JP3988613B2 - 鋼管柱の接合構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向（上下方向）に接合するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、建物の柱としての鉄骨柱を現場にて接合する場合にはボルト締結もしくは現場溶接によるのであるが、Ｈ形鋼等の開断面の鉄骨柱はボルト締結が可能であるのに対し、閉断面の鋼管柱はボルト締結が困難であることから現場溶接によることが通常である。しかし、鋼管柱を現場溶接する場合には、溶接作業に高度の熟練を要することはもとより、溶接欠陥探査のための厳格な検査が不可欠である、エレクションピースの取り付けや撤去等の仮設作業や溶接火花の養生等の準備作業が必要である、溶接作業は風雨等の天候に影響される、といった問題を有している。さらに、溶接により接合された鋼管柱は、将来における解体の際には溶断するしかないのでその作業が容易ではないし、解体物もリユースし難いといった問題も指摘されている。そのため、現場溶接に代わって鋼管柱を有効に接合し得る手法が求められ、たとえば特許文献１には差し込み継手の手法で鋼管柱を接合する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３１１９９１号公報
【０００４】
この特許文献１に示される接合手法は、下部柱の上端部に連結用柱を立設し、その連結用柱と上部鋼管柱のいずれか一方を他方内に挿入し、それら連結柱と上部鋼管柱との間に高強度モルタル等のグラウトを充填して固化させるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に示される接合手法によれば、現場溶接による場合に比較して接合作業の合理化を実現できるものの、鋼管柱と連結用柱との間の狭小な間隙にグラウトを充填して固化させることから、そのグラウトが乾燥収縮やクラックを生じる余地があり、したがって構造的な信頼性を必ずしも確保できない場合がある。また、連結用柱と上部鋼管柱との接合力、特に引張荷重に対する接合力を充分に確保できないことも想定され、その場合には双方をボルトにより締結する必要もあるとされており、これらの点において改善の余地を残している。また、将来において解体を行う場合には、連結用柱と上部鋼管柱との間の狭小な間隙に充填されて固化しているグラウトを取り除く必要があるが、そのようなことは必ずしも容易に行い得るものではないので、結局は現場溶接の場合と同様に溶断せざるを得ないものである。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は鋼管柱を現場溶接によることなく容易にかつ確実強固に接合でき、しかも解体も容易に行い得る有効適切な接合構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向に接合するための構造において、接合するべき下側の鋼管柱の上端部と上側の鋼管柱の下端部とに跨るように接合鋼管が内挿され、各鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に、多数の鋼球が密実にかつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、同じく建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向に接合するための構造において、接合するべき下側の鋼管柱の上端部もしくは上側の鋼管柱の下端部のいずれか一方に接合鋼管が設けられて、その接合鋼管がいずれか他方の鋼管柱に内挿され、その鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に、多数の鋼球が密実にかつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構造において、径寸法の異なる複数種類の鋼球が混用されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１，２または３の発明の構造において、接合鋼管はその断面形状が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図１〜図３は接合作業工程を示し、図４は接合が完了した状態を示すものであり、これらの図において符号１，２は接合対象の鋼管柱であり、本実施形態においてはそれら鋼管柱１，２はいずれも同一寸法の角形鋼管からなり、それら上下の鋼管柱１，２が接合鋼管３を介して接合されるものとなっている。
【００１２】
下側の鋼管柱１はその上端部が鉄骨梁４を接合するための仕口部となり、そこに鉄骨梁４が溶接あるいはボルト締結により接合されるようになっていて、この鋼管柱１には鉄骨梁４の上下のフランジの位置に対応して外ダイヤフラム５，６が設けられ、また下側の外ダイヤフラム６のやや下側の位置には、接合鋼管３を支持するための内ダイヤフラム７が設けられている。なお、鋼管柱１に対する鉄骨梁４の接合は、将来の解体を考慮すれば現場溶接よりもボルト締結によることが好ましい。
【００１３】
上側の鋼管柱２はその下端部に外ダイヤフラム８が設けられていて、この外ダイヤフラム８を下側の鋼管柱１の上側の外ダイヤフラム５に突き合わせることで双方の鋼管柱１，２が上下方向に連続して一連の柱となり、鉄骨梁４とともに建物の主架構を構成するようになっている。
【００１４】
接合鋼管３はその断面形状が双方の鋼管柱１，２よりもやや小さくされ、全長（全高）は仕口部の高さの２倍程度とされていて、図４に示すように接合鋼管３の下半部が下側の鋼管柱１の上端部（仕口部）に挿入され、上半部が上側の鋼管柱２の下端部に挿入されるものである。すなわち、接合鋼管３は上下の鋼管柱１，２の間に跨るようにそれらの内側に内挿され、その状態では、接合鋼管３の外周面と双方の鋼管柱１，２の内周面との間に若干の間隙（たとえば１０ｍｍ程度）が全周にわたって確保され、その間隙内に多数の小径（直径数ｍｍ）の鋼球９が密実に、かつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口１４を開放することによりその排出口から排出可能に充填されるようになっている。
【００１５】
鋼球９としては市販のものを容易に入手できるし、あるいは安価に製造することができる。また、鋼球９としては全て同一の径寸法のものを用いることでも良いが、径寸法の異なる複数種類の鋼球９をランダムに混用すれば、大径の鋼球９の間の隙間に小径の鋼球９が入り込むのでより密実に充填することが可能であるし、後述するように鋼球９を排出する際にはよりスムーズに排出することが可能であるので、そのようにすることがより好ましい。
【００１６】
そして、図４（ｂ）に示すように、上側の鋼管柱２の各周面には、上記の間隙に鋼球９を充填するための充填口１１が開口しており、その外側には鋼球９の充填を案内するためのガイド１２が取り付けられている。
【００１７】
なお、接合鋼管３の下端部には下側の鋼管柱１の下側の外ダイヤフラム６に対応する位置に内ダイヤフラム１０が設けられている。また、接合鋼管３の肉厚は鋼管柱１，２と同等程度でも良いが、必要に応じて鋼管柱１，２よりも厚肉材を用いれば接合強度をより高めることができる。また、図示例の接合鋼管３はその上端および下端がそれぞれ通しダイヤフラム１３により閉じられたものとなっているが、これら通しダイヤフラム１３は省略しても差し支えない。
【００１８】
上下の鋼管柱１，２を上記構造で接合するための施工手順としては、下側の鋼管柱１が立設された状態から、まず図１に示すようにその上端部（仕口部）に接合鋼管３の下半部を挿入し、その接合鋼管３の下端を鋼管柱１の内側に設けられている内ダイヤフラム７により支持する。これにより接合鋼管３の外周面と鋼管柱１の内周面との間の間隙は内ダイヤフラム７が底になって自ずと塞がれる。
【００１９】
次いで、図２に示すように、鋼管柱１の上端部の外ダイヤフラム５と接合鋼管３の外周面との間の間隙から鋼球９を投入し、鋼管柱１の内周面と接合鋼管３の外周面との間の間隙全体に鋼球９を密実に充填する。この際、鋼球９の径寸法が間隙の大きさに対して充分に小さければ鋼球９は自ずと密実に充填されるが、必要に応じて外部から鋼管柱１もしくは接合鋼管３に対して振動を与えたり殴打する等すれば、より確実かつ迅速に充填することができる。
【００２０】
続いて、図３に示すように上側の鋼管柱２を接合鋼管３の外側に装着することで接合鋼管３の上半部を鋼管柱２の下端部に挿入し、双方の鋼管柱１，２の外ダイヤフラム５，８どうしを突き合わせて鋼管柱２を自立させる。
【００２１】
しかる後に、図４に示すように充填口１１から鋼球９を間隙内に投入し、間隙全体に鋼球９を密実に充填すれば接合作業の完了となる。なお、鋼球９の充填は上記のように２回に分けて行うことに限らず、上側の鋼管柱２を建て込んだ後に充填口１１から間隙内全体に一度に充填することでも良い。
【００２２】
上記構造によれば、鋼管柱１，２どうしを現場溶接による場合に較べて遙かに容易に接合することができることはもとより、このような構造によれば鋼管柱１，２どうしが充分な接合強度で確実強固に剛接合され、構造的な信頼性を充分に確保できるものである。すなわち、上記のように双方の鋼管柱１，２に跨るように接合鋼管３を内挿し、それらの間の間隙全体に鋼球９を密実に充填したことにより、双方の鋼管柱１，２の間で曲げ力およびせん断力は鋼管柱１，２と接合鋼管３との間に生じる閂効果により確実に伝達され、また軸圧縮力は上下の鋼管柱１，２の外ダイヤフラム５，８どうしにより直接的に伝達されるとともに、鋼管柱１，２と接合鋼管３との間に密実に充填された鋼球９を介したストラット（突っ張り）によっても伝達され、軸引張力もそのようなストラットにより確実に伝達される。勿論、鋼球９はそのようなストラットを生じるに充分な強度を自ずと有するものであるし、従来のようにモルタル等のグラウトを固化させる場合には懸念される乾燥収縮やクラックが生じるようなこともないから、ひとたび鋼球９を密実に充填してしまえば接合強度を恒久的に確保することができ、構造的な信頼性は充分に確保できるものである。
【００２３】
しかも上記構造によれば、将来における解体の際には鋼球９を排出することのみで解体作業を容易に行い得るものである。すなわち、解体に際しては図４（ａ）に示すように下側の鋼管柱１の周面に対して接合鋼管３の下端部を臨む位置に予め形成して閉じておいた排出口１４を開放し、その排出口１４から鋼球９を排出すれば鋼球９によるストラットが解除されるから、上側の鋼管柱２および接合鋼管３をそのまま吊り上げて抜き取ることができる。この際、一部の鋼球９が排出されて充填状態が疎になればストラットが自ずと弱まるから、必ずしも全ての鋼球９を排出する必要はない。したがって上記構造により接合されている鋼管柱１，２の解体作業は、従来のように溶断によって解体する場合に較べて遙かに容易に行い得るし、鋼球９も含めて解体物をそのままリユースすることができる。
【００２４】
次に、図５〜図６は本発明の他の実施形態を示すものである。上記実施形態では接合鋼管３を双方の鋼管柱１，２に跨るようにそれらの間に内挿したのであるが、本実施形態では図５に示すように接合鋼管３を予め下側の鋼管柱１の上端部に溶接する等して設けておき、その接合鋼管３の下半部を仕口部としてそこに鉄骨梁４を接合するものとし、図６に示すように上半部を上側の鋼管柱２の下端部に挿入した状態でそれらの間の間隙に鋼球９を密実に充填するようにしたものであり、先の実施形態と同様の効果が得られるとともに、現場作業をより軽減できるものである。なお、本実施形態では、接合鋼管３として鋼管柱１，２よりも厚肉材を採用し、それには鉄骨梁４の上下のフランジの位置に対応して通しダイヤフラム１５を設けて、仕口部および接合部の強度増強を図っている。図７はその変形例であり、接合鋼管３の下半部（仕口部）の周囲にさらに補強プレート１６を設けてより増強を図り、接合鋼管３の応力をせん断により補強プレート１６に伝達して、下側の鋼管柱１に応力を伝達するようにしたものである。
【００２５】
図８はさらに他の実施形態を示す。これは、下側の鋼管柱１の上端部に、補強した通しダイヤフラム１７を介して接合鋼管３を設けておくとともに、上側の鋼管柱２の下端部に鉄骨梁４を接合するものとして、その上側の鋼管柱２の下端部に接合鋼管３を挿入した状態でそれらの間に鋼球９を密実に充填するようにしたものであり、これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、符号１８は鉄骨梁４の上部のフランジの位置に対応して上側の鋼管２に設けられた外ダイヤフラム、１９は同じく接合鋼管３の上部に設けられた内ダイヤフラムである。
【００２６】
また、本実施形態においては、接合鋼管３はその断面形状が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされており、したがってその接合鋼管３と鋼管柱２との間に形成される間隙は上部よりも下部が大きくなるような逆テーパ状となり、そのような間隙全体に鋼球９が密実に充填されることで、接合部に引張荷重が作用した際には楔作用によるストラットの増強効果が得られる。さらに、間隙が下部ほど大きくなっていることから、将来の解体に際して鋼球９を排出する際には、最初にわずかな鋼球９を排出口１４から取り出せば上部側に充填されていた鋼球９が自ずと落下してくるので排出作業をより容易に行うことができ、仮に鋼球９が発錆していたり、一部の鋼球９が鋼管柱２の内面や接合鋼管３の外面に食い込んでいたような場合であっても支障なく排出することが可能である。
【００２７】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、本発明は上記実施形態に限定されることなく適宜の設計的変更を任意に行い得るものである。たとえば、上記実施形態では鋼管柱１，２および接合鋼管３として角形断面の鋼管を採用したが、それらを円形断面の鋼管により構成しても良い。また、図５〜図７に示した実施形態では、接合鋼管３を下側の鋼管柱１の上端部に設けたが、天地を逆にした構成、すなわち上側の鋼管柱２の下端部に接合鋼管３を設けておいて、それを下側の鋼管柱１の上端部に挿入する構成としても良い。さらには、下側の鋼管柱１の上端部それ自体、もしくは上側の鋼管柱２の下端部それ自体を、接合鋼管３として機能せしめることも考えられる。勿論、径寸法の異なる複数種類の鋼球９をランダムに混用することや、接合鋼管３をテーパ状とすることは、上記実施形態のいずれに対しても適用して良いことはいうまでもない。
【００２８】
なお、本発明においては、鋼管柱１，２に対する鉄骨梁４の接合は鋼管柱１，２どうしの接合工程と相前後して適宜行えば良いが、図９に示すように鋼管柱１、２と鉄骨梁４とをプレアッセンブルして、たとえば（ａ）に示すような２次元的（平面的）なユニット２０、あるいは（ｂ）に示すような三次元的（立体的）なユニット２１としておき、そのようなユニット２０，２１を一括して吊り上げて複数の鋼管柱１，２どうしを同時に接合することが可能であり、そのようにすれば建方作業のより一層の合理化を実現し得るし、解体も同様に合理的に行うことが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、接合するべき下側の鋼管柱の上端部と上側の鋼管柱の下端部とに跨るように接合鋼管が内挿され、各鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に鋼球が密実に、かつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されている構造であるので、上下の鋼管柱を現場溶接によることなく極めて容易にしかも確実強固に剛接合することが可能であり、しかも鋼球を排出することで解体も容易に行うことが可能である。
【００３０】
請求項２の発明は、接合するべき下側の鋼管柱の上端部もしくは上側の鋼管柱の下端部のいずれか一方に接合鋼管が設けられて、その接合鋼管がいずれか他方の鋼管柱に内挿され、その接合鋼管の外周面と鋼管柱の内周面との間の間隙に鋼球が密実に、かつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されている構造であるので、上記と同様に上下の鋼管柱を現場溶接によることなく極めて容易にしかも確実強固に剛接合することが可能であり、しかも鋼球を排出することで解体も容易に行うことが可能である。
【００３１】
請求項３の発明は、上記効果に加え、径寸法の異なる複数種類の鋼球が混用されているので、大径の鋼球の間に小径の鋼球が自ずと入り込み、したがって全てを同一径の鋼球を用いる場合に較べてより密実に充填することができるし、その排出もより容易に行うことができる。
【００３２】
請求項４の発明は、上記効果に加え、接合鋼管はその径寸法が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされて、接合鋼管と鋼管柱との間の間隙が下部ほど大きくなっており、そこに鋼球が密実に充填されているので、接合部に引張荷重が作用した際には楔作用によるストラットの増強効果が得られて引張荷重に対する耐力をより向上させることができ、かつ鋼球の排出を支障なくより容易に行うことができる。したがって、本発明では解体が特に容易であるし部材を充分にリユースすることが可能であり、今後、需要が増大すると考えられるリカレント建築などに適用して最適な構造であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すもので、下側の鋼管柱の上端部に接合鋼管を挿入する状況を示す図である。
【図２】 同、下側の鋼管柱と接合鋼管との間に鋼球を充填した状態を示す図である。
【図３】 同、接合鋼管を上側の鋼管柱の下端部に挿入した状態を示す図である。
【図４】 同、接合が完了した状態を示す図である。
【図５】 本発明の他の実施形態を示すもので、下側の鋼管柱の上端部に設けられている接合鋼管に上側の鋼管柱の下端部を挿入する状況を示す図である。
【図６】 同、接合が完了した状態を示す図である。
【図７】 同、変形例を示す図である。
【図８】 本発明のさらに他の実施形態を示すものである。
【図９】 鋼管柱と鉄骨梁とをユニット化する場合の適用例を示す図である
【符号の説明】
１，２ 鋼管柱
３ 接合鋼管
４ 鉄骨梁
５、６ 外ダイヤフラム
７ 内ダイヤフラム
８ 外ダイヤフラム
９ 鋼球
１０ 内ダイヤフラム
１１ 充填口
１２ ガイド
１３ 通しダイヤフラム
１４ 排出口
１５ 通しダイヤフラム
１６ 補強プレート
１７ 通しダイヤフラム
１８ 外ダイヤフラム
１９ 内ダイヤフラム
２０，２１ ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向（上下方向）に接合するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、建物の柱としての鉄骨柱を現場にて接合する場合にはボルト締結もしくは現場溶接によるのであるが、Ｈ形鋼等の開断面の鉄骨柱はボルト締結が可能であるのに対し、閉断面の鋼管柱はボルト締結が困難であることから現場溶接によることが通常である。しかし、鋼管柱を現場溶接する場合には、溶接作業に高度の熟練を要することはもとより、溶接欠陥探査のための厳格な検査が不可欠である、エレクションピースの取り付けや撤去等の仮設作業や溶接火花の養生等の準備作業が必要である、溶接作業は風雨等の天候に影響される、といった問題を有している。さらに、溶接により接合された鋼管柱は、将来における解体の際には溶断するしかないのでその作業が容易ではないし、解体物もリユースし難いといった問題も指摘されている。そのため、現場溶接に代わって鋼管柱を有効に接合し得る手法が求められ、たとえば特許文献１には差し込み継手の手法で鋼管柱を接合する方法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３１１９９１号公報
【０００４】
この特許文献１に示される接合手法は、下部柱の上端部に連結用柱を立設し、その連結用柱と上部鋼管柱のいずれか一方を他方内に挿入し、それら連結柱と上部鋼管柱との間に高強度モルタル等のグラウトを充填して固化させるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献１に示される接合手法によれば、現場溶接による場合に比較して接合作業の合理化を実現できるものの、鋼管柱と連結用柱との間の狭小な間隙にグラウトを充填して固化させることから、そのグラウトが乾燥収縮やクラックを生じる余地があり、したがって構造的な信頼性を必ずしも確保できない場合がある。また、連結用柱と上部鋼管柱との接合力、特に引張荷重に対する接合力を充分に確保できないことも想定され、その場合には双方をボルトにより締結する必要もあるとされており、これらの点において改善の余地を残している。また、将来において解体を行う場合には、連結用柱と上部鋼管柱との間の狭小な間隙に充填されて固化しているグラウトを取り除く必要があるが、そのようなことは必ずしも容易に行い得るものではないので、結局は現場溶接の場合と同様に溶断せざるを得ないものである。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は鋼管柱を現場溶接によることなく容易にかつ確実強固に接合でき、しかも解体も容易に行い得る有効適切な接合構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向に接合するための構造において、接合するべき下側の鋼管柱の上端部と上側の鋼管柱の下端部とに跨るように接合鋼管が内挿され、各鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に、多数の鋼球が密実にかつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、同じく建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向に接合するための構造において、接合するべき下側の鋼管柱の上端部もしくは上側の鋼管柱の下端部のいずれか一方に接合鋼管が設けられて、その接合鋼管がいずれか他方の鋼管柱に内挿され、その鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に、多数の鋼球が密実にかつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構造において、径寸法の異なる複数種類の鋼球が混用されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１，２または３の発明の構造において、接合鋼管はその断面形状が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図１〜図３は接合作業工程を示し、図４は接合が完了した状態を示すものであり、これらの図において符号１，２は接合対象の鋼管柱であり、本実施形態においてはそれら鋼管柱１，２はいずれも同一寸法の角形鋼管からなり、それら上下の鋼管柱１，２が接合鋼管３を介して接合されるものとなっている。
【００１２】
下側の鋼管柱１はその上端部が鉄骨梁４を接合するための仕口部となり、そこに鉄骨梁４が溶接あるいはボルト締結により接合されるようになっていて、この鋼管柱１には鉄骨梁４の上下のフランジの位置に対応して外ダイヤフラム５，６が設けられ、また下側の外ダイヤフラム６のやや下側の位置には、接合鋼管３を支持するための内ダイヤフラム７が設けられている。なお、鋼管柱１に対する鉄骨梁４の接合は、将来の解体を考慮すれば現場溶接よりもボルト締結によることが好ましい。
【００１３】
上側の鋼管柱２はその下端部に外ダイヤフラム８が設けられていて、この外ダイヤフラム８を下側の鋼管柱１の上側の外ダイヤフラム５に突き合わせることで双方の鋼管柱１，２が上下方向に連続して一連の柱となり、鉄骨梁４とともに建物の主架構を構成するようになっている。
【００１４】
接合鋼管３はその断面形状が双方の鋼管柱１，２よりもやや小さくされ、全長（全高）は仕口部の高さの２倍程度とされていて、図４に示すように接合鋼管３の下半部が下側の鋼管柱１の上端部（仕口部）に挿入され、上半部が上側の鋼管柱２の下端部に挿入されるものである。すなわち、接合鋼管３は上下の鋼管柱１，２の間に跨るようにそれらの内側に内挿され、その状態では、接合鋼管３の外周面と双方の鋼管柱１，２の内周面との間に若干の間隙（たとえば１０ｍｍ程度）が全周にわたって確保され、その間隙内に多数の小径（直径数ｍｍ）の鋼球９が密実に、かつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口１４を開放することによりその排出口から排出可能に充填されるようになっている。
【００１５】
鋼球９としては市販のものを容易に入手できるし、あるいは安価に製造することができる。また、鋼球９としては全て同一の径寸法のものを用いることでも良いが、径寸法の異なる複数種類の鋼球９をランダムに混用すれば、大径の鋼球９の間の隙間に小径の鋼球９が入り込むのでより密実に充填することが可能であるし、後述するように鋼球９を排出する際にはよりスムーズに排出することが可能であるので、そのようにすることがより好ましい。
【００１６】
そして、図４（ｂ）に示すように、上側の鋼管柱２の各周面には、上記の間隙に鋼球９を充填するための充填口１１が開口しており、その外側には鋼球９の充填を案内するためのガイド１２が取り付けられている。
【００１７】
なお、接合鋼管３の下端部には下側の鋼管柱１の下側の外ダイヤフラム６に対応する位置に内ダイヤフラム１０が設けられている。また、接合鋼管３の肉厚は鋼管柱１，２と同等程度でも良いが、必要に応じて鋼管柱１，２よりも厚肉材を用いれば接合強度をより高めることができる。また、図示例の接合鋼管３はその上端および下端がそれぞれ通しダイヤフラム１３により閉じられたものとなっているが、これら通しダイヤフラム１３は省略しても差し支えない。
【００１８】
上下の鋼管柱１，２を上記構造で接合するための施工手順としては、下側の鋼管柱１が立設された状態から、まず図１に示すようにその上端部（仕口部）に接合鋼管３の下半部を挿入し、その接合鋼管３の下端を鋼管柱１の内側に設けられている内ダイヤフラム７により支持する。これにより接合鋼管３の外周面と鋼管柱１の内周面との間の間隙は内ダイヤフラム７が底になって自ずと塞がれる。
【００１９】
次いで、図２に示すように、鋼管柱１の上端部の外ダイヤフラム５と接合鋼管３の外周面との間の間隙から鋼球９を投入し、鋼管柱１の内周面と接合鋼管３の外周面との間の間隙全体に鋼球９を密実に充填する。この際、鋼球９の径寸法が間隙の大きさに対して充分に小さければ鋼球９は自ずと密実に充填されるが、必要に応じて外部から鋼管柱１もしくは接合鋼管３に対して振動を与えたり殴打する等すれば、より確実かつ迅速に充填することができる。
【００２０】
続いて、図３に示すように上側の鋼管柱２を接合鋼管３の外側に装着することで接合鋼管３の上半部を鋼管柱２の下端部に挿入し、双方の鋼管柱１，２の外ダイヤフラム５，８どうしを突き合わせて鋼管柱２を自立させる。
【００２１】
しかる後に、図４に示すように充填口１１から鋼球９を間隙内に投入し、間隙全体に鋼球９を密実に充填すれば接合作業の完了となる。なお、鋼球９の充填は上記のように２回に分けて行うことに限らず、上側の鋼管柱２を建て込んだ後に充填口１１から間隙内全体に一度に充填することでも良い。
【００２２】
上記構造によれば、鋼管柱１，２どうしを現場溶接による場合に較べて遙かに容易に接合することができることはもとより、このような構造によれば鋼管柱１，２どうしが充分な接合強度で確実強固に剛接合され、構造的な信頼性を充分に確保できるものである。すなわち、上記のように双方の鋼管柱１，２に跨るように接合鋼管３を内挿し、それらの間の間隙全体に鋼球９を密実に充填したことにより、双方の鋼管柱１，２の間で曲げ力およびせん断力は鋼管柱１，２と接合鋼管３との間に生じる閂効果により確実に伝達され、また軸圧縮力は上下の鋼管柱１，２の外ダイヤフラム５，８どうしにより直接的に伝達されるとともに、鋼管柱１，２と接合鋼管３との間に密実に充填された鋼球９を介したストラット（突っ張り）によっても伝達され、軸引張力もそのようなストラットにより確実に伝達される。勿論、鋼球９はそのようなストラットを生じるに充分な強度を自ずと有するものであるし、従来のようにモルタル等のグラウトを固化させる場合には懸念される乾燥収縮やクラックが生じるようなこともないから、ひとたび鋼球９を密実に充填してしまえば接合強度を恒久的に確保することができ、構造的な信頼性は充分に確保できるものである。
【００２３】
しかも上記構造によれば、将来における解体の際には鋼球９を排出することのみで解体作業を容易に行い得るものである。すなわち、解体に際しては図４（ａ）に示すように下側の鋼管柱１の周面に対して接合鋼管３の下端部を臨む位置に予め形成して閉じておいた排出口１４を開放し、その排出口１４から鋼球９を排出すれば鋼球９によるストラットが解除されるから、上側の鋼管柱２および接合鋼管３をそのまま吊り上げて抜き取ることができる。この際、一部の鋼球９が排出されて充填状態が疎になればストラットが自ずと弱まるから、必ずしも全ての鋼球９を排出する必要はない。したがって上記構造により接合されている鋼管柱１，２の解体作業は、従来のように溶断によって解体する場合に較べて遙かに容易に行い得るし、鋼球９も含めて解体物をそのままリユースすることができる。
【００２４】
次に、図５〜図６は本発明の他の実施形態を示すものである。上記実施形態では接合鋼管３を双方の鋼管柱１，２に跨るようにそれらの間に内挿したのであるが、本実施形態では図５に示すように接合鋼管３を予め下側の鋼管柱１の上端部に溶接する等して設けておき、その接合鋼管３の下半部を仕口部としてそこに鉄骨梁４を接合するものとし、図６に示すように上半部を上側の鋼管柱２の下端部に挿入した状態でそれらの間の間隙に鋼球９を密実に充填するようにしたものであり、先の実施形態と同様の効果が得られるとともに、現場作業をより軽減できるものである。なお、本実施形態では、接合鋼管３として鋼管柱１，２よりも厚肉材を採用し、それには鉄骨梁４の上下のフランジの位置に対応して通しダイヤフラム１５を設けて、仕口部および接合部の強度増強を図っている。図７はその変形例であり、接合鋼管３の下半部（仕口部）の周囲にさらに補強プレート１６を設けてより増強を図り、接合鋼管３の応力をせん断により補強プレート１６に伝達して、下側の鋼管柱１に応力を伝達するようにしたものである。
【００２５】
図８はさらに他の実施形態を示す。これは、下側の鋼管柱１の上端部に、補強した通しダイヤフラム１７を介して接合鋼管３を設けておくとともに、上側の鋼管柱２の下端部に鉄骨梁４を接合するものとして、その上側の鋼管柱２の下端部に接合鋼管３を挿入した状態でそれらの間に鋼球９を密実に充填するようにしたものであり、これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、符号１８は鉄骨梁４の上部のフランジの位置に対応して上側の鋼管２に設けられた外ダイヤフラム、１９は同じく接合鋼管３の上部に設けられた内ダイヤフラムである。
【００２６】
また、本実施形態においては、接合鋼管３はその断面形状が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされており、したがってその接合鋼管３と鋼管柱２との間に形成される間隙は上部よりも下部が大きくなるような逆テーパ状となり、そのような間隙全体に鋼球９が密実に充填されることで、接合部に引張荷重が作用した際には楔作用によるストラットの増強効果が得られる。さらに、間隙が下部ほど大きくなっていることから、将来の解体に際して鋼球９を排出する際には、最初にわずかな鋼球９を排出口１４から取り出せば上部側に充填されていた鋼球９が自ずと落下してくるので排出作業をより容易に行うことができ、仮に鋼球９が発錆していたり、一部の鋼球９が鋼管柱２の内面や接合鋼管３の外面に食い込んでいたような場合であっても支障なく排出することが可能である。
【００２７】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、本発明は上記実施形態に限定されることなく適宜の設計的変更を任意に行い得るものである。たとえば、上記実施形態では鋼管柱１，２および接合鋼管３として角形断面の鋼管を採用したが、それらを円形断面の鋼管により構成しても良い。また、図５〜図７に示した実施形態では、接合鋼管３を下側の鋼管柱１の上端部に設けたが、天地を逆にした構成、すなわち上側の鋼管柱２の下端部に接合鋼管３を設けておいて、それを下側の鋼管柱１の上端部に挿入する構成としても良い。さらには、下側の鋼管柱１の上端部それ自体、もしくは上側の鋼管柱２の下端部それ自体を、接合鋼管３として機能せしめることも考えられる。勿論、径寸法の異なる複数種類の鋼球９をランダムに混用することや、接合鋼管３をテーパ状とすることは、上記実施形態のいずれに対しても適用して良いことはいうまでもない。
【００２８】
なお、本発明においては、鋼管柱１，２に対する鉄骨梁４の接合は鋼管柱１，２どうしの接合工程と相前後して適宜行えば良いが、図９に示すように鋼管柱１、２と鉄骨梁４とをプレアッセンブルして、たとえば（ａ）に示すような２次元的（平面的）なユニット２０、あるいは（ｂ）に示すような三次元的（立体的）なユニット２１としておき、そのようなユニット２０，２１を一括して吊り上げて複数の鋼管柱１，２どうしを同時に接合することが可能であり、そのようにすれば建方作業のより一層の合理化を実現し得るし、解体も同様に合理的に行うことが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、接合するべき下側の鋼管柱の上端部と上側の鋼管柱の下端部とに跨るように接合鋼管が内挿され、各鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に鋼球が密実に、かつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されている構造であるので、上下の鋼管柱を現場溶接によることなく極めて容易にしかも確実強固に剛接合することが可能であり、しかも鋼球を排出することで解体も容易に行うことが可能である。
【００３０】
請求項２の発明は、接合するべき下側の鋼管柱の上端部もしくは上側の鋼管柱の下端部のいずれか一方に接合鋼管が設けられて、その接合鋼管がいずれか他方の鋼管柱に内挿され、その接合鋼管の外周面と鋼管柱の内周面との間の間隙に鋼球が密実に、かつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されている構造であるので、上記と同様に上下の鋼管柱を現場溶接によることなく極めて容易にしかも確実強固に剛接合することが可能であり、しかも鋼球を排出することで解体も容易に行うことが可能である。
【００３１】
請求項３の発明は、上記効果に加え、径寸法の異なる複数種類の鋼球が混用されているので、大径の鋼球の間に小径の鋼球が自ずと入り込み、したがって全てを同一径の鋼球を用いる場合に較べてより密実に充填することができるし、その排出もより容易に行うことができる。
【００３２】
請求項４の発明は、上記効果に加え、接合鋼管はその径寸法が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされて、接合鋼管と鋼管柱との間の間隙が下部ほど大きくなっており、そこに鋼球が密実に充填されているので、接合部に引張荷重が作用した際には楔作用によるストラットの増強効果が得られて引張荷重に対する耐力をより向上させることができ、かつ鋼球の排出を支障なくより容易に行うことができる。したがって、本発明では解体が特に容易であるし部材を充分にリユースすることが可能であり、今後、需要が増大すると考えられるリカレント建築などに適用して最適な構造であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示すもので、下側の鋼管柱の上端部に接合鋼管を挿入する状況を示す図である。
【図２】 同、下側の鋼管柱と接合鋼管との間に鋼球を充填した状態を示す図である。
【図３】 同、接合鋼管を上側の鋼管柱の下端部に挿入した状態を示す図である。
【図４】 同、接合が完了した状態を示す図である。
【図５】 本発明の他の実施形態を示すもので、下側の鋼管柱の上端部に設けられている接合鋼管に上側の鋼管柱の下端部を挿入する状況を示す図である。
【図６】 同、接合が完了した状態を示す図である。
【図７】 同、変形例を示す図である。
【図８】 本発明のさらに他の実施形態を示すものである。
【図９】 鋼管柱と鉄骨梁とをユニット化する場合の適用例を示す図である
【符号の説明】
１，２ 鋼管柱
３ 接合鋼管
４ 鉄骨梁
５、６ 外ダイヤフラム
７ 内ダイヤフラム
８ 外ダイヤフラム
９ 鋼球
１０ 内ダイヤフラム
１１ 充填口
１２ ガイド
１３ 通しダイヤフラム
１４ 排出口
１５ 通しダイヤフラム
１６ 補強プレート
１７ 通しダイヤフラム
１８ 外ダイヤフラム
１９ 内ダイヤフラム
２０，２１ ユニット
Claims (4)
- 建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向に接合するための構造において、接合するべき下側の鋼管柱の上端部と上側の鋼管柱の下端部とに跨るように接合鋼管が内挿され、各鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に、多数の鋼球が密実にかつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されていることを特徴とする鋼管柱の接合構造。
- 建物の柱としての鋼管柱どうしを軸方向に接合するための構造において、接合するべき下側の鋼管柱の上端部もしくは上側の鋼管柱の下端部のいずれか一方に接合鋼管が設けられて、その接合鋼管がいずれか他方の鋼管柱に内挿され、その鋼管柱の内周面と接合鋼管の外周面との間の間隙に、多数の鋼球が密実にかつ該間隙の下部に予め形成して閉じておいた排出口を開放することにより該排出口から排出可能に充填されていることを特徴とする鋼管柱の接合構造。
- 径寸法の異なる複数種類の鋼球が混用されていることを特徴とする請求項１または２記載の鋼管柱の接合構造。
- 接合鋼管はその断面形状が上端部から下端部にかけて漸次縮小されたテーパ状とされていることを特徴とする請求項１，２または３記載の鋼管柱の接合構造。
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