JP6904700B2 - 柱構造および構築方法 - Google Patents

Description

この発明は、コンクリート充填鋼管構造を有する柱構造およびこの柱構造を構築する構築方法に関する。

特許文献１には、構真台柱の径に対してコンクリート充填鋼管構造の構真柱の幅が大きくなった場合においても、構真柱の軸力を伝達できる構真柱と構真台柱の接合構造が開示されている。また、特許文献２には、地中に設けられる基礎杭と構真柱とを一体に接続するとともに構真柱に作用した軸力を基礎杭に伝達する構真柱と基礎杭の軸力伝達構造であって、基礎杭に埋設される構真柱の下端側に設けられて構真柱に作用した軸力を支圧で基礎杭に伝達する支圧部を備える軸力伝達構造が開示されている。

また、従来より、コンクリート充填鋼管構造においては、籠状に先組みした鉄筋を挿入したり、或いは１本１本の鉄筋を鋼管内に挿入して組むことにより、柱強度を高めることが行われている。

特開２０１４−１５５２号公報 特開２００９−７７４５号公報

しかしながら、上記鉄筋を鋼管内に挿入して柱強度を高めた柱構造では、上記鋼管内への鉄筋挿入作業において、当該鉄筋における低剛性等故に作業現場での取り回しが容易でないという問題があり、また、鉄筋を組むために鉄筋工を手配する必要があるという問題点もあった。さらには、コンクリート充填鋼管構造における鋼管内のダイヤフラムに貫通孔を形成して鉄筋を多く通すと、ダイヤフラムにおいて欠損面積を大きくしてしまうことになる。

一方、上記特許文献２の技術は、場所打ち杭の杭体の中に上部構造の鉄骨支柱を挿入する構造であり、例えば、当該文献の図５で示されるように、十字鋼等の鋼材が挿入されるコンクリートの周囲に補強鋼管が存在する構造部分が存在している。しかしながら、このような構造が鋼管の全長に渡って存在するものとはなっていない。

この発明は、上記の事情に鑑み、コンクリート充填鋼管構造を有する柱構造であって、鉄筋を鋼管内に挿入することによる諸問題を解決できる柱構造を提供することを課題とする。

この発明の柱構造は、上記の課題を解決するために、コンクリート充填鋼管構造を有する柱構造であって、鋼管の全長に渡って当該鋼管内に鋼材が存在しており、上記鋼材と上記鋼管との間にコンクリートが充填されていることを特徴とする。

上記の構成であれば、鉄筋ではなく、鋼材を鋼管内に挿入する構造となるので、鉄筋を用いる構造における鉄筋取り回しの困難性等の諸問題を解消することができる。そして、上記鋼材は上記鋼管の全長に渡って存在するので、当該鋼管の全長に渡って柱としての軸耐力向上を図ることができる。

上記鋼材に取り付けられた鋼材側接合部材が上記鋼管内に取り付けられた鋼管側接合部材に接合されて上記鋼材と上記鋼管との位置決め固定がなされてもよい。

上記鋼材は、上記コンクリートから上記鋼材に応力伝達を行う応力伝達手段を備えてもよい。また、上記応力伝達手段としてスチフナが設けられており、このスチフナは、鋼管内のダイヤフラムから離間することでコンクリート充填通路を形成してもよい。

また、この発明の柱構造は、上記のいずれかに記載の２以上の柱構造を柱構造部として上方に連続配置した柱構造であって、下層側の柱構造部における鋼材の上部と上層側の柱構造部における鋼材の下部がボルト接合またはボルト接合と溶接の併用で接合されることを特徴とする。

上記の構成であれば、単位長の鋼管および鋼材を上部に足して柱構造を形成するので、例えば、上記単位長をトラック荷台に対応させた長さとしつつ当該単位長よりも長い柱を施工現場で建てることができる。なお、柱としての軸耐力向上が下層側でのみ必要な場合は、当該下層側の１または複数の単位長の鋼管において上記柱構造部を形成し、これより上層の鋼管においては鋼材の無いコンクリート充填鋼管構造とすることができる。

また、この発明の構築方法は、上記柱構造を構築する構築方法であって、初層となる柱構造部における鋼管内に鋼材を配置し固定した状態を工場で製造して柱構築現場に搬送し、この柱構築現場で上記鋼管内の鋼材の上部と上層側に配置される鋼材の下部とを接合することを特徴とする。

上記の方法であれば、初層となる柱構造部は工場で製造するので、現場製造に比べると設計通りの製造が行い易く、柱の品質向上が図れる。

本発明であれば、コンクリート充填鋼管構造を有する柱構造において、鉄筋を鋼管内に挿入する場合の諸問題を解決できるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る柱構造の概略を示した図であって、同図（Ａ）は横断面図であり、同図（Ｂ）は縦断面図である。 図１の柱構造を柱構造部として上方に連続して設ける工法を示した概略の説明図である。 本発明の他の実施形態に係る柱構造の概略を示した図であって、同図（Ａ）は横断面図であり、同図（Ｂ）は縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る柱構造柱構造の概略を示した図であって、同図（Ａ）は横断面図であり、同図（Ｂ）は縦断面図である。 本発明の他の実施形態に係る柱構造の概略を示した図であって、同図（Ａ）は横断面図であり、同図（Ｂ）は縦断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、この柱構造１００は、コンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ構造）を有したものであり、この実施形態においては、所定の長さの角形鋼管(単位長鋼管)１の全長に渡って当該角形鋼管１内にＨ形鋼２が存在しており、上記Ｈ形鋼２と上記角形鋼管１との間にコンクリート３が充填された構造を有する。

また、例えば、上記角形鋼管１の高さ方向の途中箇所には、梁の接続箇所となる通しタイプのダイヤフラム４が設けられている。このダイヤフラム４の鋼管内の中央部には、上記Ｈ形鋼２を通すための四辺形状の貫通孔４ａが形成されている。この貫通孔４ａの大きさは、上記Ｈ形鋼２のフランジとの間に所定のクリアランスが得られる大きさとなっており、上記Ｈ形鋼２の上記貫通孔４ａの挿入の行い易さおよび位置決めのための変位範囲を考慮して設定されている。また、このクリアランスには、上記コンクリート３(モルタル成分)が存在することができる。

上記角形鋼管１の上部箇所の内側には、鋼管側接合部材１１が溶接により固定されている。この鋼管側接合部材１１は、例えば、板部材からなり、上記角形鋼管１の内側面から。当該内側面に直交する方向に突出している。また、上記鋼管側接合部材１１には、水平方向に複数のボルト挿通孔（ルーズ孔、長孔）が形成されている。なお、上記鋼管側接合部材１１は、施工現場において上記角形鋼管１の内側に固定してもよいが、この実施例では、上記角形鋼管１の工場での製造段階で取り付けている。このように製造段階で取り付ける場合、上記角形鋼管１を横にした状態で上記鋼管側接合部材１１を取り付けることができるので、取り付け作業が容易になる。

また、上記Ｈ形鋼２の上部箇所のフランジには、上記鋼管側接合部材１１の位置に対応する高さ位置に、鋼材側接合部材２１が設けられている。この鋼材側接合部材２１は、上記フランジに当接して接合される当接板部と、この当接板部から突出する突出板部とを備える略Ｔ字形状を有しており、例えば、カットティー（ＣＴ）接合金物からなる。上記当接板部および上記Ｈ形鋼２のフランジには、水平方向に複数のボルト挿通孔が形成されており、これらボルト挿通孔に通されたボルトにナットを螺合させることによって、上記当接板部が上記Ｈ形鋼２のフランジに固定される。そして、上記突出板部にも水平方向に複数のボルト挿通孔（ルーズ孔、長孔）が形成されており、このボルト挿通孔および上記鋼管側接合部材１１のボルト挿通孔に通されたボルトにナットを螺合させることによって、上記鋼管側接合部材１１に上記鋼材側接合部材２１が固定される。また、この固定に際して、上記ボルト挿通孔（ルーズ孔、長孔）により、上記Ｈ形鋼２を上記角形鋼管１の中心に位置させる位置調整（位置決め）を行うことができる。なお、上記鋼材側接合部材２１を上記Ｈ形鋼２の工場での製造段階で固定しておいてもよいが、この実施例では、施工現場で取り付けて固定している。施工現場において上記鋼材側接合部材２１を上記Ｈ形鋼２に後付けするようにすると、上記鋼材側接合部材２１の固定位置に融通がきくため、上記Ｈ形鋼２を上記角形鋼管１の中心に位置させる位置調整作業が行い易くなる。

さらに、上記Ｈ形鋼２には、水平に配置された板状部材からなるスチフナ２２が複数個設けられている。各スチフナ２２は、上記Ｈ形鋼２の対向するフランジの裏面間で当該フランジおよびウェブに溶接により固定されており、上記コンクリート３から上記Ｈ形鋼２に応力伝達を行う応力伝達手段として機能する。また、上記スチフナ２２は、鋼管内の上記ダイヤフラム４から上方向或いは下方向に離間しており、この離間によってコンクリート充填通路を形成している。

また、上記角形鋼管１および上記Ｈ形鋼２の下端箇所は、例えば、地盤側にアンカー固定されるベースプレート５上に溶接等によって固定されている。なお、このベースプレート５には、コンクリート３における水分排出のための貫通孔が形成されていてもよい。また、上記コンクリート３は上記角形鋼管１の下部側から圧入することもできるし、上記角形鋼管１の上端開口から落とし込むこともできる。上記角形鋼管１内に入った流動状態のコンクリートは上記コンクリート充填通路を通って全体に行きわたることになる。

上記構成の柱構造１００であれば、鉄筋ではなく、上記Ｈ形鋼２を上記角形鋼管１内に挿入する構造となるので、鉄筋を用いる構造における施工現場での鉄筋取り回しの困難性等の諸問題を解消することができる。そして、上記Ｈ形鋼２は上記角形鋼管１の全長に渡って存在するので、当該角形鋼管１の全長に渡って柱としての軸耐力向上を図ることができる。

また、上記Ｈ形鋼２に取り付けられた鋼材側接合部材２１が上記角形鋼管１内に取り付けられた鋼管側接合部材１１に接合されて上記Ｈ形鋼２の位置決め固定がなされることで、この位置決め固定が簡単な作業で的確に行えることになる。

また、上記Ｈ形鋼２がスチフナ２２(応力伝達手段)を備えるので、上記コンクリート３から上記Ｈ形鋼２に的確に応力伝達が行える。また、上記スチフナ２２は、パネルゾーンの鋼管内の上記ダイヤフラム４から上下方向に離間しているので、適切にコンクリート充填通路が形成されることになる。

上記の２以上の柱構造１００を柱構造部として上方に連続配置した柱構造とすることができる。例えば、図２に示すように、下側の柱構造１００のＨ形鋼２の上端箇所のウェブおよびフランジには複数のボルト挿通孔が所定配置で形成される。このようなボルト挿通孔を有するＨ形鋼２を内挿した柱構造（コンクリートは未充填の状態）１００の上記Ｈ形鋼２の上側に別のＨ形鋼２の端を突き合わせて接続する。この上側のＨ形鋼２の下端箇所のウェブおよびフランジにも複数のボルト挿通孔が所定配置で形成されており、両所定配置に対応する配置でボルト挿通孔が形成された接合板２３をウェブおよびフランジに当てた状態で、これらボルト挿通孔にボルトを通してナットを螺合させることにより、上記上下に配置した２本のＨ形鋼２が互いに接合される。なお、上記接合板２３を上記２本のＨ形鋼２にさらに溶接してもよいものである。また、上記別のＨ形鋼２の上部には鋼材側接合部材２１は未だ取り付けられていないが、これを取り付けるボルト挿通孔は形成されている。

上記柱構造１００における上記角形鋼管１の対向する２面の各面の上部の外側面には、柱接合部１２が梁８(図１参照)を避けるように当該梁８の両側にそれぞれ突設されている。これら柱接合部１２は、上記角形鋼管１の上端の上方に突出して存在する。この突出部分は、上側に配置する角形鋼管１が上方から吊り上げ状態で降下されるときの当該角形鋼管１に対するガイドとなることができる。

また、上記角形鋼管１の上側に設けられる別の角形鋼管１の対向する２面の各面の下部の外側面には、柱接合部１３が上記柱接合部１２の配置位置に対応した配置で突設されている。そして、上記柱接合部１２および上記柱接合部１３には水平方向にボルト挿通孔が形成されており、これらボルト挿通孔の形成位置に対応する位置にボルト挿通孔を有する略長方形状の連結板１４が上記柱接合部１２および上記柱接合部１３に渡って設けられ、上記ボルト挿通孔にボルトを通してナットを螺合させることにより、上記上下に配置した２本の角形鋼管１が互いに接合される。なお、上記上下に配置した２本の角形鋼管１の当接箇所をさらに溶接してもよいものである。

このように、２以上の柱構造１００を柱構造部として上方に連続配置した柱構造とすると、単位長の鋼管および鋼材を上部に足して柱構造を形成できるので、例えば、上記単位長をトラック荷台に対応させた長さとしつつ当該単位長よりも長い柱を施工現場で建てることができる。ここで、単位長の鋼管および鋼材を上部に何節も足して柱構造を形成する場合、一般に、高い柱強度が求められるのは下層の柱構造である。従って、接合による１本の高い柱において、下層の１節或いは複数節だけが上記柱構造１００とされ、これより上側の柱部分では鋼材の無い柱構造とすることもできる。このような柱構造においても、単位長（節）においては、鋼管の全長に渡って当該鋼管内に鋼材が存在した本発明に係る柱構造となる。

なお、上記の例では、上層となるＨ形鋼２を下層のＨ形鋼２の上に接合した後に、上層となる角形鋼管１を当該角形鋼管１内にＨ形鋼２を通すように上から配置し、このように配置した上層となる角形鋼管１を下層の角形鋼管１の上に接合している。このような手順に限らず、先に上層となる角形鋼管１を配置し、その後に上層となるＨ形鋼２を上記角形鋼管１内に通して取り付ける手順を採用することもできる。この場合には、例えば、上層の角形鋼管１の下部側に作業用の開口を形成しておいて、この開口を用いて後から挿入されたＨ形鋼２を先に設けた上記Ｈ形鋼２に接合し、その後に、上記開口を塞ぐ工法とすることもできる。

また、初層となる柱構造（コンクリートは未充填）１００を、施工現場で製造する工法を採用できる。例えば、施工現場において、上記ベースプレート５上に上記Ｈ形鋼２を鉛直に建てて、上記角形鋼管１の中に上記のＨ形鋼２が通るように上記角形鋼管１を上から挿入して建て方を行う。また、この逆に、上記ベースプレート５上に上記角形鋼管１を鉛直に建てて、この建てた角形鋼管１の中にＨ形鋼２が通るように当該Ｈ形鋼２を上から挿入することも可能である。この場合も、例えば、上記角形鋼管１の下部側に作業用の開口を形成しておいて、この開口を用いて後から挿入されたＨ形鋼２を上記ベースプレート５に接合することができる。

一方、上記柱構造（コンクリートは未充填）１００を工場で製造することもできる。すなわち、初層となる柱構造部における上記角形鋼管１内にＨ形鋼２を配置し固定した状態を工場で製造して柱構築現場に搬送し、この柱構築現場で上記角形鋼管１内のＨ形鋼２の上部とその上層側に配置されるＨ形鋼２の下部、並びに、上記角形鋼管１とその上層側に設けられる角形鋼管１とを接合するようにしてもよい。このような方法であれば、初層となる柱構造部は工場で製造するので、現場製造に比べると設計通りの製造が行い易く、柱の品質向上が図れる。

また、上記の例では、上記Ｈ形鋼２が応力伝達手段としてスチフナ２２を備えたが、これに限らず、応力伝達手段として以下のものを用いることもできる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示す構造においては、応力伝達手段として上記Ｈ形鋼２のウェブに形成されたウェブ開口６Ａを備えている。このウェブ開口６Ａには、コンクリート３が入り込むので、孔あき鋼板ジベルと同様の鋼コンクリート合成効果を発揮しうる。なお、上記Ｈ形鋼２のフランジにも単独で或いは上記ウェブ開口６Ａとの併用でフランジ開口を形成するようにしてもよい。また、このような開口と上記スチフナ２２を併存させてもよいものである。また、このような開口の周囲を補強する補強板を設けておくようにしてもよいものである。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す構造においては、応力伝達手段として上記Ｈ形鋼２のウェブおよびフランジに頭付きスタッド６Ｂを備える。なお、上記頭付きスタッド６Ｂは、上記Ｈ形鋼２のウェブとフランジで囲まれた範囲に設けられており、上記Ｈ形鋼２が上記角形鋼管１に挿入されるときに鋼管内の上記ダイヤフラム４と干渉しないようにしている。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す構造においては、応力伝達手段として上記Ｈ形鋼２のフランジ間に渡るように組まれたラチス６Ｃを備える。例えば、上記フランジの端側には、長尺のＬ字アングルの一方の面部がその長手方向を鉛直方向に向けて溶接或いはビス留め等によって固定されている。そして、Ｌ字アングルの他方の面部を上記フランジの端において当該フランジに直交状態に位置させ、この他方の面部に上記ラチス６Ｃが溶接或いはビス留め等によって固定されている。この場合も、上記Ｈ形鋼２が上記角形鋼管１に挿入されるときに鋼管内の上記ダイヤフラム４と干渉しないように上記ラチス６Ｃを設ける。なお、上記ラチス６Ｃに限らず、格子板を設けることもできる。また、このようなラチスや格子板を設ける組立柱とする場合には、鋼材として、溝形鋼、山形鋼、Ｔ形鋼等を用いることができる。また、組立柱とする場合には、Ｈ形鋼のような弱軸方向が生じ難い構造とすることもできる。

また、上記のスチフナ２２、ウェブ開口６Ａ、頭付きスタッド６Ｂを用いる場合においても、鋼材はＨ形鋼に限らず、弱軸方向の無い十字Ｈ形鋼等を用いることができる。ただし、閉断面を有する鋼材は用いないのが望ましい。また、複数本の鋼材を隣り合わせに立てて多大に接合させた構造とすることもできる。この場合、断面が長方形状となる角形鋼管を用いてもよい。また、このように長方形状の角形鋼管を用い、鋼材としてＨ形鋼を用いる場合、Ｈ形鋼の強軸方向を角形鋼管の長方形状の短辺方向に平行となるようにしてもよい。また、鋼管は角形鋼管に限らず、丸形鋼管であってもよい。また、応力伝達手段としては、上記の例示のもの以外のものも用いることができる。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

１ ：角形鋼管（鋼管）
２ ：Ｈ形鋼（鋼材）
３ ：コンクリート
４ ：ダイヤフラム
４ａ ：貫通孔
５ ：ベースプレート
６Ａ ：ウェブ開口（応力伝達手段）
６Ｂ ：頭付きスタッド（応力伝達手段）
６Ｃ ：ラチス（応力伝達手段）
１１ ：鋼管側接合部材
１２ ：柱接合部
１３ ：柱接合部
１４ ：連結板
２１ ：鋼材側接合部材
２２ ：スチフナ（応力伝達手段）
２３ ：接合板
１００ ：柱構造

Claims (7)

1. コンクリート充填鋼管構造を有する柱構造であって、鋼管の全長に渡って当該鋼管内に鋼材が存在しており、上記鋼材と上記鋼管との間にコンクリートが充填されており、
   上記鋼材に取り付けられた鋼材側接合部材が上記鋼管内に取り付けられた鋼管側接合部材に接合されて上記鋼材と上記鋼管との位置決め固定がなされることを特徴とする柱構造。
2. 請求項１に記載の柱構造において、上記鋼材と上記鋼管との位置決め固定は、ボルト接合されることを特徴とする柱構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の柱構造において、上記鋼管の中央部に上記鋼材とのクリアランスを得るための貫通孔が設けられ、当該クリアランスには、コンクリートが充填されることを特徴とする柱構造。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の柱構造において、上記鋼材は、上記コンクリートから上記鋼材に応力伝達を行う応力伝達手段を備えることを特徴とする柱構造。
5. 請求項４に記載の柱構造において、上記応力伝達手段としてスチフナが設けられており、このスチフナは、鋼管内のダイヤフラムから離間することでコンクリート充填通路を形成していることを特徴とする柱構造。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の２以上の柱構造を柱構造部として上方に連続配置した柱構造であって、下層側の柱構造部における鋼材の上部と上層側の柱構造部における鋼材の下部がボルト接合またはボルト接合と溶接の併用で接合されることを特徴とする柱構造。
7. 請求項６に記載の柱構造を構築する構築方法であって、初層となる柱構造部における鋼管内に鋼材を配置し固定した状態を工場で製造して柱構築現場に搬送し、この柱構築現場で上記鋼管内の鋼材の上部と上層側に配置される鋼材の下部とを接合することを特徴とする構築方法。

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