JP4361049B2 - コンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱およびその製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート充填用組立式鋼管柱およびその製作方法に関し、より詳しくは、Ｌ形鋼と鋼板を利用して組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用組立式鋼管柱と、かかるコンクリート充填用組立式鋼管柱をボックス型に製作するに当たり、内部に充填されるコンクリートの側圧に対する抵抗に優れ、接合部位を外部に露出させずにスマ−トな外観を持たせるために鋼板をＬ形鋼の内側に接合するコンクリート充填用組立式鋼管柱の製作方法に関する。

ＣＦＴ構造は、鋼管柱の内部にコンクリートを充填された構造であって、剛性、耐力、変形等の構造的に安定、かつ耐火、施工等に優れている構造である。通常、ＣＦＴ構造に適用される鋼管柱のほとんどは、一体型の鋼管または板形鋼材の組立てによって完成した鋼管である。このような鋼管柱は特別な製作設備を備えた大型工場で注文生産されるべきであることから、製作コストが高くなるという欠点があり、このような経済的な問題はＣＦＴ構造の適用性を制限する問題につながる。実際、ＣＦＴ構造は構造的な安定性、施工性等に優れているにもかかわらず、主として大型高層建築物において低層部の施工だけに制限的に適用されている実情にある。

本発明は、かかる従来の問題点を改善するために案出されたもので、その目的は、Ｌ形鋼と鋼板を利用して組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を提供することにある。

本発明の他の目的は、コンクリート充填用組立式鋼管柱をボックス型に製作するにあたり、内部に充填されるコンクリートの側圧に対する抵抗に優れ、かつ接合部位を外部に露出させずにスマ−トな外観を持たせるために鋼板をＬ形鋼の内側に接合して完成するコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱とその製作方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、現場における柱の施工段階において容易に製作を行い、コンクリート充填鋼管柱を完成できるようにしたコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱とその製作方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、内部にコンクリートが充填されるようＬ形鋼と鋼板が組立てられて閉鎖形に製作されるボックス型鋼管柱であって、ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるＬ形鋼と、前記角に配置されたＬ形鋼の間に配置されて、Ｌ形鋼の相互間を連結するように接合される鋼板と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を提供する。

さらに、本発明は、内部にコンクリートが充填されるボックス型鋼管柱であって、四角の角にＬ形鋼が配置され、Ｌ形鋼の間ごとに鋼板が接合されるよう組立式でボックス型鋼管柱を製作するにあたって、（ａ）Ｌ形鋼の２個を離隔して配置し、鋼板を２個のＬ形鋼の間で内側に接するように配置した後、内側で鋼板をＬ形鋼に接設して第１面を製作する段階と、（ｂ）前記（ａ）段階を経て完成された第１次組立部材（２個のＬ形鋼の間に鋼板が接合された部材）２個を離隔して対向配置して第２面を製作する段階と、（ｃ）離隔配置された前記２個の第１次組立部材の間に鋼板をはさみ該鋼板を第１次組立部材のＬ形鋼の内側に接するように配置した後、内側で鋼板をＬ形鋼に接設して第３面を製作する段階と、（ｄ）前記（ｃ）段階を繰返して鋼板で最終の１面を閉鎖して第４面を製作することにより、ボックス型鋼管柱を完成する段階と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法を提供する。

本発明によれば、Ｌ形鋼と鋼板を用いることにより、組立式で簡便かつ経済性に優れたコンクリート充填用ボックス型鋼管柱を製作することができ、現場における柱施工においても容易に行い、コンクリート充填鋼管柱を完成することができる。とりわけ、鋼板をＬ形鋼の内側に接合すると、内部に充填されるコンクリートの側圧に対する抵抗に優れ、かつ接合部位が外部に露出せずにスマ−トな外観を有するコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を完成することができる。

ＣＦＴ構造に完成される大型多層建物において、荷重の大きい低層部には全体が鋼材からなる通常の鋼管柱を採用し、荷重の負担が減少する高層部には本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱を採用すると合理的であろう。

以下、 添付図及び好適な実施例により本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱１００の実施例を示す斜視図である。同図に示すように、本発明は、ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるＬ形鋼１１０と、前記角に位置されたＬ形鋼１１０の間に配置されてＬ形鋼１１０の相互間を連結するように接合される鋼板１２０と、を含んでいることを特徴とする。同一種類の鋼材を選択せずに、Ｌ形鋼１１０と鋼板１２０に区別される材料の選択は、構造的に最大の耐力を受ける角部分にＬ形鋼１１０を集中配置し、残余部分には薄い鋼板１２０を配置することによって最小の鋼材量で構造的な耐力を極大化するためである。

図２は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱１００の他の実施例を示す断面図であって、全体的には図１の実施例と同様であるが、Ｌ形鋼１１０の内側面に鉄筋１１６が溶接されることに違いがある。前記鉄筋１１６はＬ形鋼１１０だけによっては、断面(section)が不足する場合に対備したものである。

図３は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱のさらに他の実施例を示す斜視図であって、鋼板１２０がＬ形鋼１１０の外側に接合された例である。ところで、図３における鋼板が外側に接合された場合に比べ、図１における鋼板がＬ形鋼の内側に接合されたボックス型鋼管柱１００の場合のほうが、その内部へのコンクリートの充填時に相当なコンクリートの側圧が作用するか、接合に瑕疵があるとしても、鋼板１２０が一旦Ｌ形鋼１１０に引っ掛かっていることから、脱落してしまうおそれがないという点で有利である。ひいては、鋼板１２０の内側接合によって接合部位には引張力は発生せずに剪断力だけがあることによって脱落のおそれがなくなり、かえって、鋼板１２０を押圧するコンクリートの側圧がＬ形鋼１１０と出会う面で摩擦抵抗が生じるため、Ｌ形鋼１１０と鋼板１２０の接合力は増大するという利点がある。さらに、内側接合によれば、鋼板１２０の両端部がＬ形鋼１１０の内側に接合されてボックス型鋼管柱１００に収容された状態にあるため、Ｌ形鋼１１０がボックス型鋼管柱１００の角を包むモルデイングの役割を演じることになり、その結果、全体的に外見の向上が期待される。

図４は、本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱１００のさらに他の実施例を示す断面図であって、柱が大きい場合に対する適用例である。ボックス型鋼管柱１００の大きさが増す場合には、角に配置されるＬ形鋼１１０とＬ形鋼１１０との間にウェ−ブが柱の内部に向けられるようＴ形鋼１１５をさらに配置し、鋼板１２０をＬ形鋼１１０とＴ形鋼１１５との間に配置接合する方法を用いて所定大の柱を完成している。この際、長辺方向へ対向するように配置されたＴ形鋼１１５の間にはウェ−ブを連結する鉄筋１１６を接合して補強する。

図５ないし図７は、本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱１００の製作に使用される鋼板１２０の実施例を示す斜視図であって、各実施例はボックス型鋼管柱の製作過程を考慮して大きさによって区分して提案されたものであり、鋼板の内側に突起１２１とエンボシング１２２が形成されるという点で共通している。突起１２１は、突起の役割の極大化とボックス型鋼管柱の内部に充填されるコンクリートの密実な処理のために、好ましくは、鋼板１２０の内側へ水平方向の帯状をなし、その先端が上方に向けつつ鋼板１２０の内側面と平行になっている。前記突起１２１は、鋼板１２０の断面係数と断面の２次モーメントを増大させて撓み剛性と変形抵抗耐力を向上させる役割を果す。その結果、ボックス型鋼管柱１００は、鋼板の肉厚が相当に薄い場合（１ｍｍ以下）にも内部に充填されるコンクリートの側圧に十分抵抗できるようになる。さらに、前記突起１２１は、ボックス型鋼管柱１００の内部に充填されるコンクリートを拘束して補強する帯鉄筋としての役割を演じることもある。鋼板１２０の内側に凸状に形成されたエンボシング（ふくらみ、１２２）は、前記突起１２１と同様にして、鋼板１２０の剛性を増大させてコンクリートの側圧に対する抵抗性を向上させる役割をする。

前記突起１２１とエンボシング１２２は、熱延コイルの成形過程でロ−ルフォ−ミング(roll forming)加工方法を用いて簡便に形成することができ、この際、熱延コイルの肉厚は０．８ｍｍ以上、突起の高さは約３５ｍｍ、突起の間隔は約１５０ｍｍにする。このように突起１２１とエンボシング１２２が形成されるようにロ−ルフォ−ミング加工の鋼板１２０を採用してボックス型鋼管柱を作製するためには、図３のように鋼板１２０をＬ形鋼１１０の外側に接合する場合、Ｌ形鋼１１０との接合部位に形成された鋼板の突起１２１とエンボシング１２２に図６の如く平滑面処理加工を施す必要があり、とりわけ、平滑面処理加工された箇所が直接Ｌ形鋼１１０と接合するため、密着接合のために該平滑面処理加工に注意を払うべきであろう。かかる外側接合の場合に予想される不便を考慮すると、図１のように鋼板１２０をＬ形鋼１１０の内側に接合させることが望ましい。なぜならば、突起１２１とエンボシング１２２が形成されていない鋼板１２０の外側面がＬ形鋼１１０と直接接合するため、別途の平滑面処理加工を施さなくてもいいからである。ただし、かかる内側接合の場合にも、溶接母材の所要肉厚を確保するために必要時に突起１２１の両端部を押圧する加工を行うが、Ｌ形鋼１１０は鋼板の外側面と接するので、鋼板の内側面が一様でなくても鋼板１２０とＬ形鋼１１０の密着接合には問題がない。

図８は、図１のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法（鋼板の内側接合方法）を示す順序図であって、その製作方法を具体的に説明すると、次のようになる。

（ａ）第１次組立部材１３０の製作段階−図８（ａ）；第１面製作
Ｌ形鋼１１０を２個離隔配置し、鋼板１２０を２個のＬ形鋼１１０の間で内側に接するように配置してから、内側で鋼板１２０をＬ形鋼１１０に接合して第１次組立部材１３０を完成する。

鋼板１２０としては、図５のように１個層の高さほどの大きさを有するものを採用できるが、図６のように図５の場合よりも小さい帯状鋼板１２０ａを採用しても良い。帯状鋼板１２０ａはＬ形鋼１１０に直接通電方式でスポット溶接を行うのに有利である。直接通電方式とは、圧接時に接合材と被接合材が出会う反対面で相互に反対方向へ＋、−電極を当てて押さえつつ電気を通す方法のことである。前記直接通電方式は、押圧力が相殺されて歪み変形が生じないことから、同一面で同じ方向へ行われる間接通電方式に比べて接合部位の耐力を損わないということで好ましい。しかし、直接通電方式は、相互に反対側で押さえつつ通電する空間を必要とするため、部材の先端から溶接点までの距離に制限がある。

このような直接通電方式の距離制限問題は、帯状鋼板（垂直距離が６００ｍｍ程度、１２０ａ）を採用することで解決できる。つまり、複数の帯状鋼板１２０ａを順次連続配置して溶接で接合することにより、ボックス型鋼管柱１００の一面全体に鋼板１２０を設ける（帯状鋼板の接合方法への詳細は図８（ｄ）を参照する）。ただし、スポット溶接時、母材はある程度の肉厚を有することが好ましい。しかしながら、通常、本発明に採用される鋼板の０．８〜１０ｍｍの肉厚からみると不足している。このため、図６のように、突起の両端部を押さえて所要肉厚を確保した状態でその部分のスポット溶接を行うようにする。

特に、ボックス型鋼管柱１００の一部区間には鋼板（帯状鋼板含み）が設けられていない開口部１５０を形成することができ、前記開口部１５０は鋼管柱１００に梁ＳＢをボルトで接合するための作業空間として活用するために設けられる（図９参照）。言い換えれば、図９に示すように、柱と梁が接合するパネルゾ−ンでボックス型鋼管柱１００に鋼鉄梁ＳＢ(steel beam)をボルト接合する場合は、ボルトを差し込んでナットを締付けるための作業空間を確保する必要があり、この空間確保のためにパネルゾ−ン区間に鋼板を設置せずに開口部１５０を形成するのである。ひいては、前記開口部１５０はその下方にボックス型鋼管柱１００の内部にコンクリートを充填するためにも用いられる。

（ｂ）第１次組立部材１３０の配置段階−図８（ｂ）；第２面製作
前記（ａ）段階を経て完成した第１次組立部材１３０（２個のＬ形鋼の間に鋼板が接合された部材）２個を離隔して対向配置する。

（ｃ）第１次組立部材１３０への鋼板１２０の接合段階−図８（ｃ）；第３面製作
離隔配置した前記２個の第１次組立部材１３０の間に鋼板１２０を挿入して鋼板１２０を第１次組立部材のＬ形鋼１１０の内側に当接させた後、内側で鋼板１２０をＬ形鋼１１０に接合する。（ｃ）段階は、鋼管柱の４面中の２面が開放された状態で１面（第３面）を閉鎖する段階である。この段階では、あいかわらず最終の１面（第４面）が開放された状態であるため、鋼板の内側接合はなんら不便なく行うことができる。（ｃ）段階においても帯状鋼板１２０ａを利用できるし、パネルゾ−ン区間では鋼板設置を省略する。

（ｄ）ボックス型鋼管柱完成段階−図８（ｄ）；第４面製作
前記（ｃ）段階を繰返して鋼板１２０で最終の１面（第４面）を閉鎖することによってボックス型鋼管柱１００を完成する。（ｄ）段階は鋼管柱の４面中の３面が閉鎖された状態で行われるため、最終の１面の内側接合がそれほど容易ではない。よって、最終の１面の接合は図６のごとき帯状鋼板１２０ａを利用して順次閉鎖させつつ行うことが好ましい。（ｄ）段階においてもパネルゾ−ン区間には鋼板を設置しない。

前記（ａ）〜（ｄ）段階を経て完成された状態の鋼管柱を現場に搬入して設置することもできるが、現場において直接（ａ）〜（ｄ）段階を行い鋼管柱を完成することもできる。

（ｅ）開口部用帯状鋼板の接合段階−図８（ｅ）
前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）段階においてパネルゾ−ン区間に鋼板を設置せずに開口部１５０を形成した場合、後で前記開口部１５０を閉鎖する必要がある。すなわち、前述の如く、鋼管柱１００と鋼鉄梁ＳＢ(steel beam)の接合のためにパネルゾ−ン区間に開口部１５０を形成しながら（ａ）〜（ｄ）を行う場合、開口部１５０を用いて鋼管柱１００に鋼鉄梁ＳＢを接合してからは、鋼管柱１００の内部にコンクリートを充填するために現場で開口部１５０の閉鎖が必要となる（図９参照）。

（ｅ）段階では、開口部用帯状鋼板１２０ｂを用意し、これを隣り会うＬ形鋼１１０の間にはさみＬ形鋼１１０の内側に接するように配置し、その後、外側でＬ形鋼１１０に接合する。前記（ｅ）段階は鋼管柱１００を完全に閉鎖する段階であることから、内側で接合作業を行うことは困難であるため、開口部用帯状鋼板１２０ｂを内側に接するように配置した状態で、外側で接合を行う。この際、磁石把手Ｍを利用すると、開口部用帯状鋼板１２０ｂがＬ形鋼１１０の内側に接するように配置された状態を、外側で接合作業を行う中に維持することができる。

開口部用帯状鋼板１２０ｂとしては、図７でのように、その両端の外側に突起部材１２５が接合されたものを採用できる。前記突起部材１２５は、開口部用帯状鋼板１２０ｂとＬ形鋼１１０の接合部位を補強しつつ、開口部用帯状鋼板１２０ｂの左右移動を抑制する役割を果たす。かかる場合には、突起部材１２５をＬ形鋼１１０の端部と溶接で接合することにより、開口部用帯状鋼板１２０ｂを接設する。

上記の過程を通して組立式で完成されたボックス型鋼管柱は、その内部にコンクリートを充填することでＣＦＴ構造に完成される。特に、図９および１０のように、本発明に係るボックス型鋼管柱を鋼板成形梁（steel plate molding beam:鋼板を成形して閉鎖形に製作することによってその内部にコンクリートの充填が可能な態様の梁）とともに適用すれば、梁と柱のどちらもコンクリート充填構造として完成することができる。

本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明に係るコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の実施例を示す図である。 本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作に使用される鋼板の実施例を示す斜視図である。 本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作に使用される鋼板の実施例を示す斜視図である。 本発明のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作に使用される鋼板の実施例を示す斜視図である。 図２のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法を示す順序図である。 本発明が現場に適用される状態を示す斜視図である。 図９の断面図である。

符号の説明

１００ （コンクリート充填用）組立式ボックス型鋼管柱
１１０ Ｌ形鋼
１１５ Ｔ形鋼
１１６ 鉄筋
１２０ 鋼板
１２０ａ 帯状鋼板
１２０ｂ 開口部用帯状鋼板
１２１ 突起
１２２ エンボシング
１２５ 突起部材
１３０ 第１次組立部材
１５０ 開口部 Ｍ 磁石把手
ＳＢ 鋼鉄梁（ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ）

Claims (7)

1. 内部にコンクリートが充填されるようＬ形鋼と鋼板が組立てられて閉鎖形に製作されるボックス型鋼管柱であって、
   ボックス型鋼管柱の四角の角に配置されるＬ形鋼と、
   前記角に配置されたＬ形鋼の間に配置されて、Ｌ形鋼の相互間を連結するように接合される鋼板と、を含んでおり、
   前記鋼板はＬ形鋼の内側に接するように接合されることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
2. 前記鋼板は、内側に水平方向の帯を形成しつつ、その先端が上向けの突起が突設され、内側に複数の凸状のエンボシングが形成されたことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
3. 前記Ｌ形鋼の間にＴ形鋼がさらに配置され、
   前記鋼板は、Ｌ形鋼とＴ形鋼との間に配置されて接合されることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
4. 前記Ｌ形鋼の内側面に鉄筋が溶接によって接合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱。
5. 内部にコンクリートが充填されるボックス型鋼管柱であって、四角の角にＬ形鋼が配置され、Ｌ形鋼の間ごとに鋼板が接合されるよう組立式でボックス型鋼管柱を製作するにあたって、
   （ａ）Ｌ形鋼の２個を離隔して配置し、鋼板を２個のＬ形鋼の間に内側に接するように配置した後、内側で鋼板をＬ形鋼に接合させて第１面を製作する段階と、
   （ｂ）前記（ａ）段階を経て完成された第１次組立部材（２個のＬ形鋼の間に鋼板が接合された部材）２個を離隔して対向配置して第２面を製作する段階と、
   （ｃ）離隔配置された前記２個の第１次組立部材の間に鋼板をはさみ該鋼板を第１次組立部材のＬ形鋼の内側に接するように配置した後、内側で鋼板をＬ形鋼に接合させて第３面を製作する段階と、
   （ｄ）前記（ｃ）段階を繰返して鋼板で最終の１面を閉鎖して第４面を製作することにより、ボックス型鋼管柱を完成する段階と、を含んでいることを特徴とするコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法。
6. 鋼管柱の４つの面を構成する鋼板は、複数の帯状鋼板を順次連続配置して溶接で接合することでＬ形鋼の間に接設され、
   前記鋼管柱の一部区間に鋼板が設置されない開口部を形成しながら前記（ａ）段階〜（ｄ）段階を行い、前記（ｄ）段階の後には、前記開口部に開口部用帯状鋼板を隣り合うＬ形鋼の間に挿入し、Ｌ形鋼の内側に接するように配置した後、外側で開口部用帯状鋼板をＬ形鋼に接合する（ｅ）段階をさらに行うことを特徴とする請求項５に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法。
7. 前記開口部用帯状鋼板は、その両端の外側に突起部材が接合され、
   前記（ｅ）段階は、前記開口部用帯状鋼板の突起部材をＬ形鋼の端部に溶接で接合することによって行われることを特徴とする請求項６に記載のコンクリート充填用組立式ボックス型鋼管柱の製作方法。