(57)【要約】【課題】土木建築構造物に用いられるコンクリート充填円形鋼管柱を提供する。【解決手段】鉄筋を内蔵した円形の鋼管柱にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱であって、梁を取り付けて柱梁接合部を構成する際、前記鋼管柱でパネルゾーンとなる鋼管は、内部に、前記梁の上下の梁フランジの位置に夫々対応して、前記鋼管の内周に接合されたリング状孔開き鋼板を有し、前記鋼管柱は前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部鋼管から前記パネルゾーンとなる鋼管に掛け渡され、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を挿通する主筋を有している。【選択図】図１
2012188872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋を内蔵した円形の鋼管柱にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱であって、梁を取り付けて柱梁接合部を構成する際、前記鋼管柱でパネルゾーンとなる鋼管は、内部に、前記梁の上下の梁フランジの位置に夫々対応して、前記鋼管の内周に接合されたリング状孔開き鋼板を有し、前記鋼管柱は前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部鋼管から前記パネルゾーンとなる鋼管に掛け渡され、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を挿通する主筋を有し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】
前記鋼管柱はパネルゾーンとなる鋼管の肉厚が前記パネルゾーンとなる鋼管の両端に接合される柱一般部の鋼管よりも厚く、前記主筋は、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部の鋼管から直線的に挿通後、定着されていることを特徴とする請求項１記載のコンクリート充填円形鋼管柱。
【請求項３】
前記鋼管柱はパネルゾーンとなる鋼管の肉厚と前記パネルゾーンとなる鋼管に接合される柱一般部の鋼管の肉厚が等しく、前記主筋は、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部の鋼管から直線的に挿通後、定着され、前記リング状孔開き鋼板間には、前記梁フランジの取り付け方向と平行になるように対角補強筋が掛け渡されていることを特徴とする請求項１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、土木建築構造物に用いられるコンクリート充填円形鋼管柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
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造：Ｃｏｎｃｒｅｔｅ  Ｆｉｌｌｅｄ  Ｓｔｅｅｌ  Ｔｕｂｅの略とも言う）は、コンクリートの特徴（圧縮力に強いが、引張り力に弱い特性）と鋼管の特徴（引張り力に強いが、圧縮力により座屈する特性）を組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地震に強く、また耐火性も備えた構造である。
【０００３】
コンクリート充填鋼管構造では１．柱と梁の接合部の内部構造が複雑で加工コストがかかることと、２．柱内部にコンクリートを充填する際、鋼管内面との間に隙間が発生しやすいことが欠点とされるが、その優れた性能のため、施工性など様々な観点から種々研究されている。
【０００４】
特許文献１は、鉄筋内蔵コンクリート充填鋼管及びその接合方法に関し、鋼管５１の開口付近の内部にリング板５３を固着し、リング板５３に設けた複数の通し孔の一部に当該鋼管５１内に配筋した鉄筋５５ａをナット５７で固着し、更に他の通し孔には隣接する鋼管の鉄筋５５ａを挿通させて、鋼管同士を容易に連結させる鉄筋内蔵コンクリート充填鋼管の接合方法が記載されている（図７）。
【０００５】
特許文献２は、鋼管１００の内部に鉄筋籠１０６がスペーサ１０２を介して固定されたコンクリート充填鋼管柱の施工方法に関し、柱梁接合部（パネルゾーンとも言う）の鋼管１００の内部にＨ形鋼梁１０８の上下フランジの位置に合わせて上ダイヤフラム２００、下ダイヤフラム３００を取り付けて、鉄筋籠１０６の柱主筋１０７の柱主筋上端１０９は下ダイヤフラム３００に設けた貫通孔に挿通させてネットで固着し、柱主筋下端１１０は鋼管１００より延出させて下方の鋼管１００ａの上ダイヤフラム１０２ａに設けた貫通孔に挿通させることが記載されている（図８）。
【０００６】
特許文献３は、耐火性を考慮した鉄筋補強型コンクリート充填鋼管柱及びコンクリート充填２重鋼管柱に関し、円形鋼管１１３とＨ形鋼梁１０８をダイヤフラム１１４を介して接合し、円形鋼管１１３の内部には主筋１０４とフープ筋１１２を強度と所定の耐火時間を満足するように配筋した鉄筋補強型コンクリート充填鋼管柱１１１が記載されている（図９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−６９５７０号公報
【特許文献２】特開２００３−７４１２０号公報
【特許文献３】特開２００１−２７９８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、充填鋼管柱（鋼管柱も含む）の場合、柱に薄肉の鋼管、すなわち、径厚比（管径／板厚）の大きい鋼管、一般的には径厚比６６以上の鋼管を用いると、柱梁接合部においてそのパネルゾーンのせん断耐力と、梁と鋼管との接合部局部耐力が不足する場合がある。特許文献３記載の鋼管柱のよう柱内に配筋する場合、柱曲げ耐力・パネルせん断耐力ともに増加するため、柱耐力に対してパネルゾーンの耐力が不足する場合が発生する。
【０００９】
鋼管柱の配筋をダイヤフラムを介して鋼管柱に定着させたり（特許文献２）、柱内の板で柱鉄筋を定着する機構（特許文献１）によっても、パネルゾーンの耐力は増加せず、径厚比によっては同様の現象が発生する。
【００１０】
そこで本発明は、コンクリート充填円形鋼管柱（コンクリート充填鋼管柱という場合がある）において径厚比が大きい鋼管を用いた場合に柱梁接合部でそのパネルゾーンのせん断耐力と、梁と鋼管の接合部局部耐力をそれぞれが過剰な値とならないように満足させることが可能なコンクリート充填鋼管柱を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．鉄筋を内蔵した円形の鋼管柱にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱であって、梁を取り付けて柱梁接合部を構成する際、前記鋼管柱でパネルゾーンとなる鋼管は、内部に、前記梁の上下の梁フランジの位置に夫々対応して、前記鋼管の内周に接合されたリング状孔開き鋼板を有し、前記鋼管柱は前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部鋼管から前記パネルゾーンとなる鋼管に掛け渡され、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を挿通する主筋を有していることを特徴とするコンクリート充填円形鋼管柱。
２．前記鋼管柱はパネルゾーンとなる鋼管の肉厚が前記パネルゾーンとなる鋼管の両端に接合される柱一般部の鋼管よりも厚く、前記主筋は、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部の鋼管から直線的に挿通後、定着されていることを特徴とする１記載のコンクリート充填円形鋼管柱。
３．前記鋼管柱はパネルゾーンとなる鋼管の肉厚と前記パネルゾーンとなる鋼管に接合される柱一般部の鋼管の肉厚が等しく、前記主筋は、前記リング状孔開き鋼板の環状部に設けた孔を前記パネルゾーンとなる鋼管に接合された柱一般部の鋼管から直線的に挿通後、定着され、前記リング状孔開き鋼板間には、前記梁フランジの取り付け方向と平行になるように対角補強筋が掛け渡されていることを特徴とする１記載のコンクリート充填円形鋼管柱。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の特徴を備えたコンクリート充填円形鋼管柱が得られ、産業上極めて有用である。
１．梁フランジと柱鋼管の接合部での剛性・耐力に優れる。
２．柱主筋はその配筋が容易でかつ軸方向力を確実に鋼管に伝達することが可能である。
３．パネルゾーンのせん断耐力を増加させることが可能である。
４．リング状孔開き鋼板は鋼管内部を閉塞しないため、コンクリートの充填性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係るコンクリート充填円形鋼管柱の縦断面図。
【図２】図１に示したコンクリート充填円形鋼管柱のＡ−Ａ´縦断面図。
【図３】本発明の一実施例に係るコンクリート充填円形鋼管柱の縦断面図。
【図４】図２に示したコンクリート充填円形鋼管柱のＡ−Ａ´縦断面図。
【図５】実施例に用いた柱梁接合部（十字骨組）を説明する図。
【図６】図５に示した柱梁接合部の平面図。
【図７】従来のコンクリート充填鋼管柱構造の一例を示す断面図。
【図８】従来のコンクリート充填鋼管柱構造の一例を示す断面図。
【図９】従来のコンクリート充填鋼管柱構造の一例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、コンクリート充填円形鋼管柱において、柱梁接合部を構成した際にパネルゾーンとなる鋼管の内側で梁フランジ高さとなる位置の内周に沿って、リング状孔開き鋼板を接合し、柱主筋を挿入定着させ、パネルゾーンとなる鋼管の板厚によっては、更に補強筋を用いることを特徴とする。以下、図を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施例に係るコンクリート充填円形鋼管柱の縦断面を、図２に図１に示したコンクリート充填円形鋼管柱のＡ−Ａ´断面図を示す。これらの図は柱梁接合部において、梁を接合した状態を示している。また、図２では図１の梁を説明が容易なように梁フランジの幅で示している。
【００１６】
図示したコンクリート充填円形鋼管柱は、円形の鋼管柱とその柱内に配筋された鉄筋と、鋼管柱内に取り付けられたリング状孔開き鋼板５を有し、梁４が取り付けられているパネルゾーンには、その他の部位における鋼管（柱一般部鋼管１）より板厚が厚いパネル部鋼管（増厚）２が配置されている。パネル部鋼管（増厚）２は梁４の梁背いより全長が長い鋼管で、好ましくは、梁フランジ４ａ、梁ウェブ４ｂと隙間なく接続できるように鋼管外周を平坦とする。リング状孔開き鋼板５はパネル部鋼管（増厚）２に溶接などで接合する。
【００１７】
パネル部鋼管（増厚）２の内部には、梁４の上下の梁フランジ４ａに対応する位置にリング状孔開き鋼板５が夫々固定されている。リング状孔開き鋼板５は、中央に開口部を有するドーナツの形をしたリング状で、前記開口部と外周に挟まれる環状部は柱内の鉄筋のうち柱主筋３が挿通する寸法の複数の孔６が等間隔に設けられている。前記開口部により、
コンクリートの充填性が確保され、また、空気抜きとしても作用するので、鋼板５の周囲のコンクリート充填が確実に行われる。
【００１８】
柱主筋３は、柱一般部鋼管内とパネル部鋼管（増厚）２内に直線状に掛け渡され、その一端はパネル部鋼管（増厚）２内において孔６を挿通した状態で溶接などでリング状孔開き鋼板に固定されている。なお、鋼管柱内には柱主筋以外にせん断補強筋などが配筋されているが図では省略している。
【００１９】
本発明によれば、柱梁接合部のパネルゾーンの内部（パネル部鋼管（増厚）２の内部）にリング状孔開き鋼板５を接合することにより、該鋼板が内ダイヤフラムとして働き、柱梁接合部の剛性・耐力を向上させる。
【００２０】
また、孔６に柱主筋３を通すことで、該鋼板は孔開き鋼板ジベルとしても作用し、梁フランジ４ａの引張方向の力について該鋼板と柱内の充填コンクリート８との間でせん断方向の応力伝達がなされる。従って、コンクリート充填鋼管構造で不足しがちな引張フランジ側の接合部耐力・剛性の確保が従来工法よりも少ない鋼材重量で可能となる。
【００２１】
また、孔６に柱主筋３を通すことで、柱主筋３の定着長さを従来構造よりも短くすることが可能で柱主筋３の納まりがよくなり、柱主筋３の力を確実にパネル部鋼管（増厚）２に伝達することが可能となる。
【００２２】
さらに、パネルゾーンの鋼管を増厚してパネル部鋼管（増厚）２とするので、鋼管またはコンクリートのせん断耐力を増加させ、パネルゾーンの耐力を柱・梁の耐力以上とすることが可能となる。
【００２３】
図３は本発明の他の実施例に係るコンクリート充填円形鋼管柱の縦断面を、図４に図３に示したコンクリート充填円形鋼管柱のＡ−Ａ´断面図を示す。これらの図は柱梁接合部において、梁を接合した状態を示し、図３では説明が容易なように充填コンクリートを省略している。
また、図４では図３の梁を説明が容易なように梁フランジの幅で示している。
【００２４】
図示したコンクリート充填円形鋼管柱は、梁４が取り付けられているパネルゾーンの鋼管（パネル部鋼管２ａ）の板厚を、その他の部位における鋼管（柱一般部鋼管１）と同じ板厚とする。増厚した場合と比較して、鋼管またはコンクリートのせん断耐力が低下するので、上下の梁フランジ４ａの位置に対応して取り付けられているリング状孔開き鋼板５の間に、梁の取り付け方向と平行になるように対角補強筋７を掛け渡して固定する。鋼管またはコンクリートのせん断耐力が増加し、パネルゾーンの耐力を柱・梁の耐力以上とすることが可能である。その他の構造は図１でその構造を説明したコンクリート充填円形鋼管柱と同じである。なお、対角補強筋７は、柱主筋３の近傍に固定することが望ましい。
【実施例１】
【００２５】
図５に示す十字骨組（図の柱・梁の先端部が、実構造における地震荷重作用時のモーメント反曲点と仮定し、先端部のモーメントを０として部材を設計する）において、梁がＨ−６００ｘ２５０ｘ１２ｘ２５  ＳＮ４９０鋼の場合、全塑性曲げ耐力は１,４６３（ｋＮ・ｍ）、梁に作用するせん断力は３９５．４（ｋＮ）である。
【００２６】
この耐力に対し、パネルゾーンの終局せん断耐力と梁フランジ−パネル間仕口部の終局引張耐力が１．４倍の安全率を有するように設計する。
（以下、耐力計算には鋼管構造設計施工指針・同解説［日本建築学会］の評価式を用いる。ただし穴あき内蔵ダイヤフラム（リング状孔開き鋼板）の接合部耐力は外ダイヤフラムの評価式を援用する）
パネルゾーンはφ６００−１６ｍｍ鋼管、鋼管の降伏応力３２５Ｎ／ｍｍ２、充填コンクリート強度６０Ｎ／ｍｍ２とすると、パネルゾーンの終局曲げモーメントは３,６２２（ｋＮ・ｍ）、梁のせん断力に換算すると５７９．５（ｋＮ）となり、条件を満足する。
【００２７】
一方、穴あき内蔵ダイヤフラム（リング状孔開き鋼板）は幅１１５ｍｍ、板厚２８ｍｍ（梁フランジよりも１サイズ以上厚いものが推奨されている）、鉄筋定着孔（兼コンクリートの空気抜き穴）φ３０ｍｍ、鉄筋Ｄ１９（ＳＤ３４５）とすることで、梁フランジ−パネル間仕口部の終局引張耐力は２,９０１（ｋＮ）（内、ダイヤフラムの寄与分２５３６ｋＮ、フランジ前面の定着孔３つをジベルと同様に評価したせん断耐力３６５ｋＮ）であり、ウェブのモーメントを加えると、接合部の曲げ耐力は２,１３５（ｋＮ・ｍ）、梁のせん断力に換算すると５７７．０（ｋＮ）となり、こちらも条件を満足する（ただし、φ３０ｍｍの孔はダイヤフラム耐力算定時には断面欠損とみなし、ダイヤフラムの有効幅を８５ｍｍとして計算している）。
【００２８】
ちなみに内蔵ダイヤフラムに鉄筋を挿入定着しない場合、ダイヤフラムの幅は１３５ｍｍ必要である。
【実施例２】
【００２９】
パネルゾーン内に図３および図４に示す斜め配筋（対角補強筋）を施し、上記のパネルゾーンと同等の耐力になるよう設計すると、φ６００−１２ｍｍ鋼管、鋼管の降伏応力３２５Ｎ／ｍｍ２、斜め配筋Ｄ２５・ＳＤ３４５×３本（一方向）が必要となる。上記パネルゾーンの鋼管からの鋼管重量減は３３．６（ｋｇ）、斜め鉄筋の重量増は１８．７（ｋｇ）であり、斜め配筋による補強が水平１方向の場合は鋼重が減少する（パネルゾーン鋼管増厚部の上下延長、鉄筋の定着分は考慮していない）。
【符号の説明】
【００３０】
１                                    柱一般部鋼管
２                                    パネル部鋼管（増厚）
３                                    柱主筋
４                                    梁
４ａ                                  梁フランジ
４ｂ                                  梁ウェブ
５                                    リング状孔開き鋼板
６                                    孔
７                                    対角補強筋
８                                    充填コンクリート
５１，１００，１００ａ                鋼管
５３                                  リング板
５５，５５ａ                          鉄筋
５７                                  ナット
１０２                                スペーサ
１０２ａ，２００                      上ダイヤフラム
１０４                                主筋
１０６                                鉄筋籠
１０７                                柱主筋
１０８                                Ｈ形鋼梁
１０９                                柱主筋上端
１１０                                柱主筋下端
１１１                                鉄筋補強型コンクリート充填鋼管柱
１１２                                フープ筋
１１３                                円形鋼管
１１４                                ダイヤフラム
３００                                下ダイヤフラム
【図１】
2012188872.tif 000003
【図２】
2012188872.tif 000004
【図３】
2012188872.tif 000005
【図４】
2012188872.tif 000006
【図５】
2012188872.tif 000007
【図６】
2012188872.tif 000008
【図７】
2012188872.tif 000009
【図８】
2012188872.tif 000010
【図９】
2012188872.tif 000011