JPH05280147A - 鋼管コンクリート部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 鋼管内部にコンクリートが充填され、かつ該
鋼管の外周に耐火被覆材が被覆された鋼管コンクリート
部材である。そして、前記コンクリートが遠心成形法に
より鋼管内部にプレキャスト状態で充填されている。ま
た、鋼管の外周には薄肉の耐火被覆材が被覆されてい
る。 【効果】 耐火被覆材が薄肉で被覆されていても鋼管の
温度上昇を遠心成形法で充填されているコンクリートが
その温度上昇を抑制することができるため、耐火性能を
大幅に向上させた柱材を提供することができる。また、
耐火被覆材の材料コスト及び被覆作業の低減化を図るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高層建築構造物の柱材
として使用される鋼管コンクリート部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建築構造物に使用される柱材
は、火災時における耐火性能が高められるように、以下
に示す基準に達していなければならない。すなわち、建
築基準法施工令１０７条においては、 最上階及び最上階から数えた階数が２以上で４以内
の階を有する建築物に使用される柱材は、火災時の加熱
に対して１時間以上耐える耐火性能を有する 最上階及び最上階から数えた階数が５以上で１４以
内の階を有する建築物に使用される柱材は、火災時の加
熱に対して２時間以上耐える耐火性能を有する 最上階及び最上階から数えた階数が１５以上の階を
有する建築物に使用される柱材は、火災時の加熱に対し
て３時間以上耐える耐火性能を有していなければならな
いと定められている。

【０００３】ところで、従来より鉄骨造りに使用される
柱材としては、丸綱、角綱、Ｈ鋼等の鋼材が知られてい
る。これら鋼材を上述したの耐火基準に達するよ
うに耐火性能を向上させた構造とするには、通常、鋼材
の外周に耐火被覆材を被覆している。したがって、耐火
被覆材は、の基準の順で肉厚の極めて厚いものが
鋼材の外周に被覆されているのが現状であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、肉厚の
厚い耐火被覆材が被覆された従来の柱材は、耐火試験を
行なうと、火止め後（所定時間の耐火時間後）も鋼材の
温度がさらに上昇してしまい、変形、破壊、脱落、ひび
割れ等の劣化が生ずるおそれがあった。また、高層構造
物になるにつれて肉厚の厚い耐火被覆材を鋼材の外周に
被覆しなければならないので、材料コスト及び被覆作業
の面で問題があった。本発明は、上記課題を解決するこ
とを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼管コンク
リート部材は、鋼管内部にコンクリートが充填され、か
つ該鋼管の外周に耐火被覆材が被覆された耐火用柱材で
あって、コンクリートが遠心成形法により鋼管内部にプ
レキャスト状態で充填されているとともに、鋼管の外周
には薄肉の耐火被覆材が被覆されてなることを特徴とす
るものである。

【０００６】本発明者等は鋭意研究の結果、丸型若しく
は角型の鋼管内部へ遠心成形法により成形したコンクリ
ートを充填することにより、鋼管の耐火性能の向上が図
れるとの知見を得た。また、鋼管の耐火性能を向上させ
ることにより、鋼管の外周に被覆する耐火被覆材の肉厚
を薄くすることができた。

【０００７】

【作用】本発明に係る鋼管コンクリート部材によれば、
遠心成形法によりプレキャスト状態で鋼管内部に充填さ
れているコンクリートが、組織が緻密、かつ空隙が少な
い組織となり熱伝導率が大きなものとされているととも
に、そのコンクリートが鋼管内面への付着面積を大きく
して充填されているので、単位面積当たりの鋼管からの
熱の移動速度が増加し、鋼管が温度上昇してもコンクリ
ートがその温度上昇を抑制する。

【０００８】また、鋼管の温度上昇が内部に充填された
遠心成形法によるコンクリートにより抑制されることに
より、建設省告示第２９９９号の合格基準に達した部材
であっても、耐火被覆材の厚さを極めて薄いものとする
ことができる。さらには、肉厚の薄い耐火被覆材が鋼管
の外周に被覆されているため、材料コスト及び被覆作業
の低減化を図ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の鋼管コンクリート部材の実施
例について、図及び表を使用して説明する。

【００１０】本実施例の鋼管コンクリート部材の基本構
成は、角型の鋼管内部にコンクリート充填されているも
のである。この鋼管コンクリート部材は、構造物の荷重
による軸方向に作用する圧縮力を圧縮耐力の強い鋼管内
部のコンクリート２で受け持つと共に、コンクリートの
圧縮に伴う径方向の膨張を鋼管の持つコンファインド効
果（周方向の締め付け応力）で抑制することで、鋼管の
肉厚が薄くされても軸方向の強度が高められるものであ
る。

【００１１】そして、本発明の鋼管コンクリート部材の
特徴は、図１及び図２に示すように、コンクリート２
が、プレキャスト状態で遠心成形法により鋼管１内部に
密に充填されている（以下コンクリート２を遠心コンク
リート２と称する。）とともに、耐火被覆材３が、８.
０mm〜２０.０mm程の極めて薄い肉厚で鋼管１の外周に
被覆されているものである。

【００１２】前記遠心コンクリート２は、周知の遠心力
鉄筋コンクリート抗を製造するのに用いられる遠心分離
器により鋼管の内部に充填する方法が考えられる。つま
り、この周知の遠心分離器は、これに備えられたローラ
等で鋼管１を水平方向に支持したままこのローラ等を回
転させることで鋼管１を軸Ｐ回りに高速回転させるもの
である。

【００１３】すなわち、図示しないが円板状の部材の中
心に、鋼管１の外形と同径又はやや大形とされた矩形の
挿入孔を設け、この挿入孔に鋼管１を挿通した状態で円
板状部材を前記ローラ等で支持する。そして、鋼管１の
内部に所定量のコンクリートを充填し、円板状部材を介
して遠心分離器により鋼管１を高速回転させる。

【００１４】これにより、鋼管１内部のコンクリート
は、鋼管１の内壁１ａへのコンクリートの付着面積が高
められ、かつコンクリート密度が十分に高められた状態
で鋼管１内面側に略均等な厚さで充填される。そして、
形成された遠心コンクリート２は、軸上に貫通孔４を有
して鋼管内部に充填された構造となる。

【００１５】また、鋼管１の外周に被覆される耐火被覆
材３としては、水酸化アルミニウム・セメント系の耐熱
被覆材、若しくは、湿式吹付けロックウール系の耐火被
覆材が使用されている。これら耐火被覆材３の具体的材
料として、水酸化アルミニウム・セメント系の耐火被覆
材としては、アサノＦガード（日本セメント株式会社
製）が使用されている。また、湿式吹付けロックウール
系の耐火被覆材としては、アサノスプレーコートウエッ
ト（日本セメント株式会社製）が使用されている。

【００１６】次に、本実施例の遠心成形法によりコンク
リートが充填された鋼管コンクリート部材（コンクリー
トの充填方法を遠心コンクリートと略称する。）の耐火
性能について、従来の流し込み成形法によりコンクリー
トが充填された鋼管コンクリート部材（コンクリートの
充填方法を流し込みコンクリートと略称する。）との試
験結果を比較しながら説明する。

【００１７】なお、本試験は、建設省告示第２９９９号
の耐火性能試験に基づいて加熱試験及び衝撃試験を行な
うものである。すなわち、加熱試験は、鋼管コンクリー
ト部材（試験体）を４面加熱耐火試験炉内にセットし、
前述したの各耐火時間において、 （ａ） 鋼管の平均温度が３５０℃を越えないこと （ｂ） 鋼管の最高温度が４５０℃を越えないこと （ｃ） 加熱中耐火上、有害な変形、破壊、脱落等が生
じないこと を合格基準とした。また、衝撃試験は、の耐火時間に
おいては、加熱終了後の試験体の表面に、重量５Kgのな
す型重錘を１ｍの高さから落下させて耐火被覆材の全厚
の剥離の有無で判断した。また、の耐火時間におい
ては、加熱終了後の試験体の表面に、重量１０Kgのなす
型重錘を１ｍの高さから落下させて耐火被覆材の全厚の
剥離の有無で判断した。また、試験体は、角型鋼管４０
０mm×４００mm×１２mm、高さ２mのものを使用した。
また、試験体の種類は、表１に示す鋼管コンクリート部
材で行なった。

【００１８】さらに、表１の流し込み成形による試験体
は、鋼管内部に流動添加剤を添加しながらコンクリート
を流し込み、かつ流し込んだコンクリートをバイブレー
タ、突棒等を用いて締固めて充填したものである。

【表１】 先ず、加熱試験の結果を、表２に示す。

【表２】 表２に示した加熱試験の結果、いずれの試験体も加熱
中、耐火性能に有害な変形、破壊、脱落、ひび割れ等の
劣化は認められなかった。また、上記加熱試験の後に行
なわれた衝撃試験の結果、いずれの試験体も衝撃部に直
径６０〜８０mm、深さ８〜１４mmの凹痕を生じたがその
他の変化はなく、合格基準を満足した。

【００１９】次に、表１の試験結果から得られた試験体
の鋼管平均温度曲線の一例を、表３に示す。ここで、こ
の試験体は、鋼管内部に充填されたコンクリートが遠心
コンクリートであり、耐火被覆材はアサノＦガードであ
り、耐火時間は２時間であった。

【表３】 この表から、 （１）耐火被覆材の肉厚が薄くても鋼管の温度上昇曲線
が緩やかである （２）火止め後の鋼管の温度（加熱時間１２０分以後の
鋼管温度）の上昇がほとんどない （３）１００℃までの横這い領域がほとんどなく温度上
昇が緩やかになっているという（１）（２）（３）の結
果が得られた。 これにより、前記（１）、（２）の結果から、鋼管内部
にコンクリートが充填されているので、そのコンクリー
トの大きな熱容量により鋼管の温度上昇が抑制されると
いうことを推定した。従って、肉厚の厚い耐火被覆材を
外周に被覆した従来の柱材と比較しても、鋼管内部にコ
ンクリートが充填されたものの方が耐火性能が高くな
る。

【００２０】次に、充填方法の異なるコンクリートの熱
容量の変化と耐火性能との関係を調べるため、表２の加
熱試験結果を元に、遠心コンクリートと流し込みコンク
リートとの耐火性能の差を表４に示した。

【表４】 また、遠心コンクリートと流し込みコンクリートの鋼管
内部の熱容量を、コンクリートの一般的な比熱（０.８K
J／Kg・K））を基にして調べると、遠心成形法によるコ
ンクリート柱の高さ１m当たりの熱容量が略２０８KJ／K
・mという計算値を得、流し込み成形法によるコンクリ
ート柱の高さ１m当たりの熱容量が略２６８KJ／K・mと
いう計算値を得た。これにより、表４の結果と、遠心成
形コンクリート及び流し込み成形コンクリートとの熱容
量により、遠心コンクリートが充填された鋼管の方が、
熱容量が小さいのにも関わらず鋼管温度が低くなり、耐
火性能が優れることが判別された。

【００２１】ここで、遠心成形コンクリートが充填され
た鋼管の方が熱容量が小さいのにも関わらず鋼管温度が
低くなるという要因を調べるために、遠心及び流し込み
コンクリートの鋼管付着表面における熱伝導率を、迅速
（ＱＴＭ法）により測定した。表５はその結果である。

【表５】 この表で明らかなように、遠心コンクリートは、流し込
みコンクリートに比べて約２倍の熱伝導率を示すことが
判別された。また、遠心及び流し込みコンクリートの鋼
管付着表面の状況を外見観察で比較してみると、遠心コ
ンクリートの方が、流し込みコンクリートに比べて表面
気泡（空隙）が少なく組織が緻密であることが判別でき
た。

【００２２】以上の結果から、遠心コンクリートの組織
が緻密、かつ空隙が少ない組織となり熱伝導率が大きく
なり、流し込みコンクリートと比較して単位面積当たり
の鋼管からの熱の移動速度が増加するので、鋼管が温度
上昇しても遠心コンクリートが鋼材の温度上昇を抑制す
ることできるということが判明した。

【００２３】また、遠心コンクリートが鋼管内面への付
着面積を大きくして充填され、それにより流し込みコン
クリートより単位面積当たりの鋼管からの熱の移動速度
が増加するので、鋼材が温度上昇しても遠心コンクリー
トがその温度上昇を抑制することができることが判明し
た。

【００２４】次に、遠心コンクリートを充填した鋼管に
被覆された耐火被覆材の被覆厚さと、鋼管平均温度との
関係を図３に示す。この図から判断できるように、鋼管
の温度上昇が遠心コンクリートにより抑制されているの
で、鋼管平均温度３５０℃の合格基準に達するために
も、耐火被覆材の厚さが８.０mm〜２０mmの範囲の極め
て薄いものでよいことが判明した。さらに、表３による
（３）に示した１００℃までの横這い領域がほとんどな
く温度上昇が緩やかになっているという結果の要因が、
耐火被覆材の肉厚が薄いため含水量が少なくなり、ま
た、遠心コンクリートの高い熱伝導率により１００℃ま
での昇温速度も遅くなるためであるということが判明し
た。また、肉厚の薄い耐火被覆材でよいため、材料コス
ト及び被覆作業の低減化を図ることができる。

【００２５】以上、述べたことから容易に理解できるよ
うに、本実施例の鋼管コンクリート部材によれば、遠心
コンクリート２が鋼管１内面への付着面積を大きくして
充填され、かつ遠心コンクリート２の組織が緻密、かつ
空隙が少ない組織となり熱伝導率が大きくされ、それに
より流し込みコンクリートより単位面積当たりの鋼管１
からの熱の移動速度が増加するので、鋼管１が温度上昇
しても遠心コンクリート２がその温度上昇を抑制するこ
とができる。従って、耐火性能の極めて高い鋼管コンク
リート部材を得ることができる。

【００２６】また、鋼管１の温度上昇が内部に充填され
た遠心コンクリート２により抑制されることにより、建
設省告示第２９９９号の合格基準に達した部材であって
も、耐火被覆材の厚さが８.０mm〜２０mmの範囲の極め
て薄いものとすることができる。さらには、肉厚の薄い
耐火被覆材３が鋼管の外周に被覆されているので、材料
コスト及び被覆作業の低減化を図ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋼管コン
クリート部材によれば、遠心成形法によりプレキャスト
状態で密に鋼管内部に充填されているコンクリートが、
組織が緻密、かつ空隙が少ない組織となり熱伝導率が大
きなものとされているとともに、そのコンクリートが鋼
管内面への付着面積を大きくして充填されているため、
単位面積当たりの鋼管からの熱の移動速度が増加し、鋼
管が温度上昇してもコンクリートがその温度上昇を抑制
することができる。従って、耐火性能を大幅に向上させ
た柱材を提供することができる。

【００２８】また、鋼管の温度上昇が内部に充填された
遠心コンクリート２により抑制されることにより、建設
省告示第２９９９号の合格基準に達した部材であって
も、耐火被覆材の厚さを極めて薄いものとすることがで
きる。さらには、コンクリートが遠心成形法によりプレ
キャスト状態で充填されて軸方向の強度が高められるこ
とにより鋼管自体の薄肉化が図られ、さらには肉厚の薄
い耐火被覆材が鋼管の外周に被覆されているため、材料
コスト及び被覆作業の低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼管コンクリート部材を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の鋼管コンクリート部材が使用された柱
材を示す斜視図である。

【図３】遠心成形法によりにコンクリートが充填された
鋼管の外周に被覆された耐火被覆材の被覆厚さと鋼管の
平均温度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 鋼管 １ａ 鋼管の内面 ２ 遠心成形法によるコンクリート ３ 耐火被覆材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼管内部にコンクリートが充填され、か
   つ該鋼管の外周に耐火被覆材が被覆された鋼管コンクリ
   ート部材であって、 前記コンクリートが遠心成形法により前記鋼管内部にプ
   レキャスト状態で充填されているとともに、鋼管の外周
   には薄肉の耐火被覆材が被覆されていることを特徴とす
   る鋼管コンクリート部材。