JP4420697B2

JP4420697B2 - 鋼管柱の立設構造

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Publication number: JP4420697B2
Application number: JP2004052042A
Authority: JP
Inventors: 一真立石; 大輔竹内; 久雄飯田
Original assignee: Nippon Steel Metal Products Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Metal Products Co Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2005240426A

Description

本発明は、例えば街灯、道路標識、旗竿などの支柱をはじめとする鋼管柱の立設構造に関する。

街灯、道路標識、旗竿などの工作物の支柱をはじめ、鉄骨構造の建築物等においても、中空の円形断面ないし多角形断面を有する鋼管柱が広く利用されている。この種の鋼管柱は、通常、道路脇などの地中に設けられたコンクリート基礎に鋼管柱の基部を埋設して立設されている。

このような鋼管中が、例えば老朽化によって根元付近に腐食を生じたり、交通事故等によって損傷した場合には、その建替えが必要になる。基部がコンクリート基礎に埋設された鋼管柱を丸ごと建替えるとなると、コンクリート基礎を破砕撤去して既設の鋼管柱を抜き取り、新しい鋼管柱を立設して、再度コンクリートを打設・養生しなければならず、面倒な手間と長い工期が必要になって道路利用に多大な不便を生じるとともに、大量のコンクリート片が廃材として生じる。

そこで、簡便な建替え方法として、既設の鋼管柱をコンクリート基礎の表面から所定寸法だけ残して切断し、その外側に新しい鋼管柱を嵌挿する方法（例えば特許文献１）や、コンクリート基礎を適宜の深さだけ破砕撤去して、既設の鋼管柱を切断し、溶接等によって新しい鋼管柱を既設の鋼管柱に接続した後、接続部分を再度、コンクリートによって固める方法（例えば特許文献２）などが提案されている。

しかし、上記のような建替え方法によって立設される新しい鋼管柱は、その基部が十分な深さにわたってコンクリート基礎内に保持されないので、鋼管柱の基部に作用する曲げモーメント等に対して建替え前と同程度の強度が確保できないおそれがある。

そこで本出願人は、先に出願した特願２００３−１９０２６６号において、図４に示すような鋼管柱の建替え方法を提案し、実用化している。この建替え方法は、コンクリート基礎１によって基部２１が固められた既設の鋼管柱を、コンクリート基礎１の表面際で切断し、コンクリート基礎１内に残された基部２１の中空部分に新しい鋼管柱３を挿入した後、上記中空部分に充填材４を注入して固めるというものである。この建替え方法によると、コンクリート基礎１を破砕撤去せずに、新しい鋼管柱３の基部３１を十分な深さにわたって固めることができるので、工期短縮や廃材の減量化と併せて、比較的強度に優れた鋼管柱の建替えを実現することができる。
特開昭５７−１７４５７２号公報特開２００１−１３２２７２号公報

上記図４に示した建替え方法によって立設される新しい鋼管柱は、切断された既設鋼管柱の基部内に挿入されることから、少なくとも新しい鋼管柱の基部は、既設の鋼管柱よりも小径とならざるを得ない。そもそも、街灯や道路標識等に利用される鋼管柱は、風荷重などに対して必要最小限の断面で設計される結果、高さに比して断面寸法が非常に小さくなっているのが通常である。また、鋼管柱に作用する外力の中では、曲げモーメントが最も重要な断面設計要因となり、その曲げモーメントは地際部に近いほど大きくなる。したがって、新しい鋼管柱の高さや上部に取り付けられる設備類の重量が既設鋼管柱と同程度であれば、新しい鋼管柱の基部の径を既設の鋼管柱の径にできるだけ近似させるとともに、基部近傍の強度を建替え前と同程度まで補強する工夫が必要になる。

しかし、新旧の鋼管柱の基部の径を近似させようとすると、充填材を注入するための隙間が非常に狭くなり、充填材の注入作業が困難になる。既設の鋼管柱が、基部から上方に向かって縮径するテーパーポールの場合は、コンクリート基礎内に残された基部の切断端面が下部よりも細くなって、充填材の注入が一層困難になる。狭い隙間に対しても充填性のよいエポキシ樹脂などのケミカル材料を利用することも可能ではあるが、この種の充填材は高価なため、経済性に劣るという問題がある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、コンクリート基礎によって基部が固められた既設の鋼管柱を切断し、コンクリート基礎内に残された既設鋼管柱の基部内に新しい鋼管柱の基部を挿入して充填材により固める鋼管柱の立設構造において、あるいはこれに類する適宜の剛体基礎に形成された縦穴内に鋼管柱の基部を挿入して充填材で固める鋼管柱の立設構造において、充填材の注入が容易で、充填材の回りもよく、鋼管柱の立設強度も十分に確保し得るような鋼管柱の立設構造を提供することを解決課題としている。

上記した目的を達成するため、本発明の鋼管柱の立設構造は、基礎に形成された縦穴内に鋼管柱の基部が挿入されて、充填材により固定される鋼管柱の立設構造において、鋼管柱は、上記縦穴に挿入される小径の基部と、地上に露出する上記基部よりも大径の地上部と、上記基部と上記地上部とを繋ぐ略テーパ状の段付部とを有し、それら基部、段付部及び地上部は熱間加工によって一体中空状に形成され、上記段付部近傍には略円板状のベースプレートとその上面側に配置される補剛用のリブプレートとからなる張出部が鋼管柱に溶接されて設けられ、上記張出部のベースプレートが基礎の表面に当接した状態で、上記段付部が基礎の表面近傍に位置し、かつ、該断付部の少なくとも一部が地上に露出するように鋼管柱が保持されるとともに、上記ベースプレートが基礎内に埋設固定されたアンカーボルトまたはインサートナットに締結固定されたことを特徴とする。

この発明によれば、鋼管柱の地上部の径を、例えば切断された既設鋼管柱の基部など、適宜の剛体基礎に形成された縦穴の径と近似させる場合でも、鋼管柱の基部を地上部よりも細くして、基部と縦穴との間に適度なクリアランスを確保することができるので、鋼管柱の基部の挿入や充填材の注入が容易になり、施工性が向上するとともに、縦穴との固着強度を高めることができる。

また、鋼管柱に張出部を設けて、これを基礎の表面に当接させることにより、鋼管柱を建て込む際のレベル調整が容易になるとともに、鋼管柱の地際部における安定性を向上させることができる。

この発明において、張出部を、略円板状のベースプレートと、ペースプレートの上側に設けられる補剛用のリブプレートとを鋼管柱に溶接して形成すれば、鋼管柱の地際部における曲げ剛性も強化される。

さらに、上記のような張出部を、基礎内に埋設固定したアンカーボルトまたはインサートナットに締結固定すれば、鋼管柱に作用する外力が基礎に伝達されて、曲げ方向や引き抜き方向の外力に対する強度がさらに向上する。

さらに本発明においては、鋼管柱の基部に適宜間隔で適宜個数の開口部を形成し、この開口部を通じて基部の内外に充填材が充填されるようにしてもよい。このようにして、縦穴内に充填材を均一に充填することにより、鋼管柱と縦穴との固着強度をさらに高めることができる。また、縦穴内に管柱の基部を挿入した後、鋼管柱の内部空間を利用して、鋼管柱の内側から縦穴内に充填材を注入することも可能になる。

上記開口部の形状を縦方向に細長い長孔状となし、この開口部を千鳥状に配置すれば、充填材が、より万遍なく回りやすくなる。

上述のように、本発明の鋼管柱の立設構造は、鋼管柱の基部の断面積を地上部の断面積よりも小さくすることにより、縦穴との間に適度なクリアランスを確保できるように構成されているので、縦穴内への充填材の注入が容易になり、施工性が向上するとともに、鋼管柱の基部と縦穴とを強固に固着させることができる。

また、鋼管柱に張出部を設けて、この張出部を基礎の表面に当接させることにより、鋼管柱を建て込む際の作業性や安定性が向上する。この張出部の剛性を高めて基礎に連結することにより、鋼管柱の強度もさらに強化される。

本発明の実施形態として、切断撤去した既設鋼管柱の基部内に新設鋼管柱を立設する場合を例にとり、図面を参照しつつ説明する。このような鋼管柱の建替え工事は、既設鋼管柱を、その基部を残して切断する工程、残された既設鋼管柱の基部内に新設鋼管柱を挿入して立てる工程、そして、新設鋼管柱の基部周辺を充填材で固める工程からなる。以下、各工程順に説明する。

まず、図１に示すように、コンクリート基礎１によって基部２１が固められた既設鋼管柱２を、コンクリート基礎１の表面際で切断する。コンクリート基礎１の表面部分に凹凸やひび割れ等の不健全箇所がある場合は、予め表面の一部をはつり取るなどして平坦に補修しておくものとする。図１に例示した既設鋼管柱２は円形断面のテーパーポールであるが、本発明を適用し得る既設鋼管柱２は、多角形断面の鋼管柱やストレートポールであっても差し支えない。

既設鋼管柱２の切断方法としては、ガス溶断やカッタ等の工具による切断が可能であるが、基部２１を再利用することを考慮するならば、滑らかな切断面を得ることができるカッタでの切断が好ましい。この切断工程により、既設鋼管柱２を支えていた基部２１がコンクリート基礎１内に残される。この基部２１は、立設時の施工において下端からのコンクリートの回り込みが多少あるものの、通常は、埋設深さ全体にわたってほぼ中空である。こうして、新設鋼管柱を立設するための縦穴２０が用意される。

次いで図２に示すように、縦穴２０内に新設鋼管柱３を挿入する。新設鋼管柱３は、縦穴２０に挿入される基部３１と、地上に露出する地上部３２とに区別され、基部３１の断面積が地上部３２の断面積よりも小さくなるように形成されて、基部３１と地上部３２とが略テーパ状の段付部３３を介して連続している。図示の形態では、新設鋼管柱３の基部３１が、縦穴２０内に容易に挿入可能で、かつ縦穴２０との間に十分な隙間を確保し得る断面寸法に形成される一方、新設鋼管柱３の地上部３２が、既設鋼管柱２と同様のテーパー形状をなすように形成されている。また、新設鋼管柱３の基部３１、段付部３３及び地上部３２は、熱間加工によって一体の中空鋼管柱となるように形成されている。

新設鋼管柱３の基部３１には、複数箇所の開口部３４が離散的に形成されている。この開口部３４は、新設鋼管柱３の基部３１の内外に充填材４を円滑に回り込ませるためのもので、充填材４の流動性と断面欠損による基部３１の強度低下を考慮して、その形状や配置が適切に設定される。例示の形態では、開口部３４の形状を深さ方向に伸びる長孔として、あらゆる深さに充填材４が円滑に回り込むようにするとともに、開口部３４を千鳥状に配置して、基部３１の断面強度が深さ方向にわたって著しく変化しないように配慮している。

さらに、この新設鋼管柱３における段付部３３の近傍には、鋼板製のベースプレート３５及びリブプレート３６からなる張出部３７が設けられている。ベースプレート３５は略円板状に形成され、リブプレート３６はベースプレート３５の上面に適宜間隔で配置されて、ベースプレート３５が面外方向に曲がらないように補剛している。ベースプレート３５、リブプレート３６及び新設鋼管柱３の互いの接合部は溶接によって固定されている。

この張出部３７は、新設鋼管柱３を立設する際にコンクリート基礎１の表面に当接して、新設鋼管柱３を適正レベルに保持するストッパーの役目をなすとともに、新設鋼管柱３が傾倒するのを防いで安定性を向上させる。それだけの機能であれば、主に新設鋼管柱３の自重と若干の付加応力に耐え得るだけの強度設計をすればよく、新設鋼管柱３の重量が小さいことを考慮すれば、比較的軽微な構造で済む。

一方、図示のように、張出部３７の強度や張出幅を大きくし、ベースプレート３５にボルト孔を開けて、コンクリート基礎１内に埋設固定したアンカーボルト１１やインサートナットに締結固定することもできる。このような構造を採用すると、張出部３７が強風時の曲げモーメントや引き抜き方向の外力などに対する補強部材としても機能するので、新設鋼管柱３の地際部付近の強度がさらに向上し、一層強固な連結構造を得ることができる。

この新設鋼管柱３を縦穴２０内に立設して、縦穴２０内に充填材４が注入されるが、充填材４の注入作業は、新設鋼管柱３を挿入する工程の前後いずれでも行うことができる。新設鋼管柱３の挿入前に予め充填材４を注入する方法では、新設鋼管柱３の基部３１の内外に充填材４がよく回り、充填材４の隙間ができにくいので、強固な連結構造が容易に得られる。ただし、縦穴２０内に充填材４を注入したら、新設鋼管柱３の挿入作業を迅速に滞りなく行う必要がある。

一方、新設鋼管柱３を縦穴２０内に挿入してから充填材４を注入する方法では、作業工程の時間管理に余裕ができる。しかし、縦穴２０と新設鋼管柱３の基部３１との間から充填材４を注入するのは容易ではないので、新設鋼管柱３の地上部３２に適当な注入孔３８を開け、そこから新設鋼管柱３の内側に充填材４を注入するのが好ましい。この場合でも、新設鋼管柱３の基部３１に形成された開口部３４を経由して充填材４が縦穴２０内全体に回り込むので、良好な連結構造が得られる。

このように、本発明の鋼管柱の立設構造によると、縦穴２０内に充填材４を容易に注入することができ、かつ充填材４が円滑に回り込むので、充填材４の種類についても、安価で入手の容易な普通モルタルやセメントミルクを特に不都合なく使用することができる。また、これ以外にも、生コンクリート、ソイルセメント、特殊モルタル、あるいはエポキシ樹脂その他のケミカル材料など、一般的な充填材４を広く利用することが可能である。

図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示す。本発明における新設鋼管柱３の基部３１、地上部３２、段付部３３及び張出部３７の形態としては、図３（ａ）に示すように、略テーパ状の段付部３３がコンクリート基礎１の表面よりも上方に位置し、張出部３７が段付部３３から基部３１の上端近傍にかけて設けられた形態や、図３（ｂ）に示すように、略テーパ状の段付部３３がコンクリート基礎１の表面の上下に跨がって位置し、張出部３７が段付部３３の上部近傍に設けられた形態を採用することも可能である。

なお、上記実施形態の説明では、縦穴２０内に新設鋼管柱３を立設するに際して、縦穴２０と新設鋼管柱３の軸芯を一致させる形態を示したが、設計上、偏心が許容される場合には、新設鋼管柱３を縦穴２０内でいずれかの方向に寄せて立設してもよい。

また、張出部３７の形態についても若干の変更は可能であり、例えばベースプレート３５及びリブプレート３６のいずれかがない形態や、ベースプレート３５が新設鋼管柱３の周方向に連続していない形態、ベースプレート３５やリブプレート３６が曲げモーメントの大きく作用する側に偏心して張り出した形態などについても本発明は適用可能である。

また、基礎についても、例示したような独立型のコンクリート基礎１に限らず、複数の基礎が梁によって連結された連続基礎、あるいは鉄筋コンクリートからなる建物構造体の地上部分や擁壁などの一部であってもよい。縦穴２０についても、例示のように既設鋼管柱２を切断した基部２１だけでなく、これに類する鉛直方向の縦穴を適宜利用することができる。

本発明の実施形態における既設鋼管柱の切断工程を示す断面図である。本発明の実施形態における新設鋼管柱の立設工程を示す断面図である。本発明の他の実施形態に係る新設鋼管柱の形態を示す断面図である。従来の鋼管柱の建替え方法の一例を示す断面図である。

符号の説明

１コンクリート基礎
１１アンカーボルト
２既設鋼管柱
２０縦穴
２１基部
３新設鋼管柱
３１基部
３２地上部
３３段付部
３４開口部
３５ベースプレート
３６リブプレート
３７張出部
４充填材

Claims

基礎に形成された縦穴内に鋼管柱の基部が挿入されて、充填材により固定される鋼管柱の立設構造において、
鋼管柱は、上記縦穴に挿入される小径の基部と、地上に露出する上記基部よりも大径の地上部と、上記基部と上記地上部とを繋ぐ略テーパ状の段付部とを有し、それら基部、段付部及び地上部は熱間加工によって一体中空状に形成され、上記段付部近傍には略円板状のベースプレートとその上面側に配置される補剛用のリブプレートとからなる張出部が鋼管柱に溶接されて設けられ、
上記張出部のベースプレートが基礎の表面に当接した状態で、上記段付部が基礎の表面近傍に位置し、かつ、該断付部の少なくとも一部が地上に露出するように鋼管柱が保持されるとともに、上記ベースプレートが基礎内に埋設固定されたアンカーボルトまたはインサートナットに締結固定されたことを特徴とする鋼管柱の立設構造。
鋼管柱の基部には適宜間隔で適宜個数の開口部が形成され、この開口部を通じて基部の内外に充填材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱の立設構造。
開口部は、縦方向に細長い長孔状に形成されて千鳥状に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の鋼管柱の立設構造。