(57)【要約】【課題】施工性を向上しつつ、小断面化を図るとともに仕上げを兼用させることの可能な、柱構造体を提供する。【解決手段】鉄骨部材と該鉄骨部材の座屈を防止する補剛部材とを備える鉄骨造の柱構造体であって、前記補剛部材が、前記鉄骨部材を被覆するコンクリート部材と、該コンクリート部材に埋設された複数の緊張材とを備え、前記コンクリート部材は、前記緊張材によりにプレストレスが導入され、前記鉄骨部材は、前記補剛部材と接する面に滑り層が形成され、該滑り層に、シリコン樹脂系塗料が用いられている。【選択図】図２
2022003204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨部材と該鉄骨部材の座屈を防止する補剛部材とを備える鉄骨造の柱構造体であって、
前記補剛部材が、前記鉄骨部材を被覆するコンクリート部材と、該コンクリート部材に埋設された複数の緊張材とを備え、
前記コンクリート部材は、前記緊張材によりにプレストレスが導入され、
前記鉄骨部材は、前記補剛部材と接する面に滑り層が形成され、
該滑り層に、シリコン樹脂系塗料が用いられていることを特徴とする柱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨部材の座屈を防止するための補剛部材を備えた、鉄骨造の柱構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉄骨部材を適用した柱構造体としては、鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造等が一般に知られている。そして、鉄骨造とする場合には、耐火性能を付与するべく耐火構造で鉄骨部材を被覆している。
【０００３】
耐火構造としては、例えば、特許文献１の背景技術に開示されているような、耐火被覆材を鉄骨部材に吹付る方法や、鉄骨部材に取り付けた下地材を利用して耐火ボードを設置する方法が広く知られている。または、特許文献２で開示されているような、鉄骨部材の外周面に発泡性耐火塗料による塗膜層を形成する方法も採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８０８０７号公報
【特許文献２】特開平１０−２６６３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
鉄骨部材に耐火構造を設ける鉄骨造では、耐火構造の表面に外装材や内装材等の仕上げ材を、別途設置する場合が多い。このような場合には、建物の施工期間中は仕上げ材を設置するまでの間、上記の耐火構造が降雨等に晒されることのないよう、仮設部材で防護するといった対策を講じる必要がある。このため、工費が増大するとともに、仕上げ材を設ける際には仮設部材の撤去作業も含まれるため、作業が煩雑で工期も長期化しやすい。
【０００６】
鉄骨鉄筋コンクリート造の場合は、施工現場で実施する作業工程が多いことから、施工が煩雑となりやすく、また工費及び工期の点で不利となりやすい。また、構築後のコンクリート表面にひび割れが発生しやすくその制御が困難であるため、表面がコンクリートでありながら建物の仕上げを兼用させることが困難である。
【０００７】
さらに、鉄骨造及び鉄骨鉄筋コンクリート造いずれの構造の場合にも、座屈防止や耐火性能の確保を考慮すると、断面サイズを小さくするような調整が難しい。このため、柱長と比較して断面の小さい細柱のような、軽量で意匠性を有する構造とすることが困難となりやすい。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、施工性を向上しつつ、小断面化を図るとともに仕上げを兼用させることの可能な、柱構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明の柱構造体は、鉄骨部材と該鉄骨部材の座屈を防止する補剛部材とを備える鉄骨造の柱構造体であって、前記補剛部材が、前記鉄骨部材を被覆するコンクリート部材と、該コンクリート部材に埋設された複数の緊張材とを備え、前記コンクリート部材は、前記緊張材によりにプレストレスが導入され、前記鉄骨部材は、前記補剛部材と接する面に滑り層が形成され、該滑り層に、シリコン樹脂系塗料が用いられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の柱構造体によれば、鉄骨部材が補剛部材で被覆され、補剛部材はプレストレスを導入されたコンクリート部材によりなる。そして、このコンクリート部材は、導入するプレストレス量を調整することにより、その表面に生じる可能性のあるひび割れを抑制できる。
【００１１】
したがって、コンクリート部材よりなる補剛部材の表面に仕上げを兼用させて、意匠性を確保することができるため、仕上げに係る手間を省略できる等、施工性を向上することが可能となる。
【００１２】
また、プレストレス量の調整により鉄骨部材の座屈を防止しつつ、柱構造体の小断面化を図ることもでき、外観に配慮したいわゆる細柱に採用できるなど、柱構造体を採用した建物の美観に寄与することが可能となる。
【００１３】
さらに、施工時には、鉄骨部材を耐火被覆材等で被覆する場合のような保護用の仮設部材等が不要であり、工費を大幅に低減できるとともに、工期の短縮を図ることが可能となる。
【００１４】
また、柱構造体をプレキャスト部材とすれば、鉄骨鉄筋コンクリート造と比較して柱を構築する際の作業工程を大幅に省略でき、柱構造体の小断面化により軽量化を図ることができることと相まって、施工性をさらに向上させることが可能となる。
【００１５】
加えて、鉄骨部材における補剛部材と接する面に形成された滑り層に、シリコン樹脂系塗料を用いると、柱構造体の製造時において、鉄骨部材を埋設するようにしてフレッシュコンクリートを打設することにより補剛部材を形成しても、フレッシュコンクリートが滑り層に食い込むことがなく、硬化後に滑り層と付着することがない。
【００１６】
このように、柱構造体の製造時に滑り層の機能を損なわれることがないため、柱構造体の製造後において、フレッシュコンクリートが硬化したコンクリート部材における鉄骨部材に対する滑り性を、滑り層により確保できる。したがって、コンクリート部材にプレストレスを効率よく導入することができ、コンクリート部材を備える補剛部材に、鉄骨部材の座屈防止材としての性能をより確実に発揮させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コンクリート部材にプレストレスが導入された補剛部材で鉄骨部材を被覆することにより、施工性を向上しつつ、小断面化を図るとともに仕上げを兼用させた構造とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態における柱構造体を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における柱構造体の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における鉄骨部材と補剛部材との間に介装する滑り層の付着性能を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるコンクリートに接した滑り層の動摩擦係数及び静摩擦係数を算出するための引張試験の様子を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における滑り層に作用する面圧と動摩擦係数及び静摩擦係数との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における柱構造体の他の事例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、コンクリート部材にプレストレスを導入した補剛部材で鉄骨部材を座屈補剛した、鉄骨造の柱構造体である。以下にその詳細を、図１〜図６を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１及び図２で示すように、柱構造体１は、鉄骨部材２と、鉄骨部材２を被覆する補剛部材３と、鉄骨部材２と補剛部材３との間に介装される滑り層６とを備えている。
【００２１】
鉄骨部材２は、長尺な鋼材であればいずれを採用してもよいが、本実施の形態では、Ｈ型鋼を採用している。図１で示すように、鉄骨部材２の長手方向における中間部分は、補剛部材３により被覆されており、両端部は長手方向の所定範囲が露出されている。
【００２２】
この露出された両端部の所定範囲は、建物を構築する際に床スラブや梁構造体等との取り合い部として機能させるために必要十分な長さが確保され、少なくとも防錆材７が塗布されて、防錆処理がなされている。
【００２３】
補剛部材３は、図２で示すように、コンクリート部材４と複数の緊張材５とを備え、コンクリート部材４は、複数の縦筋４１及びフープ筋４２よりなる鉄筋かごと、これらを埋設するコンクリート４３とを備える。なお、コンクリート４３には、後述する複数の緊張材５も埋設されている。
【００２４】
コンクリート部材４は、その形状が、鉄骨部材２の両端部の所定範囲を除いた全体を埋設することの可能な大きさであればいずれでもよく、本実施の形態では、長方体に形成されている。このコンクリート部材４は、ＰＣ工場等で製造されることが好ましく、製造時に緊張材５を利用してプレストレスが導入されている。
【００２５】
緊張材５は、鉄筋かご４の内側であって鉄骨部材２の長手方向に沿って、４本が間隔を有して並行に配置されている。その材料は、ＰＣ鋼棒や複数のＰＣ鋼より線を束状にしたもの等、コンクリートにプレストレスを導入する際に採用されるものであれば、いずれを採用してもよい。また、コンクリート部材４に対してプレストレスを導入する方法はいずれでもよいが、本実施の形態では、プレテンション方式を採用している。
【００２６】
上記のとおり柱構造体１は、鉄骨部材２が補剛部材３により被覆され、補剛部材３はプレストレスを導入したコンクリート部材４を備える。そして、コンクリート部材４はその表面に生じる可能性のあるひび割れを、導入するプレストレス量を調整することで、抑制できる。
【００２７】
このため、コンクリート部材４よりなる補剛部材３の表面に仕上げを兼用し、意匠性を持たせることができる。したがって、仕上げ作業に係る手間を省略できる等、施工性を向上することが可能となる。
【００２８】
また、プレストレス量の調整によりひび割れを抑制して鉄骨部材２の座屈を防止する機能を維持しつつ、柱構造体１の小断面化を図ることができる。これにより、外観に配慮したいわゆる細柱に採用することができる等、柱構造体１を採用した建物の美観に寄与することも可能となる。
【００２９】
さらに、現場施工時に、鉄骨部材２を耐火被覆材等で被覆する場合のような保護用の仮設部材等も不要となる。このため、工費を大幅に低減できるとともに工期の短縮を図ることも可能となる。
【００３０】
なお、柱構造体１は、補剛部材３に鉄骨部材２の座屈補剛機能、耐火被覆としての機能、及び仕上げ材としての機能を併せて持たせることが可能である。しかし、必ずしもこれに限定するものではなく、少なくとも座屈補剛機能を備えた補剛部材３の表面に別途、耐火被覆材や仕上げ材を設ける構造としてもよい。
【００３１】
ところで、上記の構成を有する柱構造体１について、図２で示すように、両者の間に滑り層６を介装すると、鉄骨部材２に対する補剛部材３を構成するコンクリート部材４の滑り性を大幅に向上することができる。このため、柱構造体１の製造時にプレストレスをコンクリート部材４に効率よく導入することができる。
【００３２】
滑り層６は、鉄骨部材２に対するコンクリート部材４の滑り性を向上できる材料であれば、いずれを採用してもよい。例えば、アンボンドブレース等で採用されているような、グリースやポリエチレンフィルム、発泡材等を採用できる。なお、これらを鉄骨部材２に設けるいわゆるアンボンド処理は施工が煩雑であり、また、機能を維持させるためには塗膜に十分な厚さを設ける必要がある場合が多い。
【００３３】
また、柱構造体１を製造する際、プレストレスの導入にプレテンション方式を採用する場合の手順としては一般に、滑り層６を設けた鉄骨部材２を囲うようにして、縦筋４１及びフープ筋４２と、緊張力を付与した緊張材５とを配置したのち、これらを埋設するようにしてフレッシュコンクリート（硬化前のコンクリート４３）を打設する。フレッシュコンクリートが硬化してコンクリート部材４が構築されたのちに、緊張材５の緊張力を開放する。
【００３４】
したがって、フレッシュコンクリートはその側圧により、滑り層６を鉄骨部材２に向けて押圧し、また、押圧したままの状態で硬化することとなる。そして、緊張材５の緊張力を開放すると、コンクリート部材４は、滑り層６に押圧力を作用させつつ圧縮することとなる。
【００３５】
このため、滑り層６は、鉄骨部材２及びコンクリート部材４との接触面に直交する方向の圧力が作用する場合（垂直抗力が増大する場合）にも、静摩擦力及び動摩擦力が過大となることのないような材料が好適である。また、滑り層６は、コンクリート４３が硬化する前のフレッシュコンクリートが食い込むなどして、硬化後にこれと付着することのない材料が好ましい。
【００３６】
なお、プレストレスの導入にポストテンション方式を採用した場合にも、柱構造体１の製造時におけるコンクリート部材４の滑り層６への作用は同様である。
【００３７】
本実施の形態では上記の事情を鑑み、滑り層６にシリコン樹脂系塗料を採用することとした。シリコン樹脂系塗料は、その塗膜表面にラッカースプレーやマジックインクなどによる落書きがしにくく、落書きを除去しやすいことで知られている。これらは、塗料の表面張力が低いため、塗膜表面が平滑になりやすく、また、塗膜表面に緻密性や耐溶剤性、撥水性や撥油性といった性能を有することに起因する。
【００３８】
なお、このようなシリコン樹脂系塗料に属する塗料として、例えば、大同塗料株式会社製の「ハイクリーンセラ」（商品名）、大日本塗料株式会社製の「マジックアート」（商品名：登録商標）、日本ペイント株式会社製の「ニッペビラカットセラ」（商品名）等が市場に流通している。
【００３９】
滑り層６には、これらのいずれを採用してもよいが、本実施の形態では、「マジックアート」（商品名：登録商標）を採用している。「マジックアート（商品名：登録商標）」は、一般名称で、「特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料」と称される塗料の一つであり、塗膜表面に粘着性がないといった性能を有する。このため、上記の落書きの除去性に加えてさらに、張紙の除去性や雨筋汚れの付きにくい耐汚染性有する塗料である。
【００４０】
≪≪滑り層６の性能評価実験≫≫
このような、シリコン樹脂系塗料のなかでも「特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料」について、滑り層６としての好適性を確認するべく、以下のような実験を行った。
【００４１】
実験を行うにあたり、試験材料として、上述した特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料と、その比較例として、構造物の重防食用塗料として知られる変性エポキシ樹脂さび止め塗料と、エポキシアクリル樹脂系塗料も準備した。
【００４２】
これら３種の試験材料の鉄骨部材２に対する付着性、及びコンクリート部材４の各試験材料に対する付着性に係る実験を実施した。また、これら各試験材料について、動摩擦係数及び静摩擦係数を評価する実験を実施した。
【００４３】
＜付着性に関する性能評価実験＞
実験は、黒皮鋼板に対して上記３種の各試験材料をエアスプレーでそれぞれ塗装し、１週間乾燥養生したものと、上記３種の各試験材料を塗装したブラスト鋼板上にコンクリートを打設し、このコンクリートを１か月間乾燥養生させたものとをそれぞれ準備した。図３に、各試験材料の塗装膜厚をそれぞれ示す。
【００４４】
黒皮鋼板に塗装した各試験材料の付着性は、プルオフ法（ＪＩＳ  Ｋ  ５６００＿５＿７）にて付着強度を測定した。一方、各試験材料に対するコンクリートの付着性は、建研式接着力試験器（建設省建築研究所の指導により製造されたもの）にて付着強度を測定した。これら付着強度の測定結果を、図３で示す。
【００４５】
図３を見ると、黒皮鋼板に対する変性エポキシ樹脂さび止め塗料及びエポキシアクリル樹脂系塗料の付着強度に比べて、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料の付着強度が高い様子がわかる。また、コンクリートは、変性エポキシ樹脂さび止め塗料及びエポキシアクリル樹脂系塗料に対して付着する一方で、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料には、まったく付着しない様子がわかる。
【００４６】
つまり、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料は、鉄骨部材２に対してはなじみよく付着する。しかし、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料を、鉄骨部材２に塗布した状態でコンクリート４３が硬化する前のフレッシュコンクリートに接触させても、この塗料にフレッシュコンクリートが食い込まず、コンクリート部材４と付着することがないものといえる。
【００４７】
＜動摩擦係数及び静摩擦係数を評価する実験＞
実験は、図４で示すように、黒皮鋼板Ｓの下面に、３種の試験材料各々をエアスプレーで塗装し１週間乾燥養生させて滑り層６を設ける。そして、この下面に滑り層６が設けられた黒皮鋼板Ｓをプレキャストコンクリート板Ｃの上面に配置し、さらにおもりＷを設置する。そして、おもりＷの質量（２００ｇ、４００ｇ、７００ｇ）ごとに引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎで引張距離１００ｍｍだけ、滑り層６が設けられた黒皮鋼板Ｓを牽引し、始動時の最大引張試験力（Ｎ）及び始動後の平均引張試験力（Ｎ）を測定する。
【００４８】
これらの結果に基づいて、各試験材料について、おもりＷの質量ごとの静摩擦係数μsを以下の（１）式にて、また、動摩擦係数μkを以下の（２）式にてそれぞれ算定する。
【００４９】
μs＝Ａｓ／Ｂ        ・・・・・・・・・・・（１）
μｓ：静摩擦係数
Ａｓ：始動時の最大引張試験力（Ｎ）
Ｂ  ：移動試験片にかかる荷重（Ｎ）
【００５０】
μｋ＝Ａｋ／Ｂ        ・・・・・・・・・・・（２）
μｋ：動摩擦係数
Ａｋ：始動後の平均引張試験力（Ｎ）
Ｂ  ：移動試験片にかかる荷重（Ｎ）
【００５１】
その一方で、各試験材料について、おもりＷの質量ごとの面圧Ｐを以下の（３）式にて算定し、面圧と、静摩擦係数μs及び動摩擦係数μkとの関係を図５にプロットした。
【００５２】
Ｐ＝（（ｓｇ＋ｗｇ）×９．８）/ｓｓ    ・・・・・・・・（３）
Ｐ  ：面圧（試験材料の単位面積当たりに加わる圧力）
ｓｇ：黒皮鋼板Ｓの質量（ｋｇ）
ｗｇ：おもりＷの質量（ｋｇ）
ｓｓ：黒皮鋼板Ｓに対する試験材料の接触面積（ｍｍ2）
【００５３】
図５を見ると、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料の静摩擦係数μsは、変性エポキシ樹脂さび止め塗料及びエポキシアクリル樹脂系塗料に比べて十分小さく、面圧が増大しても大きな変化を生じることがない。また、動摩擦係数μkは、面圧とともに増大するものの、変性エポキシ樹脂さび止め塗料及びエポキシアクリル樹脂系塗料の動摩擦係数μkと比較して、十分小さい様子がわかる。
【００５４】
つまり、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料は、鉄骨部材２とコンクリート部材４の両者の間で押圧力を作用された状態にあっても、コンクリート部材４の挙動に鉄骨部材２が追従するような現象を低減できる。したがって、コンクリート部材４にプレストレスを効率よく導入できるものと想定できるから、特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料は、滑り層６として好適な材料であるといえる。
【００５５】
この特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料を滑り層６に適用した柱構造体１を、工場で製造するプレキャスト部材とする場合には、まず鉄骨工場で、鉄骨部材２における両端部所定範囲に防錆材７を塗布する作業と、中間部に滑り層６として特殊シリコーン変性ふっ素樹脂クリヤー塗料を塗布する作業を行う。
【００５６】
こののち、この鉄骨部材２をＰＣ工場へ輸送し、鉄骨部材２を被覆する補剛部材３を前述した手順で製造すればよい、こうすると、柱構造体１を製造する過程で、鉄骨部材２に対して容易に滑り層６を形成でき、また、鉄骨部材２の防錆管理も容易に行うことができる。そして、柱構造体１の製造後には、補強部材３を構成するコンクリート部材４にプレストレスが導入された状態で、施工現場への柱構造体１を輸送できるため、輸送時や施工時においてコンクリート部材４に生じる可能性のあるひび割れも抑制できる。
【００５７】
また、柱構造体１を工場で製造するプレキャスト部材とすることにより、柱を構築する際の作業工程を大幅に省略できるため、柱構造体１の小断面化により軽量化できることと相まって、施工性をより向上させることが可能となる。
【００５８】
本発明の柱構造体１は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５９】
本実施の形態では、柱構造体１の両端部で鉄骨部材２を露出させ、床スラブや梁等との取り合いを設けたが、その形状は、必ずしもこれに限定するものではない。
【００６０】
例えば、柱構造体１を長手方向に連結して構造物に適用する場合には、図６で示すように、鉄骨部材２を柱構造体１の端部から露出させることなく、補剛部材３の内部に収めるとよい。そのうえで、連結する一方の端部は、縦筋４１を所定の長さだけ露出させておく。また、連結する他方の端部は、縦筋４１を収納可能なスリーブ８を埋設し、その開口を補剛部材３の端面に露出させておく。
【００６１】
これにより、柱構造体１を長手方向に連結するべく端面どうしを当接させると、一方の端部から露出する縦筋４１が、他方の端部に収納されたスリーブ８に挿入する。この状態でスリーブ８内に充填材を充填することによりスリーブ継手が形成され、長手方向に隣り合う柱構造体１の縦筋４１どうしが接合され、柱構造体１どうしは連結される。
【００６２】
なお、図６で示した柱構造体１を連結するための構造は一例であり、他の構造を採用してもよい。
【００６３】
また、柱構造体１の製造時に、例えばコンクリートの微細ひび割れに追従可能な塗料等の仕上げ材を、補剛部材３の表面に塗布する作業を実施してもよい。こうすると、より現場作業を省略でき、作業性を向上できるとともに工期短縮を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００６４】
１      柱構造体
２      鉄骨部材
３      補剛部材
４      コンクリート部材
４１    縦筋
４２    フープ筋
４３    コンクリート
５      緊張材
６      滑り層
７      防錆材
８      スリーブ
Ｓ      黒皮鋼板
Ｃ      プレキャストコンクリート板
Ｗ      おもり
【図１】
2022003204.tif 000003
【図２】
2022003204.tif 000004
【図３】
2022003204.tif 000005
【図４】
2022003204.tif 000006
【図５】
2022003204.tif 000007
【図６】
2022003204.tif 000008