JP2805038B2 - 鉄骨コンクリート柱及びその製造方法 - Google Patents

鉄骨コンクリート柱及びその製造方法

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JP2805038B2
JP2805038B2 JP5037755A JP3775593A JP2805038B2 JP 2805038 B2 JP2805038 B2 JP 2805038B2 JP 5037755 A JP5037755 A JP 5037755A JP 3775593 A JP3775593 A JP 3775593A JP 2805038 B2 JP2805038 B2 JP 2805038B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、構造物の柱として用い
る鉄骨コンクリート柱(鉄骨鉄筋コンクリート柱となる
場合を含む)の構造及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、コンクリートを構成要素とする柱
としては、鉄筋コンクリート柱、鉄骨鉄筋コンクリート
柱、鋼管コンクリート柱(コンクリート充填鋼管柱)等
が一般的である。
【0003】図11は、従来の鉄骨鉄筋コンクリート柱
の一例を示したもので、中央に鉄骨21(この例では
字形のウェブの各端部にフランジを有する十字形鋼を用
いている)を配し、その外周に鉄筋22(主筋及びフー
プ筋)を配し、鉄筋22に対し所定のかぶり厚をとって
コンクリート23を打設している。
【0004】図12は、従来の鋼管コンクリート柱の一
例を示したもので、鋼管31(この例は角形鋼管である
が、円形鋼管を用いることも多い)の内部にコンクリー
ト32を充填しており、コンクリート32が外側の鋼管
31に拘束されるため通常配筋は行われない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のかぶりを有する
鉄骨鉄筋コンクリート柱の場合、鉄筋、型枠、コンクリ
ートの各工事が煩雑となる。また、外周部のコンクリー
トが早期に圧壊し、破壊が内部に及ぶこと等から、じん
性確保が難しい。
【0006】鋼管コンクリートの場合、鉄骨が閉断面を
構成し、柱梁仕口部の鉄骨加工が極めて難しいという問
題がある。
【0007】本発明は、上述のような鉄骨鉄筋コンクリ
ート柱及び鋼管コンクリート柱における課題を解決し、
じん性に優れ、スティフナーの取り付けや仕口部の加工
が容易で、型枠工事その他、柱の製作が容易で、経済的
な鉄骨コンクリート柱、及びその効率的な製造方法を提
供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の鉄骨コンクリー
ト柱は、十字形のウェブの各端部にフランジを有する十
字形鋼からなる開断面の鉄骨と、前記ウェブとフランジ
で囲まれる開断面部分(フランジの延長線上の内側を含
む)に打設したコンクリートとからなり、フランジの外
周にかぶりとしてのコンクリートを打設しないことで、
フランジの外表面が柱の外表面を構成するようにしたも
のである。
【0009】十字形鋼のフランジ部は必ずしも直線的で
ある必要はなく、計画される柱断面に応じてフランジ端
部を屈曲させたり、フランジ全体を湾曲させる等して、
内側のコンクリートの拘束効果を高めたもの等も考えら
れる。
【0010】本発明では、コンクリートが周辺から拘束
されているため、原則としてコンクリートに対する鉄筋
等の補強は不要であるが、鉄筋を配筋する場合も鉄骨が
開断面であることから配筋作業は比較的容易である。
【0011】柱の外表面を構成する鉄骨フランジ外表面
およびフランジ間のコンクリート表面は、剥き出しの状
態とすることも可能であるが、化粧パネルや、耐火性の
問題がある場合には耐火パネルを取り付けることができ
る。
【0012】また、仕口部近傍については、梁応力のス
ムーズな伝達やコンクリートの打設性、コンクリートの
拘束効果等を考慮して、仕口部近傍の所定区間について
フランジ間を鋼板等からなる補強プレートで連結する場
合もある。
【0013】本発明の製造方法の一つにおいては、上述
のような鉄骨コンクリート柱を製造するに当り、コンク
リートの外表面を規定する型枠を鉄骨のフランジに取り
付けてコンクリートを打設する。型枠はフランジ間のみ
設置すればよく、また鉄骨や鉄筋に対するかぶりを考慮
する必要がないので、型枠を直接鉄骨のフランジに固定
することで、型枠の設置作業を大幅に簡略化することが
できる。
【0014】このような型枠は、仕上材としての耐火パ
ネルまたは化粧パネルを兼ねた捨型枠でもよく、また型
枠を例えばボルト等で鉄骨に固定することも可能であ
る。
【0015】本発明のもう一つの製造方法は、鉄骨建方
前に鉄骨を横向きに倒した状態で、順次、回転させなが
ら、ウェブ及び隣り合うフランジ間にコンクリートを打
設するものであり、型枠は軽微なものでよく、コンクリ
ートの打設作業も簡単になる。
【0016】
【作用】図15は、柱の力学的挙動の概念図として、図
14(a) 〜(c) に示すA,B,Cの3種類の柱につい
て、一定軸力P、水平せん断力Qを作用させた場合(図
13参照)を比較し、鉄骨の塑性せん断力 sp と弾性
限界変形 sδp で無次元化した荷重変形曲線を示してい
る。
【0017】ここで、 A:鉄骨外周にコンクリート被覆を設けたもの B:コンクリート被覆部を除いたもの C:鉄骨のみの場合 である。
【0018】コンクリートの被覆のあるAタイプは、弾
性剛性も高く、強度も大きいが、最大耐力以後、被覆部
のコンクリートが壊れ、急激に耐力が低下する。
【0019】これに対し、Bタイプは、Aタイプに比し
剛性が低いものの、部材降伏後も安定した挙動を示し、
大きな変形領域まで耐力が維持される。
【0020】BタイプはAタイプに比べコンクリート断
面積が相当削られるが、鉄骨フランジ等、板で周辺を囲
まれたコンクリートは見掛け上の圧縮強度も上がり、断
面積比でみるほど耐力差は生じない。
【0021】鉄骨のみのCタイプからみて、Bタイプで
も十分にコンクリート効果は評価でき、鉄骨によりコン
クリートの破壊が抑えられるとともに、内部にあるコン
クリートで鉄骨フランジの局部変形を十分に抑えること
ができ、柱として十分なじん性が確保される。
【0022】図17は、本発明の鉄骨コンクリート柱に
ついて、繰返しせん断曲げ実験の結果を、せん断曲げ荷
重Qとスパン中央の曲げ変形δの関係として示したもの
である。
【0023】図16(a) 、(b) は、供試体及び実験方法
を示したもので、以下の条件の下に実験を行った。
【0024】 H−250×125×6×9のH形鋼
で十字型に組んだ鉄骨を使用。 鉄骨の材質はSM490の鋼材で、降伏点応力度σ
y =3.8t/cm2 。 コンクリートの圧縮強度σB =390kg/cm2。 圧縮軸力P=156ton 。 曲げスパンL=1m。
【0025】図17から分かるように、大変形領域まで
極めて安定した挙動を示しており、これは繰返し加力す
るのに伴い、4隅のコンクリートに割れ脱落が起こるも
のの内部深くへは破壊が進展せず、最大荷重以降も耐力
を安定して維持していることによる。
【0026】図18は、供試体の最終状況のスケッチで
あり、影の濃い部分が割れ脱落の生じた部分である。す
なわち、4隅のコンクリート部分が破壊し、圧縮フラン
ジが外側に局部座屈変形している。
【0027】この時点でもコンクリートの破壊が内部に
まで及ばず、鉄骨フランジの局部変形進展も抑えられて
いるため、せん断曲げ耐力が若干低下したとは言え、圧
縮軸力も保持し、十分安定している。
【0028】
【実施例】次に、図示した実施例について説明する。
【0029】図1及び図2は、本発明の鉄骨コンクリー
ト柱の一実施例を示したものである。本実施例における
鉄骨1は、十字状に直交するウェブ1aの各端部にフラ
ンジ1bを有する十字形鋼であり、ウェブ1aとフラン
ジ1bで囲まれる部分にコンクリート2を打設し、一体
化している。
【0030】原則としてコンクリート2に対する鉄筋等
の補強はせず、鉄骨1がコンクリート2を取り囲むこと
で強度、じん性を確保している。また、コンクリート2
の剥き出し面に丸味を持たせており、早期のコンクリー
ト圧壊を防ぐのに有効である。
【0031】梁3は、フランジ1bに対して接合するこ
とができ、図では接合方法を示していないが、溶接、ボ
ルト接合、接合金物を用いたボルト接合等、従来の開断
面の鉄骨柱と同様な接合が可能である。また、コンクリ
ート2打設前に接合することで、仕口部に対する各種補
剛が可能である。
【0032】図3及び図4は、コンクリート2部分の断
面の変形例を示したものである。図3の実施例は、コン
クリート面が隣接するフランジ1bの先端を結ぶ線上と
なるようにしたもので、斜め方向に曲げを受ける場合に
効果的である。鉄骨1のフランジ幅が広い場合には、図
4に示すようにフランジ面の延長線で構成される四角形
断面としてもよい。
【0033】図5の実施例は、柱梁仕口部とその近傍に
内部スティフナー4を設けた例である。コンクリート2
の打設を工夫すれば、柱断面全体にスティフナーを設け
ることも可能となる。
【0034】また、コンクリート剥き出し面でのコンク
リート2のひび割れや早期の圧壊を防ぐために、仕口部
とその近傍ないし全長にわたって補強用ネット5を設け
ることも有効である。
【0035】図6の実施例は、柱梁仕口部についてのコ
ンクリート打設を配慮して外周部の各フランジ1b間に
鋼板からなる補強プレート6を取り付けたものである。
この補強プレート6は、柱梁仕口部から柱上下端の一部
まで延ばすことにより、梁応力をスムーズに伝えるだけ
でなく、仕口部及び柱端部のコンクリートを密閉し破壊
を防ぐ。
【0036】図7の実施例は、鉄骨1のウェブ1aによ
って分割されるコンクリート2を一体化するため、ウェ
ブ1aに開口7を設けた例である。
【0037】図8の実施例は、コンクリート2内に水平
な薄板8(鋼板等)を埋め込み、コンクリート2を幾層
かに分断し、ブロック化したものである。このようにブ
ロック化することで、斜め方向のひび割れが抑制され、
破壊時においても柱としての急激な耐力低下が防止さ
れ、じん性を確保することができる。なお、この場合
も、コンクリート2の打設性等を考慮して、薄板8に開
口9を設けている。
【0038】図9は本発明の製造方法の一実施例を示し
たもので、本発明の鉄骨コンクリート柱では、鉄骨1の
外周にコンクリート2のかぶりがないため、型枠10を
鉄骨1のフランジ1bに密着してセットし、コンクリー
トを打設することができる。この場合、型枠工事が極め
て簡単となり、経済的である。
【0039】なお、この型枠10は耐火性能に配慮した
仕上材を兼ねることもできる。
【0040】図10は、本発明の他の製造方法を示した
ものである。すなわち、鉄骨建方前に予めコンクリート
2を打設する例であり、横倒しした状態の鉄骨1を回転
しつつ、コンクリート2を打設して行けば、型枠11は
軽微なものでよく、回転率もよく、経済的である。
【0041】
【発明の効果】 鉄骨断面が同じ場合には、最大耐力までは、従来の
鉄骨の外周にコンクリートがある場合の方が強度が高い
が、早期に圧壊する外周コンクリートをなくすことで、
部材降伏後も安定した挙動を示し、大きな変形領域まで
耐力が維持される。しかも、鉄骨フランジの内側のコン
クリートについては、フランジの拘束により、鋼管コン
クリートの場合と同様、コンクリートの見掛け上の圧縮
強度が上がり、断面積の比でみる程耐力差は生じない。
【0042】 また、外周コンクリートがない分、コ
ンクリート使用量が少なくて済む他、柱断面が小さくな
るという平面計画上の利点もある。逆に、柱の外寸を同
一に考えた場合には、鉄骨断面が大きくなり、柱として
の剛性、強度が増す。
【0043】 柱鉄骨は開断面を有するため、スティ
フナーの取り付けが容易であり、柱梁仕口部の鉄骨加
工、梁の接合も容易である。
【0044】 コンクリート打設のための型枠を鉄骨
フランジに密着してセットできるため、型枠工事が極め
て簡単となり、経済的である。
【0045】 コンクリートの剥き出し面に丸みを持
たせれば、早期のコンクリートの圧壊を防ぐのに有効で
ある。
【0046】 鉄骨を横向きに倒して、回転させなが
らコンクリートを打設する方法では、型枠は軽微なもの
でよく、回転率もよいため経済的である。また、コンク
リートの打設に関しても、縦方向に打設する場合に比
べ、流動性の少ないコンクリートでも隅々まで充填で
き、骨材分離等の問題も生じ難く、良質のコンクリート
を効率よく打設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の鉄骨コンクリート柱の一実施例を示す
斜視図である。
【図2】図1の実施例に対応する水平断面図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す水平断面図である。
【図4】本発明のさらに他の実施例を示す水平断面図で
ある。
【図5】本発明のさらに他の実施例を示したもので、
(a) は水平断面図、(b) の右側は(a) の矢線A位置の鉛
直断面図、左側は(a) の矢線B位置の鉛直断面図であ
る。
【図6】本発明のさらに他の実施例を示したもので、
(a) は水平断面図、(b) は鉛直断面図である。
【図7】本発明のさらに他の実施例を示したもので、
(a) は水平断面図、(b) は(a) のC−C断面図である。
【図8】本発明のさらに他の実施例を示したもので、
(a) は水平断面図、(b) は(a) のD−D断面図である。
【図9】本発明の製造方法の一実施例を示す斜視図であ
る。
【図10】本発明の他の製造方法の一実施例を示す斜視
図である。
【図11】従来の鉄骨鉄筋コンクリート柱の一例を示す
水平断面図である。
【図12】従来の鋼管コンクリート柱の一例を示す水平
断面図である。
【図13】柱に一定軸力P、水平せん断力Qを作用させ
た状況を示す説明図である。
【図14】比較に利用したA,B,Cの3種類の柱断面
を示す図である。
【図15】図13、図14の条件による柱の力学的挙動
の概念図である。
【図16】(a) は供試体の柱軸方向と直角な断面図、
(b) は繰返しせん断曲げ実験の実験方法を示した説明図
である。
【図17】繰返しせん断曲げ実験の結果を、せん断曲げ
荷重Qとスパン中央の曲げ変形δの関係として示したグ
ラフである。
【図18】繰返しせん断曲げ実験における供試体の最終
状況のスケッチである。
【符号の説明】
1…鉄骨、1a…ウェブ、1b…フランジ、2…コンク
リート、3…梁、4…スティフナー、5…補強用ネッ
ト、6…補強プレート、7…開口、8…薄板、9…開
口、10…型枠、11…型枠

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 十字形のウェブの各端部にフランジを有
    する十字形鋼からなる開断面の鉄骨と、前記ウェブとフ
    ランジで囲まれる開断面部分に打設したコンクリートと
    からなり、前記フランジの外表面が柱の外表面を構成し
    ていることを特徴とする鉄骨コンクリート柱。
  2. 【請求項2】 柱の外表面には、耐火パネルまたは化粧
    パネルが取り付けられている請求項1記載の鉄骨コンク
    リート柱。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の鉄骨コンクリー
    ト柱において、梁が接合される仕口部近傍について、前
    記フランジ間を鋼板で連結したことを特徴とする鉄骨コ
    ンクリート柱。
  4. 【請求項4】 コンクリートの外表面を規定する型枠
    を、前記鉄骨のフランジに取り付けてコンクリートを打
    設することを特徴とする請求項1、2または3記載の鉄
    骨コンクリート柱の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記型枠は、仕上材としての耐火パネル
    または化粧パネルを兼ねている請求項4記載の鉄骨コン
    クリート柱の製造方法。
  6. 【請求項6】 鉄骨を横向きに倒した状態で、順次、回
    転させながら、ウェブ及び隣り合うフランジ間にコンク
    リートを打設することを特徴とする請求項1、2または
    3記載の鉄骨コンクリート柱の製造方法。
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