(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管内にコンクリートが充填された鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、
前記鋼管コンクリート柱のうちの前記鉄骨梁との非接合部には前記鋼管の内面にリブが有り、前記鋼管コンクリート柱と前記鉄骨梁との接合部には前記鋼管の内面にリブが無く、且つ、前記接合部及び前記鉄骨梁は耐火被覆されている、
ことを特徴とする鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、
前記リブは、前記鋼管コンクリート柱の軸方向に沿って設けられている
ことを特徴とする鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、
前記リブは、前記接合部とは非接合である
ことを特徴とする鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、
前記コンクリートには熱伝導材が混入されている
ことを特徴とする鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。
【請求項５】
請求項４に記載の鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、
前記熱伝導材は炭化珪素である
ことを特徴とする鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管の内部にコンクリートを充填した鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物の構造材として鋼管コンクリート柱（以下、ＣＦＴ柱ともいう）が用いられている。このＣＦＴ柱は、鋼管内部にコンクリートを充填することにより形成されるものであり、内部のコンクリートと外側の鋼管が互いに拘束し合うため、引張力に強いという鋼管の長所と圧縮力に強いというコンクリートの長所が相乗的に生かされる。その結果、曲げ耐力が大きく、また局部座屈が生じにくいなどの特徴をもった構造となる。
【０００３】
また、このようなＣＦＴ柱において、柱の長さ方向（軸方向）に沿って鋼管の内面にリブを設けて強度の向上を図るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−５２３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＦＴ柱においても後述するように火災時に崩壊してしまうおそれがある。よってＣＦＴ柱にも耐火性能を向上させるために通常の鉄骨柱と同様に耐火被覆を施すのが好ましい。しかし、この場合、耐火被覆の量が多くなるという問題があった。  
また、上述したＣＦＴ柱では、鉄骨梁との接合部にもリブを設けている。この接合部は、柱の他の部分とは別に製作されるものである。よって、接合部にリブを設けるようにすると作業工数が増加してしまう。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐火被覆の軽減を図ることができ、しかも作業工数を削減することのできる鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明発の鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造は、鋼管内にコンクリートが充填された鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、前記鋼管コンクリート柱のうちの前記鉄骨梁との非接合部には前記鋼管の内面にリブが有り、前記鋼管コンクリート柱と前記鉄骨梁との接合部には前記鋼管の内面にリブが無く、且つ、前記接合部及び前記鉄骨梁は耐火被覆されていることを特徴とする。  
このような鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造によれば、耐火被覆の軽減を図ることができ、しかも作業工数を削減することが可能である。
【０００８】
かかる鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、前記リブは、前記鋼管コンクリート柱の軸方向に沿って設けられていることが望ましい。  
このような鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造によれば、耐力を向上させることができ、また、コンクリートを効率よく充填させることが可能である。
【０００９】
かかる鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、前記リブは、前記接合部とは非接合であってもよい。  
このような鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造によれば、さらに作業工数の削減を図ることが可能である。
【００１０】
かかる鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造であって、前記コンクリートに熱伝導材が混入されていることが望ましい。また、前記熱伝導材は炭化珪素であることが望ましい。  
このような鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造によれば、鋼管コンクリート柱の耐火性能を向上させることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐火被覆の軽減を図ることができ、しかも作業工数を削減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】参考例のＣＦＴ柱の平断面図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、参考例のＣＦＴ柱の火災時における熱劣化を説明するための概念図である。
【図３】本実施形態のＣＦＴ柱と大梁との接合構造の説明図である。
【図４】本実施形態の柱部の平断面図である。
【図５】本実施形態の仕口部の斜視図である。
【図６】柱部の製作方法の一例の説明図である。
【図７】柱部の別の製作方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。  
まず、本実施形態について説明する前に参考例について説明する。
【００１４】
≪参考例≫
図１は参考例の鋼管コンクリート（ＣＦＴ）柱の平断面図である。  
図１に示すように参考例のＣＦＴ柱は断面が角型に形成された鋼管１００の内部にコンクリート２００が充填されて形成されている。言い換えると、ＣＦＴ柱のコンクリート２００の外表面は鋼管１００で覆われている。なお、コンクリート２００は鋼管１００よりも熱拡散率が小さい。
【００１５】
また、図２Ａ〜図２Ｃは、参考例のＣＦＴ柱の火災時における熱劣化を説明するための概念図である。
【００１６】
通常（常温時）、ＣＦＴ柱は、図２Ａに示すように、鋼管１００とコンクリート２００が合成構造として一体となって荷重を支持している。  
火災が生じると（火災時初期）、ＣＦＴ柱の外周の鋼管１００の温度が上昇する。一方、ＣＦＴ柱内のコンクリート２００は熱拡散率が小さいのでＣＦＴ柱の中心側では温度が上昇しにくい。これにより図２Ｂに示すように、ＣＦＴ柱の軸方向（矢印方向）に対する鋼管１００の膨張変形量が、コンクリート２００の膨張変形量に比べて大きくなり、鋼管１００が荷重を負担する状態になる。
【００１７】
火災が続くと（火災時中期）、鋼管１００への荷重の負担が大きくなっているのに加え、鋼管１００が熱によって劣化（熱劣化）し、図２Ｃに示すように、鋼管１００に局部座屈が発生する。このように局部座屈が発生すると、鋼管１００による荷重の支持ができなくなり、コンクリート２００が全荷重を支持するようになる。  
そして、さらに火災が続くと（火災時末期）、コンクリート２００も温度の上昇に伴い熱劣化していき、最終的にコンクリート２００が荷重を支持できなくなりＣＦＴ柱が崩壊する。
【００１８】
このように、ＣＦＴ柱においても火災時には崩壊するおそれがある。よって、ＣＦＴ柱にも通常の鉄骨柱と同様に耐火被覆を施すのが好ましい。しかし、この場合、耐火被覆の量が多く必要になる。そこで本実施形態では、ＣＦＴ柱の耐火性能を向上させて耐火被覆の軽減を図るようにしている。
【００１９】
≪本実施形態≫
図３は、本実施形態のＣＦＴ柱と大梁との接合構造の説明図である。  
図に示すように本実施形態のＣＦＴ柱１０は、仕口部１２（接合部に相当する）で大梁２０（鉄骨梁に相当する）と接合されている。なお、以下の説明において、ＣＦＴ柱１０のうち、仕口部１２以外の部分を柱部１１（非接合部に相当する）とよぶ。また、図に示すように大梁２０と仕口部１２には耐火被覆３０が施されている。
【００２０】
図４は、本実施形態のＣＦＴ柱１０のうちの柱部１１の平断面図である。  
本実施形態の柱部１１は、鋼管１１０とリブ１１２とを有している。鋼管１１０は、参考例の鋼管１００と同様に断面が角型に形成されている。リブ１１２は、鋼製であり鋼管１１０の内面に突設されている。なお、リブ１１２は、鋼管１１０の長さ方向（すなわちＣＦＴ柱１０の軸方向）に沿って設けられている。そして、鋼管１１０の内部にはコンクリート２００が充填されている。なお、本実施形態では、コンクリート２００に熱伝導率の高い炭化珪素を混入している。
【００２１】
本実施形態では、熱拡散率が大きい（すなわち熱伝導率が高い）リブ１１２が鋼管１１０の内面に突設されているので、火災時には鋼管１１０の外周の熱がリブ１１２を伝って鋼管１１０の内部の熱容量の大きいコンクリート２００に伝達される。また、コンクリート２００には熱伝導率の高い炭化珪素が混入されているので、鋼管１１０（及びリブ１１２）からの熱を、より内部側に伝達することができる。これにより、参考例の場合よりも、柱の外周部と内部とにおける温度差が小さくなり、鋼管１１０の温度の上昇が抑制される。よって、火災時に、図２Ｂのように鋼管１１０が局部座屈しないようにでき、耐火性能が向上する。
【００２２】
このように、本実施形態では、柱部１１の鋼管１１０の内面にリブ１１２を設けることにより、参考例の場合と比べて柱部１１の耐火性能が向上するので柱部１１には耐火被覆３０を施さなくてもよい。よって、柱部１１を無耐火被覆とすることができるので、耐火被覆の軽減を図ることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、柱部１１を無耐火被覆としているが、柱部１１への耐火被覆を他の部分（大梁２０や仕口部１２）よりも薄くするようにしてもよい。この場合においても、耐火被覆の軽減を図ることができる。
【００２４】
仕口部１２は、鋼管１２０とダイアフラム１２２とを備えている。  
図５は本実施形態の仕口部１２の斜視図である。  
鋼管１２０は、鋼管１１０と同様に断面が角型に形成されている。但し、鋼管１２０は鋼管１１０よりも柱の軸方向の長さが短く、また鋼管１２０の内面にはリブが設けられていない。ダイアフラム１２２は、中央にコンクリート２００の充填用の円形の貫通孔１２ａが形成された鉄骨プレートであり、鋼管１２０と溶接によって接合されている。なお、前述したように仕口部１２の鋼管１２０にはリブがないので、仕口部１２は柱部１１よりも耐火性能が悪くなる。よって、図３に示すように仕口部１２には耐火被覆３０を施している。
【００２５】
大梁２０は、断面が例えばＨ型の鉄骨製の梁であり、溶接によってＣＦＴ柱１０の仕口部１２と接合されている。  
耐火被覆３０は、例えば、珪酸カルシウムボード、石膏ボード、ロックウール、耐火塗料などであり耐火性能を高めるために設けられている。本実施形態では、仕口部１２と大梁２０とに耐火被覆３０が施されている。
【００２６】
このように、本実施形態のＣＦＴ柱１０では、ＣＦＴ柱１０のうち柱部１１の鋼管１１０の内面にはリブ１１２が有り、仕口部１２の鋼管１２０の内面にはリブが無い。また、仕口部１２及び大梁２０には耐火被覆３０が施されているのに対し、柱部１１は無耐火被覆となっている。
【００２７】
＜製作工法について＞
図６Ａ〜図６Ｄは、柱部１１の製作工法の一例の説明図である。  
まず、図６Ａに示すように、平板状の鋼板１１０´の長手方向に沿って予めリブ１１２を溶接しておく。そして、鋼板１１０´を図６Ｂのように折り曲げて、図６Ｃに示すように鋼板１１０´端部同士を溶接する。これにより、柱部１１が形成される。
【００２８】
また、図７Ａ、図７Ｂは、柱部１１の別の製作工法の説明図である。  
まず、図７Ａに示すように鋼管１１０の各辺に対応する鋼板１１０ａ、鋼板１１０ｂ、鋼板１１０ｃ、鋼板１１０ｄにそれぞれ予めリブ１１２を溶接しておく。そして、図７Ｂに示すように、鋼板１１０ａ、鋼板１１０ｂ、鋼板１１０ｃ、鋼板１１０ｄをそれぞれ溶接する。  
なお、上述したような柱部１１の製作は工場で行われる。そして、柱部１１は工場において溶接により仕口部１２と接合される。
【００２９】
仕口部１２は、工場において柱部１１とは別に製作される。まず、柱部１１と同様にして平板状の鋼板から鋼管１２０が形成され、鋼管１２０にダイアフラム１２２が溶接され仕口部１２が形成される。
【００３０】
もし仮に、仕口部１２の鋼管１２０の内面にも柱部１１と同様にリブを設けるようにすると、仕口部１２の製作の際の作業工数が増加する。これに対し、本実施形態では、仕口部１２にはリブを設けていないので、ＣＦＴ柱１０の製作にかかる作業工数を削減することが可能である。
【００３１】
このように柱部１１と仕口部１２は工場において別々に製作され、工場において溶接により接合される。具体的には、仕口部１２のダイアフラム１２２と柱部１１の鋼管１１０の端部とが溶接によって接合される。本実施形態では、柱部１１の各リブ１１２はダイアフラム１２２と接合しないこととするが、各リブ１１２の端部とダイアフラム１２２とを接合するようにしてもよい。なお、本実施形態のように各リブ１１２とダイアフラム１２２とを非接合にすると、溶接の箇所が軽減されるので、作業工数をより削減することができる。
【００３２】
そして、その後、柱部１１と仕口部１２の内部にコンクリート２００を充填させる。コンクリート２００は仕口部１２の貫通孔１２ａを通して、柱部１１及び仕口部１２内に充填される。なお、柱部１１のリブ１１２はＣＦＴ柱１０の軸方向に形成されているので、効率よくコンクリート２００を充填させることができる。これによりＣＦＴ柱１０が形成される。さらに、仕口部１２に大梁２０を接合させ、仕口部１２と大梁２０とに耐火被覆３０を施す。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では柱部１１の鋼管１１０の内面にリブ１１２を設けている。これにより、柱部１１の鋼管１１０の熱を熱容量の大きいコンクリート２００に伝えることができ、柱部１１の内側と外側の温度差を緩和することができる。よって、鋼管１１０の熱膨張を抑制することができ、ＣＦＴ柱１０の柱部１１の耐火性能を向上させることができる。これにより、柱部１１に耐火被覆を施さなくてもよくなり、耐火被覆の軽減を図ることができる。
【００３４】
また、鋼管１１０の内面にリブ１１２を設けていることにより、鋼管１１０の局部座屈に対する補剛効果が期待でき、その結果として、鋼管１１０が熱膨張して軸力のほとんどを負担している状態（高軸応力下で座屈が生じやすい条件下）において生じる局部座屈の発生時刻を遅らせる効果、さらには座屈後の残余耐力（安定耐力）を向上させる効果が期待できる。これにより耐火時間を長くでき、耐火性能を向上させることができる。
【００３５】
また、柱の軸方向に配置されたリブ１１２自体も、鋼管１１０の内面と溶接されている（温度が上昇しやすい）ものの、少なからず軸応力は負担可能であるので、ＣＦＴ柱１０としての軸力支持可能時間の増加、すなわち耐火時間（耐火性能）の向上に寄与することができる。
【００３６】
また、仕口部１２の鋼管１２０の内面にはリブを設けていない。これにより、ＣＦＴ柱１０の製作の作業工数を削減することができる。
【００３７】
また、本実施形態ではコンクリート２００に炭化珪素を混入させている。これにより、コンクリート２００の熱伝導性を向上させることができ、耐火性能をさらに向上させることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
例えば、本実施形態ではＣＦＴ柱１０は断面が角型であったが丸型であってもよい。また、本実施形態では、ＣＦＴ柱１０の各辺についてそれぞれ一つのリブ１１２を設けていたが、各辺に複数のリブ１１２を設けてもよい。なお、リブ１１２を多く形成することで耐火性能をより向上させることができる。また、本実施形態では鋼管１１０の内部にＦＢ材（フラットバー材）のリブ１１２を設けていたが、これには限られず、例えば、ＣＴ材やアングル材（Ｌ材）でも良い。
【００４０】
また、本実施形態ではコンクリート２００に熱伝導材として炭化珪素を混入していいたが、他の熱伝導材（例えば炭素粒）を混入するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ＣＦＴ柱、１１  柱部、
１２  仕口部、１２ａ  貫通孔、
２０  大梁、３０  耐火被覆、
１００，１１０，１２０  鋼管、
１１０´  鋼板、１１２  リブ、
１２２  ダイアフラム、
２００  コンクリート
【図１】
0005532851.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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