(57)【要約】【課題】火災時における鋼管柱の上下方向の伸縮に対する補強部材の追従を抑制しつつ、補強部材の熱劣化を抑制することができるコンクリート充填鋼管柱を得ることを目的とする。【解決手段】コンクリート充填鋼管柱１０は、鋼管柱１２と、鋼管柱１２に充填された充填コンクリート１４と、一部が充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設された補強部材３０とを備えている。鋼管柱１２の上仕口部１２Ｕ及び下仕口部１２Ｌには、鉄骨梁１６がそれぞれ接合されている。これらの上仕口部１２Ｕ及び下仕口部１２Ｌには、上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０がそれぞれ設けられている。補強部材３０は、鋼管柱１２の内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で充填コンクリート１４に埋設されており、上階側内ダイアフラム１８と上下方向に相対変位可能とされている。【選択図】図１
2014062379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下の仕口部に水平部材がそれぞれ接合される鋼管柱と、
前記上下の仕口部にそれぞれ設けられた上階側ダイアフラム及び下階側ダイアフラムと、
前記鋼管柱に充填された充填コンクリートと、
前記鋼管柱の内壁面と間隔を空けた状態で前記充填コンクリートに埋設されると共に、一部が該充填コンクリートの柱頭部に配置され、前記鋼管柱の上下方向への伸び出し変形に対し、前記上階側ダイアフラムと上下方向に相対変位可能とされた補強部材と、
を備えたコンクリート充填鋼管柱。
【請求項２】
前記補強部材が、前記上階側ダイアフラムと間隔を空けた状態で前記下階側ダイアフラムの上に載置されている、
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項３】
前記上階側ダイアフラムには、前記補強部材が上下方向に貫通される貫通孔が形成されると共に、該補強部材を上下方向に相対変位可能に支持する支持部材が設けられている、
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項４】
前記補強部材が、
前記充填コンクリートの前記柱頭部と柱脚部とに亘って埋設されると共に、互いに離間して配置された複数の補強鉄筋と、
前記充填コンクリートの前記柱頭部及び前記柱脚部にそれぞれ埋設され、前記複数の補強鉄筋を結束する端部帯筋と、
を有する、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項５】
前記補強部材が、前記充填コンクリートにおける軸方向の中間部に埋設され、前記複数の補強鉄筋を結束する複数の中間部帯筋を有し、
前記充填コンクリートの前記柱頭部及び前記柱脚部の各々には、複数の前記端部帯筋が、前記複数の中間部帯筋よりも高密度で埋設されている、
請求項４に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート充填鋼管柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管柱内にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｆｉｌｌｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｔｕｂｅ））柱が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、鋼管柱の内壁面に点溶接された鋼製のフラットバーによってコンクリートを補強することにより、火災時における鋼管柱の伸長に伴うコンクリートのひび割れを抑制している。また、特許文献１に開示された技術では、フラットバーを鋼管柱の内面に点溶接することにより、火災時における鋼管柱の伸縮にフラットバーが追従しないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０４９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＣＦＴ柱では、火災時における鉄骨梁の伸び出しに伴って鋼管柱の柱頭部に局部座屈が発生する可能性がある。このような局部座屈の発生部では、鋼管柱によるコンクリートの拘束力が得られなくなる。これにより、コンクリートの柱頭部が圧壊すると、ＣＦＴ柱が構造安定性を保持することができなくなる可能性がある。
【０００５】
この対策として、特許文献１に開示された技術のように、フラットバーでコンクリートを補強することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、フラットバーが鋼管柱の内面に接触するため、鋼管柱を介してフラットバーに火災熱が伝達される。したがって、フラットバーが熱劣化し、コンクリートの柱頭部に対する補強効果が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、火災時における鋼管柱の上下方向の伸縮に対する補強部材の追従を抑制しつつ、補強部材の熱劣化を抑制することができるコンクリート充填鋼管柱を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱は、上下の仕口部に鉄骨梁がそれぞれ接合される鋼管柱と、前記上下の仕口部にそれぞれ設けられた上階側ダイアフラム及び下階側ダイアフラムと、前記鋼管柱に充填された充填コンクリートと、前記鋼管柱の内壁面と間隔を空けた状態で前記充填コンクリートに埋設されると共に、一部が該充填コンクリートの柱頭部に配置され、前記鋼管柱の上下方向への伸び出し変形に対し、前記上階側ダイアフラムと上下方向に相対変位可能とされた補強部材と、を備えている。
【０００９】
請求項１に係るコンクリート充填鋼管柱によれば、補強部材は、その一部が充填コンクリートの柱頭部に配置されている。この補強部材によって充填コンクリートの柱頭部を補強することにより、充填コンクリートの柱頭部の圧壊が抑制される。したがって、鋼管柱の柱頭部に局部座屈が発生したとしても、コンクリート充填鋼管柱の構造安定性が保持される。
【００１０】
また、補強部材は、鋼管柱の内壁面と間隔を空けた状態でコンクリートの柱頭部に埋設されている。これにより、鋼管柱を介して補強部材に火災熱が直接的に伝達されることが抑制されるため、補強部材の熱劣化が抑制される。したがって、充填コンクリートの柱頭部の圧壊が抑制される。
【００１１】
さらに、補強部材は、火災時における鋼管柱の上下方向への伸び出し変形に対し、上階側ダイアフラムと上下方向に相対変位可能とされている。これにより、上階側ダイアフラムが鋼管柱の上下方向の伸縮に追従したとしても、充填コンクリートに対する補強部材の上下方向の変位が抑制される。したがって、補強部材の強制変形による充填コンクリートの損傷が抑制されるため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能がさらに向上する。
【００１２】
請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記補強部材が、前記上階側ダイアフラムと間隔を空けた状態で前記下階側ダイアフラムの上に載置されている。
【００１３】
請求項２に係るコンクリート充填鋼管柱によれば、補強部材が、上階側ダイアフラムと間隔を空けた状態で下階側ダイアフラムの上に載置されている。これにより、上階側ダイアフラムが鋼管柱の上下方向の伸縮に追従したとしも、充填コンクリートに対する補強部材の上下方向の変位が抑制される。したがって、補強部材の強制変形によって充填コンクリートに生じる損傷が抑制される。
【００１４】
また、補強部材は、下階側ダイアフラムの上に載置されている。つまり、補強部材は、下階側ダイアフラムに支持されている。これにより、鋼管柱に充填コンクリートを充填するときに、鋼管柱に対して補強部材を上下方向に位置決め（位置保持）する固定具等が不要になる。したがって、施工性が向上すると共に、施工コストを削減することができる。
【００１５】
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記上階側ダイアフラムには、前記補強部材が上下方向に貫通される貫通孔が形成されると共に、該補強部材を上下方向に相対変位可能に支持する支持部材が設けられている。
【００１６】
請求項３に係るコンクリート充填鋼管柱によれば、上階側ダイアフラムに設けられた支持部材によって、補強部材が上下方向に相対変位可能に支持されている。これにより、上階側ダイアフラムが鋼管柱の上下方向の伸縮に追従したとしも、充填コンクリートに対する補強部材の上下方向の変位が抑制される。したがって、補強部材の強制変形によって充填コンクリートの柱頭部に生じる損傷が抑制される。
【００１７】
また、下階側ダイアフラムに補強部材を載置した場合と比較して、充填コンクリートの柱頭部に近い上階側ダイアフラムに補強部材を支持させることにより、補強部材の上下方向の長さを短くすることができる。したがって、補強部材の材料コストを削減することができる。
【００１８】
請求項４に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記補強部材が、前記充填コンクリートの前記柱頭部と柱脚部とに亘って埋設されると共に、互いに離間して配置された複数の補強鉄筋と、前記充填コンクリートの前記柱頭部及び前記柱脚部にそれぞれ埋設され、前記複数の補強鉄筋を結束する端部帯筋と、を有している。
【００１９】
請求項４に係るコンクリート充填鋼管柱によれば、補強部材が、充填コンクリートの柱頭部と柱脚部とに亘って埋設されると共に、互いに離間して配置された複数の補強鉄筋を有している。ここで、火災時には、鋼管柱の柱頭部だけでなく、鋼管柱の柱脚部にも局部座屈が発生し易くなる。これに対して本発明では、充填コンクリートの柱頭部及び柱脚部に、複数の補強鉄筋を拘束する端部帯筋がそれぞれ埋設されている。これにより、充填コンクリートの柱頭部及び柱脚部に対する補強効果が高められる。したがって、充填コンクリートの柱頭部及び柱脚部の圧壊が抑制される。
【００２０】
また、局部座屈が発生し易い鋼管柱の柱頭部及び柱脚部に端部帯筋を配置し、局部座屈が発生し難い鋼管柱の軸方向の中間部の帯筋を省略することにより、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能を効率的に向上することができる。
【００２１】
請求項５に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項４に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記補強部材が、前記充填コンクリートにおける軸方向の中間部に埋設され、前記複数の補強鉄筋を結束する複数の中間部帯筋を有し、前記充填コンクリートの前記柱頭部及び前記柱脚部の各々には、複数の前記端部帯筋が、前記複数の中間部帯筋よりも高密度で埋設されている。
【００２２】
請求項５に係るコンクリート充填鋼管柱によれば、充填コンクリートの柱頭部及び柱脚部の各々に、充填コンクリートの軸方向の中間部に埋設された複数の中間部帯筋よりも高密度で複数の端部帯筋を埋設したことにより、充填コンクリートの中間部を補強しつつ、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能を効率的に向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱によれば、火災時における鋼管柱の上下方向の伸縮に対する補強部材の追従を抑制しつつ、補強部材の熱劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す縦断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の２Ａ−２Ａ線断面図であり、（Ｂ）は図１の２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【図３】図１に示されるコンクリート充填鋼管柱の火災時における応力状態を示す縦断面図である。
【図４】鋼管柱の柱頭部における局部座屈の発生部を示す図３の拡大断面図である。
【図５】一般的なコンクリート充填鋼管柱と梁で構成された架構を示す立面図であり、（Ａ）は火災前の状態を示し、（Ｂ）は火災後の状態を示している。
【図６】一般的なコンクリート充填鋼管柱の耐火性能評価に用いられる実験評価モデルを示すモデル図であり、（Ａ）は水平力を載荷する前の状態を示し、（Ｂ）は水平力が載荷された際のコンクリート充填鋼管柱の変形状態、及び応力状態を示し、（Ｃ）はコンクリート充填鋼管柱を構成する鋼管柱に局部座屈が発生した状態を示している。
【図７】本発明の第１実施形態における補強部材の変形例を示す図１に相当する拡大断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の一部を示す縦断面図である。
【図９】図８の９−９線断面図である。
【図１０】図８の拡大断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における補強部材の変形例が適用されたコンクリート充填鋼管の一部を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態における鋼管柱の変形例を示す図２（Ａ）に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、各図において適宜示される矢印Ｚは、鋼管柱の材軸方向（柱軸方向、上下方向）を示している。
【００２６】
先ず、第１実施形態について説明する。
【００２７】
（コンクリート充填鋼管柱の構成）
図１には、一例として、第１実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱１０が示されている。コンクリート充填鋼管柱１０は、鋼管柱１２と、鋼管柱１２内に充填された充填コンクリート１４とを備えている。鋼管柱１２は丸形鋼管で形成されており、上下の仕口部としての上仕口部１２Ｕ及び下仕口部１２Ｌと、これらの上仕口部１２Ｕと下仕口部１２Ｌとの間に延びる鋼管本体部１２Ｂとを有している。
【００２８】
上仕口部１２Ｕ及び下仕口部１２Ｌの両側には、水平部材としての鉄骨梁１６がそれぞれ接合されている。各鉄骨梁１６はＨ形鋼で形成されており、上下一対の上側フランジ部１６Ａ及び下側フランジ部１６Ｂと、上側フランジ部１６Ａと下側フランジ部１６Ｂとを繋ぐウェブ部１６Ｃとを有している。各鉄骨梁１６の端部は、上仕口部１２Ｕ又は下仕口部１２Ｌの外側面に突き当てられ、溶接によって接合されている。
【００２９】
上仕口部１２Ｕには、上下一対の上階側ダイアフラム及び下階側ダイアフラムとしての上下一対の上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０が設けられている。上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０は、鋼板により円盤状に形成されており、鉄骨梁１６の上側フランジ部１６Ａ及び下側フランジ部１６Ｂとそれぞれ連続するように柱軸方向（鋼管柱１２の軸方向）に対向して配置されている。上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０の外周部は、上仕口部１２Ｕの内側面に溶接等で接合されており、これらの上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０によって上仕口部１２Ｕが補強されている。
【００３０】
また、上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０の中央部には充填孔１８Ａ，２０Ａがそれぞれ形成されており、これらの充填孔１８Ａ，２０Ａを通して鋼管柱１２内に充填コンクリート１４が充填されるようになっている。なお、上仕口部１２Ｕと同様に、下仕口部１２Ｌには、上下一対の上階側ダイアフラム及び下階側ダイアフラムとしての上下一対の上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０が設けられている。
【００３１】
（補強部材の構成）
鋼管本体部１２Ｂの内部には、充填コンクリート１４を補強する補強部材３０が配置されている。つまり、補強部材３０は、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と下仕口部１２Ｌの上階側内ダイアフラム１８との間に配置されている。なお、以下では、鋼管本体部１２Ｂにおける軸方向の上端部を柱頭部１２ＢＵとし、鋼管本体部１２Ｂにおける軸方向の下端部を柱脚部１２ＢＬとして説明する。さらに、鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵ、柱脚部１２ＢＬ、軸方向の中間部１２ＢＭに充填された充填コンクリート１４を、それぞれ充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ、柱脚部１４Ｌ、及び軸方向の中間部１４Ｍとして説明する。
【００３２】
補強部材３０は、柱軸方向に延びると共に、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と間隔Ｇを空けた状態で下仕口部１２Ｌの上階側内ダイアフラム１８の上に載置されている。つまり、補強部材３０は、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と上下方向（柱軸方向）に相対変位可能に鋼管本体部１２Ｂの内部に配置されている。
【００３３】
また、補強部材３０は、鋼管柱１２の鋼管本体部１２Ｂにおける内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕと柱脚部１４Ｌとに亘って埋設されている。これにより、火災熱が鋼管柱１２を介して補強部材３０に直接的に伝達されないように構成されている。
【００３４】
さらに、補強部材３０の上端部は、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されており、この補強部材３０の上端部によって充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕが補強されている。一方、補強部材３０の下端部は、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されており、この補強部材３０の下端部によって充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌが補強されている。
【００３５】
より詳細に説明すると、補強部材３０は、複数の補強鉄筋３２と、端部帯筋としての複数の上側帯筋３４及び複数の下側帯筋３６とを有している。複数（本実施形態では、４本）の補強鉄筋３２は、柱軸方向を長手方向とすると共に、互いに離間して配置されている。各補強鉄筋３２は、その上端部３２Ｕが上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と間隔Ｇを空けた状態で下仕口部１２Ｌの上階側内ダイアフラム１８の上に載置されており、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕと柱脚部１４Ｌとに亘って埋設されている。
【００３６】
なお、各補強鉄筋３２の下端部３２Ｌは、下仕口部１２Ｌの上階側内ダイアフラム１８の上に単に載置しても良いし、位置ずれを抑制するために下仕口部１２Ｌの上階側内ダイアフラム１８に溶接や接着剤等により接合しても良い。
【００３７】
複数の補強鉄筋３２の上端部３２Ｕは、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されている。これらの上端部３２Ｕによって、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕが補強されている。また、複数の補強鉄筋３２の上端部３２Ｕは、複数（本実施形態では、６本）の上側帯筋３４によって結束されている。複数の上側帯筋３４は、補強鉄筋３２の軸方向に間隔を空けて配列されると共に、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されている。なお、本実施形態では、複数の上側帯筋３４は、等間隔又は略等間隔で配列されている。
【００３８】
各上側帯筋３４は、図２（Ａ）に示されるように環状の鉄筋（帯筋）で形成されており、充填コンクリート１４の外周部に埋設された複数の補強鉄筋３２を取り囲むように配置され、図示しない結束線等で各補強鉄筋３２に固定されている。これにより、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに対する補強力が高められている。
【００３９】
また、図１に示されるように、複数の補強鉄筋３２の下端部３２Ｌは、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌに埋設されている。これら下端部３２Ｌによって、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌが補強されている。また、複数の補強鉄筋３２の下端部３２Ｌは、複数の下側帯筋３６によって結束されている。複数（本実施形態では、６本）の下側帯筋３６は、補強鉄筋３２の軸方向に間隔を空けて配列されると共に、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌに埋設されている。なお、本実施形態では、複数の下側帯筋３６は、等間隔又は略等間隔で配列されている。
【００４０】
各下側帯筋３６は、上側帯筋３４と同様に、環状の鉄筋（帯筋）で形成されており、充填コンクリート１４の外周部に埋設された複数の補強鉄筋３２を取り囲むように配置され、図示しない結束線等で各補強鉄筋３２に固定されている。これにより、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌに対する補強力が高められている。
【００４１】
一方、図１及び図２（Ｂ）に示されるように、複数の補強鉄筋３２の軸方向の中間部３２Ｍは、帯筋によって結束されておらず、充填コンクリート１４の中間部１４Ｍには帯筋が埋設されていない。つまり、補強部材３０は、充填コンクリート１４の中間部１４Ｍの曲げ耐力に対して柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌの曲げ耐力が大きくなるように、充填コンクリート１４を補強している。
【００４２】
また、各補強鉄筋３２、上側帯筋３４、及び下側帯筋３６は、鋼管本体部１２Ｂの側壁部１２Ｓの内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で、充填コンクリート１４に埋設されている。これにより、火災熱が、鋼管本体部１２Ｂを介して各補強鉄筋３２、上側帯筋３４、及び下側帯筋３６に直接的に伝達されないように構成されている。
【００４３】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
【００４４】
図３に示されるように、例えば、火災時に鉄骨梁１６が熱膨張によって軸方向（水平方向）へ伸張すると、上仕口部１２Ｕに水平力Ｆが作用し、鋼管本体部１２Ｂに曲げモーメントＭが発生する。この曲げモーメントＭは、鋼管本体部１２Ｂの中間部１２ＢＭから柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬに向って徐々に大きくなる。
【００４５】
一方、鋼管柱１２は、火災時の熱膨張によって軸方向（矢印Ｚ方向）へ伸張するが、温度上昇に伴う剛性の低下によって軸方向への伸張は徐々に小さくなり、ある温度に達すると軸方向への伸張変形は止まり、収縮変形に転じる。この状態で、鉄骨梁１６から上仕口部１２Ｕへ水平力Ｆが作用すると、前述したように中間部１２ＢＭと比較して大きな曲げモーメントＭが発生する鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬの圧縮側（矢印Ｃ側）の側壁部１２Ｓに局部座屈Ｋが発生し易くなる。特に、柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬが上仕口部１２Ｕを介して鉄骨梁１６に剛接合されていて、かつ、鉄骨梁１６の軸方向への伸張量が大きい場合は、柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬに大きな曲率を伴う変形が生じる。この変形によって柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬの圧縮側（矢印Ｃ側）の側壁部１２Ｓに大きな圧縮応力度が発生すると、当該側壁部１２Ｓが面外方向外側へ変位する（はらみ出す）局部座屈Ｋが生じる。
【００４６】
柱頭部１２ＢＵ又は柱脚部１２ＢＬに局部座屈Ｋが発生すると、コンクリート充填鋼管柱１０の曲げ剛性は著しく低下する。また、局部座屈Ｋの発生部では、図４に示されるように、充填コンクリート１４を拘束していた鋼管本体部１２Ｂの側壁部１２Ｓが外側へ膨らみ、充填コンクリート１４と鋼管本体部１２Ｂの側壁部１２Ｓとの間に隙間Ｗが形成される。この結果、局部座屈Ｋの発生部では、充填コンクリート１４に対する鋼管本体部１２Ｂの側壁部１２Ｓの拘束力（拘束効果）が得られなくなり、当該充填コンクリート１４の圧縮側縁（外周部）１４Ｓが圧壊し易くなる。
【００４７】
そして、充填コンクリート１４の圧縮側縁１４Ｓが圧壊すると、コンクリート充填鋼管柱１０の材軸方向変位が急増すると共に、この材軸方向変位の急増に伴って充填コンクリート１４の圧縮側縁１４Ｓの圧壊がさらに進展し、コンクリート充填鋼管柱１０が構造安定性を保持することができなくなる可能性がある。
【００４８】
なお、ここでいう「コンクリート充填鋼管柱１０が構造安定性を保持することができなくなる」とは、例えば、コンクリート充填鋼管柱１０の鉛直方向変位が過大になる、あるいは、鉛直方向変位が急激に増加するなどして、長期軸力を保持することができない状態を意味する。また、説明を省略するが、コンクリート充填鋼管柱１０の柱脚部１２ＢＬに局部座屈Ｋが発生した場合も同様である。
【００４９】
これに対して本実施形態では、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌに補強部材３０の一部が埋設されている。この補強部材３０によって、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌの曲げ耐力が高められている。これにより、鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬに局部座屈Ｋが発生したとしても、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌの圧壊が抑制される。したがって、鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬに局部座屈Ｋが発生した後も、充填コンクリート１４が曲げモーメントＭ及び軸力（長期軸力）Ｖを負担可能になると共に、その軸力Ｖを充填コンクリート１４の中間部１４Ｍへ円滑に伝達可能になる。つまり、局部座屈Ｋの発生後も、コンクリート充填鋼管柱１０が構造安定性を保持可能になる。したがって、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能が向上する。
【００５０】
また、本実施形態では、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設された複数の補強鉄筋３２の上端部３２Ｕが複数の上側帯筋３４によって結束されている。これと同様に、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌに埋設された複数の補強鉄筋３２の下端部３２Ｌが複数の下側帯筋３６によって結束されている。これにより、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌに対する補強効果が高められる。したがって、火災時における充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌの圧壊がさらに抑制される。
【００５１】
さらに、本実施形態では、局部座屈Ｋが発生し易い鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵ及び柱脚部１２ＢＬの各々にのみ複数の上側帯筋３４及び複数の下側帯筋３６が埋設されている。したがって、充填コンクリート１４の中間部１４Ｍにも一律に帯筋を埋設した構成と比較して、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能を向上しつつ、コスト削減及び施工性の向上を図ることができる。
【００５２】
さらにまた、補強部材３０は、鋼管本体部１２Ｂの内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で、充填コンクリート１４に埋設されている。そのため、火災熱が鋼管本体部１２Ｂを介して補強部材３０に直接的に伝達されない。したがって、補強部材３０の熱劣化が抑制されるため、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び柱脚部１４Ｌの圧壊がさらに抑制される。
【００５３】
しかも、補強部材３０は、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と上下方向に間隔Ｇ（図１参照）を空けた状態で配置されており、下階側内ダイアフラム２０と縁が切られている。これにより、鋼管柱１２の上下方向の伸長に伴って下階側内ダイアフラム２０が上方へ変位したとしても、下階側内ダイアフラム２０の変位に補強部材３０が追従しない。これにより、充填コンクリート１４に対する補強部材３０の上方への変位が抑制されるため、補強部材３０の強制変形による充填コンクリート１４の損傷が抑制される。もし、下階側内ダイアフラム２０と補強部材３０が溶接等で接合されていた場合は、下階側内ダイアフラム２０の上方への変位に追随して補強部材３０も上方への変位を生じる。このため、上側帯筋３４や補強鉄筋３２の強制変形応力によって充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕには著しい損傷が生じるため、コンクリート充填鋼管柱１０は構造安定性を保持することができなくなる。
【００５４】
また、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と補強部材３０との縁を切るだけでなく、下階側内ダイアフラム２０と補強部材３０の上端部との間には間隔Ｇが形成されている。これにより、鋼管柱１２の下方への収縮に伴って下階側内ダイアフラム２０が下方へ変位したとしても、下階側内ダイアフラム２０によって補強部材３０の上端部が直接的に下方へ押圧されない。これにより、充填コンクリート１４に対する補強部材３０の下方への変位が抑制されるため、補強部材３０の強制変形による充填コンクリート１４の損傷が抑制される。さらには、複数の補強鉄筋３２の座屈も抑制される。
【００５５】
さらに、補強部材３０は、下階側内ダイアフラム２０の上に載置されている。つまり、補強部材３０は、下階側内ダイアフラム２０に支持されている。これにより、鋼管柱１２に充填コンクリートを充填するときに、鋼管柱１２に対して補強部材３０を上下方向に位置決め（位置保持）する固定具等が不要になる。したがって、施工性が向上すると共に、施工コストを削減することができる。
【００５６】
ここで、図５（Ａ）には、一般的なコンクリート充填鋼管柱からなる柱１００と梁１０２Ａ，１０２Ｂとで構成された架構の一例が示されている。この架構内において、例えば図５（Ｂ）に示されるように火災１０４が発生すると、梁１０２Ａが水平方向（矢印Ｊ方向）に伸び出すため、柱１００に同図に示されるような変形が生じる。
【００５７】
また、図６（Ａ）には、一般的なコンクリート充填鋼管柱からなる柱１１０の耐火性能評価に用いられる実験評価モデルが示されている。この実験評価モデルでは、加熱時に、図６（Ｂ）に示されるような変形状態、応力状態を示すことから、図５（Ｂ）に示される柱１００の変形状態、応力状態を適切に模擬することができると言われている。そこで、図６（Ａ）に示される実験評価モデルを用いて載荷加熱実験を行ったところ、以下に示す新たな知見が得られた。
【００５８】
即ち、加熱された柱１１０の上端部に生じる水平変位（水平力Ｆ）が大きい場合や柱１１０に生じる軸力Ｖが大きい場合は、図６（Ｃ）に示されるように、柱１１０を構成する鋼管柱の柱頭部及び柱脚部に局部座屈Ｋが生じることが確認された。また、加熱時間が比較的短く、柱１１０の充填コンクリートが十分耐力を残している状態であっても、柱１１０は前述した柱頭部及び柱脚部の局部座屈Ｋによって荷重支持能力を喪失し、構造安定性を保持することができなくなることが確認された。
【００５９】
本実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱１０を例により具体的に説明すると、局部座屈Ｋに関しては以下のことが確認された。即ち、鋼管柱１２の柱幅（直径）をＤ（図２（Ａ）参照）としたときに、柱頭部１２ＢＵにおける局部座屈Ｋは、柱頭部１２ＢＵの上端（上仕口部１２Ｕと鋼管本体部１２Ｂとの境界部）から中間部１２ＢＭへ向けて２Ｄまでの領域内で発生し易く、特に、１Ｄから２Ｄまでの領域内で発生し易い。これと同様に、柱脚部１２ＢＬにおける局部座屈Ｋは、柱脚部１２ＢＬの下端（下仕口部１２Ｌと鋼管本体部１２Ｂとの境界部）から中間部１２ＢＭへ向けて２Ｄまでの領域内で発生し易く、特に、１Ｄから２Ｄまでの領域内で発生し易い。
【００６０】
従って、補強部材３０は、その上端部が充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの上端から中間部１４Ｍへ向けて２Ｄの領域内に位置するように、充填コンクリート１４内に埋設することが好ましく、１Ｄから２Ｄまでの領域内に位置するように、充填コンクリート１４内に埋設することがより好ましい。この際、複数の上側帯筋３４は、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの上端から中間部１４Ｍへ向けて２Ｄの領域内に埋設することが好ましく、１Ｄから２Ｄまでの領域内に埋設することがより好ましい。これにより、上側帯筋３４の材料コストを削減しつつ、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの局部座屈Ｋの発生を効率的に抑制することができる。下側帯筋３６についても同様である。
【００６１】
また、本実施形態では、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに上側帯筋３４を埋設すると共に、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌに下側帯筋３６を埋設した例を示したが、これに限らない。例えば、鋼管本体部１２Ｂの略全長に亘って複数の帯筋を配置し、これらの帯筋によって補強鉄筋３２を結束しても良い。
【００６２】
また、例えば、図７に示されるように、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕには、充填コンクリート１４の中間部１４Ｍに埋設される複数の中間部帯筋３８よりも高密度で複数の上側帯筋３４を埋設しても良い。具体的には、隣接する上側帯筋３４の間隔（ピッチ）Ｐ１を、隣接する中間部帯筋３８の間隔（ピッチ）Ｐ２よりも狭くする。これにより、充填コンクリート１４の中間部１４Ｍを曲げ耐力を高めつつ、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの圧壊を効率的に抑制することができる。また、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕから柱脚部１４Ｌに亘って等間隔（等ピッチ）で複数の帯筋を埋設した構成と比較して、施工性の向上及びコストの削減を図ることができる。
【００６３】
なお、充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌには、上側帯筋３４と同様に、複数の中間部帯筋３８よりも高密度で複数の下側帯筋３６を埋設しても良い。
【００６４】
さらに、上側帯筋３４及び下側帯筋３６の何れか一方を省略しても良いし、上側帯筋３４及び下側帯筋３６の両方を省略し、補強鉄筋３２のみによって充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ等を補強しても良い。
【００６５】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成のものは同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００６６】
図８及び図９に示されるように、第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱４０は、上下方向（柱軸方向）に延びると共に、鋼管本体部１２Ｂの内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で充填コンクリート１４に埋設された補強部材５０を備えている。この補強部材５０は、上仕口部１２Ｕと鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵと亘って配置されており、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０に上下方向に相対変位可能に支持されている。
【００６７】
具体的には、補強部材５０は、複数の補強鉄筋５２と、複数の端部帯筋５４とを有している。複数（本実施形態では、４本）の補強鉄筋５２は、柱軸方向を長手方向とすると共に、互いに離間して配置されている。各補強鉄筋５２は、図１０に示されるように、その上端部５２Ａが上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０に形成された貫通孔４２に柱軸方向に貫通されており、上仕口部１２Ｕと鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵとに亘って配置されている。
【００６８】
下階側内ダイアフラム２０から下方へ延出する補強鉄筋５２の部位は、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕを補強する補強部５２Ｂとされている。各補強部５２Ｂは、鋼管本体部１２Ｂの内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されている。
【００６９】
複数の補強部５２Ｂは、複数の端部帯筋５４によって結束されている。複数（本実施形態では、５本）の端部帯筋５４は、補強鉄筋５２の軸方向に間隔を空けて配列されており、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されている。各端部帯筋５４は、図９に示されるように、環状の鉄筋（帯筋）で形成されており、充填コンクリート１４の外周部に埋設された複数の補強鉄筋５２を取り囲むように配置され、図示しない結束線等で各補強鉄筋５２に固定されている。これらの端部帯筋５４によって、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに対する補強力が高められている。
【００７０】
図１０に示されるように、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０に形成された各貫通孔４２には、補強鉄筋５２が貫通された状態で、鉄筋固定材４４が設置されている。
【００７１】
支持部材としての鉄筋固定材４４は、鋼管柱１２に充填コンクリート１４が充填される前、及び鋼管柱１２に充填された充填コンクリート１４が硬化するまでの間に補強鉄筋５２を支持し、補強部材５０の脱落や位置ずれを抑制するためのものであり、火災時における鋼管柱１２の上下方向の伸縮に伴って下階側内ダイアフラム２０が上下方向へ変位したときには、容易に破壊され、下階側内ダイアフラム２０と補強鉄筋５２との縁が切れるようにその強度等が設定されている。この鉄筋固定材４４を介して、補強鉄筋５２が下階側内ダイアフラム２０に上下方向に相対変位可能に支持されている。鉄筋固定材４４としては、例えば、金属系材料やモルタル、グラウト等のセメント系材料、プラスチック系の材料等を用いることができる。
【００７２】
次に、第２実施形態の作用について説明する。
【００７３】
充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕには、補強部材５０の一部が埋設されている。この補強部材５０によって、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの曲げ耐力が高められている。これにより、鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵに局部座屈Ｋ（図３参照）が発生したとしも、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの圧壊が抑制される。したがって、上記第１実施形態と同様に、鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵに局部座屈Ｋが発生した後も、充填コンクリート１４が曲げモーメントＭ及び軸力Ｖを負担可能になると共に、その軸力Ｖを充填コンクリート１４の中間部１４Ｍへ円滑に伝達可能になる。つまり、局部座屈Ｋの発生後も、コンクリート充填鋼管柱４０が構造安定性を保持可能になる。したがって、コンクリート充填鋼管柱４０の耐火性能が向上する。
【００７４】
また、補強部材５０を構成する複数の補強鉄筋５２の補強部５２Ｂは、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設された複数の端部帯筋５４によって結束されている。これにより、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに対する補強効果が高められる。さらに、補強部材５０は、鋼管柱１２の内壁面１２Ｓ１と間隔を空けた状態で、充填コンクリート１４に埋設されており、鋼管柱１２を介して火災熱が補強部材５０に直接的に伝達されないように構成されている。したがって、上記第１実施形態と同様に、火災時における充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕの圧壊がさらに抑制される。
【００７５】
さらに、複数の補強鉄筋５２は、鉄筋固定材４４を介して上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０に上下方向に相対変位可能に支持されている。これにより、鋼管柱１２の上下方向の伸縮に伴って下階側内ダイアフラム２０が上下方向へ変位すると、鉄筋固定材４４が破壊され、下階側内ダイアフラム２０と補強鉄筋５２との縁が切られる。この結果、補強鉄筋５２に対して下階側内ダイアフラム２０が上下方向に相対変位する。そのため、鋼管柱１２の上下方向の伸縮に伴って下階側内ダイアフラム２０が上下方向へ変位したとしても、下階側内ダイアフラム２０の変位に各補強鉄筋５２が追従しない。したがって、充填コンクリート１４に対する補強部材５０の上下方向の変位が抑制されるため、充填コンクリート１４に生じる損傷が抑制される。
【００７６】
しかも、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに近い上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０に補強部材５０を支持させることにより、補強部材５０の上下方向の長さを短くすることができる。したがって、補強部材５０の材料コストを削減することができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、鉄筋固定材４４の一例として、金属系材料、セメント系材料、プラスチック系材料等の下階側内ダイアフラム２０が上下方向へ変位したときに容易に破壊される材料を用いたが、これに限らない。例えば、鉄筋固定材４４として、ゴムやシリコン等のゴム系弾性体を用いても良い。
【００７８】
この場合、鋼管柱１２の上下方向の伸縮に伴って下階側内ダイアフラム２０が上下方向へ変位したとしても、ゴム系弾性体の鉄筋固定材４４が上下方向へ弾性変形するため、下階側内ダイアフラム２０の変位に対する各補強鉄筋５２の追従が抑制される。したがって、充填コンクリート１４に対する補強部材５０の上下方向の変位が抑制されるため、充填コンクリート１４に生じる損傷が抑制される。
【００７９】
また、本実施形態では、補強部材５０の一部を充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕのみに埋設したが、これに限らない。例えば、補強部材５０を下方へ延長し、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ及び中間部１４Ｍに亘って埋設しても良いし、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕと柱脚部１４Ｌとに亘って埋設しても良い。
【００８０】
また、例えば、下仕口部１２Ｌの上階側内ダイアフラム１８から補強部材５０を上方へ延出させると共に、当該上階側内ダイアフラム１８に上下方向に相対変位可能に支持させ、補強部材５０の一部（補強鉄筋５２の補強部５２Ｂ）を充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌに埋設しても良い。
【００８１】
さらに、例えば、図１１に示される補強部材６０のように、上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０及び上階側内ダイアフラム１８に補強鉄筋６２を上下方向に貫通させ、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕと上階における充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌとに亘って補強鉄筋６２を埋設しても良い。この場合、補強鉄筋６２は、下階側内ダイアフラム２０及び上階側内ダイアフラム１８の少なくとも一方に上下方向に相対変位可能に支持させれば良い。また、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕ、及び上階における充填コンクリート１４の柱脚部１４Ｌの各々には、複数の補強鉄筋６２を結束する端部帯筋６４を適宜埋設すれば良い。
【００８２】
なお、本実施例では、鉄筋固定材４４の厚みを上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０と概同厚としているが、必ずしも概同厚とする必要はない。上仕口部１２Ｕの下階側内ダイアフラム２０よりも鉄筋固定材４４の厚みを増やすことで、補強鉄筋５２の支持強度を高めても良い。
【００８３】
次に、上記第１，第２実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、上記第１実施形態を例に各種の変形例について説明するが、これらの変形例は第２実施形態にも適用可能である。
【００８４】
上記第１実施形態では、充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕから柱脚部１４Ｌに亘って補強部材３０を埋設した例を示したが、これに限らない。火災時には、一般に、鋼管本体部１２Ｂの柱脚部１２ＢＬと比較して柱頭部１２ＢＵの温度が早期に上昇し易い。そのため、鋼管本体部１２Ｂの柱頭部１２ＢＵでは、柱脚部１２ＢＬと比較して局部座屈Ｋが早期に発生し易くなる。したがって、補強部材は、少なくとも充填コンクリート１４の柱頭部１４Ｕに埋設されていれば良い。
【００８５】
また、上記第１実施形態では、補強部材３０を複数の補強鉄筋３２、複数の上側帯筋３４、及び複数の下側帯筋３６で構成した例を示したが、これに限らない。補強鉄筋３２、上側帯筋３４、下側帯筋３６の数や配置は適宜変更可能であり、例えば、上側帯筋３４及び下側帯筋３６を省略し、一又は複数の補強鉄筋３２で補強部材３０を構成しても良い。また、例えば、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼等の形鋼や鋼板等で補強部材を構成しても良い。
【００８６】
また、上記第１実施形態では、上階側ダイアフラム及び下階側ダイアフラムとして、上階側内ダイアフラム１８及び下階側内ダイアフラム２０を例に説明したが、これに限らない。上階側ダイアフラム及び下階側ダイアフラムとしては、通しダイアフラムや外ダイアフラムを用いても良い。
【００８７】
また、上記第１実施形態では、鋼管柱１２を断面円形の丸形鋼管で形成した例を示したが、これに限らない。例えば、図１２に示されるように、鋼管柱２２は、断面略正方形の角形鋼管でも良い。この場合、角形鋼管の一辺の長さが鋼管柱２２の柱幅Ｄに相当する。また、鋼管柱としては、例えば、断面略長方形の角形鋼管を用いても良い。この場合、短辺の長さが鋼管柱の柱幅Ｄに相当する。
【００８８】
また、鋼管柱１２には、耐火被覆を施しても良い。さらに、上記第１実施形態では、水平部材として鉄骨梁１６を例に説明したが、鉄骨梁１６に替えてスラブ（例えば、ＲＣ床スラブやフラットスラブ）等でも良い。
【００８９】
以上、本発明の第１，第２実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、第１，第２実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９０】
１０      コンクリート充填鋼管柱
１２      鋼管柱
１２Ｓ１  内壁面
１２Ｕ    上仕口部（上の仕口部）
１２Ｌ    下仕口部（下の仕口部）
１４      充填コンクリート
１４Ｕ    柱頭部
１４Ｍ    中間部
１４Ｌ    柱脚部
１６      鉄骨梁（水平部材）
１８      上階側内ダイアフラム（上階側ダイアフラム）
２０      下階側内ダイアフラム（下階側ダイアフラム）
２２      鋼管柱
３０      補強部材
３２      補強鉄筋
３４      上側帯筋（端部帯筋）
３６      下側帯筋（端部帯筋）
３８      中間部帯筋
４０      コンクリート充填鋼管柱
４２      貫通孔
４４      鉄筋固定材（支持部材）
５０      補強部材
５２      補強鉄筋
５４      端部帯筋
６０      補強部材
６２      補強鉄筋
６４      端部帯筋
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１０】
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【図１１】
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