JP2003105922A - 鋼管コンクリート柱およびその設計方法 - Google Patents
鋼管コンクリート柱およびその設計方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋼管コンクリート柱に配置される鉄筋は、火
災発生時における曲げ抵抗力が検討されないため、効率
的な配置ができない場合があった。本発明は火災発生時
の鉄筋の耐火性能を考慮した鋼管コンクリート柱および
その設計方法を提供する。 【解決手段】 所定の火災条件下において、鋼管コンク
リート柱の軸心からある距離離れた位置のコンクリート
温度を演算し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コ
ンクリート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張
り強度を求め、さらに、該引張り強度と前記ある距離と
の積である曲げ抵抗力を求め、該曲げ抵抗力が最大にな
る位置に鉄筋を配置する。
災発生時における曲げ抵抗力が検討されないため、効率
的な配置ができない場合があった。本発明は火災発生時
の鉄筋の耐火性能を考慮した鋼管コンクリート柱および
その設計方法を提供する。 【解決手段】 所定の火災条件下において、鋼管コンク
リート柱の軸心からある距離離れた位置のコンクリート
温度を演算し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コ
ンクリート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張
り強度を求め、さらに、該引張り強度と前記ある距離と
の積である曲げ抵抗力を求め、該曲げ抵抗力が最大にな
る位置に鉄筋を配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼管の内部にコンクリ
ートを充填して構成される鋼管コンクリート柱、特に、
コンクリート部に鉄筋が配置される、鋼管コンクリート
柱およびその設計方法に関するものである。
ートを充填して構成される鋼管コンクリート柱、特に、
コンクリート部に鉄筋が配置される、鋼管コンクリート
柱およびその設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鋼管内部にコンクリートを充填した柱
（以下“鋼管コンクリート柱”と称する）に耐火被覆を
施さない場合、表面に位置する鋼管の温度は火災時に約1
000℃となり、構造上の耐力を失うが、内部に充填された
コンクリート部分の温度上昇は比較的緩やかであり、柱
全体としては一定時間鉛直荷重を支持し得ることが知ら
れている。近年、この特徴を利用して無耐火被覆の鋼管
コンクリート柱が実用化されている。
（以下“鋼管コンクリート柱”と称する）に耐火被覆を
施さない場合、表面に位置する鋼管の温度は火災時に約1
000℃となり、構造上の耐力を失うが、内部に充填された
コンクリート部分の温度上昇は比較的緩やかであり、柱
全体としては一定時間鉛直荷重を支持し得ることが知ら
れている。近年、この特徴を利用して無耐火被覆の鋼管
コンクリート柱が実用化されている。
【０００３】図１７は、建築物内部で火災が発生した状
況を模式的に示す説明図である。図１７において、天井
梁１０１と柱１０２で形成された屋内（火災階と称す）
で火災が発生した場合、天井梁１０１も加熱され、水平
方向に熱膨張するため、火災階の柱１０２およびその上
階の柱１０３は強制水平変位を受け、これに伴なう曲げ
モーメントを受けることとなる。
況を模式的に示す説明図である。図１７において、天井
梁１０１と柱１０２で形成された屋内（火災階と称す）
で火災が発生した場合、天井梁１０１も加熱され、水平
方向に熱膨張するため、火災階の柱１０２およびその上
階の柱１０３は強制水平変位を受け、これに伴なう曲げ
モーメントを受けることとなる。
【０００４】図１８は、載荷加熱実験の様子を示す正面
図である。図１８において、試験体１１０は加熱装置１
２０を貫通し、載荷装置１３０に設置されている。試験
体１１０の下端部は固定部１３１に固定され、試験体１
１０の上端部には軸方向油圧ジャッキ１３２と水平方向
油圧ジャッキ１３３が連結されている。そして、それぞ
れ、軸方向力および水平変位を付与して、前記火災発生
時の柱の状況を再現している。この実験結果をもとに柱
の耐火性能（一定荷重を支持できる時間、 または一定
時間における支持可能な荷重）を評価し、実用に供して
いる。
図である。図１８において、試験体１１０は加熱装置１
２０を貫通し、載荷装置１３０に設置されている。試験
体１１０の下端部は固定部１３１に固定され、試験体１
１０の上端部には軸方向油圧ジャッキ１３２と水平方向
油圧ジャッキ１３３が連結されている。そして、それぞ
れ、軸方向力および水平変位を付与して、前記火災発生
時の柱の状況を再現している。この実験結果をもとに柱
の耐火性能（一定荷重を支持できる時間、 または一定
時間における支持可能な荷重）を評価し、実用に供して
いる。
【０００５】しかしながら、火災時に柱は無筋コンクリ
ートに近い状況にあり、その耐火性能には自ずと限界が
ある。これを改善する方策として、例えば、「鉄筋で補強
した耐火被覆の無いCFT柱の耐火性能に関する研究（そ
の2) 実験結果」（日本建築学会大会学術講演梗概集(九
州)，1998年9月）、あるいは、「充填型鋼管コンクリー
ト柱の耐火性能に関する研究（その４） 軸力曲げせん
断実験）」（日本建築学会大会学術講演梗概集(北海
道)，1995年8月）などにおいて、充填コンクリート部分
を鉄筋で補強した場合の実験結果が報告されており、一
定の効果が確認されている。
ートに近い状況にあり、その耐火性能には自ずと限界が
ある。これを改善する方策として、例えば、「鉄筋で補強
した耐火被覆の無いCFT柱の耐火性能に関する研究（そ
の2) 実験結果」（日本建築学会大会学術講演梗概集(九
州)，1998年9月）、あるいは、「充填型鋼管コンクリー
ト柱の耐火性能に関する研究（その４） 軸力曲げせん
断実験）」（日本建築学会大会学術講演梗概集(北海
道)，1995年8月）などにおいて、充填コンクリート部分
を鉄筋で補強した場合の実験結果が報告されており、一
定の効果が確認されている。
【０００６】図１９は、特開平１１−１０７３７０号公
報に開示された従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート
柱の構造を示す側面視の断面図である。図１９におい
て、鋼管２０１の外面に梁２０２が設置され、梁２０２
の位置に対応して鋼管２０１の内面にダイアフラム２０
４が設置されている。ダイアフラム２０４には貫通穴２
０５が穿設され、貫通穴２０５を貫通して鉄筋２０６が
配置され、鋼管２０１の内部にコンクリートが充填され
ている。
報に開示された従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート
柱の構造を示す側面視の断面図である。図１９におい
て、鋼管２０１の外面に梁２０２が設置され、梁２０２
の位置に対応して鋼管２０１の内面にダイアフラム２０
４が設置されている。ダイアフラム２０４には貫通穴２
０５が穿設され、貫通穴２０５を貫通して鉄筋２０６が
配置され、鋼管２０１の内部にコンクリートが充填され
ている。
【０００７】図２０は、特開平７−２５９１８６号公報
に開示された従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱
の構造を示す側面視の断面図である。図２０において、
下側鋼管３０１Ａと上側鋼管３０１Ｂが端面を突き合せ
て接合され、下側鋼管３０１Ａの内部に下側配筋３０２
Ａ、上側鋼管３０１Ｂの内部に上側配筋３０２Ｂが配置
されている。このとき、下側配筋３０２Ａの上部の外径
が小さく加工され、上側配筋３０２Ｂの内部に収納され
ている。そして、下側鋼管３０１Ａおよび上側鋼管３０
１Ｂの内部にコンクリートが充填されている。
に開示された従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱
の構造を示す側面視の断面図である。図２０において、
下側鋼管３０１Ａと上側鋼管３０１Ｂが端面を突き合せ
て接合され、下側鋼管３０１Ａの内部に下側配筋３０２
Ａ、上側鋼管３０１Ｂの内部に上側配筋３０２Ｂが配置
されている。このとき、下側配筋３０２Ａの上部の外径
が小さく加工され、上側配筋３０２Ｂの内部に収納され
ている。そして、下側鋼管３０１Ａおよび上側鋼管３０
１Ｂの内部にコンクリートが充填されている。
【０００８】図２１は、特開平５−２８００９６号公報
に開示された従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱
の構造を示す一部断面の側面図である。図２１におい
て、下側鋼管４０１、下リングダイアフラム４１１、中
間鋼管４０２、上リンブダイアフラム４１２、上側鋼管
４０３が、順次接合され、柱体を形成している。該柱体
の内部には鉄筋４２０が配置され、コンクリート４３０
が充填されている。また、下リングダイアフラム４１１
および上リンブダイアフラム４１２には、それぞれ梁４
４０の下フランジ４４１および上フランジ４４２が接合
されている。
に開示された従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱
の構造を示す一部断面の側面図である。図２１におい
て、下側鋼管４０１、下リングダイアフラム４１１、中
間鋼管４０２、上リンブダイアフラム４１２、上側鋼管
４０３が、順次接合され、柱体を形成している。該柱体
の内部には鉄筋４２０が配置され、コンクリート４３０
が充填されている。また、下リングダイアフラム４１１
および上リンブダイアフラム４１２には、それぞれ梁４
４０の下フランジ４４１および上フランジ４４２が接合
されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、通常の鉄筋コンクリート造における鉄筋の
必要かぶり厚さ（例えば、３ｃｍ）や施工性などを考慮
して、鉄筋の挿入位置が決められているため、鉄筋が加
熱された際の曲げ抵抗力（以下、耐火性能と称す）が検
討されていない。したがって、鋼管に近い範囲で予測以
上に高い温度に加熱される位置に配置され、鉄筋の引張
り強度が低下したり、かぶり厚さが大き過ぎて、曲げ抵
抗力に有効な距離が小さくなり、鉄筋の効率的な配置が
できない場合があった。
来技術では、通常の鉄筋コンクリート造における鉄筋の
必要かぶり厚さ（例えば、３ｃｍ）や施工性などを考慮
して、鉄筋の挿入位置が決められているため、鉄筋が加
熱された際の曲げ抵抗力（以下、耐火性能と称す）が検
討されていない。したがって、鋼管に近い範囲で予測以
上に高い温度に加熱される位置に配置され、鉄筋の引張
り強度が低下したり、かぶり厚さが大き過ぎて、曲げ抵
抗力に有効な距離が小さくなり、鉄筋の効率的な配置が
できない場合があった。
【００１０】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたもので、火災発生時の鉄筋の耐火性能を考慮した鋼
管コンクリート柱およびその設計方法を提供することを
目的とする。
れたもので、火災発生時の鉄筋の耐火性能を考慮した鋼
管コンクリート柱およびその設計方法を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の鋼管コンクリート柱は以下のとおりで
ある。
るための本発明の鋼管コンクリート柱は以下のとおりで
ある。
【００１２】［１］ 鋼管の内部にコンクリートを充填
して構成される鋼管コンクリート柱であって、所定の火
災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から
ある距離離れた位置のコンクリート温度を演算し、該位
置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度に加
熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求め、さら
に、該引張り強度と前記ある距離との積である曲げ抵抗
力を求め、該曲げ抵抗力が最大になる位置に鉄筋が配置
されていることを特徴とするものである。
して構成される鋼管コンクリート柱であって、所定の火
災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から
ある距離離れた位置のコンクリート温度を演算し、該位
置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度に加
熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求め、さら
に、該引張り強度と前記ある距離との積である曲げ抵抗
力を求め、該曲げ抵抗力が最大になる位置に鉄筋が配置
されていることを特徴とするものである。
【００１３】［２］ 前記［１］において、前記鋼管が
円形断面であって、所定の火災条件下において、前記鋼
管コンクリート柱の軸心からある距離X離れた位置のコ
ンクリート温度Θが次式により演算されていることを特
徴とするものである。
円形断面であって、所定の火災条件下において、前記鋼
管コンクリート柱の軸心からある距離X離れた位置のコ
ンクリート温度Θが次式により演算されていることを特
徴とするものである。
【００１４】
【式１】
【００１５】ここに、
Θ（ξ、T）：円形断面内の位置、時刻における温度 （℃）
ξ＝2ｘ/D （cm/cm）
T=4ｔ/D2 （分/cm2）
ｘ ：軸心を原点とし、半径方向へ測った座標 （cm）
ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分）
D ：コンクリート断面の径 （cm）
［３］ 角形断面の鋼管の内部にコンクリートを充填し
て構成される鋼管コンクリート柱であって、所定の火災
条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から辺
中央法線方向にある距離離れた位置のコンクリート温度
を演算し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンク
リート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強
度を求め、さらに、該引張り強度と前記ある距離との積
である法線方向曲げ抵抗力を演算し、該法線方向曲げ抵
抗力が最大になる位置を求め、所定の火災条件下におい
て、前記鋼管コンクリート柱の軸心から隅角部対角方向
にある距離離れた位置のコンクリート温度を演算し、該
位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度に
加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求め、さ
らに、該引張り強度と前記ある距離との積である対角方
向曲げ抵抗力を演算し、該対角方向曲げ抵抗力が最大に
なる位置を求め、そして、求められた法線方向曲げ抵抗
力が最大になる位置と対角方向曲げ抵抗力が最大になる
位置を結ぶ直線上に鉄筋が配置されていることを特徴と
するものである。
て構成される鋼管コンクリート柱であって、所定の火災
条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から辺
中央法線方向にある距離離れた位置のコンクリート温度
を演算し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンク
リート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強
度を求め、さらに、該引張り強度と前記ある距離との積
である法線方向曲げ抵抗力を演算し、該法線方向曲げ抵
抗力が最大になる位置を求め、所定の火災条件下におい
て、前記鋼管コンクリート柱の軸心から隅角部対角方向
にある距離離れた位置のコンクリート温度を演算し、該
位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度に
加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求め、さ
らに、該引張り強度と前記ある距離との積である対角方
向曲げ抵抗力を演算し、該対角方向曲げ抵抗力が最大に
なる位置を求め、そして、求められた法線方向曲げ抵抗
力が最大になる位置と対角方向曲げ抵抗力が最大になる
位置を結ぶ直線上に鉄筋が配置されていることを特徴と
するものである。
【００１６】［４］ 前記［３］において、所定の火災
条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から辺
中央法線方向または隅角部対角方向にそれぞれある距離
X離れた位置のコンクリート温度Θが次式により演算さ
れることを特徴とするものである。辺中央法線方向の温
度分布：
条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から辺
中央法線方向または隅角部対角方向にそれぞれある距離
X離れた位置のコンクリート温度Θが次式により演算さ
れることを特徴とするものである。辺中央法線方向の温
度分布：
【００１７】
【式２】
【００１８】隅角部対角方向の温度分布：
【００１９】
【式３】
【００２０】ここに、
Θ（ξ、η、T）：正方形断面内の位置、時刻における
温度（℃） ただし、式(2)においては辺中央法線方向の座標をで代
表させ、式(3)においては隅角部対角方向の座標をで代表
させている。
温度（℃） ただし、式(2)においては辺中央法線方向の座標をで代
表させ、式(3)においては隅角部対角方向の座標をで代表
させている。
【００２１】ここに、
ξ＝2ｘ/B （cm/cm）
η＝2ｙ/B （cm/cm）
T=2t/B （分/cm2）
ｘ ：断面中心を原点とし、辺中央部法線方向へ測った座標 （cm）
ｙ ：断面中心を原点とし、と直交する方向へ測った座標 （cm）
ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分）
B ：コンクリート断面の径 （cm）
さらに、本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法は以下
のとおりである。
のとおりである。
【００２２】［５］ 鋼管の内部にコンクリートを充填
して構成される鋼管コンクリート柱の設計方法であっ
て、所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート
柱の軸心からある距離離れた位置のコンクリート温度を
演算する工程と、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記
コンクリート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引
張り強度を求める工程と、該引張り強度と前記ある距離
との積である曲げ抵抗力を演算する工程と、前記ある距
離を変更して前記工程を繰り返すことにより、曲げ抵抗
力が最大になる位置を求める工程を有し、該求められた
曲げ抵抗力が最大になる位置に鉄筋を配置することを特
徴とするものである。
して構成される鋼管コンクリート柱の設計方法であっ
て、所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート
柱の軸心からある距離離れた位置のコンクリート温度を
演算する工程と、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記
コンクリート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引
張り強度を求める工程と、該引張り強度と前記ある距離
との積である曲げ抵抗力を演算する工程と、前記ある距
離を変更して前記工程を繰り返すことにより、曲げ抵抗
力が最大になる位置を求める工程を有し、該求められた
曲げ抵抗力が最大になる位置に鉄筋を配置することを特
徴とするものである。
【００２３】［６］ 前記［５］において、前記鋼管が
円形断面であって、所定の火災条件下において、前記鋼
管コンクリート柱の軸心からある距離X離れた位置のコ
ンクリート温度Θが次式により演算されることを特徴と
するものである。
円形断面であって、所定の火災条件下において、前記鋼
管コンクリート柱の軸心からある距離X離れた位置のコ
ンクリート温度Θが次式により演算されることを特徴と
するものである。
【００２４】
【式１】
【００２５】ここに、
Θ（ξ、T）：円形断面内の位置、時刻における温度 （℃）
ξ＝2ｘ/D （cm/cm）
T=4ｔ/D2 （分/cm2）
ｘ ：軸心を原点とし、半径方向へ測った座標 （cm）
ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分）
D ：コンクリート断面の径 （cm）
［７］ 角形断面の鋼管の内部にコンクリートを充填し
て構成される鋼管コンクリート柱の設計方法であって、
所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心から辺中央法線方向にある距離離れた位置のコンク
リート温度を演算する工程と、該位置に鉄筋を配置し、
該鉄筋が前記コンクリート温度に加熱されると仮定し
て、該鉄筋の引張り強度を求める工程と、該引張り強度
と前記ある距離との積である法線方向曲げ抵抗力を演算
する工程と、前記ある距離を変更して前記工程を繰り返
すことにより、法線方向曲げ抵抗力が最大になる位置を
求める工程と、所定の火災条件下において、前記鋼管コ
ンクリート柱の軸心から隅角部対角方向にある距離離れ
た位置のコンクリート温度を演算する工程と、該位置に
鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度に加熱さ
れると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求める工程と、
該引張り強度と前記ある距離との積である対角方向曲げ
抵抗力を演算する工程と、前記ある距離を変更して前記
工程を繰り返すことにより、対角方向曲げ抵抗力が最大
になる位置を求める工程とを有し、該求められた法線方
向曲げ抵抗力が最大になる位置と対角方向曲げ抵抗力が
最大になる位置を結ぶ直線上に鉄筋を配置することを特
徴とするものである。
て構成される鋼管コンクリート柱の設計方法であって、
所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心から辺中央法線方向にある距離離れた位置のコンク
リート温度を演算する工程と、該位置に鉄筋を配置し、
該鉄筋が前記コンクリート温度に加熱されると仮定し
て、該鉄筋の引張り強度を求める工程と、該引張り強度
と前記ある距離との積である法線方向曲げ抵抗力を演算
する工程と、前記ある距離を変更して前記工程を繰り返
すことにより、法線方向曲げ抵抗力が最大になる位置を
求める工程と、所定の火災条件下において、前記鋼管コ
ンクリート柱の軸心から隅角部対角方向にある距離離れ
た位置のコンクリート温度を演算する工程と、該位置に
鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度に加熱さ
れると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求める工程と、
該引張り強度と前記ある距離との積である対角方向曲げ
抵抗力を演算する工程と、前記ある距離を変更して前記
工程を繰り返すことにより、対角方向曲げ抵抗力が最大
になる位置を求める工程とを有し、該求められた法線方
向曲げ抵抗力が最大になる位置と対角方向曲げ抵抗力が
最大になる位置を結ぶ直線上に鉄筋を配置することを特
徴とするものである。
【００２６】［８］ 前記［７］において、所定の火災
条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から辺
中央法線方向または隅角部対角方向にそれぞれある距離
X離れた位置のコンクリート温度Θが次式により演算さ
れることを特徴とするものである。
条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心から辺
中央法線方向または隅角部対角方向にそれぞれある距離
X離れた位置のコンクリート温度Θが次式により演算さ
れることを特徴とするものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】（曲げ抵抗力）図１は、本発明の
鋼管コンクリート柱の設計方法を説明する模式図であ
る。図１において、曲線ａは、火災時の円形断面の鋼管
コンクリート柱の断面内温度分布（コンクリート温度の
断面内温度分布）の模式図である。縦軸は温度、横軸は
柱の中心からの距離であって、表面から内部に向かうに
従い温度は低下することは明らかである。
鋼管コンクリート柱の設計方法を説明する模式図であ
る。図１において、曲線ａは、火災時の円形断面の鋼管
コンクリート柱の断面内温度分布（コンクリート温度の
断面内温度分布）の模式図である。縦軸は温度、横軸は
柱の中心からの距離であって、表面から内部に向かうに
従い温度は低下することは明らかである。
【００２８】図１中の曲線ｔは、鉄筋強度の温度依存性
の模式図である。縦軸は温度、横軸は強度（図中、左方
向に向けて増大する）であって、一般に鉄筋の強度は30
0℃程度までは常温と同等であるが、400℃を超える付近
から急激に低下する。
の模式図である。縦軸は温度、横軸は強度（図中、左方
向に向けて増大する）であって、一般に鉄筋の強度は30
0℃程度までは常温と同等であるが、400℃を超える付近
から急激に低下する。
【００２９】図１中の曲線ｃは、鋼管コンクリート柱内
のある位置に鉄筋を配置し、その位置における曲線ａで
示される温度に加熱されたと仮定した場合の、その位置
における鉄筋の強度を示している。すなわち、火災時に
は表面付近の温度が高くなるため、表面付近に配置した
鉄筋の強度が低下する。したがって、鉄筋を中心近くに
配置する方が、支持力に耐える上からは有利になるもの
の、鉄筋の曲げモーメントに対する抵抗力（以下、曲げ
抵抗力と称す）は、モーメントアーム（柱中心からの距
離）が小さくなるため、必ずしも大きい値にならない。
のある位置に鉄筋を配置し、その位置における曲線ａで
示される温度に加熱されたと仮定した場合の、その位置
における鉄筋の強度を示している。すなわち、火災時に
は表面付近の温度が高くなるため、表面付近に配置した
鉄筋の強度が低下する。したがって、鉄筋を中心近くに
配置する方が、支持力に耐える上からは有利になるもの
の、鉄筋の曲げモーメントに対する抵抗力（以下、曲げ
抵抗力と称す）は、モーメントアーム（柱中心からの距
離）が小さくなるため、必ずしも大きい値にならない。
【００３０】図１中の曲線ｄは、ある位置の柱中心から
の距離とその位置における前記曲線ｃで示される鉄筋強
度の積である曲げ抵抗力を示す。すなわち、火災時に最
も有効な鉄筋の配置位置は曲線ｄ（鉄筋の強度とモーメ
ントアームの積）が最大となる位置である。なお、充填
コンクリート部分の温度は、実験による測定や熱伝導解
析によって容易に求められ、また、鉄筋強度の温度依存
性についても、材料試験や文献（データ集等）により、
求めることができる。 （温度分布の予測式）円形断面の鋼管コンクリート柱に
おける断面内温度分布を簡略な評価式で予測できること
が示され、座標と時間を規準化した簡略な予測式が提案
されている。 （柴田通生，「コンクリート充填鋼管の火災時の温度分
布」，日本建築学会大会学術講演梗概集(東海)，1994年
9月）
の距離とその位置における前記曲線ｃで示される鉄筋強
度の積である曲げ抵抗力を示す。すなわち、火災時に最
も有効な鉄筋の配置位置は曲線ｄ（鉄筋の強度とモーメ
ントアームの積）が最大となる位置である。なお、充填
コンクリート部分の温度は、実験による測定や熱伝導解
析によって容易に求められ、また、鉄筋強度の温度依存
性についても、材料試験や文献（データ集等）により、
求めることができる。 （温度分布の予測式）円形断面の鋼管コンクリート柱に
おける断面内温度分布を簡略な評価式で予測できること
が示され、座標と時間を規準化した簡略な予測式が提案
されている。 （柴田通生，「コンクリート充填鋼管の火災時の温度分
布」，日本建築学会大会学術講演梗概集(東海)，1994年
9月）
【００３１】
【式１】
【００３２】ここに、
Θ（ξ、T）：円形断面内の位置、時刻における温度 （℃）
ξ＝2ｘ/D （cm/cm）
T=4ｔ/D2 （分/cm2）
ｘ ：軸心を原点とし、半径方向へ測った座標 （cm）
ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分）
D ：コンクリート断面の径 （cm）
さらに、発明者らは、正方形断面の鋼管コンクリート柱
において、加熱試験を行い、断面内温度分布が下式で予
測できることを見出した。すなわち、 辺中央法線方向の温度分布：
において、加熱試験を行い、断面内温度分布が下式で予
測できることを見出した。すなわち、 辺中央法線方向の温度分布：
【００３３】
【式２】
【００３４】隅角部対角方向の温度分布：
【００３５】
【式３】
【００３６】ここに、
Θ（ξ、η、T）：正方形断面内の位置、時刻における
温度（℃） ただし、式(2)においては辺中央法線方向の座標をで代
表させ、式(3)においては隅角部対角方向の座標をで代表
させている。
温度（℃） ただし、式(2)においては辺中央法線方向の座標をで代
表させ、式(3)においては隅角部対角方向の座標をで代表
させている。
【００３７】ここに、
ξ＝2ｘ/B （cm/cm）
η＝2ｙ/B （cm/cm）
T=2t/B （分/cm2）
ｘ ：断面中心を原点とし、辺中央部法線方向へ測った座標 （cm）
ｙ ：断面中心を原点とし、と直交する方向へ測った座標 （cm）
ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分）
B ：コンクリート断面の径 （cm）
図２は、本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法に置け
る鋼管コンクリート柱の断面内温度分布を整理する際の
座標系を示す平面図であって、（ａ）は円形断面、
（ｂ）は正方形断面を示す。 （予測式の検証）図３は、本発明の鋼管コンクリート柱
の設計方法に置ける円形断面の鋼管コンクリート柱の断
面内温度分布の予測式と実験結果を比較する比較図であ
る。縦軸が温度、横軸が鋼管コンクリート柱の表面から
の距離を示す。図３において、図中のDは鋼管コンクリ
ート柱の外径であって、４５．７ｃｍ、６１．０ｃｍお
よび８１．３ｃｍの３種類の外径に対し、３時間加熱の
場合の実験結果と予測式の計算値を表示している。図３
より、式１は実験値を良好に再現していることが分か
る。
る鋼管コンクリート柱の断面内温度分布を整理する際の
座標系を示す平面図であって、（ａ）は円形断面、
（ｂ）は正方形断面を示す。 （予測式の検証）図３は、本発明の鋼管コンクリート柱
の設計方法に置ける円形断面の鋼管コンクリート柱の断
面内温度分布の予測式と実験結果を比較する比較図であ
る。縦軸が温度、横軸が鋼管コンクリート柱の表面から
の距離を示す。図３において、図中のDは鋼管コンクリ
ート柱の外径であって、４５．７ｃｍ、６１．０ｃｍお
よび８１．３ｃｍの３種類の外径に対し、３時間加熱の
場合の実験結果と予測式の計算値を表示している。図３
より、式１は実験値を良好に再現していることが分か
る。
【００３８】図４および図５は、本発明の鋼管コンクリ
ート柱の設計方法に置ける正方形断面の鋼管コンクリー
ト柱の断面内温度分布の予測式と実験結果を比較する比
較図である。縦軸が温度、横軸が鋼管コンクリート柱の
表面からの距離を示す。図４において、図中のDは鋼管
コンクリート柱の外径であって、３０ｃｍ、４０ｃｍ、
５５ｃｍおよび７０ｃｍの４種類の外径に対し、３時間
加熱の場合について、それぞれ法線方向および対角方向
の実験結果と予測式の計算値を表示している。図４およ
び図５より、式２および式３は実験値を良好に再現して
いることが分かる。 （設計方法、円形断面）図６は、本発明の鋼管コンクリ
ート柱の設計方法における一実施例を説明する円形断面
鋼管コンクリート柱の断面内温度分布を示す温度分布図
および鉄筋強度の温度依存性を示す相関図である。
ート柱の設計方法に置ける正方形断面の鋼管コンクリー
ト柱の断面内温度分布の予測式と実験結果を比較する比
較図である。縦軸が温度、横軸が鋼管コンクリート柱の
表面からの距離を示す。図４において、図中のDは鋼管
コンクリート柱の外径であって、３０ｃｍ、４０ｃｍ、
５５ｃｍおよび７０ｃｍの４種類の外径に対し、３時間
加熱の場合について、それぞれ法線方向および対角方向
の実験結果と予測式の計算値を表示している。図４およ
び図５より、式２および式３は実験値を良好に再現して
いることが分かる。 （設計方法、円形断面）図６は、本発明の鋼管コンクリ
ート柱の設計方法における一実施例を説明する円形断面
鋼管コンクリート柱の断面内温度分布を示す温度分布図
および鉄筋強度の温度依存性を示す相関図である。
【００３９】図６の（ａ）はコンクリート断面の直径が
８０ｃｍの場合であって、加熱開始後の経過時間が６０
分、１２０分および１８０分の時点（火災発生から１時
間後、２時間後および３時間後に相当）におけるコンク
リート断面内の温度分布を式（１）により予測した結果
である。縦軸は温度、横軸は断面位置を実座標で表して
いる。
８０ｃｍの場合であって、加熱開始後の経過時間が６０
分、１２０分および１８０分の時点（火災発生から１時
間後、２時間後および３時間後に相当）におけるコンク
リート断面内の温度分布を式（１）により予測した結果
である。縦軸は温度、横軸は断面位置を実座標で表して
いる。
【００４０】図６の（ｂ）は、発明者らが実施した鉄筋
の高温引張試験結果である。ここで、鉄筋強度は、指針
（日本建築学会編，「鋼構造耐火設計指針」，1999年1
月）の方法に従い、引張試験時の歪度１％時における応
力度の値を採った。
の高温引張試験結果である。ここで、鉄筋強度は、指針
（日本建築学会編，「鋼構造耐火設計指針」，1999年1
月）の方法に従い、引張試験時の歪度１％時における応
力度の値を採った。
【００４１】なお、鉄筋強度は歪度１％時における応力
度に限定するものではなく、降伏点や０．２％オフセッ
ト耐力、引張強さなど適宜選択することができる。
度に限定するものではなく、降伏点や０．２％オフセッ
ト耐力、引張強さなど適宜選択することができる。
【００４２】図７は、本発明の鋼管コンクリート柱の設
計方法における一実施例を説明する円形断面鋼管コンク
リート柱の鉄筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図
である。コンクリート断面の直径が８０ｃｍの場合であ
って、加熱開始後の経過時間が６０分、１２０分および
１８０分の時点（火災発生から１時間後、２時間後およ
び３時間後に相当）における鉄筋強度を、図６の（ｂ）
に示す鉄筋の高温引張試験結果を折れ線で近似し、常温
強度に対する強度の割合で表示した。
計方法における一実施例を説明する円形断面鋼管コンク
リート柱の鉄筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図
である。コンクリート断面の直径が８０ｃｍの場合であ
って、加熱開始後の経過時間が６０分、１２０分および
１８０分の時点（火災発生から１時間後、２時間後およ
び３時間後に相当）における鉄筋強度を、図６の（ｂ）
に示す鉄筋の高温引張試験結果を折れ線で近似し、常温
強度に対する強度の割合で表示した。
【００４３】図８は、本発明の鋼管コンクリート柱の設
計方法における一実施例を説明する円形断面鋼管コンク
リート柱に配置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図で
あって、縦軸は曲げ抵抗力、横軸は鋼管コンクリート柱
の中心からの距離である。
計方法における一実施例を説明する円形断面鋼管コンク
リート柱に配置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図で
あって、縦軸は曲げ抵抗力、横軸は鋼管コンクリート柱
の中心からの距離である。
【００４４】図８はコンクリート断面の直径が８０ｃｍ
の場合であって、加熱開始後の経過時間が６０分、１２
０分および１８０分の時点（火災発生から１時間後、２
時間後および３時間後に相当）における鉄筋の曲げ抵抗
力を示す。
の場合であって、加熱開始後の経過時間が６０分、１２
０分および１８０分の時点（火災発生から１時間後、２
時間後および３時間後に相当）における鉄筋の曲げ抵抗
力を示す。
【００４５】すなわち、鉄筋の曲げ抵抗力が最大となる
位置を見出すために、柱中心からの距離ξと図７に示す
鉄筋強度αとの積（ξ×α）を計算した。ここで、柱中
心からの距離ξ（位置）としては、実座標でなく、柱の
半径に対する比率で無次元化した規準化座標を採用した
が、実座標を用いても、得られる最大位置は同じであ
る。
位置を見出すために、柱中心からの距離ξと図７に示す
鉄筋強度αとの積（ξ×α）を計算した。ここで、柱中
心からの距離ξ（位置）としては、実座標でなく、柱の
半径に対する比率で無次元化した規準化座標を採用した
が、実座標を用いても、得られる最大位置は同じであ
る。
【００４６】図８より、縦軸の値が最大となる位置が耐
火性能上最適な位置となる。該鉄筋挿入の最適位置は、
断面の径によって異なるし、同一断面であっても目標と
する耐火時間によって異なる。また、同一断面の場合、
要求耐火時間が長いほど、より断面の中心に近い位置が
最適となることもわかる。たとえば、断面直径が８０ｃ
ｍで目標耐火時間が１時間の場合、鉄筋の配置は、柱中
心から柱半径の８６％離れた位置、すなわち１２．９ｃ
ｍ離れた位置となる。この位置は、図７において、鉄筋
の強度が急激に低下する位置より、わずかに柱表面側に
偏移している。図８に示す曲げ抵抗力の最大位置（配置
の最適位置）を表１にまとめる。表１において、実座標
は単位ｃｍで、規準化座標は実座標を断面半径で除した
無次元量である。また、断面径３０ｃｍの場合を付記し
ている。
火性能上最適な位置となる。該鉄筋挿入の最適位置は、
断面の径によって異なるし、同一断面であっても目標と
する耐火時間によって異なる。また、同一断面の場合、
要求耐火時間が長いほど、より断面の中心に近い位置が
最適となることもわかる。たとえば、断面直径が８０ｃ
ｍで目標耐火時間が１時間の場合、鉄筋の配置は、柱中
心から柱半径の８６％離れた位置、すなわち１２．９ｃ
ｍ離れた位置となる。この位置は、図７において、鉄筋
の強度が急激に低下する位置より、わずかに柱表面側に
偏移している。図８に示す曲げ抵抗力の最大位置（配置
の最適位置）を表１にまとめる。表１において、実座標
は単位ｃｍで、規準化座標は実座標を断面半径で除した
無次元量である。また、断面径３０ｃｍの場合を付記し
ている。
【００４７】
【表１】
【００４８】（設計方法、角形断面）図９および図１０
は、本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法における一
実施例を説明する正方形断面鋼管コンクリート柱の断面
内温度分布を示す温度分布図である。角形断面の場合、
断面形状が軸対称ではないため、温度分布も2次元的に
なる。本発明の簡略式では、これを、式（２）、式
（３）のように、中心から辺中央部の法線方向へ向かう
座標と、中心から隅角部の対角方向へ向かう座標で表現
している。コンクリート断面径（正方形の辺の長さ）が
８０ｃｍの場合であって、加熱開始後の経過時間が６０
分、１２０分および１８０分の時点（火災発生から１時
間後、２時間後および３時間後に相当）についてのもの
で、縦軸は温度、横軸は断面中心から法線方向の距離を
実座標で表している。
は、本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法における一
実施例を説明する正方形断面鋼管コンクリート柱の断面
内温度分布を示す温度分布図である。角形断面の場合、
断面形状が軸対称ではないため、温度分布も2次元的に
なる。本発明の簡略式では、これを、式（２）、式
（３）のように、中心から辺中央部の法線方向へ向かう
座標と、中心から隅角部の対角方向へ向かう座標で表現
している。コンクリート断面径（正方形の辺の長さ）が
８０ｃｍの場合であって、加熱開始後の経過時間が６０
分、１２０分および１８０分の時点（火災発生から１時
間後、２時間後および３時間後に相当）についてのもの
で、縦軸は温度、横軸は断面中心から法線方向の距離を
実座標で表している。
【００４９】図９は、法線方向のコンクリート断面内の
温度分布を式（２）により予測した結果であり、図１０
は、対角方向のコンクリート断面内の温度分布を式
（３）により予測した結果である。
温度分布を式（２）により予測した結果であり、図１０
は、対角方向のコンクリート断面内の温度分布を式
（３）により予測した結果である。
【００５０】図１１および図１２は、本発明の鋼管コン
クリート柱の設計方法における一実施例を説明する角形
断面鋼管コンクリート柱の鉄筋配置位置と鉄筋強度の関
係を示す相関図である。
クリート柱の設計方法における一実施例を説明する角形
断面鋼管コンクリート柱の鉄筋配置位置と鉄筋強度の関
係を示す相関図である。
【００５１】図１１および図１２は、それぞれ、図９お
よび図１０の温度分布に対応した、鉄筋位置と鉄筋強度
の関係を示す相関図である（前記円形断面の場合に準じ
る）。
よび図１０の温度分布に対応した、鉄筋位置と鉄筋強度
の関係を示す相関図である（前記円形断面の場合に準じ
る）。
【００５２】図１３および図１４は、本発明の鋼管コン
クリート柱の設計方法における一実施例を説明する角形
断面鋼管コンクリート柱に配置された鉄筋の曲げ抵抗力
を示す分布図であって、縦軸は曲げ抵抗力、横軸は鋼管
コンクリート柱の中心からの距離である。
クリート柱の設計方法における一実施例を説明する角形
断面鋼管コンクリート柱に配置された鉄筋の曲げ抵抗力
を示す分布図であって、縦軸は曲げ抵抗力、横軸は鋼管
コンクリート柱の中心からの距離である。
【００５３】図１３のおよび図１４は、それぞれ、図１
１および図１２の鉄筋強度分布に対応した、鉄筋位置と
鉄筋の曲げ抵抗力の関係を示す相関図である（前記円形
断面の場合に準じる）。図１３および図１４に示す曲げ
抵抗力の最大位置（配置の最適位置）を表２および表３
にまとめる。表２および表３において、実座標は単位ｃ
ｍで、規準化座標は実座標を断面半径で除した無次元量
である。また、断面径３０ｃｍの場合を付記している。
１および図１２の鉄筋強度分布に対応した、鉄筋位置と
鉄筋の曲げ抵抗力の関係を示す相関図である（前記円形
断面の場合に準じる）。図１３および図１４に示す曲げ
抵抗力の最大位置（配置の最適位置）を表２および表３
にまとめる。表２および表３において、実座標は単位ｃ
ｍで、規準化座標は実座標を断面半径で除した無次元量
である。また、断面径３０ｃｍの場合を付記している。
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】（鋼管コンクリート柱、円形断面）図１５
は、本発明の鋼管コンクリート柱の一実施例を説明する
円形断面鋼管コンクリート柱の断面図である。図１５に
おいて、外径８４ｃｍ、肉厚２ｃｍの円形鋼管1内部
に、外径２ｃｍのＳＤ３９０鉄筋が８本等間隔の配置さ
れ、かつ、該内部にコンクリート３が充填されている。
は、本発明の鋼管コンクリート柱の一実施例を説明する
円形断面鋼管コンクリート柱の断面図である。図１５に
おいて、外径８４ｃｍ、肉厚２ｃｍの円形鋼管1内部
に、外径２ｃｍのＳＤ３９０鉄筋が８本等間隔の配置さ
れ、かつ、該内部にコンクリート３が充填されている。
【００５７】鉄筋の配置は、最上階から数えて４階目ま
で（建築基準法による「要求耐火時間」が１時間）の上層
階では、鋼管１の中心から鉄筋２の中心までの距離が３
６.５ｃｍであり、最上階から数えて５階目より１４階
目まで（建築基準法による「要求耐火時間」が２時間）の
中層階では、３５.２ｃｍ、および最上階から数えて１
５階目より下層（建築基準法による「要求耐火時間」が３
時間）の下層階では、３３.６ｃｍとなっている。
で（建築基準法による「要求耐火時間」が１時間）の上層
階では、鋼管１の中心から鉄筋２の中心までの距離が３
６.５ｃｍであり、最上階から数えて５階目より１４階
目まで（建築基準法による「要求耐火時間」が２時間）の
中層階では、３５.２ｃｍ、および最上階から数えて１
５階目より下層（建築基準法による「要求耐火時間」が３
時間）の下層階では、３３.６ｃｍとなっている。
【００５８】なお、上層階の配置位置が、表1に示す最
適位置である３７.２ｃｍの位置にない。鉄筋２を該位
置に配置したのでは、鋼管１の内面に近接し過ぎるた
め、必要なかぶり（通常２．０から２．５ｃｍ）が確保
できないため、鋼管１の中心側に偏移させたためであ
る。このとき、偏移した位置において、曲げ抵抗力を計
算して、必要により、鉄筋径ないし鉄筋材質の変更をす
る。
適位置である３７.２ｃｍの位置にない。鉄筋２を該位
置に配置したのでは、鋼管１の内面に近接し過ぎるた
め、必要なかぶり（通常２．０から２．５ｃｍ）が確保
できないため、鋼管１の中心側に偏移させたためであ
る。このとき、偏移した位置において、曲げ抵抗力を計
算して、必要により、鉄筋径ないし鉄筋材質の変更をす
る。
【００５９】すなわち、本発明は、鉄筋の配置位置を、
前記設計方法により計算された最適鉄筋位置に限定する
ものではなく、施工性や施工の精度等を考慮して最適鉄
筋位置から所定量の偏移をしてもよい。さらに、高温強
度を改善した鉄筋を用いた場合には、最適位置もそれに
応じて変化する（前記と同じ方法により求められる）。
また、鉄筋の外径および配置本数の決定は、設計的事項
である。 （鋼管コンクリート柱、角形断面）図１６は、本発明の
鋼管コンクリート柱の他の実施例を説明する角形断面鋼
管コンクリート柱の断面図である。図１６において、一
辺の長さ（内法）８０ｃｍ、肉厚２ｃｍの正方形断面の
角形鋼管４の内部に外径２ｃｍのＳＤ３９０鉄筋５が、
八角形状に配置され、かつ、該内部にコンクリート６が
充填されている。
前記設計方法により計算された最適鉄筋位置に限定する
ものではなく、施工性や施工の精度等を考慮して最適鉄
筋位置から所定量の偏移をしてもよい。さらに、高温強
度を改善した鉄筋を用いた場合には、最適位置もそれに
応じて変化する（前記と同じ方法により求められる）。
また、鉄筋の外径および配置本数の決定は、設計的事項
である。 （鋼管コンクリート柱、角形断面）図１６は、本発明の
鋼管コンクリート柱の他の実施例を説明する角形断面鋼
管コンクリート柱の断面図である。図１６において、一
辺の長さ（内法）８０ｃｍ、肉厚２ｃｍの正方形断面の
角形鋼管４の内部に外径２ｃｍのＳＤ３９０鉄筋５が、
八角形状に配置され、かつ、該内部にコンクリート６が
充填されている。
【００６０】鉄筋５は、最上階から数えて４階目まで
（建築基準法による「要求耐火時間」が１時間）の上層階
では、鋼管４の中心から鉄筋５の中心までの法線方向の
距離が３６.５ｃｍの位置、および対角方向の距離が４
９.８ｃｍ（３５.２×√２）の位置に配置されている。
最上階から数えて５階目より１４階目まで（建築基準法
による「要求耐火時間」が２時間）の中層階では、法線方
向で３６.４ｃｍの位置、および対角方向で４４.１ｃｍ
（３１.２×√２）の位置に配置されている。および最
上階から数えて１５階目より下層（建築基準法による
「要求耐火時間」が３時間）の下層階では、法線方向で３
４ｃｍの位置、および対角方向で４２.４ｃｍ（３０×
√２）の位置に配置されている。
（建築基準法による「要求耐火時間」が１時間）の上層階
では、鋼管４の中心から鉄筋５の中心までの法線方向の
距離が３６.５ｃｍの位置、および対角方向の距離が４
９.８ｃｍ（３５.２×√２）の位置に配置されている。
最上階から数えて５階目より１４階目まで（建築基準法
による「要求耐火時間」が２時間）の中層階では、法線方
向で３６.４ｃｍの位置、および対角方向で４４.１ｃｍ
（３１.２×√２）の位置に配置されている。および最
上階から数えて１５階目より下層（建築基準法による
「要求耐火時間」が３時間）の下層階では、法線方向で３
４ｃｍの位置、および対角方向で４２.４ｃｍ（３０×
√２）の位置に配置されている。
【００６１】なお、上層階の法線方向の配置位置が、表
２に示す最適位置である３８.４ｃｍの位置にない。鉄
筋５を該位置に配置したのでは、鋼管４の内面に近接し
過ぎるため、必要なかぶり（通常２．０から２．５ｃ
ｍ）が確保できないため、鋼管５の中心側に偏移させた
ためである。
２に示す最適位置である３８.４ｃｍの位置にない。鉄
筋５を該位置に配置したのでは、鋼管４の内面に近接し
過ぎるため、必要なかぶり（通常２．０から２．５ｃ
ｍ）が確保できないため、鋼管５の中心側に偏移させた
ためである。
【００６２】
【発明の効果】以上述べた本発明の鋼管コンクリート柱
およびその設計方法によれば、以下のような顕著な効果
が得られる。
およびその設計方法によれば、以下のような顕著な効果
が得られる。
【００６３】鉄筋が、曲げ抵抗力の最大位置に配置され
るから、必要最小限の鉄筋により火災時の曲げ耐力を効
率的に確保し、過剰な量の鉄筋配置を排除し、コストの
低減や施工性の改善に貢献する。
るから、必要最小限の鉄筋により火災時の曲げ耐力を効
率的に確保し、過剰な量の鉄筋配置を排除し、コストの
低減や施工性の改善に貢献する。
【図１】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法を説明
する模式図である。
する模式図である。
【図２】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法に置け
る鋼管コンクリート柱の断面内温度分布を整理する際の
座標系を示す平面図である。
る鋼管コンクリート柱の断面内温度分布を整理する際の
座標系を示す平面図である。
【図３】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法に置け
る円形断面の鋼管コンクリート柱の断面内温度分布の予
測式と実験結果を比較する比較図である。
る円形断面の鋼管コンクリート柱の断面内温度分布の予
測式と実験結果を比較する比較図である。
【図４】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法に置け
る正方形断面の鋼管コンクリート柱の断面内温度分布の
予測式と実験結果を比較する比較図である。
る正方形断面の鋼管コンクリート柱の断面内温度分布の
予測式と実験結果を比較する比較図である。
【図５】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法に置け
る正方形断面の鋼管コンクリート柱の断面内温度分布の
予測式と実験結果を比較する比較図である。
る正方形断面の鋼管コンクリート柱の断面内温度分布の
予測式と実験結果を比較する比較図である。
【図６】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法におけ
る一実施例を説明する円形断面鋼管コンクリート柱の断
面内温度分布を示す温度分布図（ａ）および鉄筋強度の
温度依存性を示す相関図（ｂ）である。
る一実施例を説明する円形断面鋼管コンクリート柱の断
面内温度分布を示す温度分布図（ａ）および鉄筋強度の
温度依存性を示す相関図（ｂ）である。
【図７】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法におけ
る一実施例を説明する円形断面鋼管コンクリート柱の鉄
筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図である。
る一実施例を説明する円形断面鋼管コンクリート柱の鉄
筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図である。
【図８】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法におけ
る一実施例を説明する円形断面鋼管コンクリート柱に配
置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図である。
る一実施例を説明する円形断面鋼管コンクリート柱に配
置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図である。
【図９】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法におけ
る一実施例を説明する正方形断面鋼管コンクリート柱の
断面内温度分布を示す温度分布図である。
る一実施例を説明する正方形断面鋼管コンクリート柱の
断面内温度分布を示す温度分布図である。
【図１０】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法にお
ける一実施例を説明する正方形断面鋼管コンクリート柱
の断面内温度分布を示す温度分布図である。
ける一実施例を説明する正方形断面鋼管コンクリート柱
の断面内温度分布を示す温度分布図である。
【図１１】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法にお
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱の
鉄筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図である。
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱の
鉄筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図である。
【図１２】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法にお
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱の
鉄筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図である。
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱の
鉄筋配置位置と鉄筋強度の関係を示す相関図である。
【図１３】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法にお
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱に
配置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図である。
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱に
配置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図である。
【図１４】本発明の鋼管コンクリート柱の設計方法にお
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱に
配置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図である。
ける一実施例を説明する角形断面鋼管コンクリート柱に
配置された鉄筋の曲げ抵抗力を示す分布図である。
【図１５】本発明の鋼管コンクリート柱の一実施例を説
明する円形断面鋼管コンクリート柱の断面図である。
明する円形断面鋼管コンクリート柱の断面図である。
【図１６】本発明の鋼管コンクリート柱の他の実施例を
説明する角形断面鋼管コンクリート柱の断面図である。
説明する角形断面鋼管コンクリート柱の断面図である。
【図１７】建築物内部で火災が発生した状況を模式的に
示す説明図である。
示す説明図である。
【図１８】載荷加熱実験の様子を示す正面図である。
【図１９】従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱の
構造を示す側面視の断面図である。
構造を示す側面視の断面図である。
【図２０】従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱の
構造を示す側面視の断面図である。
構造を示す側面視の断面図である。
【図２１】従来の鉄筋を挿入した鋼管コンクリート柱の
構造を示す一部断面の側面図である。
構造を示す一部断面の側面図である。
１ 円形断面鋼管
２ 円形断面鋼管に配置された鉄筋
３ 円形断面鋼管に充填されたコンクリート
４ 角形断面鋼管
５ 角形断面鋼管に配置された鉄筋
６ 角形断面鋼管に充填されたコンクリート
Claims (8)
- 【請求項１】 鋼管の内部にコンクリートを充填して
構成される鋼管コンクリート柱であって、 所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心からある距離離れた位置のコンクリート温度を演算
し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート
温度に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求
め、さらに、該引張り強度と前記ある距離との積である
曲げ抵抗力を求め、該曲げ抵抗力が最大になる位置に鉄
筋が配置されていることを特徴とする鋼管コンクリート
柱。 - 【請求項２】 前記鋼管が円形断面であって、所定の
火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心か
らある距離X離れた位置のコンクリート温度Θが次式に
より演算されていることを特徴とする請求項1記載の鋼
管コンクリート柱。 【式１】 ここに、 Θ（ξ、T）：円形断面内の位置、時刻における温度 （℃） ξ＝2ｘ/D （cm/cm） T=4ｔ/D2 （分/cm2） ｘ ：軸心を原点とし、半径方向へ測った座標 （cm） ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分） D ：コンクリート断面の径 （cm） - 【請求項３】 角形断面の鋼管の内部にコンクリート
を充填して構成される鋼管コンクリート柱であって、 所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心から辺中央法線方向にある距離離れた位置のコンク
リート温度を演算し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が
前記コンクリート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋
の引張り強度を求め、さらに、該引張り強度と前記ある
距離との積である法線方向曲げ抵抗力を演算し、該法線
方向曲げ抵抗力が最大になる位置を求め、 所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心から隅角部対角方向にある距離離れた位置のコンク
リート温度を演算し、該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が
前記コンクリート温度に加熱されると仮定して、該鉄筋
の引張り強度を求め、さらに、該引張り強度と前記ある
距離との積である対角方向曲げ抵抗力を演算し、該対角
方向曲げ抵抗力が最大になる位置を求め、 そして、求められた法線方向曲げ抵抗力が最大になる位
置と対角方向曲げ抵抗力が最大になる位置を結ぶ直線上
に鉄筋が配置されていることを特徴とする鋼管コンクリ
ート柱。 - 【請求項４】 所定の火災条件下において、前記鋼管
コンクリート柱の軸心から辺中央法線方向または隅角部
対角方向にそれぞれある距離X離れた位置のコンクリー
ト温度Θが次式により演算されることを特徴とする請求
項３記載の鋼管コンクリート柱。 辺中央法線方向の温度分布： 【式２】 隅角部対角方向の温度分布： 【式３】 ここに、 Θ（ξ、η、T）：正方形断面内の位置、時刻における
温度（℃） ただし、式(2)においては辺中央法線方向の座標をで代
表させ、式(3)においては隅角部対角方向の座標をで代表
させている。 ここに、 ξ＝2ｘ/B （cm/cm） η＝2ｙ/B （cm/cm） T=2t/B （分/cm2） ｘ ：断面中心を原点とし、辺中央部法線方向へ測った座標 （cm） ｙ ：断面中心を原点とし、と直交する方向へ測った座標 （cm） ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分） B ：コンクリート断面の径 （cm） - 【請求項５】 鋼管の内部にコンクリートを充填して
構成される鋼管コンクリート柱の設計方法であって、 所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心からある距離離れた位置のコンクリート温度を演算
する工程と、 該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度
に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求める
工程と、 該引張り強度と前記ある距離との積である曲げ抵抗力を
演算する工程と、 前記ある距離を変更して前記工程を繰り返すことによ
り、曲げ抵抗力が最大になる位置を求める工程を有し、 該求められた曲げ抵抗力が最大になる位置に鉄筋を配置
することを特徴とする鋼管コンクリート柱の設計方法。 - 【請求項６】 前記鋼管が円形断面であって、所定の
火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の軸心か
らある距離X離れた位置のコンクリート温度Θが次式に
より演算されることを特徴とする請求項５記載の鋼管コ
ンクリート柱の設計方法。 【式１】 ここに、 Θ（ξ、T）：円形断面内の位置、時刻における温度 （℃） ξ＝2ｘ/D （cm/cm） T=4ｔ/D2 （分/cm2） ｘ ：軸心を原点とし、半径方向へ測った座標 （cm） ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分） D ：コンクリート断面の径 （cm） - 【請求項７】 角形断面の鋼管の内部にコンクリート
を充填して構成される鋼管コンクリート柱の設計方法で
あって、 所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心から辺中央法線方向にある距離離れた位置のコンク
リート温度を演算する工程と、 該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度
に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求める
工程と、 該引張り強度と前記ある距離との積である法線方向曲げ
抵抗力を演算する工程と、 前記ある距離を変更して前記工程を繰り返すことによ
り、法線方向曲げ抵抗力が最大になる位置を求める工程
と、 所定の火災条件下において、前記鋼管コンクリート柱の
軸心から隅角部対角方向にある距離離れた位置のコンク
リート温度を演算する工程と、 該位置に鉄筋を配置し、該鉄筋が前記コンクリート温度
に加熱されると仮定して、該鉄筋の引張り強度を求める
工程と、 該引張り強度と前記ある距離との積である対角方向曲げ
抵抗力を演算する工程と、 前記ある距離を変更して前記工程を繰り返すことによ
り、対角方向曲げ抵抗力が最大になる位置を求める工程
とを有し、 該求められた法線方向曲げ抵抗力が最大になる位置と対
角方向曲げ抵抗力が最大になる位置を結ぶ直線上に鉄筋
を配置することを特徴とする鋼管コンクリート柱の設計
方法。 - 【請求項８】 所定の火災条件下において、前記鋼管
コンクリート柱の軸心から辺中央法線方向または隅角部
対角方向にそれぞれある距離X離れた位置のコンクリー
ト温度Θが次式により演算されることを特徴とする請求
項７記載の鋼管コンクリート柱の設計方法。 辺中央法線方向の温度分布： 【式２】 隅角部対角方向の温度分布： 【式３】 ここに、 ここに、 Θ（ξ、η、T）：正方形断面内の位置、時刻における
温度（℃） ただし、式(2)においては辺中央法線方向の座標をで代
表させ、式(3)においては隅角部対角方向の座標をで代表
させている。ここに、 ξ＝2ｘ/B （cm/cm） η＝2ｙ/B （cm/cm） T=2t/B （分/cm2） ｘ ：断面中心を原点とし、辺中央部法線方向へ測った座標 （cm） ｙ ：断面中心を原点とし、と直交する方向へ測った座標 （cm） ｔ ：加熱開始からの経過時間 （分） B ：コンクリート断面の径 （cm）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001302592A JP2003105922A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 鋼管コンクリート柱およびその設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001302592A JP2003105922A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 鋼管コンクリート柱およびその設計方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003105922A true JP2003105922A (ja) | 2003-04-09 |
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ID=19122807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001302592A Pending JP2003105922A (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 鋼管コンクリート柱およびその設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003105922A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101285088B1 (ko) | 2012-09-26 | 2013-07-17 | 한국건설기술연구원 | 강재의 내화성능 설계 방법 |
| CN112307412A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-02-02 | 杭州铁木辛柯建筑结构设计事务所有限公司 | 复合受力状态下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法 |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001302592A patent/JP2003105922A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101285088B1 (ko) | 2012-09-26 | 2013-07-17 | 한국건설기술연구원 | 강재의 내화성능 설계 방법 |
| CN112307412A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-02-02 | 杭州铁木辛柯建筑结构设计事务所有限公司 | 复合受力状态下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法 |
| CN112307412B (zh) * | 2020-11-03 | 2024-03-12 | 杭州铁木辛柯建筑结构设计事务所有限公司 | 复合受力状态下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法 |
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