JP6419299B1 - 鋼管柱および鋼管柱の支承板 - Google Patents

Abstract

【課題】支承板を容易かつ廉価に製作することができ、その上、現行構造の鋼管柱と同等もしくはそれ以上の強度を備えた鋼管柱および鋼管柱の支承板を提供する。【解決手段】鋼管柱本体２と鋼管柱本体２の柱頭および柱脚部にそれぞれ設置される支承板３とから構成する。支承板３は複数の円形鋼板3a,3bから構成する。円形鋼板3a,3bは、鋼管柱本体２の材軸線の延長線上に同心円状に積層する。積層された円形鋼板3a,3bどうしを互いに溶接接合する。鋼管柱本体２より離れた位置に積層され円形鋼板3bを円形鋼板3aより大きい径に形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、主として地下鉄の駅構内に設置される鋼管柱および当該鋼管の支承板に関し、柱頭および柱脚部に支承板を備え、特に支承板を容易かつ廉価に製作することができ、しかも現行構造の鋼管柱と同等もしくはそれ以上の強度を備えている。

一般に、地下鉄の駅構内は、利用者で混雑することを想定し空間を有効に利用できるように、床スラブを支える柱として特に柱径を細くできる円形鋼管の柱が多く使用されている。

この種の柱として当初、中空鋼管の上下に円形または正方形の極厚鋼板からなる支承板を取り付けたものが使用されていた。

例えば、特許文献１に柱本体部(1)と当該柱本体部(1)の上端部と下端部にそれぞれ取り付けられた上側支圧部材(10)および下側支圧部材(11)とからなる耐震補強柱(Ａ)が開示されている(図11および特許文献１ 図２参照)。

柱本体部(1)は円形断面の鋼管柱から形成され、中にコンクリートが充填されている。また、上側および下側の支圧部材(10),(11)は、柱本体部(1)の外径よりも大きい径のフランジ状に形成され、かつ柱本体部部(1)側に対向する部分が略円錐状に形成されている。

この構成によれば、特に耐震補強柱(Ａ)の上部および下部構造体(3),(4)に対する接触面積が拡大されているから、上部および下部構造体(3),(4)から耐震補強柱(Ａ)への力の伝達がスムーズになるうえ、地震時等において、耐震補強柱(Ａ)に過大な軸力が作用した場合でも、上部および下部構造体(3),(4)に反作用として加わる単位面積当たりの力が低減されて、主にコンクリートで形成されている上部構造体(3)あるいは下部構造体(4)の損傷を防止することができる。

また、支承板を用いない柱として、鋼管の端部を鉄筋コンクリートの梁部に直接固定結合し、鋼管の中にコンクリートを中詰めした合成柱が開発されたが、柱および梁との結合部の施工が煩雑で面倒である等の理由からあまり普及はしなかった。

例えば、特許文献２には、径の異なる複数の円形鋼管(25)と当該円形鋼管(25)内を複数の空間に仕切る複数の隔壁用鋼板(22)と当該隔壁用鋼板(22)によって仕切られた複数の空間に充填されたコンクリート(5)とからなるマルチスチールチューブ型コンクリート充填鋼管柱が開示されている(特許文献２ 図１参照)。

径の異なる複数の鋼管(25)は、多重鋼管を形成するように平面視同心円状に設置され、また、複数の隔壁用鋼板(22)は多重鋼管の横断面内に放射状に設置されている。そして、コンクリート(5)は多重鋼管の横断面内に隔壁用鋼板(22)によって形成された複数の各空間に充填されている。

特開平10-46833号公報 特開2016-194245号公報

しかし、特許文献１に開示された耐震補強柱は、上下支圧材が極厚な上に対向する部分が、略円錐状に形成されていてきわめて複雑な形状に形成されているため、鋳型職人に依頼して形成する必要があり、型枠の製作および精度出しにかなりの時間を費やすため製作が面倒で高価になりやすく、製作にかなりの日数を要するという課題があった。

また、支承板を用いず、鋼管の端部を鉄筋コンクリートの梁部に直接固定し結合するタイプの柱は、柱および梁との結合部の施工が煩雑で面倒である等の理由からあまり普及はしなかった。

さらに、特許文献２に開示されたコンクリート充填鋼管は、鋼管を二重に配置し、かつ複数の隔壁鋼板によって複数の空間に仕切られた鋼管内にコンクリートを充填する必要があるため、鋼材費が嵩むと同時に加工が難しく、製作がきわめて面倒であった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に柱頭および柱脚部に設置される支承板の製作が容易で、現行構造の鋼管柱と同等もしくはそれ以上の強度を備えた鋼管柱を提供することを目的とするものである。

本発明は、鋼管柱本体と当該鋼管柱本体の柱頭および柱脚部にそれぞれ設置された複数の支承板とからなる鋼管柱の発明であり、前記支承板は前記鋼管柱本体の材軸線の延長線上に積層され、積層されたものどうしが互いに接合され、かつ前記鋼管柱本体より離れた位置に積層されたものほど、大きい径に形成された複数の鋼板から構成されていることを特徴とするものであり、鋼管柱本体内にコンクリートを充填することによりコンクリート充填鋼管柱とすることもできる。

本発明の鋼管柱によれば、支承板が複数の鋼板を積層して現行構造の支承板(図11参照)と極めて近い形状に構成されており、特に鋼管柱の上部および下部構造体に対する接触面積が拡大されていることで、上部および下部構造体(梁等)から鋼管柱への力の伝達がスムーズになる。

また、地震時等において、鋼管柱に過大な軸力が作用した場合でも、上部および下部構造体に反作用として加わる単位面積当たりの力が低減されて、主にコンクリートで形成されている上部および下部構造体の損傷等を防止することができる。

さらに、支承板に鋼管柱本体内に連通する開口を設けることにより、コンクリート充填鋼管柱とした場合に、鋼管柱内の充填コンクリートと鋼管柱の上部および下部構造体コンクリートの充填性の向上と連続一体化、さらに支承板重量の軽減、鋼材費の節約等を図ることが期待できる。

その他、鋼管柱の柱脚および柱頭部の内側に、補剛材として鋼管、支圧リング付き鋼管、リブ付き鋼管または十字型リブを設置することで、柱脚および柱頭部の抵抗力を著しく高めることができる。

加えて、鋼管柱の外径寸法を統一したい場合や耐震補強などで、設計荷重が大きくなる場合や柱の長さが長くなる場合でも、補剛材として内鋼管や孔あき内鋼管を鋼管柱本体の管軸方向に通して設置することで、さらに、コンクリートを鋼管内に充填してコンクリート充填鋼管柱とすることで、鋼管柱本体の外径寸法を増大せずに、設計対応をすることができる。内鋼管の孔あけは、コンクリートを充填する領域によって使いわける。

例えば、柱の長さが長くなると座屈荷重は低くなるため、本来ならば柱径を大きくして断面剛性を高める必要があるが、鋼管柱本体内に補剛材を設置したり、あるいはコンクリートを充填することにより対処することで、鋼管柱本体の外径を変更することなく設計対応をすることが可能となり、柱の外径寸法を増大させずに済む。

なお、鋼管柱本体および鋼管柱本体内に補剛材として設置される内鋼管は、円形鋼管に限られるものではなく、角形鋼管や六角形鋼管などの多角形鋼管であってもよい。また、鋼管柱が大径になるに伴い、鋼管柱本体内に内鋼管を三重、四重に設置して多重鋼管柱とすることにも対応できる。同様に、支承板の平面形状も円形に限られるものではなく、矩形、六角形、八角形といった多角形とすることもできる。

本発明は、特に鋼管柱本体の柱頭および柱脚部にそれぞれ設置された支承板が前記鋼管柱本体の材軸線の延長線上に積層され、積層されたものどうしが互いに接合され、かつ前記鋼管柱本体より離れた位置に積層されたものほど、大きい径に形成された複数の鋼板から構成されているため、溶接工による一般加工によって容易にかつ廉価に製作することができる。

また、鋳造成形された現行構造の支承板に近い形状に形成されているため、現行構造の支承板と同等もしくはそれ以上の強度も備えている。

本発明の一実施形態を図示したものであり、柱頭および柱脚部に２枚の円形鋼板からなる支承板が設置された鋼管柱の縦断面図である。 図１に図示する鋼管柱の柱脚部の斜視図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、厚さの異なる二枚の円形鋼板からなる支承板が設置された鋼管柱の縦断面図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、柱頭および脚部に３枚の円形鋼板からなる支承板が設置された鋼管柱の縦断面図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、図5(a),(b)は柱頭および柱脚部の内側に補剛材としてそれぞれ孔あき鋼管、支圧リング付き孔あき鋼管が設置された鋼管柱の柱脚部の斜視図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、図6(a),(b)は柱頭および脚部の内側に補剛材としてそれぞれリブ付き孔あき鋼管、十字型リブが設置された鋼管柱の柱脚部の斜視図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、図7(a),(b)は鋼管柱本体の内側に補剛材として内側鋼管が管軸方向に通して設置された鋼管柱の斜視図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、図8(a),(b)は鋼管柱本体の内側に補剛材として内側鋼管が管軸方向に通して設置された鋼管柱の斜視図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、図9(a),(b)は支承板が矩形鋼板から形成され、かつ鋼管柱本体および内側鋼管が角形鋼管から形成された鋼管柱の斜視図である。 本発明の他の実施形態を図示したものであり、図10(a),(b)は支承板が矩形鋼板から形成され、かつ鋼管柱本体および内側鋼管が角形鋼管から形成された鋼管柱の斜視図である。 鋼管柱の従来例を図示したものであり、鋼管柱の縦断面図である。

図１〜図３は、本発明の一実施形態を図示したものであり、鋼管柱１は、鋼管柱本体２と当該鋼管柱本体２の柱頭および柱脚部にそれぞれ設置された支承板３とから構成されている。

鋼管柱本体２は円形の鋼管から形成され、当該鋼管柱本体２内にコンクリート(図省略)を充填することによりコンクリート充填鋼管柱とすることができる。

支承板３は、外径の異なる２枚の円形鋼板3aと3bから構成されている。円形鋼板3aは鋼管柱本体２より一回り大きい径に形成され、かつ円形鋼板3bよりは小さい径に形成されている。

さらに、円形鋼板3aおよび3bの中央に鋼管柱本体２内と連通する開口４が形成され、また、円形鋼板3bの周縁部に複数のアンカーボルト貫通孔５が周方向に一定間隔おきに形成されている。

なお、開口４は、鋼管柱本体２内にコンクリートを充填するためのコンクリート充填孔として利用することができ、また、開口４を設けることにより支承板３の軽量化を図ることができる。

また、円形鋼板3aと3bは、鋼管柱本体２の材軸線の延長線上に、鋼管柱本体２側に形鋼板3a、その反対側に円形鋼板3bがそれぞれ位置して同心円状に積層されている。

そして、円形鋼板3aと3bは溶接によって一体的に接合され、また、円形鋼板3aは、鋼管柱本体２の端部に溶接によって一体的に接合されている。

なお、円形鋼板3aと3bは、基本的に同一厚さに形成されているが、必ずしも同じ厚さである必要はなく、例えば円形鋼板3bを円形鋼板3aより厚く形成し、その分円形鋼板3aの径を小さくすることにより鋼材重量を軽量化しつつ、全体の厚さおよび外径を必要とする厚さおよび外径とすることができる(図３参照)。

図４は、本発明の他の実施形態を図示したものであり、支承板３は、外径の異なる３枚の円形鋼板3a,3bおよび3cから構成されている。

円形鋼板3aは鋼管柱本体２より一回り大きい外径に形成され、かつ円形鋼板3a,3bおよび3cの順で各鋼板の外径が段階的に大きく形成されている。

また、円形鋼板3a,3bおよび3cの中央に鋼管柱本体２内と連通する開口４が形成され、また、円形鋼板3bの周縁部に複数のアンカーボルト貫通孔５が周方向に一定間隔おきに形成されている。

このように形成された円形鋼板3a,3bおよび3cは、鋼管柱本体２の材軸線の延長線上に、円形鋼板3aが鋼管柱本体２側に、円形鋼板3bがその反対側に、そして円形鋼板3cが円形鋼板3aと3b間にそれぞれ位置して、鋼管柱本体２の材軸線の延長線上に同心円状に積層されている。そして、各円形鋼板3a,3bおよび3cどうしは溶接によって一体的に接合され、また、円形鋼板3aが鋼管柱本体２の端部に溶接によって一体的に接合されている。なお、円形鋼板3a,3bおよび3cは、基本的に同一厚さに形成されているが、必ずしも同じ厚さである必要はない。

図５および図６は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、鋼管柱本体２の柱頭および柱脚部の内側に、補剛材として孔あき鋼管６、支圧リング付き孔あき鋼管７がそれぞれ設置された鋼管柱を図示したものである。

図5(a)に図示するように、孔あき鋼管６は、鋼管柱本体２より一回り小径の孔あき鋼管から形成され、かつ鋼管柱本体２の材軸線上に同心円状に設置されている。また、孔あき鋼管６は支承板３の内側に一体的に溶接されている。

また、図5(b)に図示するように、支圧リング付き孔あき鋼管７は、鋼管柱本体２より一回り小径の孔あき鋼管7aと、当該孔あき鋼管7aの上端部に溶接された支圧リング7bとから形成されている。また、支圧リング付き孔あき鋼管７は、鋼管柱本体２の材軸線上に同心円状に設置され、かつ支承板３の内側に一体的に溶接されている。

図6(a),(b)は、鋼管柱本体２内に補剛材としてリブ付き孔あき鋼管８、十字型孔あきリブ９がそれぞれ設置された鋼管柱を図示したものである。

図6(a)に図示するように、リブ付き孔あき鋼管８は、鋼管柱本体２より一回り小径の孔あき鋼管8aと、当該孔あき鋼管8aの周壁部に放射状に溶接された複数の縦リブ8bとから形成されている。また、リブ付き孔あき鋼管８は、鋼管柱本体２の材軸線上に同心円状に設置され、かつ鋼管柱本体２の内側周壁に縦リブ8bが溶接されて鋼管柱本体２の内側に取り付けられている。

また、図6(b)に図示するように、十字型孔あきリブ９は、溶接によって平面視十字形状に組み付けられた複数の孔あきプレートより形成され、鋼管柱本体２の材軸線上に設置され、かつ支承板３の内側に一体的に溶接されている。

いずれも、鋼管柱本体２内にコンクリートを充填してコンクリート充填鋼管柱とした場合に、鋼管柱の柱頭および柱脚部における充填コンクリートと鋼管柱本体２との一体化により、鋼管柱の柱頭および柱脚部の支圧抵抗力を著しく高めることができる。また特に、支圧リング付き孔あき鋼管７は支圧リング7bを備えていることで、孔あき鋼管7aの長さを短くすることができる(図5(b)参照)。

図7(a),(b)は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、図7(a)は鋼管柱本体２内に補剛材として内鋼管10が鋼管柱本体２の管軸方向に通して設置されている鋼管柱であり、図7(b)はさらに、支承版３に設けられた開口４より内鋼管10内にコンクリートを充填してコンクリート充填鋼管柱とすることができる鋼管柱である。

図8(a),(b)は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、図8(a)は、鋼管柱本体２内に補剛材として内鋼管10が鋼管柱本体２の管軸方向に通して設置され、かつ支承版３に設けられたコンクリート充填口11より鋼管柱本体２と内鋼管10との間にコンクリートを充填してコンクリート充填鋼管柱とすることができる鋼管柱である。

また、図8(b)は、支圧補剛材として孔あき内鋼管12が設置され、かつ支承板３に設けられた開口４から孔あき内鋼管12内および孔あき内鋼管12と鋼管柱本体２との間にコンクリートを充填してコンクリート充填鋼管柱とすることができる鋼管柱である。なお、鋼管柱本体２と孔あき内鋼管12との間には、孔あき内鋼管12の周壁に設けられた透孔より充填される。

図9(a),(b)は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、特に支承板３が径の異なる複数の矩形鋼板より形成され、かつ鋼管柱本体２がおよび内鋼管10が角形鋼管より形成されている。その他の構成は、図8(a),(b)の実施形態とほぼ同じである。

図10(a),(b)は、同じく本発明の他の実施形態を図示したものであり、特に支承板３が径の異なる複数の矩形鋼板より形成され、鋼管柱本体２が角形鋼管より形成され、かつ当該鋼管柱本体２内に角形鋼管からなる内鋼管10、孔あき角形鋼管からなる孔あき内鋼管12がそれぞれ設置されている。その他の構成は、図8(a),(b)の実施形態とほぼ同じである。

いずれの実施形態においても、内鋼管10および孔あき内鋼管12の上下両端部は、鋼管柱本体２柱頭および柱脚部または上下支承板３にそれぞれ一体的に溶接されている。

この実施形態によれば、鋼管柱２の外径寸法を統一したい場合や耐震補強などで、設計荷重が大きくなる場合や柱の長さが長くなる場合でも、鋼管柱本体２の中に補剛材として内鋼管や孔あき内鋼管を管軸方向に通して設置し、さらに、コンクリートを充填してコンクリート充填鋼管柱とすることで、鋼管柱本体２の外径寸法を増大せずに、設計対応が容易に可能になる。

例えば、柱の長さが長くなると座屈荷重が下がるため、柱径を大きくして断面剛性を高める必要があるが、鋼管柱本体２内に補剛材として内鋼管10を設置することにより鋼管柱本体２の外径を変更することなく容易に設計対応することができ、外径寸法を増大させずに済む。

本発明は、特に支承板を容易かつ廉価に製作することができ、その上現行構造の鋼管柱と同等もしくはそれ以上の強度を備えた鋼管柱を提供することができる。

１ 鋼管柱
２ 鋼管柱本体
3a 円形鋼板
3b 円形鋼板
3c 円形鋼板
４ 開口
５ アンカーボルト貫通孔
６ 孔あき鋼管
７ 支圧リング付き孔あき鋼管
7a 孔あき鋼管
7b 支圧リング
８ リブ付き孔あき鋼管
8a 孔あき鋼管
8b 縦リブ
９ 十字型孔あきリブ
10 内鋼管
11 コンクリート充填孔
12 孔あき内鋼管

Claims (7)

1. 鋼管柱本体と当該鋼管柱本体の柱頭および柱脚部にそれぞれ設置される支承板とからなる鋼管柱において、前記支承板は前記鋼管柱本体の材軸線の延長線上に積層され、積層されたもの同士が互いに接合され、かつ前記鋼管柱本体より離れた位置に積層されたものほど、大きい径に形成された複数の鋼板から構成されていることを特徴とする鋼管柱。
2. 請求項１記載の鋼管柱において、前記鋼管柱本体内にコンクリートが充填されていることを特徴とする鋼管柱。
3. 請求項１または２記載の鋼管柱において、前記支承板に鋼管柱本体内に連通する開口が設けられていることを特徴とする鋼管柱。
4. 請求項１〜３のいずれかひとつに記載の鋼管柱において、柱脚および柱頭部の内側に、補剛材として鋼管、支圧リング付き鋼管、リブ付き鋼管または十字型リブが設置されていることを特徴とする鋼管柱。
5. 請求項４記載の鋼管柱において、前記補剛材は、前記鋼管柱の柱脚部と柱頭部間に管軸方向に通して設置されていることを特徴とする鋼管柱。
6. 請求項４または５記載の鋼管柱において、前記補剛材に複数の透孔が設けられていることを特徴とする鋼管柱。
7. 鋼管柱本体の柱頭および柱脚部に設置される鋼管柱の支承板であって、前記鋼管柱本体の材軸線の延長線上に積層され、積層されたもの同士が互いに接合され、かつ前記鋼管柱本体より離れた位置に積層されたものほど、大きい径に形成された複数の鋼板から構成されていることを特徴とする鋼管柱の支承板。

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