1つの増厚部分11aの中心位置
1から隣接する他の一つの増厚部分11a´の中心位
置L1´までの1/4程度の位置L2で鋼管柱10を切断
したときの切断面を示しており、ここでは、対角線配筋
23の各切断面は帯筋22から離れて組立鉄筋構造体2
0の中央寄りに移行している。
【0021】また、図4は、前掲の位置L1から位置L1
´までの1/2程度の位置L3における切断面を見たも
ので、ここでは、対角線配筋23の各切断面が組立鉄筋
構造体20の中央付近に集中している様子が示されてい
る。
【0022】以下、対角線配筋23を設けることによっ
て、鋼管11が局部座屈した場合にもコンクリート充填
部12の圧壊が抑制される原理につき説明する。
【0023】一般に、柱や梁などの構造部材において
は、その両端に曲げモーメント、せん断力および軸力を
受けて終局状態に達するときに、部材内部の応力伝達機
構としてアーチ機構とトラス機構とが形成されることが
知られている(鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐
震設計指針(案)・同解説、日本建築学会参照)。
【0024】アーチ機構とは、部材両端の圧縮領域を対
角線状に結んだ応力伝達機構をいい、トラス機構とは、
部材端の圧縮力が横補強筋(以下、せん断補強筋ともい
う)、すなわち実施形態では各帯筋22の引張力に変換
されてから伝わる応力伝達機構をいう。そして、このよ
うな応力伝達機構は、鉄筋コンクリート部材においては
せん断応力に対する靱性を高めるせん断抵抗機構として
機能している。
【0025】また、このような各せん断抵抗機構の寄与
率は横補強筋の設置密度に影響され、横補強筋が少ない
部材では、トラス機構とアーチ機構とが混在し、横補強
筋が多い部材では、トラス機構が卓越し、アーチ機構は
消滅することが知られている(前掲の解説参照)。
【0026】そして、鋼管11における局部座屈発生後
の耐力低下を緩和するためには、帯筋22を設置するピ
ッチを小さくしてコンクリート充填部12のせん断耐力
を向上させることが重要であるが、コンクリート充填部
12におけるコンクリートの充填性を考慮すると帯筋2
2の設置ピッチを小さくしすぎることは好ましくないと
いえる。すなわち、コンクリート充填鋼管柱においては
鋼管がせん断力抵抗部材として機能しているため、本来
せん断耐力が大きく、せん断補強するために帯筋22を
密に設ける意義は極めて小さいといえるからである。
【0027】したがって、局部座屈発生時の耐力低下に
対処するために帯筋22の数を増量すること、すなわち
いわゆるトラス機構を強化することは、コスト上昇・重
量増大を招く上、コンクリートの充填性の低下によって
かえって鋼管柱全体の強度を低下させる原因にもなりか
ねなく、得策ではないといえる。そこで、実施形態で
は、トラス機構に頼りすぎることなく、局部座屈発生時
に機能するアーチ機構を対角線配筋23により強化する
ようにして、局部座屈発生後のコンクリートの圧壊を効
率的に防止し、これによって局部座屈発生後の鋼管柱の
耐力低下をより一層緩和するものとしている。
【0028】すなわち、鋼管11に局部座屈が発生した
場合、鋼管11によるコンクリート充填部12の横拘束
(せん断補強作用)は、局部座屈が発生した部分ではほ
とんど機能しないものと考えられる。したがって、帯筋
22が適当な密度で設けられている場合、前掲の解説の
通り、コンクリート充填部12ではトラス機構と、アー
チ機構とが混在して機能する。このため、各梁接合部
(増厚部11a)の両中心位置L1,L1´の間で軸方向
に対してはすかいに、つまり鋼管柱11に対して反対方
向に作用する一対の軸力の両作用点間におけるアーチ機
構(特に、前掲の解説の第151頁の解説図6.4.1
4参照)に沿うよう対角線配筋23を設けるようにし
て、より効率的にコンクリート充填部12のせん断耐力
を強化している。
【0029】このように、実施形態では、鋼管11の局
部座屈発生時に、コンクリート充填部12に形成される
アーチ機構に沿うよう各対角線配筋23が設けられてい
るので、コストおよび重量の増大を招くことなく、より
効率的に局部座屈発生後のコンクリート充填部12の圧
壊を抑制し、鋼管柱10の耐力低下を緩和することがで
きる。
【0030】以上、本発明を実施形態に基づいて説明し
てきたが、本発明はかかる実施形態に限定されるもので
はなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態にお
いては、柱主筋と同数の対角線配筋を設けるものとした
がこれに限らず、対角線配筋の太さなどの状況に応じて
適宜対角線配筋の本数を調節することが可能である。ま
た、本発明は、柱部材に限らず、軸方向の圧縮荷重を受
けるあらゆる構造部材に対して適用可能である。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のコンクリ
ート充填構造部材は、鋼管内部に埋設される横補強筋の
数を抑えつつ、鋼管の局部座屈発生時にコンクリート充
填部で機能するアーチ機構を強化しコンクリートの圧壊
を抑制するようにして、局部座屈発生後の耐力低下を効
率的に抑制することができるという優れた効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るコンクリート充填構
造部材の概略構成を示す模式図である。
【図2】同コンクリート充填構造部材における対角線配
筋の配設の様子を説明するための模式図である。
【図3】同コンクリート充填構造部材における対角線配
筋の配設の様子を説明するための模式図である。
【図4】同コンクリート充填構造部材における対角線配
筋の配設の様子を説明するための模式図である。
【図5】従来のコンクリート充填構造部材の概略構成を
示す模式図である。
【符号の説明】
10 鋼管柱 11 鋼管 12 コンクリート充填部 20 組立鉄筋構造体 21 柱主筋 22 帯筋 23 対角線配筋

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼管内部にコンクリートを充填し、この
    コンクリート充填部に組立鉄筋を埋設してなるコンクリ
    ート充填鋼管構造部材であって、 鋼管に局部座屈が発生したときにコンクリート充填部に
    形成されるアーチ機構に沿うようにして対角線配筋がコ
    ンクリート充填部に埋設されてなることを特徴とするコ
    ンクリート充填鋼管構造部材。
  2. 【請求項2】 鋼管内部にコンクリートを充填し、この
    コンクリート充填部に組立鉄筋構造体を埋設してなるコ
    ンクリート充填鋼管構造部材であって、 前記組立鉄筋構造体が、鋼管に局部座屈が発生したとき
    にコンクリート充填部に形成されるアーチ機構に沿うよ
    うに配設される対角線配筋を含んでなることを特徴とす
    るコンクリート充填鋼管構造部材。
  3. 【請求項3】 前記対角線配筋が、コンクリート充填鋼
    管構造部材に対して反対方向に作用する一対の軸力の両
    作用点に亘って、鋼管柱の軸方向に対してはすかいに延
    びるようにはり渡されることを特徴とする請求項1また
    は2記載のコンクリート充填鋼管構造部材。
  4. 【請求項4】 前記一対の軸力の両作用点の少なくとも
    一方が該構造部材の長手方向に対して垂直方向に延びる
    ように取り付けられる他の構造部材の取付中心位置に一
    致することを特徴とする請求項3記載のコンクリート充
    填鋼管構造部材。
  5. 【請求項5】 前記鋼管の、前記他の構造部材が取り付
    けられる位置に増厚部分が設けられてなることを特徴と
    する請求項3記載のコンクリート充填鋼管構造部材。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104234318A (zh) * 2014-09-29 2014-12-24 南京工业大学 蜂窝状钢腹板-钢管混凝土翼缘组合截面十字形柱

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