JP2007039952A

JP2007039952A - 鋼管柱および鋼管柱の接合工法

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Publication number: JP2007039952A
Application number: JP2005224628A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sakamoto; 真一坂本
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: JP4587041B2

Abstract

【課題】鋼構造建物の施工現場において、下節柱と上節柱とを溶接によらなくても、簡易かつ容易に、下節柱と上節柱とを強固に接合した鋼管柱を提供すること。
【解決手段】延在方向外部にエレクションピース１１を立設するとともに、上部外周に支圧バーを設けた下節柱１と、延在方向外部にエレクションピース２１を立設するとともに、下部外周に支圧バーを設けた上節柱２と、下節柱および上節柱の外周面から離隔し、かつ、下節柱と上節柱の接合部を覆う態様で、下節柱のエレクションピースと上節柱のエレクションピースとを連結した継手パネル３と、下節柱１および上節柱２と継手パネル３との間に充填したモルタルとを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管柱および鋼管柱の接合工法に関し、特に、鋼構造建物に簡単かつ容易に施工可能な鋼管柱および鋼管柱の接合工法に関するものである。

鋼構造建物の鋼管柱は、下節柱の上部と上節柱の下部とに突設したエレクションピースによって、下節柱と上節柱とを固定した後に、下節柱と上節柱とを相互に溶接して構築するのが一般的である。このため、鋼管柱の構築後に不要となったエレクションピースは、ガスにより溶断する必要があった。また、鋼構造建物の償却後は、鋼管柱をガス等により切断しなければ解体できなかった。さらに、解体後の鋼管柱は、ガス等により切断されているために、そのままリユースすることは困難であった。

このような課題を解決するために、下節柱の内部側に予め接合板を溶接し、この接合板と上節柱とを高力ボルトにより締結することにより、上節柱と下節柱とを接合した鋼管柱が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８５８１６号公報

しかしながら、予め下節柱の内部側に接合板を溶接しなければならない等の施工の煩雑さが嫌われ、実用化に至っていなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、鋼構造建物の施工現場において、下節柱と上節柱とを溶接によらなくても、簡易かつ容易に、下節柱と上節柱とを強固に接合した鋼管柱および鋼管柱の接合工法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、延在方向外部にエレクションピースを立設するとともに、上部外周に支圧バーを設けた下節柱と、延在方向外部にエレクションピースを立設するとともに、下部外周に支圧バーを設けた上節柱と、下節柱および上節柱の外周面から離隔し、かつ、下節柱と上節柱との接合部を覆う態様で、下節柱のエレクションピースと上節柱のエレクションピースとを連結した継手パネルと、下節柱および上節柱と継手パネルとの間に充填したモルタルとを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記継手パネルの内部上端と内部下端とに支圧バーを設けたことを特徴とする。

また、本発明は、上部外周に支圧バーを設けた下節柱の延在方向外部に立設したエレクションピースと下部外周に支圧バーを設けた上節柱の延在方向外部に立設したエレクションピースとを、継手パネルにより、下節柱および上節柱の外周面から離隔し、かつ、下節柱と上節柱との接合部を覆う態様で連結した後に、下節柱および上節柱と継手パネルとの間にモルタルを充填したことを特徴とする。

本発明にかかる鋼管柱は、下節柱のエレクションピースと上節柱のエレクションピースとを継手パネルが連結するので、下節柱と上節柱とが正確に位置決めされる。また、下節柱および上節柱と継手パネルとの間にモルタルを充填したので、溶接によらなくても下節柱と上節柱とを接合した鋼管柱を提供できる。しかも、継手パネルを取り外すことにより、下節柱と上節柱を容易に解体でき、下節柱、上節柱および継手パネルを再利用できる。

また、継手パネルの内部上端と内部下端とに支圧バーを設けたので、下節柱と上節柱とが離反する方向に外力が作用した場合に、下節柱の支圧バーおよび上節柱の支圧バーと継手パネルの支圧バーとの間に充填したモルタルには、圧縮力が生じることになる。この結果、溶接によらなくても下節柱と上節柱とを強固に接合した鋼管柱を提供できる。

また、本発明にかかる鋼管柱の接合工法は、下節柱のエレクションピースと上節柱のエレクションピースとを継手パネルにより連結した後に、下節柱および上節柱と継手パネルとの間にモルタルを充填したので、鋼構造建物の施工現場において下節柱と上節柱とを溶接する必要がなく、簡易かつ容易に下節柱と上節柱とを接合できる。

以下に、本発明にかかる鋼管柱および鋼管柱の接合工法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例にかかる鋼管柱を示す斜視図、図２は上節柱と下節柱とを示す斜視図、図３は継手パネルを示す斜視図、図４は図１に示した鋼管柱の力学メカニズムを示す模式図である。

本発明の実施例にかかる鋼管柱は、鋼構造建物を構成するものであり、図１に示すように、下節柱１、上節柱２、および複数の継手パネル３を有している。

下節柱１および上節柱２は、同一の断面形状を有する鋼管であって、本実施例に例示する下節柱１および上節柱２は、図１および図２に示すように、矩形の断面形状を有する角形の鋼管である。また、下節柱１および上節柱２の外周を等分する位置には、エレクションピース１１，２１が立設してある。具体的には、図２に示すように、下節柱１および上節柱２の外周を四等分する位置、すなわち、下節柱１および上節柱２の各側面の略中央に、エレクションピース１１，２１が立設してある。エレクションピース１１，２１は、下節柱１と上節柱２とを連結するためのものであり、下節柱１および上節柱２に矩形の板状片を溶接することにより設けてある。これらのエレクションピース１１，２１は、下節柱１と上節柱２の延在方向に延び、これらのエレクションピース１１，２１には、継手パネル３を締結する貫通孔１１ａ，２１ａが形成してある。さらに、下節柱１の上部外周と上節柱２の下部外周には、支圧バー１２，２２が設けてある。支圧バー１２，１２は、鉄筋等を下節柱１および上節柱２に溶接することにより設けてある。

図１に示すように、下節柱１のエレクションピース１１と上節柱２のエレクションピース２１とは、複数の継手パネル３により連結してある。継手パネル３は、下節柱１および上節柱２の外周面から離隔し、かつ、下節柱１と上節柱２の接合部を覆う態様で、下節柱１のエレクションピース１１と上節柱２のエレクションピース２１とを連結するものである。本実施例に例示する鋼管柱は、４枚の継手パネル３が、下節柱１および上節柱２の外周面から離隔し、かつ、下節柱１と上節柱２の接合部を覆う態様で、下節柱１のエレクションピース１１と上節柱２のエレクションピース２１とを連結する。したがって、一枚の継手パネル３が、下節柱１および上節柱２の外周を四分の一だけ覆うことになる。

各継手パネル３は、図３に示すように、断面が略Ｌ字状を呈するように形成してあり、その両側部には、下節柱１および上節柱２の外方に延在する取付部３１が形成してある。取付部３１には、エレクションピース１１，２１を締結する貫通孔３１ａが設けてあり、隣り合う継手パネル３の取付部３１の間にエレクションピース１１，２１を挟んだ後、取付部３１の貫通孔３１ａ、エレクションピース１１，２１の貫通孔１１ａ，２１ａ、取付部３１の貫通孔３１ａを貫通したボルト４にナット５をねじ込むことにより、エレクションピース１１，２１と継手パネル３とを締結してある。また、継手パネル３の内部上端と内部下端とには、支圧バー３２，３３が設けてある。支圧バー３２，３３は、鉄筋等を継手パネル３に溶接することにより設けてある。

下節柱１および上節柱２と継手パネル３との間には、モルタル６が充填してある。このため、図４に示すように、下節柱１の上部外周に設けた支圧バー１２と継手パネル３の内部下端に設けた支圧バー３３との間、上節柱２の下部外周に設けた支圧バー２２と継手パネル３の内部上端に設けた支圧バー３２との間に充填したモルタル６が介在することになる。

上述した鋼管柱は、下節柱１と上節柱２とをメタルタッチさせた後に、下節柱１に立設したエレクションピース１１と、上節柱２に立設したエレクションピース２１とを、継手パネル３により連結する。すると、継手パネル３は、下節柱１および上節柱２の外周面から離隔し、下節柱１と上節柱２との接合部を覆うことになる。その後、下節柱１および上節柱２と継手パネル３との間にモルタル６を充填することにより、鋼管柱が構築される。

このように構築した鋼管柱は、図４に示すように、下節柱１と上節柱２とが離反する方向に外力が作用した場合に、下節柱１および上節柱２と継手パネル３との間に充填したモルタル６に圧縮力（抵抗力）が作用することになる。より詳細には、下節柱１の上部外周に設けた支圧バー１２と継手パネル３の内部下端に設けた支圧バー３３との間と、上節柱２の下部外周に設けた支圧バー２２と継手パネル３の内部上端に設けた支圧バー３２との間とに圧縮力が作用することになる。

一方、このように構築した鋼管柱を解体する場合には、継手パネル３を取り外し、露出したモルタル６を除去すれば、鋼管柱の解体が完了する。このように解体した下節柱１、上節柱２および継手パネル３は、溶断等による損傷が生じていないので、そのままリユース（再利用）可能である。

上述した実施例にかかる鋼管柱は、下節柱１と上節柱２とをメタルタッチさせた後に、下節柱１に立設したエレクションピース１１と上節柱２に立設したエレクションピース２１とを継手パネル３により連結するので、下節柱１と上節柱２とを高精度に位置決めできる。その後、下節柱１および上節柱２と継手パネル３との間にモルタル６を充填すれば、鋼管柱が完成するので、鋼構造建物の施工現場において、溶接作業をする必要がなく、簡易かつ容易に施工できる。また、鋼管柱から継手パネル３を取り除き、露出したモルタル６を除去すれば、鋼管柱を解体できるので、解体性も良好である。さらに、解体した下節柱１、上節柱２および継手パネル３は損傷が生じていないので、そのままリユースできる。

なお、上述した実施例にかかる下節柱１と上節柱２とは、角形の鋼管により構成したが、角形の鋼管に限られるものではなく、円形の鋼管により構成してもよい。また、下節柱１、上節柱２および継手パネル３の支圧バー１２，２２，３２，３３は、鉄筋を溶接することにより形成したが、鉄筋に限られるものではなく、フラットバー（平鋼）等を溶接等することにより形成してもよい。

また、上述した実施例にかかる鋼管柱の継手パネル３の内部上端と内部下端とに、支圧バー３２，３３を設けるものとしたが、柱の飲み込み長さＬａ（図５参照）が十分に長い場合には、下節柱１と継手パネル３との間、上節柱２と継手パネル３との間において、モルタル６の摩擦力が有効に働くため、継手パネル３に支圧バー３２，３３を設けなくても、下節柱１および上節柱２の抜け出しを防止できる。

ここで、上節柱２を例に、上節柱２のせん断力と上節柱２の飲み込み長さＬａの関係を考察するために、上節柱２の抜け出しが生じる瞬間の力の作用状態を考える。図５および図６は、上節柱の抜け出しが生じる瞬間の接合部内での力の作用状態を示す図である。

上節柱２に生じるせん断力をＱｓとすると、Ｑｓの作用により柱はＡ点を中心に回転し、上節柱２の下部外周に設けた支圧バー２２がモルタルを押し上げ、継手パネル３とモルタル６との間に摩擦力が生じる。この時、継手パネル３とモルタル６の支圧力Ｎは、図５に示すように三角形分布荷重と仮定する。単位面積あたりの最大支圧力を２／３ｃＦｍとすると、Ａ点から高さｘの位置に生じている支圧力Ｆｘは数式１で得ることができる。

また、支圧力を受ける継手パネル３の有効断面は、図６に示すように、柱の外形（幅）と等しい投影長さＬｐを底辺とした三角形分布を仮定した。このとき、Ａ点から高さｘの位置で支圧力を受ける部分の長さＬｘは数式２で得ることができる。

継手パネル３とモルタル６の摩擦係数μを０．５とすると、継手パネル３とモルタル６の摩擦力μＮは数式３で得ることができる。

したがって、摩擦力μＮによるモーメントと、上節柱２のせん断両Ｑｓによるモーメントの釣り合いの式は、Ａ点から支圧力を受ける継手パネル３の有効断面の重心位置までの距離Ｌｍ、上節柱２のモーメント分布の反曲点までの高さＬｂを用いて数式４で表すことができる。

数式４において、左辺の柱せん断力によるモーメントよりも、右辺の摩擦力によるモーメントが大きい場合には、上節柱２の抜け出しが生じない。数式２、数式３および数式４より、モルタル６の圧縮強度と継手パネル３および上節柱２の形状、寸法が決定した場合に、上節柱２の引き出し荷重Ｑｓを算定する式を数式５に示す。また、所定の上節柱２のせん断力に対して必要な上節柱２の飲み込み長さＬａを算定する式を数式６に示す。

以上のように、本発明にかかる鋼管柱および鋼管柱の接合工法は、鋼構造建物に有用であり、特に、施工性および解体性を考慮した鋼構造建物に適している。

本発明の実施例にかかる鋼管柱を示す斜視図である。上節柱と下節柱とを示す斜視図である。継手パネルを示す斜視図である。図１に示した鋼管柱の力学メカニズムを示す模式図である。上節柱の抜け出しが生じる瞬間の接合部内での力の作用状態を示す縦断面図である。上節柱の抜け出しが生じる瞬間の接合部内での力の作用状態を示す横断面図である。

符号の説明

１下節柱
２上節柱
３継手パネル
４ボルト
５ナット
６モルタル
１１，２１エレクションピース
１１ａ，２１ａ貫通孔
１２，２２，３２，３３支圧バー
３１取付部
３１ａ貫通孔

Claims

延在方向外部にエレクションピースを立設するとともに、上部外周に支圧バーを設けた下節柱と、
延在方向外部にエレクションピースを立設するとともに、下部外周に支圧バーを設けた上節柱と、
下節柱および上節柱の外周面から離隔し、かつ、下節柱と上節柱との接合部を覆う態様で、下節柱のエレクションピースと上節柱のエレクションピースとを連結した継手パネルと、
下節柱および上節柱と継手パネルとの間に充填したモルタルと
を備えたことを特徴とする鋼管柱。
前記継手パネルの内部上端と内部下端とに支圧バーを設けたことを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱。
上部外周に支圧バーを設けた下節柱の延在方向外部に立設したエレクションピースと下部外周に支圧バーを設けた上節柱の延在方向外部に立設したエレクションピースとを、継手パネルにより、下節柱および上節柱の外周面から離隔し、かつ、下節柱と上節柱との接合部を覆う態様で連結した後に、
下節柱および上節柱と継手パネルとの間にモルタルを充填したことを特徴とする鋼管柱の接合工法。