JP2824471B2 - 金属管コンクリート柱 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼管等の金属製の管体をコンクリート製の
柱体に被着してなり、建築構造物及び土木構造物におい
て、主として圧縮力を負担する柱材として用いられる金
属管コンクリート柱に関する。

〔従来技術〕

コンクリート材は、互い圧縮強度を有し、また廉価で
あることから、建築構造物及び土木建造物における構造
材、特に、主として圧縮力を負担する柱材としての使用
が切望されている。ろころがコンクリート材は、引張強
度及び靭性に劣り、内部応力が強度限界に達すると共に
瞬時にして破砕に至るという構造材として致命的な欠点
を有している。そこで、コンクリート材の内部に多数の
鉄筋を埋め込み、この鉄筋に引張力及び靭性の不足を補
完させるようになした鉄筋コンクリート等、引張強度及
び靭性に優れた金属材との組み合わせにより、コンクリ
ート材単独での前述した欠点の取消を図った構造材が従
来から使用されている。

このような構造材の１つとして、鋼管等の金属管をコ
ンクリート製の柱体の外側に被着し、金属管のたが作用
によりコンクリート柱の耐力及び靭性の不足を補完する
と共に、コンクリート柱の拘束作用により圧縮に伴う金
属管の部分座屈の発生を抑制するようになした金属管コ
ンクリート柱がある。この金属管コンクリート柱は、圧
縮荷重の負担状態において作用する曲げ力に対しても靭
性に富んだ変形挙動を示し、優れた耐震性能が得られる
ことから、特に耐震性が重要視される高層構造物用の柱
材として脚光を浴びている。ところが、この金属管コン
クリート柱を構造物の柱材として用い、軸長方向の圧縮
荷重を負担せしめた場合、金属製の管体とコンクリート
製の柱体とが一体的に縮み、両者には等量の歪が生じる
が、金属の弾性係数はコンクリートのそれに比較して大
きいため、圧縮強度が劣る金属管にコンクリート製の柱
体の数倍〜数十倍にも達する圧縮応力が生じることにな
り、金属管によるたが作用が期待できなくなり、コンク
リート製の柱体に十分な強度的余裕がある段階にて金属
管が降伏してコンクリート材の高い圧縮強度を十分に利
用し得ないという難点があり、更に、曲げ力に対する弾
性変形域が狭くなることから、本来の耐震性能が得られ
なくなる難点がある。

この難点は、前記たが作用の確保による耐力向上のみ
を目的としてなされた特開昭62−170634号公報及び特開
昭62−170635号公報、更には、コンクリート柱に生じる
クリープ変形の吸収を目的とし、基礎杭としての使用に
限定してなされた特開昭61−242220号公報及び特開昭62
−23715号公報等に開示されている如く、金属製の管体
とコンクリート製の柱体との一体化に際し、軸長方向の
引張応力を前者に、またこれに釣り合う圧縮応力を後者
に予め生ぜしめておき、圧縮荷重の負担に伴い前記管体
に生じる圧縮応力を前記引張応力にて相殺する構成によ
り解消される。この構成は、前記特開昭62−170634号及
び特開昭61−242220号においては、その内部に複数の支
圧突起を備えた金属管を用い、また特開昭62−23715号
においては、両端に中抜き円板形の支圧板を固着してな
る金属管を用い、軸長方向に所定の引張力を加えたこれ
らの金属管の内部にコンクリートを充填して、該コンク
リートの硬化によりコンクリート柱が形成された後、前
記引張力を解除することにより得られており、また前記
特開昭62−170635号においては、一側端部近傍に支圧板
を備え、内面にアンボンド処理を施された２本の金属管
を用い、これらを同軸上に位置させ、夫々の他側端部を
所定の間隙を隔て対向させて、これらの内部にコンクリ
ートを充填して、該コンクリートの凝固により両者に亘
るコンクリート柱を形成した後、両者を互いに接近する
方向に引張り、対向端部を突き合わせて接続することに
より得られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、金属管に付与された引張力を解除するこ
と、又は２本の金属管を引張しつつ接続することによ
り、夫々に設けた支圧部材（支圧突起又は支圧板）を介
してコンクリート柱が圧縮され、該コンクリート柱に圧
縮応力が付与される一方、これと反力として金属管に引
張応力が付与されるため、前記支圧部材には、前記両応
力の合力が作用することになり、この合力を支え得るだ
けの高強度が要求される。ところが前記特開昭62−2371
5号及び特開昭62−170635号においてはいずれも、金属
管の内側に突出された板材を支圧部材としており、この
ような支圧部材にて高強度を実現することは難しく、前
記合力の作用により支圧部材が撓み変形し、所定の圧縮
応力をコクリート柱の全断面に亘って均等に付与するこ
とができず、これに伴い金属管に所定の引張応力を生ぜ
しめることもまた不可能となる結果、柱材としての使用
に際し、荷重負荷状態における所望の特性が得られない
という難点がある。また、特開昭61−242220号において
は、金属管の内周にわずかに突出する突条を支圧部材と
しており、このような支圧部材によりコンクリート柱の
全断面に亘って均等な圧縮応力を付与することは実質上
不可能である。

これらに対し、金属管の軸心近傍にまで達する多数の
支圧突起を備えた特開昭62−170634号においては、これ
ら夫々への負荷力が軽減されて強度不足の解消が図れる
と共に、コンクリート柱の全断面に亘って略均等な応力
の付与を実現し得るが、この構成を採用する場合、コン
クリートの充填がこれらの支圧突起にて阻害されるた
め、金属管の内部での欠陥のないコンクリート柱の形成
が困難であり、所定の荷重負荷能力が得られなくなる虞
があると共に、多数の支圧突起を有する特殊な金属管を
必要とし、製品コストの増大を招来するという難点も生
じる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされるものであり、支
圧部材の高強度化により、コンクリート製の柱体への均
等な圧縮応力の付与を可能とし、また特殊な金属管を必
要とせず、これの内部でのコンクリート柱の形成を容易
化し、荷重負荷状態における所望の特性を確実に得るこ
とができる金属管コンクリート柱を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る金属管コンクリート柱は、コンクリート
製の柱体の外側に金属製の管体を被着し、該管体に固設
された支圧部材を介して前記柱体に軸長方向の圧縮応力
を付与し、これに釣り合う引張応力を前記管体に付与し
てなる金属管コンクリート柱において、前記支圧部材
は、前記管体の両端開口部を夫々閉塞する蓋板と、該蓋
板に周設され、仕口部を兼ねる筒体と、該筒体の内側に
架設され、また前記蓋板上に立設されてなり、該蓋板の
撓み変形及び前記筒体の拡張変形を抑止する補強板とを
具備することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、金属管内部のコンクリート製の柱
体は、該金属管の両端開口部を閉塞する蓋板間にて圧縮
されるが、この蓋板には、梁，ブレース等との結合のた
めの仕口部として機能する筒体と、これの内側に架設さ
れた補強板が付設してあり、前記圧縮に伴う反力により
蓋板に生じる変形は僅かであり、前記柱体には、これの
断面全体に亘って略均等な圧縮応力が付与され、これに
より前記金属管に付与される引張応力を管理下に置くこ
とができ、荷重負荷状態における所望の特性の実現が可
能となる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る金属管コンクリート柱（以下
本発明品という）の縦断面図である。

本発明に係る金属管コンクリート柱は、金属製の管体
１（一般的には鋼管が用いられる）をコンクリート製の
柱体２の外側に被着し、管体１の両端開口部にこれを閉
塞する態様にて支圧部材3,3を固着して、該支圧部材3,3
を介して柱体２に軸長方向の圧縮応力を付与する一方、
これに釣り合う引張応力を管体１に付与せしめた構成と
なっている。管体１の軸断面形状は限定されるものでは
ないが、周方向の応力分布が単純であること、一般に市
販されており容易に入手できること等を考慮すると、円
形断面とするのが望ましい。

さて本発明品は、管体１及び柱体２に応力を付与すべ
く管体１の両端に固着される支圧部材３の構成に特徴が
ある。第２図は支圧部材３の一部破断斜視図であり、第
３図は支圧部材３の固着位置近傍の拡大断面図である。

第２図に示す如く支圧部材３は、蓋板４と、該蓋板４
の一面上にこれの周縁に沿って周設された筒体５と、該
筒体５の内側に架設された補強板６を備えている。蓋板
４は、後述の如く管体１の開口端にこれを閉塞する態様
にて固着されるため、管体１の断面形状に対応する平面
形状を有し、これよりもやや大きいサイズの平板として
ある。例えば、管体１の断面形状が円形である場合、蓋
板４は、該管体１の外径と同径又はやや大径の図示の如
き円板形とする。この蓋板４に周設される図示の筒体５
は、蓋板４の平面形状に対応させて円筒形としてある
が、矩形断面，多角形断面等、円形以外の断面形状を有
する筒体であってもよい。この筒体５の外周には、梁，
ブレース等の他の構造材との接続に供される接続板7,7
…が、夫々の長手方向を筒体５の軸心に沿わせて突設さ
れており、筒体５は、前記構造材との接続のための仕口
部を兼ねるようになしてある。接続板7,7…の配設個数
は、当該部位における前記構造材の必要接続数に応じて
定められるが、建築構造物及び土木構造物における柱材
としての用途においては、図示の如く、筒体５の周方向
に等配をなして４枚の接続板7,7…を突設させておけば
十分である。この筒体５の内側に架設される前記補強板
６は、接続板7,7…を介して作用する力により筒体５に
生じる拡張変形を抑止すると共に、該筒体５の内側にお
ける蓋板４の撓み変形を抑止するものである。従って、
前述の如く筒体５の周方向に等配をなして４枚の接続板
7,7…が突設させてある場合、図示の如く、２枚の矩形
板を夫々の長辺が相互に直交するように十字形に交叉さ
せてなる補強板６が用いられ、これは、筒体５に内挿さ
れ、４方の端縁が接続板7,7…の突設位置の裏側に一致
するように位置決めされて、筒体５の内周面及び蓋板４
の表面に例えば溶接等の固着手段により固着される。こ
れにより補強板６は、筒体５の内側に架設されると共
に、蓋板４の表面に立設されることになり、筒体５の拡
張変形を拡張力の作用点となる接続板7,7…の突設位置
にて確実に拘束でき、また蓋板４に生じる撓み変形を有
効に抑止することができる。

以上の如き支圧部材３は、第１図及び第３図に示す如
く、蓋板４の筒体５の周設側と逆側の面にて管体１の開
口端を閉塞せしめ、筒体５と管体１とが同軸上に位置す
るように位置決めされて、溶接等の固着手段により管体
１の端縁に固着される。本発明品は、管体１の両端に各
１個の支圧部材３を用いて構成され、まず、管体１の一
方の開口端に支圧部材３を固着し、この固着端を下とし
て直立せしめた状態で、該管体１の内部にコンクリート
を充填して、このコンクリートの硬化により、管体１の
内部にこれと略等長の柱体２を形成する。前述した如
く、管体１は単純な円管であり、前記コンクリートの充
填作業は、容易にしかも確実に行い得る。このようにし
てコンクリート製の柱体２と、これの外側に被着された
金属製の管体１を得た後、該管体１を適宜の手段にて所
定長伸長させる。この伸長は、例えば、管体１に軸長方
向の引張力を加えること、管体１のみを加熱すること等
により実現される。さて、他方の支圧部材３は、伸長状
態にある管体１の上側開口端に前述の如く固着される
が、このとき、柱体２の上端面と蓋板４の対向面との間
には、管体１の伸長量に相当する幅の間隙が生じるが、
この間隙は、第３図に示す如くスペーサ８にて充填され
る。このスペーサ８としては、管体１に与えるべき所定
の伸長量に相当する肉厚を有する金属板等の板材を用い
てもよく、また、前記間隙に即硬性に優れた流動モルタ
ル等を流し込み、これを硬化せしめてスペーサ８を得る
ようにしてもよい。このように管体１の上端に支圧部材
３を固着した後、管体１の伸長を解除することにより、
柱体２は、管体１の両側の支圧部材3,3間にてスペーサ
８を介して圧縮されることになり、該柱体２には軸長方
向の圧縮応力が付与される一方、これに釣り合う引張応
力が金属製の管体１に付与されて本発明品が得られる。
なお、柱体２における圧縮応力及び管体１における引張
応力の大きさは、支圧部材３の固着前の管体１の伸長量
にて管理できる。また、支圧部材３の蓋板４には、柱体
２との接触側全面に亘って前記押圧の反力が作用する
が、この蓋板４の他面には前記補強板６が立設されてお
り、前記反力より生じる蓋板４の撓み変形は、この補強
板６の作用により極めて僅かに保たれるため、支圧部材
3,3間での押圧により柱体２に付与される圧縮応力は、
該柱体２の全断面に亘って均等化され、正確に管理する
ことができ、更にこの圧縮応力に釣り合う状態にて管体
１に付与される引張応力もまた正確に管理できる。蓋板
４の撓み変形の抑止のみを考慮した場合、多数の板材か
らなる補強板６を設けることが望ましいが、この補強板
６は仕口部として機能する筒体５の内側に架設されるも
のであり、補強板６の構成は、該筒体５の内部空間の大
きさ、並びに筒体５及び蓋板４との溶接の可否等の他の
条件によって制限される。

最後に以上の如く構成された本発明品を柱材とする構
造物の施工手順につき、第４図、第５図及び第６図に従
って説明する。本発明品は、１本毎に施工現場に搬入し
てもよいが、後述の如く、多数本が軸長方向に連結され
て使用されるから、現場への搬送条件及び現場での揚重
能力を考慮して、予め複数本を長手方向に連結してなる
ユニットを構成し、このユニット毎に搬入するのが合理
的である。但し以下の説明は、１本毎に搬入された場合
について行う。

現場に搬入された本発明品は、まず第４図に示す如
く、基礎杭10上端のフーチング部11上に鉛直性を考慮し
て立設される。このフーリング部11上に立設される本発
明品においては、下端側の支圧部材３の構成が第２図に
示すものと若干異なり、筒体５の外側にフーチング部11
上への支持のための図示の如き脚部材が突設されてい
る。フーチング部11に立設された本発明品の下側は、第
５図に示す如く、基礎梁配筋後に打設されるコンクリー
ト層12により基礎杭10上に固定される。このように固定
された基礎柱13の上部への本発明品の接続は、これの一
側の筒体５の端縁を前記基礎柱13上側の筒体５の端縁に
同軸上にて整合させ、両端縁を、例えば溶接により接続
することにより達成される。なおこの際、両筒体5,5の
対応する接続板7,7間に適宜の連結部材を架け渡し、仮
の連結状態下にて前記整合をなさしめることができ、前
記同軸性の確保、即ち鉛直性の確保が容易となる。この
接続後、一体化された筒体5,5の内部空間に、高強度モ
ルタル又はコンクリートを充填する。これにより上下の
柱体2,2は、この充填物、夫々の蓋板4,4及びスペーサ８
を介して力学的に連結される。また前記接続の後、接続
板7,7間に前記整合のために架け渡した連結部材を取外
し、これらの接続板7,7を利用して、相隣する柱間に梁1
4を架設する（第６図参照）。以上の手順により一階層
分の施工が完了し、以後この手順の繰り返しにより、相
互に連結された本発明品を柱材とする多階層の建築構造
物が完成する。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明品においては、コンクリート
製の柱体の外側に被着された金属製の管体の両端開口部
に、この開口部を閉塞する蓋板と、これに周設された仕
口部を兼ねる筒体と、この筒体の内側に架設され蓋体上
に立設された補強板とを備えた高強度の支圧部材が固設
され、これら支圧部材間での圧縮により前記筒体に圧縮
応力が付与され、これに釣り合う引張応力が前記管体に
付与されるから、この際の支圧部材の変形が少なく、前
記柱体への均等応力の付与が可能であり、これにより前
記管体へ付与される引張応力を正確に管理することがで
き、また特殊な金属管を必要とせず、これの内部でのコ
ンクリート柱の形成が容易であり、所望の強度特性を確
実に実現し得る等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明品の縦断面図、第２図は支圧部材の一部
破断斜視図、第３図は支圧部材の固着位置近傍の拡大断
面図、第４図〜第６図は本発明品を柱材として用いる構
造物の施工手順の説明図である。 １……管体、２……柱体、３……支圧部材 ４……蓋板、５……筒体、６……補強板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンクリート製の柱体の外側に金属製の管
   体を被着し、該管体に固設された支圧部材を介して前記
   柱体に軸長方向の圧縮応力を付与し、これに釣り合う引
   張応力を前記管体に付与してなる金属管コンクリート柱
   において、 前記支圧部材は、 前記管体の両端開口部を夫々閉塞する蓋板と、 該蓋板に周設され、仕口部を兼ねる筒体と、 該筒体の内側に架設され、また前記蓋板上に立設され
   て、該蓋板の撓み変形及び前記筒体の拡張変形を抑止す
   る補強板と を具備することを特徴とする金属管コンクリート柱。