JP2006161551A - コンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱およびその製作方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】L形鋼と鋼板を利用して組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を提供する。
【解決手段】内部にコンクリートが充填されるようL形鋼と鋼板が組立てられて閉鎖形に製作されるボックス型鋼管柱であって、ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるL形鋼と、前記角に位置されたL形鋼の間に配置されて、L形鋼の相互間を連結するように接合される鋼板と、を含んでなることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、コンクリート充填用組立式鋼管柱およびその製作方法に関し、より詳しくは、L形鋼と鋼板を利用して組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用組立式鋼管柱と、かかるコンクリート充填用組立式鋼管柱をボックス型に製作するに当たり、内部に充填されるコンクリートの側圧に対する抵抗に優れ、接合部位を外部に露出させずにスマ−トな外観を持たせるために鋼板をL形鋼の内側に接合するコンクリート充填用組立式鋼管柱の製作方法に関する。
CFT構造は、鋼管柱の内部にコンクリートを充填された構造であって、剛性、耐力、変形等の構造的に安定、かつ耐火、施工等に優れている構造である。通常、CFT構造に適用される鋼管柱のほとんどは、一体型の鋼管または板形鋼材の組立てによって完成した鋼管である。このような鋼管柱は特別な製作設備を備えた大型工場で注文生産されるべきであることから、製作コストが高くなるという欠点があり、このような経済的な問題はCFT構造の適用性を制限する問題につながる。実際、CFT構造は構造的な安定性、施工性等に優れているにもかかわらず、主として大型高層建築物において低層部の施工だけに制限的に適用されている実情にある。
本発明は、かかる従来の問題点を改善するために案出されたもので、その目的は、L形鋼と鋼板を利用して組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を提供することにある。
本発明の他の目的は、コンクリート充填用組立式鋼管柱をボックス型に製作するにあたり、内部に充填されるコンクリートの側圧に対する抵抗に優れ、かつ接合部位を外部に露出させずにスマ−トな外観を持たせるために鋼板をL形鋼の内側に接合して完成するコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱とその製作方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、現場における柱の施工段階において容易に製作を行い、コンクリート充填鋼管柱を完成できるようにしたコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱とその製作方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、内部にコンクリートが充填されるようL形鋼と鋼板が組立てられて閉鎖形に製作されるボックス型鋼管柱であって、ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるL形鋼と、前記角に配置されたL形鋼の間に配置されて、L形鋼の相互間を連結するように接合される鋼板と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を提供する。
さらに、本発明は、内部にコンクリートが充填されるボックス型鋼管柱であって、四角の角にL形鋼が配置され、L形鋼の間ごとに鋼板が接合されるよう組立式でボックス型鋼管柱を製作するにあたって、(a)L形鋼の2個を離隔して配置し、鋼板を2個のL形鋼の間で内側に接するように配置した後、内側で鋼板をL形鋼に接設して第1面を製作する段階と、(b)前記(a)段階を経て完成された第1次組立部材(2個のL形鋼の間に鋼板が接合された部材)2個を離隔して対向配置して第2面を製作する段階と、(c)離隔配置された前記2個の第1次組立部材の間に鋼板をはさみ該鋼板を第1次組立部材のL形鋼の内側に接するように配置した後、内側で鋼板をL形鋼に接設して第3面を製作する段階と、(d)前記(c)段階を繰返して鋼板で最終の1面を閉鎖して第4面を製作することにより、ボックス型鋼管柱を完成する段階と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法を提供する。
本発明によれば、L形鋼と鋼板を用いることにより、組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用ボックス型鋼管柱を製作することができ、現場における柱施工においても容易に行い、コンクリート充填鋼管柱を完成することができる。とりわけ、鋼板をL形鋼の内側に接合すると、内部に充填されるコンクリートの側圧に対する抵抗に優れ、かつ接合部位が外部に露出せずにスマ−トな外観を有するコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を完成することができる。
CFT構造に完成される大型多層建物において、荷重の大きい低層部には全体が鋼材からなる通常の鋼管柱を採用し、荷重の負担が減少する高層部には本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を採用すると合理的であろう。
以下、 添付図及び好適な実施例により本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱100の実施例を示す斜視図である。同図に示すように、本発明は、ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるL形鋼110と、前記角に位置されたL形鋼110の間に配置されてL形鋼110の相互間を連結するように接合される鋼板120と、を含んでいることを特徴とする。同一種類の鋼材を選択せずに、L形鋼110と鋼板120に区別される材料の選択は、構造的に最大の耐力を受ける角部分にL形鋼110を集中配置し、残余部分には薄い鋼板120を配置することによって最小の鋼材量で構造的な耐力を極大化するためである。
図2は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱100の他の実施例を示す断面図であって、全体的には図1の実施例と同様であるが、L形鋼110の内側面に鉄筋116が溶接されることに違いがある。前記鉄筋116はL形鋼110だけによっては、断面(section)が不足する場合に対備したものである。
図3は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱のさらに他の実施例を示す斜視図であって、鋼板120がL形鋼110の外側に接合された例である。ところで、図3における鋼板が外側に接合された場合に比べ、図1における鋼板がL形鋼の内側に接合されたボックス型鋼管柱100の場合のほうが、その内部へのコンクリートの充填時に相当なコンクリートの側圧が作用するか、接合に瑕疵があるとしても、鋼板120が一旦L形鋼110に引っ掛かっていることから、脱落してしまうおそれがないという点で有利である。ひいては、鋼板120の内側接合によって接合部位には引張力は発生せずに剪断力だけがあることによって脱落のおそれがなくなり、かえって、鋼板120を押圧するコンクリートの側圧がL形鋼110と出会う面で摩擦抵抗が生じるため、L形鋼110と鋼板120の接合力は増大するという利点がある。さらに、内側接合によれば、鋼板120の両端部がL形鋼110の内側に接合されてボックス型鋼管柱100に収容された状態にあるため、L形鋼110がボックス型鋼管柱100の角を包むモルデイングの役割を演じることになり、その結果、全体的に外見の向上が期待される。
図4は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱100のさらに他の実施例を示す断面図であって、柱が大きい場合に対する適用例である。ボックス型鋼管柱100の大きさが増す場合には、角に配置されるL形鋼110とL形鋼110との間にウェ−ブが柱の内部に向けられるようT形鋼115をさらに配置し、鋼板120をL形鋼110とT形鋼115との間に配置接合する方法を用いて所定大の柱を完成している。この際、長辺方向へ対向するように配置されたT形鋼115の間にはウェ−ブを連結する鉄筋116を接合して補強する。
図5ないし図7は、本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱100の製作に使用される鋼板120の実施例を示す斜視図であって、各実施例はボックス型鋼管柱の製作過程を考慮して大きさによって区分して提案されたものであり、鋼板の内側に突起121とエンボシング122が形成されるという点で共通している。突起121は、突起の役割の極大化とボックス型鋼管柱の内部に充填されるコンクリートの密実な処理のために、好ましくは、鋼板120の内側へ水平方向の帯状をなし、その先端が上方に向けつつ鋼板120の内側面と平行になっている。前記突起121は、鋼板120の断面係数と断面の2次モーメントを増大させて撓み剛性と変形抵抗耐力を向上させる役割を果す。その結果、ボックス型鋼管柱100は、鋼板の肉厚が相当に薄い場合(1mm以下)にも内部に充填されるコンクリートの側圧に十分抵抗できるようになる。さらに、前記突起121は、ボックス型鋼管柱100の内部に充填されるコンクリートを拘束して補強する帯鉄筋としての役割を演じることもある。鋼板120の内側に凸状に形成されたエンボシング(ふくらみ、122)は、前記突起121と同様にして、鋼板120の剛性を増大させてコンクリートの側圧に対する抵抗性を向上させる役割をする。
前記突起121とエンボシング122は、熱延コイルの成形過程でロ−ルフォ−ミング(roll forming)加工方法を用いて簡便に形成することができ、この際、熱延コイルの肉厚は0.8mm以上、突起の高さは約35mm、突起の間隔は約150mmにする。このように突起121とエンボシング122が形成されるようにロ−ルフォ−ミング加工の鋼板120を採用してボックス型鋼管柱を作製するためには、図3のように鋼板120をL形鋼110の外側に接合する場合、L形鋼110との接合部位に形成された鋼板の突起121とエンボシング122に図6の如く平滑面処理加工を施す必要があり、とりわけ、平滑面処理加工された箇所が直接L形鋼110と接合するため、密着接合のために該平滑面処理加工に注意を払うべきであろう。かかる外側接合の場合に予想される不便を考慮すると、図1のように鋼板120をL形鋼110の内側に接合させることが望ましい。なぜならば、突起121とエンボシング122が形成されていない鋼板120の外側面がL形鋼110と直接接合するため、別途の平滑面処理加工を施さなくてもいいからである。ただし、かかる内側接合の場合にも、溶接母材の所要肉厚を確保するために必要時に突起121の両端部を押圧する加工を行うが、L形鋼110は鋼板の外側面と接するので、鋼板の内側面が一様でなくても鋼板120とL形鋼110の密着接合には問題がない。
図8は、図1のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法(鋼板の内側接合方法)を示す順序図であって、その製作方法を具体的に説明すると、次のようになる。
(a)第1次組立部材130の製作段階−図8(a);第1面製作
L形鋼110を2個離隔配置し、鋼板120を2個のL形鋼110の間で内側に接するように配置してから、内側で鋼板120をL形鋼110に接合して第1次組立部材130を完成する。
鋼板120としては、図5のように1個層の高さほどの大きさを有するものを採用できるが、図6のように図5の場合よりも小さい帯状鋼板120aを採用しても良い。帯状鋼板120aはL形鋼110に直接通電方式でスポット溶接を行うのに有利である。直接通電方式とは、圧接時に接合材と被接合材が出会う反対面で相互に反対方向へ+、−電極を当てて押さえつつ電気を通す方法のことである。前記直接通電方式は、押圧力が相殺されて歪み変形が生じないことから、同一面で同じ方向へ行われる間接通電方式に比べて接合部位の耐力を損わないということで好ましい。しかし、直接通電方式は、相互に反対側で押さえつつ通電する空間を必要とするため、部材の先端から溶接点までの距離に制限がある。
このような直接通電方式の距離制限問題は、帯状鋼板(垂直距離が600mm程度、120a)を採用することで解決できる。つまり、複数の帯状鋼板120aを順次連続配置して溶接で接合することにより、ボックス型鋼管柱100の一面全体に鋼板120を設ける(帯状鋼板の接合方法への詳細は図8(d)を参照する)。ただし、スポット溶接時、母材はある程度の肉厚を有することが好ましい。しかしながら、通常、本発明に採用される鋼板の0.8〜10mmの肉厚からみると不足している。このため、図6のように、突起の両端部を押さえて所要肉厚を確保した状態でその部分のスポット溶接を行うようにする。
特に、ボックス型鋼管柱100の一部区間には鋼板(帯状鋼板含み)が設けられていない開口部150を形成することができ、前記開口部150は鋼管柱100に梁SBをボルトで接合するための作業空間として活用するために設けられる(図9参照)。言い換えれば、図9に示すように、柱と梁が接合するパネルゾ−ンでボックス型鋼管柱100に鋼鉄梁SB(steel beam)をボルト接合する場合は、ボルトを差し込んでナットを締付けるための作業空間を確保する必要があり、この空間確保のためにパネルゾ−ン区間に鋼板を設置せずに開口部150を形成するのである。ひいては、前記開口部150はその下方にボックス型鋼管柱100の内部にコンクリートを充填するためにも用いられる。
(b)第1次組立部材130の配置段階−図8(b);第2面製作
前記(a)段階を経て完成した第1次組立部材130(2個のL形鋼の間に鋼板が接合された部材)2個を離隔して対向配置する。
(c)第1次組立部材130への鋼板120の接合段階−図8(c);第3面製作
離隔配置した前記2個の第1次組立部材130の間に鋼板120を挿入して鋼板120を第1次組立部材のL形鋼110の内側に当接させた後、内側で鋼板120をL形鋼110に接合する。(c)段階は、鋼管柱の4面中の2面が開放された状態で1面(第3面)を閉鎖する段階である。この段階では、あいかわらず最終の1面(第4面)が開放された状態であるため、鋼板の内側接合はなんら不便なく行うことができる。(c)段階においても帯状鋼板120aを利用できるし、パネルゾ−ン区間では鋼板設置を省略する。
(d)ボックス型鋼管柱完成段階−図8(d);第4面製作
前記(c)段階を繰返して鋼板120で最終の1面(第4面)を閉鎖することによってボックス型鋼管柱100を完成する。(d)段階は鋼管柱の4面中の3面が閉鎖された状態で行われるため、最終の1面の内側接合がそれほど容易ではない。よって、最終の1面の接合は図6のごとき帯状鋼板120aを利用して順次閉鎖させつつ行うことが好ましい。(d)段階においてもパネルゾ−ン区間には鋼板を設置しない。
前記(a)〜(d)段階を経て完成された状態の鋼管柱を現場に搬入して設置することもできるが、現場において直接(a)〜(d)段階を行い鋼管柱を完成することもできる。
(e)開口部用帯状鋼板の接合段階−図8(e)
前記(a)、(b)、(c)、(d)段階においてパネルゾ−ン区間に鋼板を設置せずに開口部150を形成した場合、後で前記開口部150を閉鎖する必要がある。すなわち、前述の如く、鋼管柱100と鋼鉄梁SB(steel beam)の接合のためにパネルゾ−ン区間に開口部150を形成しながら(a)〜(d)を行う場合、開口部150を用いて鋼管柱100に鋼鉄梁SBを接合してからは、鋼管柱100の内部にコンクリートを充填するために現場で開口部150の閉鎖が必要となる(図9参照)。
(e)段階では、開口部用帯状鋼板120bを用意し、これを隣り会うL形鋼110の間にはさみL形鋼110の内側に接するように配置し、その後、外側でL形鋼110に接合する。前記(e)段階は鋼管柱100を完全に閉鎖する段階であることから、内側で接合作業を行うことは困難であるため、開口部用帯状鋼板120bを内側に接するように配置した状態で、外側で接合を行う。この際、磁石把手Mを利用すると、開口部用帯状鋼板120bがL形鋼110の内側に接するように配置された状態を、外側で接合作業を行う中に維持することができる。
開口部用帯状鋼板120bとしては、図7でのように、その両端の外側に接合鉄物125が接合されたものを採用できる。前記接合鉄物125は、開口部用帯状鋼板120bとL形鋼110の接合部位を補強しつつ、開口部用帯状鋼板120bの左右移動を抑制する役割を果たす。かかる場合には、接合鉄物125をL形鋼110の端部と溶接で接合することにより、開口部用帯状鋼板120bを接設する。
上記の過程を通して組立式で完成されたボックス型鋼管柱は、その内部にコンクリートを充填することでCFT構造に完成される。特に、図9および10のように、本発明に係るボックス型鋼管柱を鋼板成形梁(steel plate molding beam:鋼板を成形して閉鎖形に製作することによってその内部にコンクリートの充填が可能な態様の梁)とともに適用すれば、梁と柱のどちらもコンクリート充填構造として完成することができる。
本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作に使用される鋼板の実施例を示す斜視図である。 本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作に使用される鋼板の実施例を示す斜視図である。 本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作に使用される鋼板の実施例を示す斜視図である。 図2のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法を示す順序図である。 本発明が現場に適用される状態を示す斜視図である。 図9の断面図である。
符号の説明
100 (コンクリート充填用)組立式ボックス型鋼管柱
110 L形鋼
115 T形鋼
116 鉄筋
120 鋼板
120a 帯状鋼板
120b 開口部用帯状鋼板
121 突起
122 エンボシング
125 接合鉄物
130 第1次組立部材
150 開口部 M 磁石把手
SB 鋼鉄梁(steel beam)


Claims (8)

  1. 内部にコンクリートが充填されるようL形鋼と鋼板が組立てられて閉鎖形に製作されるボックス型鋼管柱であって、
    ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるL形鋼と、
    前記角に配置されたL形鋼の間に配置されて、L形鋼の相互間を連結するように接合される鋼板と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
  2. 前記鋼板は、内側に水平方向の帯を形成しつつ、その先端が上向けの突起が突設され、内側に複数の凸状のエンボシングが形成されたことを特徴とする請求項1に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
  3. 前記L形鋼の間にT形鋼がさらに配置され、
    前記鋼板は、L形鋼とT形鋼との間に配置されて接合されることを特徴とする請求項1に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
  4. 前記L形鋼の内側面に鉄筋が溶接によって接合されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
  5. 前記鋼板はL形鋼の内側に接するように接合されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
  6. 内部にコンクリートが充填されるボックス型鋼管柱であって、四角の角にL形鋼が配置され、L形鋼の間ごとに鋼板が接合されるよう組立式でボックス型鋼管柱を製作するにあたって、
    (a)L形鋼の2個を離隔して配置し、鋼板を2個のL形鋼の間に内側に接するように配置した後、内側で鋼板をL形鋼に接合させて第1面を製作する段階と、
    (b)前記(a)段階を経て完成された第1次組立部材(2個のL形鋼の間に鋼板が接合された部材)2個を離隔して対向配置して第2面を製作する段階と、
    (c)離隔配置された前記2個の第1次組立部材の間に鋼板をはさみ該鋼板を第1次組立部材のL形鋼の内側に接するように配置した後、内側で鋼板をL形鋼に接合させて第3面を製作する段階と、
    (d)前記(c)段階を繰返して鋼板で最終の1面を閉鎖して第4面を製作することにより、ボックス型鋼管柱を完成する段階と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法。
  7. 鋼管柱の4つの面を構成する鋼板は、複数の帯状鋼板を順次連続配置して溶接で接合することでL形鋼の間に接設され、
    前記鋼管柱の一部区間に鋼板が設置されない開口部を形成しながら前記(a)段階〜(d)段階を行い、前記(d)段階の後には、前記開口部に開口部用帯状鋼板を隣り合うL形鋼の間に挿入し、L形鋼の内側に接するように配置した後、外側で開口部用帯状鋼板をL形鋼に接合する(e)段階をさらに行うことを特徴とする請求項6に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法。
  8. 前記開口部用帯状鋼板は、その両端の外側に接合鉄物が接合され、
    前記(e)段階は、前記開口部用帯状鋼板の接合鉄物をL形鋼の端部に溶接で接合することによって行われることを特徴とする請求項7に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法。

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