JP2003313950A - コンクリート充填鋼管構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼管の内部に鋼管又は形鋼を内蔵し、該鋼管
や形鋼に圧縮ストラットを形成するためのベアリングリ
ブを設けることにより、応力伝達能力を向上させ、高耐
力で靱性に優れるコンクリート充填鋼管構造を提供す
る。 【解決手段】 鋼管が内蔵されたコンクリート充填鋼管
構造であって、外部鋼管と内部鋼管は同心配置とされ、
外部鋼管の内側面と内部鋼管の外側面にはそれぞれ、充
填コンクリートの圧縮ストラットを形成するのに適正な
部位にベアリングリブが設けられており、内部鋼管の内
側面には充填コンクリートの付着応力を増大させるベア
リングリブが設けられており、外部鋼管と内部鋼管との
隙間及び内部鋼管の内部にはコンクリートが充填され、
当該外部鋼管と内部鋼管とが一体化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主に集合住宅等
の超高層建物、大規模建物などの大形柱として使用され
るコンクリート充填鋼管構造の技術分野に属し、更に云
えば、鋼管又は形鋼を内蔵したコンクリート充填鋼管構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート充填鋼管構造は、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て充填コンクリー
トを柱の剛性に活用する技術（特開昭４８−１１８１５
号公報等参照）や、内ダイアフラムを設置して充填コン
クリートを柱の剛性だけでなく、曲げ及びせん断並びに
軸力にも活用する技術（特開昭６２−１６０３３７号公
報等参照）など、種々公知である。

【０００３】近年では、内ダイアフラムの使用に起因す
る弊害、すなわち、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あり、その製造に手間がかかる上に
製造費も高価で、コンクリートの付着性を著しく阻害す
るという弊害を解消するべく、特開平５−２８００９６
号公報、特許第２８８４２７９号（特開平５−３２１４
０２号）公報、特開平５−３２１４０３号公報に開示し
たようなコンクリート充填鋼管構造が開発され、実施に
供されている。

【０００４】Ｉ）前記特開平５−２８００９６号公報に
係るコンクリート充填鋼管構造は、同公報の請求項１に
記載されているように、鋼管内部に鉄筋が配筋され、鋼
管内部にコンクリートが充填された構成である。 II）前記特許第２８８４２７９号公報に係るコンクリー
ト充填鋼管構造は、同公報の請求項１に記載されている
ように、充填型コンクリート柱の上端部に、軸圧縮力の
流れの圧幅と同じ幅寸のドーナツ形状板が固定されてい
ると共に、前記柱の略中心部に１本又は複数本の太径の
異形鉄筋が埋設され、鋼管内部にコンクリートが充填さ
れた構成である。

【０００５】III）前記特開平５−３２１４０３号公報
に係るコンクリート充填鋼管構造は、同公報の請求項１
に記載されているように、鋼管を耐食性金属で被覆した
外殻金属皮の内部に、複数の貫通孔を有する有孔管状鉄
筋が鉛直方向に設けられ、同外殻金属皮の内部にコンク
リートが充填された構成である。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】上記Ｉ）〜III）に
係る技術は、充填コンクリートを柱の剛性のほか、曲
げ、せん断耐力、軸耐力にも活用できて経済的である。
また、鋼管内部に内ダイアフラムを設ける必要もないの
で単純管で用が足り、その製造が容易で能率が良く、安
価である。更に、コンクリートの付着性がよいので、品
質、信頼性に優れている。

【０００７】しかしながら、上記Ｉ）に係る技術は、配
筋した鉄筋をコンクリート充填鋼管内部に挿入する構成
であるが故に、現場の地組による配筋工事は工期の遅延
につながり、現場に配筋工事のスペースを確保できない
場合には、別の場所で配筋した鉄筋を現場に搬入する
が、運搬に無駄が多い。また、鉄筋の継手工事におい
て、主筋の抜け落ち防止のために鉄筋保持治具などを用
いるので、施工が困難であるほか、該主筋の最小間隔に
制約があり高軸力を確保するための主筋断面積の増大に
限界がある。

【０００８】上記II）に係る技術は、鋼管に内蔵する鉄
筋の構造をシンプル化しており、上記Ｉ）で挙げた施工
上の問題点はほぼ解消したと云える。しかし、高軸力を
確保するための主筋断面積の増大に限界があるのは依然
として解消していないばかりでなく、鋼管の略中心に芯
鉄筋を設ける技術では、柱の曲げ剛性、曲げ耐力に自ず
と限界があり、改良の余地が残されていると云える。

【０００９】上記III）に係る技術は、鋼管に内蔵する
鉄筋の構造をシンプル化しているように見えるが、鉄筋
の代替品として使用する有孔管状鉄筋自体の構造が複雑
でありコストが掛かる。また、実質的に鉄筋を使用する
ことに変わりはなく、上記II）と同様に、高軸力を確保
するための主筋断面積の増大に限界があるのは依然とし
て解消していないばかりでなく、鋼管の略中心に有孔管
状鉄筋を設ける技術では、柱の曲げ剛性、曲げ耐力に自
ずと限界があり、改良の余地が残されていると云える。

【００１０】本発明の目的は、鋼管の内部に鋼管又は形
鋼を内蔵し、該鋼管や形鋼に圧縮ストラットを形成する
ためのベアリングリブを設けることにより、応力伝達能
力を向上させ、高耐力で靱性に優れるコンクリート充填
鋼管構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、請求項１記載の発明に係るコンクリー
ト充填鋼管構造は、鋼管が内蔵されたコンクリート充填
鋼管構造であって、外部鋼管と内部鋼管は同心配置とさ
れ、外部鋼管の内側面と内部鋼管の外側面にはそれぞ
れ、充填コンクリートの圧縮ストラットを形成するのに
適正な部位にベアリングリブが設けられていること、内
部鋼管の内側面には、充填コンクリートの付着応力を増
大させるベアリングリブが設けられていること、外部鋼
管と内部鋼管との隙間及び内部鋼管の内部にはコンクリ
ートが充填され、当該外部鋼管と内部鋼管とが一体化さ
れていることを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１に記載し
たコンクリート充填鋼管構造において、外部鋼管の内側
面及び内部鋼管の外側面に設けられるベアリングリブ
は、充填コンクリートの圧縮ストラットが鉛直方向に対
して３０〜４５度の傾斜角度に形成される部位に取り付
け固定されていることを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載したコンクリート充填鋼管構造において、外部鋼管
の内側面及び内部鋼管の外側面に設けられるベアリング
リブは、外部鋼管及び内部鋼管の少なくとも一端部に設
けられていることを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか一に記載したコンクリート充填鋼管構造におい
て、内部鋼管の外側面及び内側面に設けられるベアリン
グリブは、当該内部鋼管の肉厚より幅広のベアリングリ
ブが当該内部鋼管の内外方向に突設する形態で溶接され
ていることを特徴とする。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか一に記載したコンクリート充填鋼管構造におい
て、内部鋼管は、外部鋼管より降伏耐力の高い高強度鋼
による管材とされていることを特徴とする。

【００１６】請求項６記載の発明に係るコンクリート充
填鋼管構造は、Ｈ形鋼等の形鋼が内蔵されたコンクリー
ト充填鋼管構造であって、外部鋼管と形鋼はそれぞれ同
心配置とされ、外部鋼管の内側面と形鋼の外側面にはそ
れぞれ、充填コンクリートの圧縮ストラットを形成する
のに適正な部位にベアリングリブが設けられているこ
と、外部鋼管の内部にはコンクリートが充填され、当該
外部鋼管と形鋼とが一体化されていることを特徴とす
る。

【００１７】請求項７記載の発明は、請求項６に記載し
たコンクリート充填鋼管構造において、外部鋼管の内側
面及び形鋼の外側面に設けられるベアリングリブは、充
填コンクリートの圧縮ストラットが鉛直方向に対して３
０〜４５度の傾斜角度に形成される部位に取り付け固定
されていることを特徴とする。

【００１８】請求項８記載の発明は、請求項６又は７に
記載したコンクリート充填鋼管構造において、外部鋼管
の内側面及び形鋼の外側面に設けられるベアリングリブ
は、外部鋼管及び形鋼の少なくとも一端部に設けられて
いることを特徴とする。

【００１９】請求項９記載の発明は、請求項６〜８のい
ずれか一に記載したコンクリート充填鋼管構造におい
て、形鋼は、外部鋼管より降伏耐力の高い高強度鋼によ
る形材とされていることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態、および実施例】請求項１〜９に記
載した発明に係るコンクリート充填鋼管構造は、主に集
合住宅等の超高層建物、大規模建物などの大形柱として
実施され、特には、十分な軸力を期待される前記大形柱
の下層部に好適に実施される。

【００２１】図１Ａ、Ｂと図２は、請求項１〜５に記載
した発明に係るコンクリート充填鋼管構造の実施形態を
示している。このコンクリート充填鋼管構造は、外部鋼
管１と内部鋼管２とを同心配置とした二重鋼管構造で、
前記外部鋼管１と内部鋼管２はそれぞれ、通例１節分
（３層分）の長さの円形鋼管で実施されている。この外
部鋼管１及び内部鋼管２は格別新規でなく、充填コンク
リートの応力分担能力を十分に発揮できる径及び肉厚で
実施される。

【００２２】外部鋼管１の内側面と内部鋼管２の外側面
にはそれぞれ、図３に示したように、当該外部鋼管１と
内部鋼管２とを建て込んだ状態で、充填コンクリート８
の圧縮ストラット７を形成するのに適正な部位に環状の
ベアリングリブ３、４が設けられている。また、内部鋼
管２の内側面には、充填コンクリート８の付着応力を増
大させる環状のベアリングリブ５が設けられている。

【００２３】外部鋼管１と内部鋼管２との隙間及び内部
鋼管２の内部にはコンクリート８が充填され、当該外部
鋼管１と内部鋼管２とが一体化されている（請求項１記
載の発明）。

【００２４】ちなみに、図中の符号６は、外部鋼管１と
内部鋼管２とを同心配置とする位置決め用のスペーサー
６を示している。前記スペーサー６は、内部鋼管２の材
軸方向に平行なプレート６ａを、周方向に略等間隔（１
２０°）に３枚設けて実施している。もちろん、前記プ
レート６ａの枚数は３枚に限定されず、４枚以上でも実
施できる。また、コンクリート８の充填方法は、トレミ
ー管を使用した落とし込み工法や鋼管下部からの圧入工
法などの従来工法で実施される。更に、柱梁接合部は、
図１中の符号Ａに示したような外ダイヤ形式や、符号Ｂ
に示したような仕口部増厚補強などのコンクリートの付
着性に悪影響を与えない接合方式が好ましい。

【００２５】前記外部鋼管１の内側面及び内部鋼管２の
外側面に設けられるベアリングリブ３、４は、充填コン
クリート８の圧縮ストラット７が、鉛直方向に対して３
０〜４５度の傾斜角度に形成される部位に取り付け固定
されている（請求項２記載の発明）。この実施例にかか
る内部鋼管２の外側面に設けるベアリングリブ４は、前
記外部鋼管１の内側面に設けたベアリングリブ３に対し
て、鉛直方向に対し３０〜４５度下方の位置となる構造
設計で実施されている。勿論、前記ベアリングリブ４
は、前記ベアリングリブ３に対して、鉛直方向に対し３
０〜４５度上方の位置となる構造設計で実施することも
できる。

【００２６】前記外部鋼管１の内側面及び内部鋼管２の
内外側面に設けるベアリングリブ３、５、４は、溶接等
の取り付け手段で接合される。よって、前記外部鋼管１
及び内部鋼管２の内側面に設けるベアリングリブ３、５
は、施工上の利便から、外部鋼管１及び内部鋼管２の端
部に設けることが好ましい。本実施例では、当該ベアリ
ングリブ３、５を設ける部位を、外部鋼管１及び内部鋼
管２の上端部に設けて実施しているが、下端部に設けて
実施してもよく、上下両端部に設けて実施してもよい
（請求項３記載の発明）。

【００２７】上記したコンクリート充填鋼管構造によれ
ば、内部鋼管２がその内部の充填コンクリート８を拘束
するので、内部コンクリート強度を無拘束コンクリート
よりも高く見込める。当該高く見込める上昇分は設計強
度に加算することが既に認められているので、従来技術
で記載した鋼管に内蔵される鉄筋等と前記内部鋼管２と
の鋼材料が等しければ内部コンクリートの上昇分だけ強
度的に優れていると云える。また、前記内部鋼管２は、
その内側と外側を充填コンクリート８で被覆されている
ので、座屈による耐力低下はない。更に、外部鋼管１の
内側面と内部鋼管２の外側面に設けたベアリングリブ
３、４により、図３に示したように、密実に充填された
コンクリート８に圧縮ストラット７を形成することがで
きるので、外部鋼管１と内部鋼管２の応力伝達能力や充
填コンクリート８の応力分担能力を十分に発揮すること
ができる。よって、大耐力を保持でき、長スパン化を可
能とする。

【００２８】なお、前記外部鋼管１と内部鋼管２はとも
に円形鋼管で実施しているがこれに限定されず、角形鋼
管で実施してもよいし、円形鋼管と角形鋼管との組み合
わせで実施してもよい。勿論、角形鋼管を使用する場合
のベアリングリブ３、４、５の形状は必然的に方形状で
実施されることとなる。

【００２９】また、内部鋼管２の外側面及び内側面に設
けられるベアリングリブ４、５は、図１〜図３に示した
ように、別異のベアリングリブ４、５をそれぞれ設ける
必要はない。例えば、図４Ａ、Ｂに示したように、内部
鋼管２の肉厚より幅広のベアリングリブ９を、材軸方向
の２本の内部鋼管２、２の間に介在させて内外方向に突
設する形態で溶接接合して実施することもできる（請求
項４記載の発明）。

【００３０】図５は、請求項６に記載した発明に係るコ
ンクリート充填鋼管構造の実施形態を示している。この
コンクリート充填鋼管構造は、図１〜図４に基づいて説
明したコンクリート充填鋼管構造と比して、内部鋼管２
の代わりにＨ形鋼等の形鋼１０が内蔵されていることの
み相違する（請求項６記載の発明）。

【００３１】前記Ｈ形鋼１０の外側面に沿って溶接して
設けられるベアリングリブ１３は、図６Ａ、Ｂに示した
ように、Ｈ形鋼１０の端部における、前記鋼管１に対し
て充填コンクリート８の圧縮ストラット７が鉛直方向に
対して３０〜４５度の傾斜角度に形成される部位に取り
付け固定されている（請求項７、８記載の発明）。

【００３２】このコンクリート充填鋼管構造によれば、
密実に充填されたコンクリート８に圧縮ストラット７を
形成することができるので、図１〜図４に基づいて説明
したコンクリート充填鋼管構造と同様に、鋼管１及びＨ
形鋼１０の応力伝達能力や充填コンクリート８の応力分
担能力を十分に発揮することができる。よって、大耐力
を保持でき、長スパン化を可能とする。

【００３３】その他の実施例として、必要に応じ、前記
内部鋼管２及び前記Ｈ形鋼１０を、前記外部鋼管１より
降伏耐力の高い高強度鋼による管材や形材で実施するこ
ともできる（請求項５、９記載の発明）。これにより、
内部鋼管２及びＨ形鋼１０の降伏耐力を上げて梁の崩壊
メカニズムが発生しても柱の鉛直荷重支持性能力と曲げ
抵抗力を保持できるのである。

【００３４】以上に実施形態及び実施例を図面に基づい
て説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りでは
なく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業
者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲
を含むことを念のために言及する。

【００３５】

【本発明が奏する効果】本発明に係るコンクリート充填
鋼管構造によれば下記する効果を奏する。 １）鋼管内部に内ダイアフラムを設ける必要がなく、コ
ンクリートの付着性がよいので、品質、信頼性に優れて
いる。 ２）外部鋼管の内側面と、内部鋼管又は形鋼の外側面に
設けたベアリングリブにより、充填コンクリートに圧縮
ストラットを形成することができるので、外部鋼管と内
部鋼管又は形鋼の応力伝達能力や充填コンクリートの応
力分担能力を十分に発揮することができ、高耐力で靱性
に富む。よって、大耐力を保持でき、長スパン化を可能
とする。 ３）外部鋼管と、内部鋼管又は形鋼とは直接接合しない
構造なので、現場で完全に独立して建て込むことができ
現場作業を効率的に遂行することができる。 ４）内部鋼管又は形鋼は、適切な被り厚のコンクリート
で被覆されているので、火災時に所定の時間まで長期荷
重を支持できる。 ５）内部鋼管又は形鋼を高強度鋼とした場合には、鋼重
量の軽減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは、請求項１に係るコンクリート充填鋼管構
造を示した立面図であり、Ｂは、同平面図である。

【図２】請求項１に係るコンクリート充填鋼管構造を示
した概略図である。

【図３】外部鋼管と内部鋼管に設けたベアリングリブ間
に圧縮ストラットが形成された状態を示した概略図であ
る。

【図４】Ａ、Ｂは、異なる実施例を段階的に示した立面
図である。

【図５】請求項６に係るコンクリート充填鋼管構造を示
した立面図である。

【図６】Ａは、図５の部分拡大図であり、Ｂは、同平面
図である。

【符号の説明】

１ 外部鋼管 ２ 内部鋼管 ３、４、５ ベアリングリブ ６ スペーサー ６ａ プレート ７ 圧縮ストラット ８ 充填コンクリート ９ ベアリングリブ １０ Ｈ形鋼 １３ ベアリングリブ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼管が内蔵されたコンクリート充填鋼管構
   造であって、 外部鋼管と内部鋼管は同心配置とされ、 外部鋼管の内側面と内部鋼管の外側面にはそれぞれ、充
   填コンクリートの圧縮ストラットを形成するのに適正な
   部位にベアリングリブが設けられていること、内部鋼管
   の内側面には、充填コンクリートの付着応力を増大させ
   るベアリングリブが設けられていること、 外部鋼管と内部鋼管との隙間及び内部鋼管の内部にはコ
   ンクリートが充填され、当該外部鋼管と内部鋼管とが一
   体化されていることを特徴とする、コンクリート充填鋼
   管構造。
2. 【請求項２】外部鋼管の内側面及び内部鋼管の外側面に
   設けられるベアリングリブは、充填コンクリートの圧縮
   ストラットが鉛直方向に対して３０〜４５度の傾斜角度
   に形成される部位に取り付け固定されていることを特徴
   とする、請求項１に記載したコンクリート充填鋼管構
   造。
3. 【請求項３】外部鋼管の内側面及び内部鋼管の外側面に
   設けられるベアリングリブは、外部鋼管及び内部鋼管の
   少なくとも一端部に設けられていることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載したコンクリート充填鋼管構造。
4. 【請求項４】内部鋼管の外側面及び内側面に設けられる
   ベアリングリブは、当該内部鋼管の肉厚より幅広のベア
   リングリブが当該内部鋼管の内外方向に突設する形態で
   溶接されていることを特徴とする、請求項１〜３のいず
   れか一に記載したコンクリート充填鋼管構造。
5. 【請求項５】内部鋼管は、外部鋼管より降伏耐力の高い
   高強度鋼による管材とされていることを特徴とする、請
   求項１〜４のいずれか一に記載したコンクリート充填鋼
   管構造。
6. 【請求項６】Ｈ形鋼等の形鋼が内蔵されたコンクリート
   充填鋼管構造であって、 外部鋼管と形鋼はそれぞれ同心配置とされ、 外部鋼管の内側面と形鋼の外側面にはそれぞれ、充填コ
   ンクリートの圧縮ストラットを形成するのに適正な部位
   にベアリングリブが設けられていること、 外部鋼管の内部にはコンクリートが充填され、当該外部
   鋼管と形鋼とが一体化されていることを特徴とする、コ
   ンクリート充填鋼管構造。
7. 【請求項７】外部鋼管の内側面及び形鋼の外側面に設け
   られるベアリングリブは、充填コンクリートの圧縮スト
   ラットが鉛直方向に対して３０〜４５度の傾斜角度に形
   成される部位に取り付け固定されていることを特徴とす
   る、請求項６に記載したコンクリート充填鋼管構造。
8. 【請求項８】外部鋼管の内側面及び形鋼の外側面に設け
   られるベアリングリブは、外部鋼管及び形鋼の少なくと
   も一端部に設けられていることを特徴とする、請求項６
   又は７に記載したコンクリート充填鋼管構造。
9. 【請求項９】形鋼は、外部鋼管より降伏耐力の高い高強
   度鋼による形材とされていることを特徴とする、請求項
   ６〜８のいずれか一に記載したコンクリート充填鋼管構
   造。