(57)【要約】【課題】柱が変形（応力）を繰り返し受けた場合であっても、かぶりコンクリートを拘束することができ、大地震の発生時にも耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能な柱部材の提供。【解決手段】本発明のコンクリート充填円形鋼管柱１は、円形鋼管１０と、該円形鋼管１０に内蔵された複数の鉄筋２０，３０と、前記円形鋼管１０の端部に設けられた円形金具５０と、を有し、複数の前記鉄筋２０，３０の少なくとも一部は、Ｘ形に配筋されており、前記円形鋼管１０の内部にコンクリート４０が打設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形鋼管と、
該円形鋼管に内蔵された複数の鉄筋と、
前記円形鋼管の端部に設けられた円形金具と、を有し、
複数の前記鉄筋の少なくとも一部は、Ｘ形に配筋されており、
前記円形鋼管の内部にコンクリートが打設されていることを特徴とするコンクリート充填円形鋼管柱。
【請求項２】
複数の前記鉄筋は、５０％以上１００％以下がＸ形に配筋されており、０％以上５０％以下が前記円形鋼管の延在方向と略平行に配筋されていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填円形鋼管柱。
【請求項３】
Ｘ形に配筋された複数の前記鉄筋は、降伏点が５９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ２の高強度鉄筋であり、
前記円形鋼管の延在方向と略平行に配筋された複数の前記鉄筋は、降伏点が２９５〜４９０Ｎ／ｍｍ２の普通強度鉄筋であることを特徴とする請求項２に記載のコンクリート充填円形鋼管柱。
【請求項４】
Ｘ形に配筋された複数の前記鉄筋は、棒状の母材の端部側に、前記母材の周りに前記母材と同じ材料で前記母材の径より１．５倍以上大きい突形状の瘤を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載のコンクリート充填円形鋼管柱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンクリート充填円形鋼管柱に関し、特にＸ形に配筋された鉄筋を有するコンクリート充填円形鋼管柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＲＣ構造に使用される柱や梁部分は、鉄筋とコンクリートとの一体化を図るものであるが、鉄筋の防錆を目的としてかぶりコンクリート部分（規定では４０ｍｍ）を必要とする。鉄筋及びコンクリートは共に材料強度の高強度化が図られ、超高層構造物に採用されているが、建物などの構造物が高層化すると、その耐震性が要求される。ＲＣ構造の短所として、大地震時に繰り返し変形（応力）を受けることにより、かぶりコンクリートの部分が剥離する現象が生じることがある。
【０００３】
柱軸力は、かぶりコンクリート部分が健全であるとして、柱断面積評価で応力判定して設計されている。大地震が発生し、変形（応力）を受ける繰り返し回数が増すと、かぶりコンクリートが剥落してしまう。かぶりコンクリートが剥落した場合、建物は、崩壊を回避できたとしても、補修しても再使用が困難な状態となってしまう。
【０００４】
一方、角形鋼管や円形鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ：Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｆｉｌｌｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｔｕｂｅの略とも言う）は、圧縮力に強いが、引張り力に弱いコンクリートの特徴と、引張り力に強いが、圧縮力により座屈する鋼管の特徴を組み合わせることによって、それぞれの欠点を解消したものである。
【０００５】
特許文献１には、円形の鋼管と、鋼管内に配筋された柱主筋と、鋼管内に取り付けられたリング状孔開き鋼板を備えたコンクリート充填円形鋼管柱が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１８８８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大地震が発生して、柱が変形（応力）を繰り返し受けた場合であっても、かぶりコンクリートを健全に維持することができれば、建物の崩壊を避けることができるだけではなく、ある程度の補修を行うことで、建物を再使用することが可能となる。特に、建物の最下層部分や下層階部分の柱の耐震性の向上は、建物全体の耐震性向上に寄与することになるため、現行のＲＣ造柱部材の耐震性向上が求められている。
【０００８】
本発明の目的は、柱が変形（応力）を繰り返し受けた場合であっても、かぶりコンクリートを拘束することができ、大地震の発生時にも耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能な柱部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題は、本発明のコンクリート充填円形鋼管柱によれば、円形鋼管と、該円形鋼管に内蔵された複数の鉄筋と、前記円形鋼管の端部に設けられた円形金具と、を有し、複数の前記鉄筋の少なくとも一部は、Ｘ形に配筋されており、前記円形鋼管の内部にコンクリートが打設されていること、により解決される。
【００１０】
このようなコンクリート充填円形鋼管柱では、鉄筋がＸ形に配筋されていることで、曲げに対しては、鉄筋の垂直方向成分が負担し、せん断に対しては鉄筋の水平方向成分が分担されるため、せん断筋が不要となる。また、コンクリートは、かぶりコンクリートを含めた全体が円形鋼管に拘束されているため、コンクリートは、調合強度をはるかに上回る強度を発揮するとともに、格段に柱軸耐力を大きくすることができる。したがって、柱部材が、変形（応力）を繰り返し受けた場合であっても、かぶりコンクリートを拘束することができ、大地震の発生時にも耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能となる。
【００１１】
このとき、複数の前記鉄筋は、５０％以上１００％以下がＸ形に配筋されており、０％以上５０％以下が前記円形鋼管の延在方向と略平行に配筋されていると好適である。
このように、適切な割合でＸ形配筋と平行配筋を備えることで、曲げ及びせん断に対する耐力を向上させることが可能となる。
【００１２】
このとき、Ｘ形に配筋された複数の前記鉄筋は、降伏点が５９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ２の高強度鉄筋であり、前記円形鋼管の延在方向と略平行に配筋された複数の前記鉄筋は、降伏点が２９５〜４９０Ｎ／ｍｍ２の普通強度鉄筋であると好適である。
このように、主筋にＸ形配筋と平行配筋を併用することで、主筋に降伏点が５９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ２の高強度鉄筋を使用することが可能となる。
【００１３】
このとき、Ｘ形に配筋された複数の前記鉄筋は、棒状の母材の端部側に、前記母材の周りに前記母材と同じ材料で前記母材の径より１．５倍以上大きい突形状の瘤を備えていると好適である。
このように、Ｘ形配筋が瘤を備えていることで、柱と梁の接合部における、主筋の定着長さを短くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコンクリート充填円形鋼管柱によれば、変形（応力）を繰り返し受けた場合であっても、かぶりコンクリートを拘束することができ、大地震の発生時にも耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンクリート充填円形鋼管柱を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコンクリート充填円形鋼管柱の内部構造を説明するための模式的断面図である。
【図３Ａ】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図３Ｂ】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る円形金物を示す斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る円形金物の上面図である。
【図４Ｃ】図４ＢのＣ−Ｃ断面図である。
【図５】変形例に係るコンクリート充填円形鋼管柱を示す模式的断面図である。
【図６】変形例に係るコンクリート充填円形鋼管柱を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態（以下、本実施形態）を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００１７】
本実施形態に係るコンクリート充填円形鋼管柱（柱部材）は、変形（応力）が生じた場合であっても、かぶりコンクリートを拘束することができる構造であり、大地震の発生時にも耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能な柱部材である。
【００１８】
（コンクリート充填円形鋼管柱１）
本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１は、図１乃至図３に示すように、円形鋼管１０と、円形鋼管１０に内蔵された複数の鉄筋（高強度鉄筋２０及び普通強度鉄筋３０）と、円形鋼管１０の内部に打設されたコンクリート４０と、円形鋼管１０の端部に設けられた円形金物５０と、を主構成要素として備えている。図１及び図２には、矢印にて円形鋼管１０の上下方向（長手方向、延在方向）及び幅方向を図示している。
【００１９】
（円形鋼管１０）
円形鋼管１０は、長手方向に延在する鋼管であり、内部に打設されるコンクリート４０を拘束する役割を果たす。円形鋼管１０は、長手方向の一端部である第１端部１１と、該第１端部１１とは反対側の第２端部１２と、を備えている。
【００２０】
本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１は、周長方向の力に対して抵抗が可能な円形鋼管１０を用いているが、その理由は、角形鋼管を用いた場合、辺の膨らみを伴うため好ましくないことに起因する。
【００２１】
コンクリート充填円形鋼管柱１と、類似の技術として、ＣＦＴ構造柱があるが、ＣＦＴ構造柱は、軸力と曲げモーメントの両方を受ける構造形式である。本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１の円形鋼管１０は、円形鋼管１０自身が軸力や曲げモーメントを負担するものではなく、内部に打設されたコンクリート４０の拘束のみを行う役割を果たしている。
【００２２】
（高強度鉄筋２０及び普通強度鉄筋３０）
本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１は、その内部空間に鉄筋として、主筋としての高強度鉄筋２０及び普通強度鉄筋３０を内蔵している。図１乃至図３に示すように、高強度鉄筋２０はＸ形に配筋されており、普通強度鉄筋３０は、円形鋼管１０の延在方向（長手方向）に対して略平行に配筋されている。図２及び図３に示すように、高強度鉄筋２０は、棒状の母材２２の端部側に、母材２２の周りに母材２２と同じ材料で母材の径より１．５倍以上大きい突形状の瘤２４を備えている。
【００２３】
ここで、Ｘ形に配筋された高強度鉄筋２０と、平行に配筋された普通強度鉄筋３０の割合は、Ｘ形に配筋された高強度鉄筋２０が５０％以上１００％以下であり、平行に配筋された普通強度鉄筋３０が０％以上５０％以下であると、好ましい。
【００２４】
高強度鉄筋２０は、普通強度鉄筋３０よりも強度が高い鉄筋であり、例えば、降伏点が５９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ２の高強度鉄筋である。普通強度鉄筋３０は、高強度鉄筋２０よりも強度が低い鉄筋であり、例えば、降伏点が２９５〜４９０Ｎ／ｍｍ２の普通強度鉄筋（例えば、ＳＤ２９５〜ＳＤ４９０）である。
【００２５】
本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１では、主筋にＸ形配筋（コンクリートとの付着を必要としない）を併用している。従来のＲＣ造柱では、鉄筋とコンクリートの付着の関係から、主筋の降伏強度は４９０Ｎ／ｍｍ２以下とする必要があった。本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１では、主筋としての高強度鉄筋２０をＸ形に配筋することで、主筋に降伏点が５９０〜１２７５Ｎ／ｍｍ２の高強度鉄筋、例えば、ＭＫ７８５を使用することが可能となっている。
【００２６】
主筋である高強度鉄筋２０がＸ形に配筋されていることで、コンクリート充填円形鋼管柱１の軸方向線に対して、垂直方向応力と水平方向応力に分割して評価することが可能である。曲げに対しては、高強度鉄筋２０の垂直方向成分が負担し、せん断に対しては高強度鉄筋２０の水平方向成分が分担するため、せん断筋が不要となる。また、主筋が破断する時は、曲げとせん断が同時に終局を迎えることになる。主筋の曲げの終局とせん断の終局が同時に発生することになり、理想の形であると言える。
【００２７】
（コンクリート４０）
図２及び図３に示すように、円形鋼管１０の内部には、コンクリート４０が打設されている。コンクリート４０は、かぶりコンクリート４２を含めた全体が円形鋼管１０に拘束されている。コンクリート４０が円形鋼管１０により拘束されるため、円形鋼管１０内のコンクリートは、調合強度をはるかに上回る強度を発揮する（換言すると、円形鋼管１０で拘束することでコンクリートの強度が高くなる）ので、軸力に対しても断面を小さくすることが可能となる。また、コンクリート充填円形鋼管柱１は、かぶりコンクリート４２が円形鋼管１０によって保持されるため、格段に柱軸耐力を大きくすることができる。
【００２８】
（円形金物５０）
本実施形態のコンクリート充填円形鋼管柱１では、柱頭及び柱脚の強度が高くなっているので、コンクリート充填円形鋼管柱１の上下方向の端部に存在する梁Ｈとの接合部におけるコンクリートの補強を行う。具体的には、コンクリート充填円形鋼管柱１の端部が、梁Ｈとの接合部にめり込むことを防ぐため、円形金物５０を用いて補強を行う。
【００２９】
円形金物５０は、図４Ａ乃至図４Ｃに示すように、円形鋼管１０の端部（第１端部１１や第２端部１２）に接して配置されるリング部材５２と、該リング部材５２から略垂直に突出する支柱５４と、該支柱５４の先端に形成された係合部５６と、を備えている。
【００３０】
本実施形態に係るコンクリート充填円形鋼管柱１（柱部材）は、円形鋼管１０によってかぶりコンクリート４２が保持されているとともに、コンクリート４０全体が拘束されている。したがって、コンクリート充填円形鋼管柱１が変形（応力）を繰り返し受けた場合であっても、かぶりコンクリート４２を拘束することができ、大地震の発生時にも耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能である。
【００３１】
＜変形例＞
以上までに本発明のコンクリート充填円形鋼管柱に関して、その構成及び利用方法についての一実施形態を例に挙げて説明してきたが、上述の実施形態は、あくまでも一例に過ぎず、他の例も考えられる。
【００３２】
例えば、高強度鉄筋２０として瘤２４が形成されたものを用いたが、接合部に埋め込まれる主筋の端部に、瘤の代わりに定着金物を使用することも可能である。また、ネジ鉄筋を用いる場合には、主筋の端部に複数のナットを定着させたり、ナットを利用した定着平板を使用したりして、定着長さを調整することも可能である。また、普通形状（異形）鉄筋の場合は、定着節を複数設置して定着長さを調整してもよい。
【００３３】
図５は、変形例に係るコンクリート充填円形鋼管柱を示す模式的断面図である。図５に示すように、高強度鉄筋２０の母材２２が、その両端部において普通強度鉄筋３０に対して略平行（換言すると、円形鋼管１０の延在方向（長手方向）と略平行）になるように折り曲げられていても良い。
【００３４】
このとき、図６に示すように、折り曲げられた高強度鉄筋２０の母材２２の端部が、普通強度鉄筋３０の端部よりも長くなるように構成されていても良い。図２、図５及び図６に示す例では、母材２２の両端部にそれぞれ瘤２４が２つづつ設けられているが、母材２２の両端部にそれぞれ瘤２４を３つ以上設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のコンクリート充填円形鋼管柱１は、その断面を小さくしても、大地震の発生時に耐力を保持したまま、靱性を維持することが可能であるため、高層ＲＣ建物の低層の柱や、ピロティ柱、ソフト・ファースト・ストーリー構造用のソフト・ストーリー階の柱として利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  コンクリート充填円形鋼管柱
１０  円形鋼管
１１  第１端部
１２  第２端部
２０  高強度鉄筋（Ｘ形配筋、鉄筋）
２２  母材
２４  瘤
３０  普通強度鉄筋（平行配筋、鉄筋）
４０  コンクリート
４２  かぶりコンクリート
５０  円形金物
５２  リング部材
５４  支柱
５６  係合部
Ｈ  梁
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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