JP5532933B2 - 鋼管、及び、鋼管コンクリート - Google Patents

Description

本発明は、鋼管、及び、鋼管コンクリートに関する。

構造物に用いられる鋼管等には、火災の発生に備えて耐火被覆を備えているものがある。このような耐火被覆としては、例えば、鋼管等の表面に一定の厚さにて吹き付けるロックウール等が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１１７４２３号公報

上記のような耐火被覆は、耐火時間に合わせて耐火被覆材の厚さが設定される。このため、耐火時間を長くするためには耐火被覆材の厚さが厚くなり有効空間が狭められてしまう。また、耐火被覆を薄くすると、耐火時間が短くなり耐火性能が低く、傷にも弱くなるという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、寸法を小さく抑えつつ、より高い耐火性能を備えた鋼管、及び、鋼管コンクリートを提供することにある。

かかる目的を達成するために本発明の鋼管は、内周側に配置された鋼管本体と、前記鋼管本体の外周面を覆う複数の金属板と、を有し、前記複数の金属板は、熱膨張率が互いに異なる２種類の金属が、表裏面の互いに異なる側に設けられており、所定方向における一方側が前記外周面に固定され、他方側が隣接する他の金属板と重なって前記外周面を覆っており、前記金属板は、前記鋼管本体の変態温度より低い温度にて屈曲して、前記鋼管本体と前記金属板との間の空隙を拡張することを特徴とする鋼管である。

このような鋼管によれば、鋼管本体の外周面を覆う複数の金属板は、鋼管本体の変態温度より低い温度にて屈曲して、鋼管本体と金属板との間の空隙を拡張するので、例えば鋼管が火炎に晒された際には鋼管本体の変態温度に達する前に、鋼管本体の外周に設けられた金属板を鋼管本体から離すことが可能である。このため、金属板が火炎等を鋼管本体から離れた位置で遮ることにより鋼管の耐火性能を確保することが可能である。

また、複数の金属板は、所定方向における一方側が外周面に固定されて、他方側が隣接する他の金属板と重なって外周面を覆っているので、加熱される前、すなわち通常の状態では、空隙が拡張された状態より外径が小さい。このため、寸法を小さく抑えつつ、より高い耐火性能を備えた鋼管を提供することが可能である。

かかる鋼管であって、前記所定方向は、鉛直方向であり、前記複数の金属板は鉛直方向における下端側が各々前記外周面に固定され、前記熱膨張率が互いに異なる２種類の金属のうち、熱膨張率が大きい方の金属が前記鋼管本体側に設けられていることが望ましい。
このような鋼管によれば、熱膨張率が大きい方の金属が鋼管本体側に設けられているので、例えば鋼管が火炎に晒された際には鋼管本体の変態温度に達する前に、金属板が鋼管本体から離れる方向に屈曲して、鋼管本体の外周面から離れた位置で遮蔽部を形成する。このため、鋼管本体を火炎や熱から保護することが可能である。特に鋼管本体は鉛直方向に沿って設けられており、金属板は下端側が固定されているので、屈曲して立ち上がった金属板により下方からの火炎を効果的に遮ることが可能である。

かかる鋼管であって、前記所定方向は、前記鋼管本体の周方向であり、前記複数の金属板は前記周方向における一方側が各々前記外周面に固定され、前記熱膨張率が互いに異なる２種類の金属のうち、熱膨張率が大きい方の金属が前記外周側に設けられていることとしてもよい。
このような鋼管によれば、鋼管本体の外周面に周方向における一方側が固定されている金属板は、熱膨張率が互いに異なる２種類の金属のうち、熱膨張率が大きい方の金属が外周側に設けられているので、鋼管が加熱されると、金属板が鋼管本体側に屈曲して金属板と鋼管本体の外周面との間の空隙が拡張される。このため、鋼管本体の外周に空気層が形成されるので、鋼管本体の熱による耐力の低下を防止することが可能である。

かかる鋼管であって、前記金属板は加熱されて外周側に膨らみ、前記周方向における他方側の端部が隣接する金属板に当接されつつ一方側に引き寄せられ、前記鋼管本体の外周面との間に空気層を形成することが望ましい。
このような鋼管によれば、金属板が加熱されると、金属板の周方向における他方側の端部が、重ね合わされた隣接する金属板に当接されるとともに一方側に引き寄せられて外周側に膨らむことにより、鋼管本体の外周面との間にほぼ閉塞された空気層が形成される。このとき、複数の金属板は、所定方向における他方側が隣接する他の金属板と重なっているので、各金属板により形成される空気層は鋼管本体の周方向に連続して形成される。このため、鋼管本体は空気層に囲まれるので、鋼管本体の熱による耐力の低下をより確実に防止することが可能である。

かかる鋼管であって、前記２種類の金属は、一方の金属が他方の金属より大きく形成されており、前記一方の金属が前記鋼管本体の外周部を覆っていることが望ましい。
このような鋼管によれば、一方の金属が他方の金属より大きく形成されており、大きい方の金属が鋼管本体の外周部を覆っているので、一方の金属にて鋼管本体の外周部を覆う部位を確保しつつ小さな他方の金属にて金属板の屈曲する性能を確保することが可能である。このため、耐火性能を備えつつも金属の使用量を低減することにより、鋼管の軽量化を図ると共にコストを低く抑えることが可能である。

かかる鋼管であって、前記金属板はバイメタルであることが望ましい。
このような鋼管によれば、金属板がバイメタルなので、熱膨張率が異なる２種類の金属を有しているため、鋼管本体の外周面に固定するだけで、耐火性を備えた鋼管を提供することが可能である。

また、上記鋼管の内部にコンクリートを充填したことを特徴とする鋼管コンクリートである。
このような鋼管コンクリートによれば、上記の鋼管にコンクリートを充填することにより、耐火被覆部による寸法の増大を抑えつつより高い耐火性能を備えた鋼管コンクリートを提供することが可能である。

本発明によれば、寸法を小さく抑えつつ、より高い耐火性能を備えた鋼管、及び、鋼管コンクリートを提供することが可能である。

第１実施形態にかかる鋼管を示す斜視図である。 第１実施形態にかかる鋼管に設けられた金属板を説明するための図である。 熱による金属板の変形状態を説明する図である。 第２実施形態にかかる鋼管を示す斜視図である。 第２実施形態にかかる鋼管に設けられた金属板を説明するための図である。

以下、本発明の第１実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、第１実施形態にかかる鋼管を示す斜視図である。図２は、第１実施形態にかかる鋼管に設けられた金属板を説明するための図である。
図１に示すように、第１実施形態の鋼管１０は、内周側に配置され、鋼管１０の芯となる鋼管本体２０と、鋼管本体２０の外周側に設けられた複数の金属板２２とを有している。第１実施形態における鋼管１０は、長さ方向が鉛直方向に沿って配置されて使用される。

鋼管本体２０は、使用用途により適宜選択され、例えば鋼管１０が構造材として使用される場合には、鋼管本体２０単体であっても構造材としての耐力を備えた鋼管が鋼管本体２０として用いられる。

金属板２２は、図２に示すように、熱膨張率が互いに異なる２種類の金属２３、２４が、表裏面の互いに異なる側に設けられている。金属板２２は、鋼管本体２０の長さ方向に対しても、周方向に対しても十分に小さな部材である。各金属板２２は、所定方向としての鉛直方向における一方側としての下端側が鋼管本体２０の外周面２０ａに溶接され、他方側としての上端側が隣接する他の金属板２２と重なって、外周面２０ａを覆っている。このため、鋼管本体２０に溶接される部位、すなわち下端側は、重なっている部位、すなわち上端側より小さく形成されており、隣接する金属板２２同士が重なって鋼管本体２０の外周面２０ａを覆うように構成されている。図１では、鋼管本体２０の一部に金属板２２が設けられているように示されているが、金属板２２は、鋼管本体２０の全周面を覆っている。

本実施形態における金属板２２は、熱膨張率が大きい方の金属２３の寸法が、熱膨張率が小さい方の金属２４の寸法より小さく、熱膨張率が小さい方の金属２４の内周側、すなわち、鋼管本体２０側に設けられている。金属板２２を構成する２種類の金属は、いずれも鋼管本体２０の変態温度、すなわち、熱により耐力が急激に低下する温度より低い温度で変形するように構成されている。例えば、鋼製の鋼管本体２０の変態温度は約５００℃であり、金属板２２が変形する温度は３５０℃に設定されている。

図３は、熱による金属板の変形状態を説明する図である。
本実施形態の鋼管１０が、例えば建物の柱に用いられ、火災等にて火炎に晒された場合には、鋼管本体２０の外周面２０ａに設けられた金属板２２が加熱されて３５０℃になると、金属板２２を構成する２種類の金属２３、２４が膨張し始める。このとき、図３（ａ）に示すように、２種類の金属２３、２４のうち、寸法が小さい方の金属２３の方が、熱膨張率が大きいので、金属板２２は、寸法が大きい方の金属側に湾曲する。第１実施形態の場合には、熱膨張率が小さく、寸法が大きい方の金属２４が外周側に設けられているので、金属板２２は鋼管本体２０から離れる方向に湾曲する。そして、各金属板２２が湾曲すると、各々の金属板２２は、図１に示すように上方が広がった金属板２２が重なった状態となるので、下方から煽る火炎を遮って鋼管本体２０が加熱されることが抑えられる。

ここで、図３（ｂ）にしめすように、熱膨張率が大きい方の金属２３の寸法が、熱膨張率が小さい方の金属２４の寸法より大きくても、金属板２２が加熱された際には、金属板２２は熱膨張率が小さい方の金属２４側に屈曲する。

第１実施形態の鋼管１０によれば、鋼管本体２０の外周面２０ａを覆う複数の金属板２２は、鋼管本体２０の変態温度より低い温度にて屈曲して、鋼管本体２０と金属板２２との間の空隙を拡張するので、例えば鋼管１０が火炎に晒された際には鋼管本体２０の変態温度に達する前に、鋼管本体２０の外周に設けられた金属板２２を鋼管本体２０から離すことが可能である。このため、金属板２２が火炎等を鋼管本体２０から離れた位置で遮ることにより鋼管１０の耐火性能を確保することが可能である。

また、複数の金属板２２は、所定方向における上端側が外周面２０ａに固定されて、上端側が隣接する他の金属板２２と重なって外周面２０ａを覆っているので、加熱される前、すなわち通常の状態では、空隙が拡張された状態より外径が小さい。このため、寸法を小さく抑えつつ、より高い耐火性能を備えた鋼管１０を提供することが可能である。

また、熱膨張率が大きい方の金属２３が鋼管本体２０側に設けられているので、例えば鋼管１０が火炎に晒された際には鋼管本体２０の変態温度に達する前に、金属板２２が鋼管本体２０から離れる方向に屈曲して、鋼管本体２０の外周面２０ａから離れた位置で遮蔽する部位を形成する。このため、鋼管本体２０を火炎や熱から保護することが可能である。特に鋼管本体２０は鉛直方向に沿って設けられており、金属板２２は下端側が溶接されているので、屈曲して立ち上がった金属板２２により下方からの火炎を効果的に遮ることが可能である。

また、金属板２２を構成する２種類の金属２３、２４のうち内周側の金属２３が外周側の金属２４より大きく形成されており、大きい方の金属２４が鋼管本体２０の外周面２０ａを覆っているので、外周側の金属２４にて鋼管本体２０の外周面２０ａを覆う部位を確保しつつ内周側の金属２３にて金属板２２の屈曲する性能を確保することが可能である。このため、耐火性能を備えつつも、金属２３の使用量を低減することにより、鋼管１０の軽量化を図ると共にコストを低く抑えることが可能である。

図４は、第２実施形態にかかる鋼管を示す斜視図である。以下の説明において、上記実施形態と同様の部位及び部材については同符号を付して説明を省略する。

第１実施形態の鋼管１０は、小片でなる金属板２２が鉛直方向に向けられて下端側が鋼管本体２０に溶接されていたが、第２実施形態の鋼管１２は、図４に示すように、鋼管本体２０の長さとほぼ同じ長さを有し、鋼管本体２０の周長に対して十分に短い幅の短冊状をなす複数の金属板２５が鋼管本体２０の外周面２０ａに固定されている。

第２実施形態の金属板２５は、熱膨張率が互いに異なる２種類の金属２６、２７にて構成されたバイメタルである。図５に示すように、金属板２５は、鋼管本体２０の周方向における一方側が各々外周面２０ａに固定され、周方向における他方側が隣接する他の金属板２５と互いに重なって、外周面２０ａを覆っている。金属板２５は、熱膨張率が互いに異なる２種類の金属のうち、熱膨張率が大きい方の金属２６が外周側に設けられており、熱膨張率が小さい方の金属２７が鋼管本体２０側に設けられている。

第２実施形態の金属板２５は、鋼管１２が火炎に晒された場合には、鋼管本体２０の外周面２０ａに設けられた金属板２５が加熱されて３５０℃になると、金属板２５を構成する２種類の金属２６、２７が膨張し始める。このとき、図５に示すように、２種類の金属２６、２７のうち、外周側に設けられている金属２７の方が、熱膨張率が大きいので、鋼管本体２０側に屈曲するが、鋼管本体２０に当接して屈曲が妨げられる。このため、金属板２５は周方向において他方側の端部となる、固定されていない側の端部が隣接する金属板２５に当接されつつ、固定されている端部側に引き寄せられて外周側に膨らむ。このとき、金属板２５は鋼管本体２０の外周面２０ａとの間の空隙を拡張するように屈曲して空気層３０を形成する。そして、各金属板２５により形成された空気層３０は、図５に示すように周方向に連続して、鋼管本体２０の外周面２０ａを覆う。

第２実施形態の鋼管１２によれば、鋼管本体２０の外周面２０ａに周方向における一方側が溶接されている金属板２５は、熱膨張率が大きい方の金属２７が外周側に設けられているので、鋼管１２が加熱されると、金属板２５が鋼管本体２０側に屈曲して金属板２５と鋼管本体２０との間に空気層３０が形成されるので、鋼管本体２０の熱による耐力の低下を防止することが可能である。

また、金属板２５が加熱されると、金属板２５の周方向における固定されていない端部が、重ね合わされた隣接する金属板２５に当接されるとともに固定されている側に引き寄せられて外周側に膨らむことにより、鋼管本体２０の外周面２０ａとの間にほぼ閉塞された空気層３０が形成される。このとき、金属板２５は、周方向における固定されている側が隣接する他の金属板２５と互いに重なりあっているので、各金属板２５により形成される空気層３０は鋼管本体２０の周方向に連続して形成される。このため、鋼管本体２０は空気層３０に囲まれるので、鋼管本体２０の熱による耐力の低下をより確実に防止することが可能である。

また、金属板２５にバイメタルを用いたので、金属板２５は予め熱膨張率が異なる２種類の金属２６、２７を有しており、鋼管本体２０の外周面２０ａに固定するだけで、耐火性を備えた鋼管１２を容易に製造することが可能である。

上記各実施形態の鋼管１０、１２の内部にコンクリートを充填することにより、鋼管コンクリートとして使用することも可能である。

また、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

１０ 鋼管、１２ 鋼管、２０ 鋼管本体、２０ａ 外周面、２２ 金属板、
２３ 熱膨張率が大きい方の金属、２４ 熱膨張率が小さい方の金属、
２５ 金属板、２６ 熱膨張率が小さい方の金属、
２７ 熱膨張率が大きい方の金属、３０ 空気層

Claims (7)

1. 内周側に配置された鋼管本体と、
   前記鋼管本体の外周面を覆う複数の金属板と、を有し、
   前記複数の金属板は、熱膨張率が互いに異なる２種類の金属が、表裏面の互いに異なる側に設けられており、所定方向における一方側が前記外周面に固定され、他方側が隣接する他の金属板と重なって前記外周面を覆っており、
   前記金属板は、前記鋼管本体の変態温度より低い温度にて屈曲して、前記鋼管本体と前記金属板との間の空隙を拡張することを特徴とする鋼管。
2. 請求項１に記載の鋼管であって、
   前記所定方向は、鉛直方向であり、
   前記複数の金属板は鉛直方向における下端側が各々前記外周面に固定され、前記熱膨張率が互いに異なる２種類の金属のうち、熱膨張率が大きい方の金属が前記鋼管本体側に設けられていることを特徴とする鋼管。
3. 請求項１に記載の鋼管であって、
   前記所定方向は、前記鋼管本体の周方向であり、
   前記複数の金属板は前記周方向における一方側が各々前記外周面に固定され、前記熱膨張率が互いに異なる２種類の金属のうち、熱膨張率が大きい方の金属が前記外周側に設けられていることを特徴とする鋼管。
4. 請求項３に記載の鋼管であって、
   前記金属板は加熱されて外周側に膨らみ、前記周方向における他方側の端部が隣接する金属板に当接されつつ一方側に引き寄せられ、前記鋼管本体の外周面との間に空気層を形成することを特徴とする鋼管。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の鋼管であって、
   前記２種類の金属は、一方の金属が他方の金属より大きく形成されており、前記一方の金属が前記鋼管本体の外周部を覆っていることを特徴とする鋼管。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の鋼管であって、
   前記金属板はバイメタルであることを特徴とする鋼管。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の鋼管の内部にコンクリートを充填したことを特徴とする鋼管コンクリート。

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