(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にコンクリートが充填され、所定の階高で梁が接合された鋼管本体と、上下階の前記梁の間に形成された内法柱長さの範囲で、前記鋼管本体の外側に嵌め込み装着されたリング補強部材とを備え、
前記リング補強部材を、所定の縦方向長さを有した鋼製部材で構成し、
前記リング補強部材の内面と、前記鋼管本体の外面との間に、所定の装着クリアランスを設け、
前記所定の装着クリアランスは、前記鋼管本体が弾性範囲にある状態からコンファインド効果を前記リング補強部材に発揮させる時期により定められる、
ことを特徴とするＣＦＴ構造柱。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＦＴ構造柱において、
前記リング補強部材を、鋼管で構成した、
ことを特徴とするＣＦＴ構造柱。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ構造柱において、
前記リング補強部材は、前記内法柱長さの範囲で、ほぼ全域に亘る縦方向長さを有する、
ことを特徴とするＣＦＴ構造柱。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ構造柱において、
前記リング補強部材は、前記内法柱長さの範囲に、上下階の前記梁に近接して柱頭部および柱脚部に２つ装着されている、
ことを特徴とするＣＦＴ構造柱。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ構造柱において、
前記リング補強部材は、前記内法柱長さの範囲に、離隔して３つ以上装着されている、  ことを特徴とするＣＦＴ構造柱。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼管の内部にコンクリートを充填したＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube：コンクリート充填鋼管）構造を、柱に適用したＣＦＴ構造柱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来のＣＦＴ構造柱の一例を示す縦断面図である。
【０００３】
図７において、１はＣＦＴ構造柱を示し、図示を省略した基礎の上に立てられた鋼管本体２と、この鋼管本体２の内部に充填されたコンクリート４とによって構成されている。
なお、鋼管本体２の中には、後述する梁１１を構成するＨ形鋼の上下のフランジに対応する位置に、内ダイヤフラム３が、例えば溶接によって接合されている。
【０００４】
１１は梁を示し、対向する鋼管本体２に所定の手段、例えば溶接によって所定の階高Ｈに接合された２つの端部Ｈ形鋼１２と、この２つの端部Ｈ形鋼１２の間に接合された中央部Ｈ形鋼１３とで構成されている。
そして、端部Ｈ形鋼１２と中央部Ｈ形鋼１３とは、ウェブ同士および上下のフランジ同士が、継ぎ手板１４、ＨＴＢ（High Tension Bolt：高力ボルト）１５を用いて接合されている。
Ｇｈは梁成（梁高さ）、Ｈｏは上下階の梁１１の間に形成された内法柱長さを示す。
【０００５】
図７に示すＣＦＴ構造柱１は、鋼管本体２が型枠代わりになることによって型枠が不要になるとともに、内部に配置する鉄筋が不要になるので、施工費用が安くなるとともに、工期を短縮することができる。
また、鋼管本体２が、コンクリート４の横断面形状の変形を拘束する効果（コンファインド効果）を発揮する拘束部材として機能するので、コンクリート４の見かけ上の強度が増大し、柱材として大きな軸方向強度および曲げ強度が得られることにより、柱径を小さくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣＦＴ構造柱１は、鋼管本体２が軸方向に降伏した後にコンファインド効果が得られるため、最終的な最大耐力としては非常に高いものの、その時の軸方向の変形が大きくなる。
したがって、それ以上の荷重に対して充分に耐え得る性能を有している場合でも、実用上は軸方向歪み度の２％程度を上限とし、その時点を最大耐力と見なし、設計に反映する必要がある。
【０００７】
また、地震時の水平力が建物に作用する場合、軸歪み度を制限する観点に立つと、中程度の地震時で鋼管本体２が降伏し、コンファインド効果を期待することは避けるべきである。
このためには、コンファインド効果を期待しない時点での軸方向耐力に対してある安全率を設定し、軸力制限を設けて各部材の設計を行う必要がある。
したがって、軸力制限は、コンファインド効果が非常に大きい設計断面の場合、かなり安全側の評価を与える必要があるので、不経済的になる。
【０００８】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、鋼管本体の外側にリング補強部材を嵌め込み、このリング補強部材にコンファインド効果を担わせることにより、安全性の向上が図れ、経済的に施工することのできるＣＦＴ構造柱を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、内部にコンクリートが充填され、所定の階高で梁が接合された鋼管本体と、上下階の前記梁の間に形成された内法柱長さの範囲で、前記鋼管本体の外側に嵌め込み装着されたリング補強部材とを備え、前記リング補強部材を、所定の縦方向長さを有した鋼製部材で構成し、前記リング補強部材の内面と、前記鋼管本体の外面との間に、所定の装着クリアランスを設け、前記所定の装着クリアランスは、前記鋼管本体が弾性範囲にある状態からコンファインド効果を前記リング補強部材に発揮させる時期により定められる、ことを特徴とするＣＦＴ構造柱である。
【００１０】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のＣＦＴ構造柱において、
前記リング補強部材を、鋼管で構成した、
ことを特徴とするＣＦＴ構造柱である。
【００１２】
請求項３にかかる発明は、請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ構造柱において、前記リング補強部材を、前記内法柱長さの範囲で、ほぼ全域に亘る縦方向長さにした、ことを特徴とするＣＦＴ構造柱である。
【００１３】
請求項４にかかる発明は、請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ構造柱において、前記リング補強部材を、前記内法柱長さの範囲に、上下階の前記梁に近接させて柱頭部および柱脚部に２つ装着した、ことを特徴とするＣＦＴ構造柱である。
【００１４】
請求項５にかかる発明は、請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ構造柱において、前記リング補強部材を、前記内法柱長さの範囲に、離隔させて３つ以上装着した、ことを特徴とするＣＦＴ構造柱である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の第１実施形態であるＣＦＴ構造柱の正面図、図２は図１に示したＣＦＴ構造柱の縦断面図、図３は図１に示したＣＦＴ構造柱の拡大横断面図、図４は柱軸力、曲げモーメントなどの説明図である。
【００１６】
この発明の第１実施形態であるＣＦＴ構造柱１Ａは、内部にコンクリート４が充填され、所定の階高Ｈで梁１１が接合された鋼管本体２と、上下階の梁１１の間に形成された内法柱長さＨｏの範囲で、鋼管本体２の外側に嵌め込み装着されたリング補強部材５とで構成されている。
【００１７】
鋼管本体２は、図３に示すように、横断面形状が円形をした円形鋼管であり、梁１１を接合する位置の内側に、内ダイヤフラム３が接合されている。
この鋼管本体２の横断面形状は、円形の他、例えば楕円形、正方形、長方形、五角形、六角形などの他の形状であってもよい。
【００１８】
リング補強部材５は、所定の縦方向長さ、例えば上下階の梁１１の間の長さ、すなわち内法柱長さＨｏのほぼ全域に亘る縦方向長さＬ１を有した鋼製部材、例えば鋼材、鋼管で構成され、鋼管本体２の横断面形状の変形を拘束する拘束部材として機能するものである。
そして、リング補強部材５は、横断面形状の内面（内形）が鋼管本体２の横断面形状の外面（外形）と相似形に形成されている。
【００１９】
さらに、リング補強部材５の内面と、鋼管本体２の外面との間に、図３に示すように、所定の装着クリアランスＣＬ１が設けられている。
この装着クリアランスＣＬ１は、鉄骨製作上のクリアランス、鋼管本体２とリング補強部材５とにおける規格品の断面形状、鋼管本体２とリング補強部材５とのコンファインド効果の相乗効果などを考慮して設定する。
【００２０】
ＢＢはコンクリート４の外径（鋼管本体２の内径）、Ｂｉは鋼管本体２の外径、Ｔｉは鋼管本体２の肉厚、Ｂｏはリング補強部材５の外径、Ｔｏはリング補強部材５の肉厚、Ｓ１はリング補強部材５と梁１１との隙間（例えば２０ｍｍ）、Ｎは柱軸力、Ｈｔ１は鋼管本体２の円周方向引張力、Ｈｔ２はリング補強部材５の円周方向引張力、Ｍは曲げモーメントを示す。
【００２１】
このように、鋼管本体２の外側にリング補強部材５を嵌め込み装着することにより、図４に示すように、地震時の柱の曲げモーメントＭと、柱軸力（圧縮力、引張力）Ｎとに対して抵抗する能力を鋼管本体２に担わせ、鋼管本体２の横断面形状の変形を拘束するコンファインド効果を、拘束部材として機能するリング補強部材５に担わせることができる。
そして、リング補強部材５に、鋼管本体２が弾性範囲にある状態（降伏前）からコンファインド効果を発揮させることができる。
【００２２】
このように、鋼管本体２が弾性範囲にある状態（降伏前）からコンファインド効果をリング補強部材５に発揮させる時期は、装着クリアランスＣＬ１によって自由に設計することができる。
なお、装着クリアランスＣＬ１をゼロにすれば、鋼管本体２とリング補強部材５とに、同時にコンファインド効果を発揮させることができる。
【００２３】
したがって、鋼管本体２によってコンファインド効果が得られるとともに、リング補強部材５によってもコンファインド効果が得られるので、安全性の向上を図ることができる。
また、鋼管本体２とリング補強部材５との厚さの合計は、柱材の作用荷重の種類、大きさなどを考慮して設計できることにより、鋼管本体２の外側にリング補強部材５を嵌め込み装着した場合、鋼管本体２のみの場合の肉厚よりも薄くすることができるので、所期の目的を達成する施工を経済的に実施することができる。
【００２４】
そして、リング補強部材５と梁１１との間に隙間Ｓ１を設けたので、柱軸力Ｎがリング補強部材５に直接作用しなくなる。
さらに、鋼管本体２とリング補強部材５との間に装着クリアランスＣＬ１を設けた場合、鋼管本体２がコンファインド効果を発現して膨らんだ後、リング補強部材５によるコンファインド効果が発現するので、二重の安全性の向上の役割を果たすように設計することができる。
そして、リング補強部材５を鋼管で構成したので、リング補強部材５を簡単かつ安価に得ることができる。
【００２５】
図５はこの発明の第２実施形態であるＣＦＴ構造柱の縦断面図である。
【００２６】
この発明の第２実施形態であるＣＦＴ構造柱１Ｂは、内部にコンクリート４が充填され、所定の階高Ｈで梁１１が接合された鋼管本体２と、上下階の梁１１の間に形成された内法柱長さＨｏの範囲に、鋼管本体２の外側に嵌め込み装着された２つのリング補強部材６とで構成されている。
【００２７】
リング補強部材６は、内法柱長さＨｏの範囲に、地震時の曲げモーメントＭ（図４参照）が大きくなる柱頭部および柱脚部の位置に上下階の梁１１に近接させて鋼管本体２の外側に嵌め込み装着され、縦方向長さＬ２を有した鋼製部材、例えば鋼材、鋼管で構成され、鋼管本体２の横断面形状の変形を拘束する拘束部材として機能するものである。
そして、リング補強部材６の横断面形状の内面は、鋼管本体２の横断面形状の外面と相似形に形成されている。
さらに、鋼管本体２とリング補強部材６との間に、図３に示すように、装着クリアランスＣＬ１が設けられている。
【００２８】
この第２実施形態のＣＦＴ構造柱１Ｂによれば、第１実施形態のＣＦＴ構造柱１Ａと同様な効果を得ることができるとともに、少ないリング補強部材６を効果的な位置に配置することにより、所期の目的を達成する施工を一層経済的に実施することができる。
なお、リング補強部材６の縦方向長さＬ２は、柱材の作用荷重の種類、大きさなどを考慮して決定する。
【００２９】
図６はこの発明の第３実施形態であるＣＦＴ構造柱の縦断面図である。
【００３０】
この発明の第３実施形態であるＣＦＴ構造柱１Ｃは、内部にコンクリート４が充填され、所定の階高Ｈで梁１１が接合された鋼管本体２と、上下階の梁１１の間に形成された内法柱長さＨｏの範囲に、鋼管本体２の外側に嵌め込み装着された６つのリング補強部材７とで構成されている。
【００３１】
リング補強部材７は、内法柱長さＨｏの範囲に、離隔させて鋼管本体２の外側に嵌め込み装着され、縦方向長さＬ３を有した鋼製部材、例えば鋼材、鋼管で構成され、鋼管本体２の横断面形状の変形を拘束する拘束部材として機能するものである。
そして、リング補強部材７の横断面形状の内面は、鋼管本体２の横断面形状の外面と相似形に形成されている。
さらに、鋼管本体２とリング補強部材７との間に、図３に示すように、装着クリアランスＣＬ１が設けられている。
【００３２】
この第３実施形態のＣＦＴ構造柱１Ｃによれば、第１および第２実施形態のＣＦＴ構造柱１Ａ，１Ｂと同様な効果を得ることができるとともに、少ないリング補強部材７をより効果的な位置に配置することにより、所期の目的を達成する施工をより一層経済的に実施することができる。
なお、リング補強部材７の縦方向長さＬ３は、柱材の作用荷重の種類、大きさなどを考慮して決定する。
この第３実施形態の場合、リング補強部材７を３つ以上としても、同様な効果を得ることができる。
【００３３】
上記した実施形態において、リング補強部材５，６，７と梁１１との間に隙間Ｓ１を設けたり、リング補強部材６，７同士の間隔を確保したり、鋼管本体２とリング補強部材５，６，７との間に装着クリアランスＣＬ１を設けるために、介在物を挿入してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼管本体の外側にリング補強部材を嵌め込み装着することにより、地震時の柱の曲げモーメントと、柱軸力とに対して抵抗する能力と、コンクリートの横断面形状の変形を拘束するコンファインド効果とを鋼管本体に担わせ、鋼管本体の横断面形状の変形を拘束するコンファインド効果を、拘束部材として機能する補強部材に担わせることができる。
【００３５】
したがって、鋼管本体と、リング補強部材とによってそれぞれ二重構造のコンファインド効果を得ることができるので、安全性の向上を図ることができる。
また、鋼管本体とリング補強部材との厚さの合計は、柱材の作用荷重の種類、大きさなどを考慮して設計できることにより、鋼管本体のみの場合よりも薄くすることができるので、所期の目的を達成する施工を経済的に実施することができる。
【００３６】
さらに、リング補強部材を鋼管で構成したので、リング補強部材を簡単かつ安価に得ることができる。特に、鋼管本体とリング補強部材との間に装着クリアランスを設けたので、鋼管本体がコンファインド効果が発現して膨らんだ後、リング補強部材によるコンファインド効果が発現することにより、二重に安全性の向上を図ることができる。そして、リング補強部材のコンファインド効果の発現時期は、装着クリアランスを調整することにより、自由に設計することができる。
【００３７】
また、リング補強部材を、内法柱長さの範囲でほぼ全域に亘る縦方向長さにすれば、内法柱長さの全域で所期の目的を達成することができ、リング補強部材を、内法柱長さの範囲に、上下階の梁に近接させて柱頭部および柱脚部に２つ装着すれば、少ないリング補強部材を効果的に配置することにより、所期の目的を達成する施工を一層経済的に実施することができ、リング補強部材を、内法柱長さの範囲に、離隔させて３つ以上装着すれば、より少ないリング補強部材を効果的に配置することにより、所期の目的を達成する施工をより一層経済的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態であるＣＦＴ構造柱の正面図である。
【図２】図１に示したＣＦＴ構造柱の縦断面図である。
【図３】図１に示したＣＦＴ構造柱の拡大横断面図である。
【図４】柱軸力、曲げモーメントなどの説明図である。
【図５】この発明の第２実施形態であるＣＦＴ構造柱の縦断面図である。
【図６】この発明の第３実施形態であるＣＦＴ構造柱の縦断面図である。
【図７】従来のＣＦＴ構造柱の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ〜１Ｃ    ＦＴ構造柱
２                鋼管本体
３                内ダイヤフラム
４                コンクリート
５〜７            リング補強部材
１１              梁
Ｌ１〜Ｌ３        縦方向長さ
ＢＢ，Ｂｉ，Ｂｏ  外径
Ｔｉ，Ｔｏ        肉厚
Ｓ１              間隙
ＣＬ１            装着クリアランス
Ｇｈ              梁成
Ｈ                階高
Ｈｏ              内法柱長さ
Ｎ                柱軸力
Ｈｔ１，Ｈｔ２    円周方向引張力
Ｍ                曲げモーメント
【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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