JP2012136837A

JP2012136837A - コンクリート充填鋼管柱

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Publication number: JP2012136837A
Application number: JP2010288377A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Nishimura; 俊彦西村; Tsutomu Nagaoka; 勉長岡
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: JP5659004B2

Abstract

【課題】施工性が向上されたコンクリート充填鋼管柱を得ることを目的とする。
【解決手段】鋼管１２の内部に充填される充填コンクリート１４の外周部には、規制部材としての４つの縦規制部材２０が埋設されている。縦規制部材２０は鋼板で構成され、長手方向を鋼管１２の軸方向にすると共に、鋼管１２の各側壁１２Ａの中央部（幅方向の中央部）に接触した状態で配置されている。具体的には、各縦規制部材２０は、その幅方向の一端部２０Ａ（端面）が充填コンクリート１４の外周面から露出しており、鋼管１２の各側壁１２Ａの略中央部に略垂直に突き当てられている。これにより、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形が抑制されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート充填鋼管柱に関する。

鋼管内にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ（ＣｏｎｃｒｅｔｅＦｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌＴｕｂｅ））柱が知られている（例えば、特許文献１）。ＣＦＴ柱では、一般に、中空の鋼管柱と比較して負担可能な軸力（負担軸力）が大きく、またコンクリートが充填されている分、熱容量が増加するため、耐火性能に優れている。そのため、設計条件（例えば、柱の負担軸力が比較的小さく火災継続時間が短い場合など）によっては、ＣＦＴ柱の耐火被覆を省略することが可能である。

ここで、特許文献１に開示された技術では、鋼管の内周面に、当該鋼管の軸方向へ延びるリブ（フラットバー）が点溶接で取り付けられている。そして、火災時に、鋼管とコンクリートとの熱膨張差によってコンクリートに発生する軸方向の引張り力にリブが抵抗することにより、コンクリートに発生する水平方向のひび割れを抑制し、ＣＦＴ柱の座屈を防止している。

特開平１０−２０４９９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、火災時に鋼管の熱膨張によってリブが軸方向へ伸び出さないようにするために、鋼管の内周面にリブを点溶接する必要がある。従って、ＣＦＴ柱の施工に手間がかかる。

本発明は、上記の事実を考慮し、施工性が向上されたコンクリート充填鋼管柱を得ることを目的とする。

請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱は、鋼管と、前記鋼管の内部に充填された充填コンクリートと、前記充填コンクリートに埋設され、前記鋼管の側壁に接触又は近接して該鋼管の内側への変形を規制する規制部材と、を備えている。

請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、鋼管の側壁に規制部材が接触又は近接するため、火災時における鋼管の側壁の内側への変形が規制される。従って、鋼管の局部座屈が抑制されるため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。また、本発明は、充填コンクリートに埋設された規制部材を鋼管の側壁に接触又は近接させて鋼管の内側への変位を規制する構成であるため、鋼管の側壁に規制部材を溶接等で固定して、熱膨張による規制部材の軸方向の伸び出しを規制する必要がない。従って、従来技術（例えば、特許文献１）と比較して、コンクリート充填鋼管柱の施工性が向上する。

請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記規制部材が、該鋼管の軸方向に間隔を空けて複数配置され、前記充填コンクリートには、前記鋼管の軸方向へ延びると共に、前記規制部材が取り付けられた保持部材が埋設されている。

請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、コンクリート充填鋼管柱の施工時に、複数の規制部材が取り付けられた保持部材を鋼管の内部に挿入することにより、鋼管の内部に複数の規制部材を所定の間隔で配置することができる。従って、コンクリート充填鋼管柱の施工性が向上する。

請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記規制部材が、前記鋼管の内部を上下に仕切るように配置された板状部材であり、前記板状部材には、硬化前の前記充填コンクリートが流動する貫通孔が形成されている。

請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、板状部材に形成された貫通孔を通して、硬化前の充填コンクリートが流動するため、鋼管に対する充填コンクリートの充填効率が向上する。

本発明は、上記の構成としたので、施工性を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す斜視図である。本発明の第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図１の平断面図である。本発明の第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図１の縦断面図である。（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を示す図４（Ｂ）の４−４線断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を示す縦断面図である。（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す平断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す縦断面図である。本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を一部切り欠いて示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を一部切り欠いて示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を一部切り欠いて示す斜視図である。本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を一部切り欠いて示す斜視図である。（Ａ）は、本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図９の平断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を示す平断面図である。本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例を一部切り欠いて示す斜視図である。（Ａ）は、本発明の第４実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す平断面図であり、（Ｂ）は、本発明の第４実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す縦断面図である。耐火試験の試験結果であり、加熱時間と鋼管の軸方向の変形量との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、各図において適宜図示される矢印Ｚは鋼管の軸方向を示している。

先ず、第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。

図１及び図２には、第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱１０の一部が示されている。コンクリート充填鋼管柱１０は、例えば、高層建物や超高層建物等の高い強度（例えば、設計基準強度で６０Ｎ／ｍｍ^２以上、軸力比（軸力／（柱の水平断面積×充填コンクリートの設計基準強度）で０．３以上の高い軸力）が求められる柱として好適に用いられるものである。

コンクリート充填鋼管柱１０は、鋼管１２と、鋼管１２の内部に充填される充填コンクリート１４を備えている。鋼管１２は角形鋼管からなり、軸方向（矢印Ｚ方向）を上下方向として、図示しない基礎等の上に立てられている。充填コンクリート１４は、鋼管１２の内部に充填されたコンクリートが硬化したものである。なお、鋼管１２の外周部には耐火被覆が施されておらず、コンクリート充填鋼管柱１０は、無耐火被覆のコンクリート充填鋼管柱（無耐火被覆ＣＦＴ柱）とされている。

充填コンクリート１４の外周部には、規制部材としての４つの縦規制部材２０が埋設されている。縦規制部材２０は板状の鋼板で構成され、長手方向を鋼管１２の軸方向にすると共に、鋼管１２の各側壁１２Ａの中央部（幅方向の中央部）に接触した状態で配置されている。具体的には、図２に示されるように、各縦規制部材２０は、その幅方向の一端部２０Ａ（端面）が充填コンクリート１４の外周面から露出しており、鋼管１２の各側壁１２Ａの略中央部に略垂直に突き当てられている。これにより、鋼管１２の側壁１２Ａの内側（鋼管１２の中心軸へ向う側）への変形が抑制されている。
なお、縦規制部材２０の幅方向の他端部２０Ｂは、平面視にて充填コンクリート１４の中央部に達しておらず、これにより、鋼管１２の内部にコンクリートが充填し易くなっている。

ここで、本実施形態では、先ず、縦規制部材２０の幅方向の一端部２０Ａを鋼管１２の側壁１２Ａに接触させた状態で鋼管１２の内部に縦規制部材２０を配置し、次に、鋼管１２の内部にコンクリートを充填して充填コンクリート１４を形成した。

なお、施工性の観点から、縦規制部材２０の上端部及び下端部を鋼管１２の側壁１２Ａに点溶接、接着剤等で仮留めし、運搬時や鋼管１２へのコンクリート充填時における縦規制部材２０の位置ズレを抑制しても良い。この鋼管１２の側壁１２Ａに対する縦規制部材２０の仮留めは、現場で行っても良いし、予め工場等で行っても良い。

次に、第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の作用について説明する。

例えば、図３に示されるように、火災によってコンクリート充填鋼管柱１０が矢印Ａ方向から加熱されると、先ず、温度上昇に伴って鋼管１２が熱膨張し、鋼管１２が軸方向（矢印Ｚ方向）へ伸張すると共に、徐々に軟化して剛性が低下する。また、鋼管１２の側壁１２Ａを介して、当該側壁１２Ａを内部から支持する充填コンクリート１４の外周部に熱が伝達され、当該外周部の温度が上昇する。そして、充填コンクリート１４の外周部の温度が所定温度（熱劣化温度）以上になると、充填コンクリート１４の外周部が熱劣化する。これにより、充填コンクリート１４の外周部が脆く、脆性的に破壊され易くなり、鋼管１２の側壁１２Ａの支持強度が低下する。この結果、図中の二点鎖線で示されるように、温度上昇により剛性が低下した鋼管１２の側壁１２Ａが面外方向へ凸状に湾曲し、局部座屈する。そして、鋼管１２の側壁１２Ａが局部座屈すると、矢印Ｑで示されるように、内側へ凸状に湾曲した鋼管１２の側壁１２Ａによって充填コンクリート１４の外周部が押圧され、当該外周部が圧壊する。また、鋼管１２の側壁１２Ａに局部座屈が発生すると、鋼管１２が軸方向（矢印Ｚ方向）に縮むため、鋼管１２が負担していた軸力Ｆの一部が充填コンクリート１４に導入され、充填コンクリート１４の負担軸力が増加する。これにより、充填コンクリート１４の外周部の圧壊が促進され、コンクリート充填鋼管柱１０の耐力（軸耐力）が急激に低下し、最終的に破壊に至る。

このように鋼管１２の側壁１２Ａに局部座屈が発生すると、充填コンクリート１４が所定の耐力（火災時耐力）を発揮する前に、コンクリート充填鋼管柱１０は脆性的に破壊してしまう。

そこで、本実施形態では、充填コンクリート１４の外周部に縦規制部材２０を埋設し、当該縦規制部材２０の幅方向の一端部２０Ａを鋼管１２の側壁１２Ａに接触させている。これにより、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形（面外変形）が規制される。また、縦規制部材２０の幅方向の他端部２０Ｂ（図２参照）は充填コンクリート１４の内部に入り込んでいる。従って、充填コンクリート１４の外周面付近が熱劣化しても、縦規制部材２０の他端部２０Ｂが充填コンクリート１４に支持されるため、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形が規制される。更に、縦規制部材２０の幅方向の一端部２０Ａは、鋼管１２の側壁１２Ａの中央部に対して略垂直に突き当てられている。従って、縦規制部材２０が鋼管１２の側壁１２Ａに対して傾斜する構成と比較して、鋼管１２の側壁１２Ａに内側への変形が効率的に規制される。

このように本実施形態では、充填コンクリート１４の外周部に、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形を規制する縦規制部材２０を埋設することにより、火災時における鋼管１２の側壁１２Ａの局部座屈が抑制される。従って、コンクリート充填鋼管柱１０が所定の耐力（軸耐力）を発揮可能になるため、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能が向上する。

また、本実施形態は、充填コンクリート１４に埋設された縦規制部材２０の幅方向の一端部２０Ａを鋼管１２の側壁１２Ａに接触させて、当該側壁１２Ａの内側への変形を規制する構成であるため、従来技術（例えば、特許文献１）のように、鋼管１２の側壁１２Ａに縦規制部材２０を溶接等で固定して、熱膨張による縦規制部材２０の軸方向の伸び出しを規制する必要がない。従って、コンクリート充填鋼管柱１０の施工性が向上する。

なお、縦規制部材２０の数や配置は上記したものに限らず、適宜変更可能である。例えば、鋼管１２の各側壁１２Ａに対して、複数枚の縦規制部材２０を接触させても良い。また、縦規制部材２０を鉄筋、ＰＣ鋼棒等で構成しても良い。

更に、上記実施形態では、縦規制部材２０を鋼管１２の軸方向に沿って配置したが、例えば、鋼管１２の軸方向に対して傾斜する方向に沿って縦規制部材２０を配置しても良い。また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向（鋼管１２の周方向）に沿って横規制部材２２を配置しても良い。具体的には、横規制部材２２は板状の鋼板で構成され、充填コンクリート１４の外周部に埋設されている。また、横規制部材２２は、鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向の略全長に渡って配置されている。更に、横規制部材２２は、図４（Ｂ）に示されるように、各側壁１２Ａに対して鋼管１２の軸方向に間隔を空けて複数設けられている。この横規制部材２２によって鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形を規制することにより、当該側壁１２Ａの局部座屈が抑制される。従って、上記と同様の効果を得ることができる。

なお、ここでいう鋼管の周方向とは、角形鋼管のように複数の側壁を備える鋼管がある場合は、横補強リブ２２が接合される鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向に沿った方向を意味し、後述する丸形鋼管６２（図１１参照）のように断面円形形状の側壁を備える鋼管の場合は、側壁４６２Ａに沿った円周方向を意味する。

また、本変形例では、横規制部材２２を鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向の略全長に渡って設けたが、横規制部材２２の長手方向の長さを短くし、鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向の中央部にのみ設けても良い。また、鋼管１２の各側壁１２Ａに接触される４枚の横規制部材２２を枠状に連結しても良い。更に、横規制部材２２は、鋼管１２の仕口部（鉄骨梁との接合部）に設けても良いし、鋼管１２の仕口部に横規制部材２２を設けずに、鋼管１２の上下の仕口部間にのみ横規制部材２２を設けても良い。

次に、第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）には、第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱３０が示されている。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、充填コンクリートの図示を省略している。

コンクリート充填鋼管柱３０を構成する鋼管１２の内部には、規制部材（板状部材）としての規制プレート３４が略水平に配置されている。規制プレート３４は、円盤状の鋼板で構成され、鋼管１２の側壁１２Ａから内側へ突出する一対の係止リブ３６の上に載置されている。また、規制プレート３４は、その外周部３４Ａを鋼管１２の各側壁１２Ａの中央部（幅方向の中央部）に接触させた状態で、鋼管１２の内部を上下に仕切るように鋼管１２の内部に配置されている。更に、規制プレート３４には複数の貫通孔３８が形成されており、これらの貫通孔３８を通して硬化前のコンクリートが鋼管１２の内部に充填されるようになっている。

なお、規制プレート３４を鋼管１２の内部に配置する際は、例えば、図５（Ｂ）に示されるように、鋼管１２の上端部から規制プレート３４を落下させて係止リブ３６の上に載置しも良いし、規制プレート３４を図示しない吊り材で支持しながら、鋼管１２の上端部から徐々に降下させて、係止リブ３６の上に載置しても良い。

次に、第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管構造の作用について説明する。

本実施形態では、規制プレート３４の外周部３４Ａが、鋼管１２の各側壁１２Ａに接触するため、鋼管１２の各側壁１２Ａの内側への変形が規制される。また、規制プレート３４は、対向する側壁１２Ａ間に渡っており、その外周部３４Ａが対向する側壁１２Ａにそれぞれ接触している。これにより、例えば、対向する一方の側壁１２Ａが内側へ変形して規制プレート３４を押圧したときに、対向する他方の側壁１２Ａに規制プレート３４を介して押圧力が伝達される。即ち、対向する一方の側壁１２Ａの内側への変形に対し、規制プレート３４だけでなく、対向する他方の側壁１２Ａが抵抗する。従って、前述した縦規制部材２０（図２参照）のように、対向する鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡らない構成と比較して、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。

また、規制プレート３４には、複数の貫通孔３８が形成されている。従って、鋼管１２の内部にコンクリートを充填するときに、貫通孔３８を通して硬化前のコンクリートが流動するため、鋼管１２に対するコンクリートの充填効率が向上する。更に、規制プレート３４に形成された貫通孔３８にもコンクリートが充填されるため、規制プレート３４と充填コンクリート１４（図１参照）との付着力（一体性）が高められる。従って、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。

なお、規制プレート３４の形状は円形に限らず、多角形等でも良い。また、規制プレート３４には、少なくとも１つの貫通孔３８が形成されていれば良く、また、貫通孔３８の形状、大きさは、コンクリートの粘性や骨材の大きさに応じて適宜変更可能である。

次に、第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例について説明する。なお、以下で説明する図６〜図８では、充填コンクリートの図示を省略している。

先ず、図６に示される変形例では、鋼管１２の軸方向に延びる保持部材としての吊り材４４に、複数の規制プレート３４が取り付けられている。これらの規制プレート３４は、鋼管１２の軸方向に間隔を空けて吊り材４４に取り付けられている。吊り材４４は鉄筋、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒等で構成されており、各規制プレート３４の中央部をそれぞれ貫通している。各規制プレート３４は溶接、接着剤等によって吊り材４４に固定され、吊り下げられた状態で吊り材４４に保持されている。

このように複数の規制プレート３４が取り付けられた吊り材４４を鋼管１２の上端部から鋼管１２の内部に挿入することで、複数の規制プレート３４を鋼管１２の内部に所定の間隔で配置することができる。従って、施工性が向上すると共に、広範囲に渡って鋼管１２の側壁１２Ａの局部座屈を抑制することができる。また、各規制プレート３４には貫通孔３８が形成されており、これらの貫通孔３８を通して硬化前のコンクリートが鋼管１２の内部に充填される。従って、鋼管１２に対するコンクリートの充填効率が向上する。

次に、図７に示される変形例では、鋼管１２の軸方向に延びる複数（本実施形態では、４本）の吊り材４４に、リング状の規制プレート４６が鋼管１２の軸方向に間隔を空けて複数取り付けられている。規制部材（板状部材）としての規制プレート４６は、吊り材４４に略水平に取り付けられ、その外周部４６Ａを鋼管１２の各側壁１２Ａに接触させた状態で、鋼管１２の内部に配置されている。

このように規制プレート４６をリング状に形成することにより、鋼管１２に対するコンクリートの充填効率が向上すると共に、規制プレート４６の軽量化を図ることができる。また、充填コンクリート１４（図１参照）の外周部に埋設される複数の吊り材４４が、補強筋としても機能するため、コンクリート充填鋼管柱３０の曲げ剛性、曲げ耐力が向上する。従って、耐火性能だけでなく、耐震性能も向上する。

次に、図８に示される変形例では、保持部材としての吊り材４４に、平面視にて十字形状に連結された一対の棒材４８が鋼管１２の軸方向に間隔を空けて複数取り付けられている。規制部材としての棒材４８は、例えば、鉄筋、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒等で構成されており、各々の両端部を鋼管１２の側壁１２Ａに接触させた状態で、鋼管１２の内部に配置されている。これにより、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形が規制されている。また、棒材４８は軽く、加工が容易であるため、施工性が向上する。更に、前述した規制プレート３４，４６と比較して、鋼管１２に対するコンクリートの充填性が向上する。

なお、棒材４８の形状は適宜変更可能であり、例えば、棒材４８の両端部を鋼管１２の側壁１２Ａに沿って屈曲させ、当該側壁１２Ａとの接触面積を大きくしても良い。

次に、第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、第１，第２実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図９及び図１０（Ａ）には、第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱５０が示されている。なお、図９及び図１０（Ａ）では、充填コンクリートの図示を省略している。

コンクリート充填鋼管柱５０を構成する鋼管１２の内部には、規制部材としての複数の規制フレーム５２が、鋼管１２の軸方向に積み上げられた状態で配置されている。各規制フレーム５２は、略鉛直に立てられた２つの枠体５２Ａ，５２Ｂを平面視にて十字形状に連結して構成されている。各枠体５２Ａ，５２Ｂは矩形の枠状で、鋼管１２の軸方向に延びる２本の縦枠材５６と、これらの縦枠材５６の間に渡され、縦枠材５６の上端部及び下端部をそれぞれ連結する上横枠材５８、下横枠材６０を備えている。

図１０（Ａ）に示されるように、２つの枠体５２Ａ，５２Ｂの上横枠材５８同士は、各々の長手方向の中央部で略直角に交差し、当該中央部で連結されている。これと同様に、枠体５２Ａ，５２Ｂの下横枠材６０同士は、各々の長手方向の中央部で略直角に交差し、当該中央部で連結されている。また、連結された上横枠材５８同士は、段差ができないように各々の長手方向の中央部を共有している。これと同様に、連結された下横枠材６０同士は段差ができないように各々の長手方向の中央部を共有している。これにより、複数の規制フレーム５２を積み上げたときに、規制フレーム５２のガタツキが防止されている。

このように構成された規制フレーム５２は、４本の縦枠材５６を鋼管１２の各側壁１２Ａの中央部（幅方向の中央部）にそれぞれ接触させた状態で、鋼管１２の内部に配置され、複数段に積み上げられる。この状態で、鋼管１２の内部にコンクリートが充填され、各規制フレーム５２が充填コンクリート１４（図１参照）の内部に埋設される。

次に、第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の作用について説明する。

本実施形態では、各規制フレーム５２の縦枠材５６が、鋼管１２の各側壁１２Ａに接触するため、鋼管１２の各側壁１２Ａの内側への変形が規制される。また、対向する縦枠材５６は、上横枠材５８及び下横枠材６０によって連結されている。従って、例えば、対向する一方の側壁１２Ａが内側へ変形して縦枠材５６を押圧したときに、対向する他方の側壁１２Ａに上横枠材５８及び下横枠材６０を介して押圧力が伝達される。即ち、対向する一方の側壁１２Ａの内側への変形に対し、縦枠材５６だけでなく、対向する他方の側壁１２Ａが抵抗する。従って、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。

また、複数の規制フレーム５２を鋼管１２の内部に順に配置し、これらの規制フレーム５２を積み上げることにより、鋼管１２の下端部から上端部に渡って、縦枠材５６を配置することができる。従って、コンクリート充填鋼管柱５０の施工性が向上する。更に、複数の規制フレーム５２を積み上げることにより、各規制フレーム５２の小型化を図ることができため、規制フレーム５２の運搬性が向上する。

なお、規制フレーム５２の形状は上記したものに限らない。規制フレーム５２は、鋼管１２の軸方向に延びると共に、当該鋼管１２の周方向に間隔を空けて配置され、鋼管１２の側壁１２Ａに接触する複数の縦枠材と、縦枠材の間に渡され、これらの縦枠材を自立可能に連結する横枠材と、を備えていれば良い。例えば、図１０（Ｂ）に示される規制フレーム５３のように、上横枠材５８及び下横枠材６０で複数の縦枠材５６を平面視にて略矩形形状に連結しても良いし、図１１に示される規制フレーム６４のように、鋼管として丸型鋼管６２を用いた場合は、上横枠材５８及び下横枠材６０で複数の縦枠材５６を平面視にて三角形状に連結しても良い。また、上記実施形態では、施工性の観点から複数の規制フレーム５２を鋼管１２の内部に積み上げたが、鋼管１２の下端部から上端部に渡る複数の縦枠材を備える１つの規制フレームを鋼管１２の内部に配置しても良い。この場合、隣接又は対向する縦枠材同士を横枠材で適宜連結して、縦枠材を自立させれば良い。

次に、第４実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、第１〜第３実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に適宜省略して説明する。

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）には、第４実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱７０が示されている。コンクリート充填鋼管柱７０における充填コンクリート１４の外周部には、規制部材としての４枚のＰＣ板７２が埋設されている。各ＰＣ板７２は、プレキャストコンクリート製の板材で、鋼管１２の軸方向に延びると共に、鋼管１２の各側壁１２Ａにそれぞれ重ねられ、当該側壁１２Ａに接触した状態で配置されている。これらのＰＣ板７２は、充填コンクリート１４よりも耐火性に優れたコンクリートで形成されており、充填コンクリート１４よりも先に熱劣化しないようになっている。例えば、ＰＣ板７２は充填コンクリート１４よりも耐火性に優れた骨材（例えば、硬質砂岩、安山岩、流紋岩など）や強度の低いコンクリート（例えば、設計基準強度６０Ｎ／ｍｍ^２未満）が考えられる。さらには、ＰＣ板７２のコンクリートに鋼繊維、鉄繊維、ガラス繊維等の繊維補強材を混入することで火災時の強度を高めても良い。

また、各ＰＣ板７２の上端部には、図示しない鋼製の取付ブラケットが埋設されており、この取付ブラケットを鋼管１２の各側壁１２Ａに溶接等することにより、当該側壁１２Ａに仮留めされている。この状態で、鋼管１２の内部にコンクリートを充填することにより、充填コンクリート１４に埋設される。

このように、充填コンクリート１４の外周部に埋設されたＰＣ板７２を、鋼管１２の各側壁１２Ａに接触させることにより、鋼管１２の各側壁１２Ａの内側への変形が規制される。従って、上記第１〜第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第１実施形態では、規制部材としての縦規制部材２０の幅方向の一端部２０Ａを鋼管１２の側壁１２Ａに接触させたが、当該一端部２０Ａは必ずしも鋼管１２の側壁１２Ａに接触させる必要はなく、当該側壁１２Ａが局座屈しない程度に近接させても良い。つまり、鋼管１２の側壁１２Ａと縦規制部材２０の幅方向の一端部２０Ａとの間に、当該側壁１２Ａが局座屈しない程度の隙間を設け、当該隙間に充填コンクリート１４を充填しても良い。上記第２〜第４実施形態における規制プレート３４，４６、棒材４８、規制フレーム５２，５３，６４等についても同様である。また、鋼管１２は、内部にコンクリートを充填可能であれば良く、丸形鋼管や断面多角形状の鋼管でも良い。

また、上記第１〜第４実施形態におけるコンクリート充填鋼管柱１０，３０，５０には、必要に応じて耐火被覆を施しても良い。

以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１〜第４実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

次に、耐火試験について説明する。

本耐火試験では、高層建物や超高層建物等の高い強度（例えば、設計基準強度で６０Ｎ／ｍｍ^２以上、軸力比（軸力／（柱の水平断面積×充填コンクリートの設計基準強度）で０．３以上の高い軸力）が求められるコンクリート充填鋼管柱において、鋼管１２の内部に充填される充填コンクリート１４の骨材が、耐火性能に与える影響を検証した。充填コンクリート１４の骨材としては、従来から一般的に用いられている硬質砂岩骨材と、近年、広く用いられるようになってきた石灰岩骨材を用いた。

耐火試験では、２つの試験体１，２に鉛直荷重（軸力比＝０．４）を載荷しながら、試験体１，２をバーナーで加熱し、各試験体１，２の軸方向の変形量をそれぞれ測定した。試験体１は、石灰岩骨材を用いたコンクリートを角形鋼管に一律に充填した従来のコンクリート充填鋼管柱であり、試験体２では、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートを角形鋼管に一律に充填した従来のコンクリート充填鋼管柱である。また、試験体１，２における角形鋼管の水平断面積は同一であり、これらの角形鋼管に充填されるコンクリートのコンクリート強度も略同一（呼び強度５５Ｎ／ｍｍ^２、試験時強度７０Ｎ／ｍｍ^２程度）である。

図１３には、耐火試験の試験結果が示されている。図中に実線で示す曲線は試験体１の試験結果であり、点線で示す曲線は試験体２の試験結果である。なお、図１３における横軸は加熱時間（分）であり、縦軸は試験体１，２の軸方向の変形量（ｍｍ）である。この変形量（ｍｍ）は、各試験体１，２に鉛直荷重を載荷した状態をゼロとし、軸方向に伸びる方向を正、軸方向に縮む方向を負としている。

図１３に示される試験結果から、石灰岩骨材を用いた試験体１は、硬質砂岩骨材を用いた試験体２よりも早期に軸方向の変形量（縮み量）が大きくなり、急激に耐力が低下したことが分かる。これは、石灰岩骨材を用いた試験体１では、充填コンクリートの外周部が早期に熱劣化し、鋼管の側壁に局部座屈が発生したためと考えられる。石灰岩骨材を用いたコンクリートは、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートに比べ耐火性能が劣ることが知られている。試験体１は加熱によって熱劣化し、脆くなった鋼管周辺のコンクリートが、図３に示す鋼管の面外への変形を抑えることができなくなり、鋼管の局部座屈によって脆性的に崩壊したものと思われる。このように負担軸力が大きいＣＦＴ柱（例えば軸力比０．３以上）に石灰岩のように脆い骨材を用いる場合は、充填コンクリートが十分な耐力を残している場合でも、鋼管の局部座屈によって早期に破壊が生じる。なお、骨材として安山岩、流紋岩を用いたコンクリートは、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートと同等以上の耐火性能を有することが知られている。従って、石灰岩骨材を用いたコンクリートは、安山岩、流紋岩を用いたコンクリートよりも早期に熱劣化するが分かる。

一方、石灰岩は、硬質砂岩、安山岩、流紋岩等と比較して安価で、かつコンクリート強度の高強度化（設計基準強度で８０Ｎ／ｍｍ^２程度まで）が可能であり、近年、広く用いられるようになっている。従って、上記第１〜第４実施形態は、前述した高い強度が求められ、かつ、充填コンクリートの骨材として石灰岩が用いられたコンクリート充填鋼管柱に特に有効であり、このようなコンクリート充填鋼管柱に上記第１〜第４実施形態を適用することで、コスト削減を図りつつ、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能を飛躍的に向上させることができる。

なお、上記第１〜第４実施形態は、充填コンクリートの骨材として硬質砂岩、安山岩、流紋岩等を用いたコンクリート充填鋼管柱や、一般的な強度のコンクリート充填鋼管柱にも、当然ながら適用可能である。

１０コンクリート充填鋼管柱
１２鋼管
１２Ａ側壁
１４充填コンクリート
２０縦規制部材（規制部材）
２２横規制部材（規制部材）
３０コンクリート充填鋼管柱
３４規制プレート（規制部材）
３８貫通孔
４４吊り材（保持部材）
４６規制プレート（規制部材）
４８棒材（規制部材）
５０コンクリート充填鋼管柱
５２規制フレーム（規制部材）
５３規制フレーム（規制部材）
６２丸型鋼管（鋼管）
６４規制フレーム（規制部材）

Claims

鋼管と、
前記鋼管の内部に充填された充填コンクリートと、
前記充填コンクリートに埋設され、前記鋼管の側壁に接触又は近接して該鋼管の内側への変形を規制する規制部材と、
を備えるコンクリート充填鋼管柱。
前記規制部材が、該鋼管の軸方向に間隔を空けて複数配置され、
前記充填コンクリートには、前記鋼管の軸方向へ延びると共に、前記規制部材が取り付けられた保持部材が埋設されている請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
前記規制部材が、前記鋼管の内部を上下に仕切るように配置された板状部材であり、
前記板状部材には、硬化前の前記充填コンクリートが流動する貫通孔が形成されている請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱。