(57)【要約】【課題】柱梁接合部のパネルゾーンのせん断耐力、梁−鋼管接合部局部耐力、更に鋼管とコンクリートのせん断応力伝達に優れる、土木建築構造物に用いて好適なコンクリート充填円形鋼管柱を提供する。【解決手段】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において、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上下に配置される柱一般部の鋼管よりも厚く、前記柱一般部の鋼管が径厚比６６以上、前記パネルゾーンとなる鋼管の外径と前記柱一般部の鋼管の外径の比が１．０１〜１．０２、前記柱一般部鋼管の内面が前記パネルゾーンとなる鋼管の板厚の中心面よりも外側に位置する。【選択図】図２
2012188874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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上下に配置される柱一般部の鋼管よりも厚く、前記柱一般部の鋼管が径厚比６６以上、前記パネルゾーンとなる鋼管の外径と前記柱一般部の鋼管の外径の比が１．０１〜１．０２、前記柱一般部鋼管の内面が前記パネルゾーンとなる鋼管の板厚の中心面よりも外側に位置することを特徴とする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】
鋼管柱において柱に薄肉の鋼管、すなわち径厚比の大きいものを用いると柱梁接合部で１.そのパネルゾーンのせん断耐力と、２．梁と鋼管の接合部局部耐力が不足する可能性があり、その解決のため、種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、鋼管柱体に関し、鋼管柱１０１のうち、梁１０２を接合させる仕口部の部材１０５ａを、その外周面１０９に少なくとも一つの略矩形状平坦面を有し、その内周面１０８が円形断面を有する筒状であって、柱一般部（部材１０５ａの上下に接合される鋼管１０５）と比較して増厚に形成し、剛性・耐力を確保することが記載されている（図５）。
【０００４】
一方、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（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が、同様の課題がある。
【０００５】
その解決のため、コンクリート充填鋼管の場合では鋼管とコンクリート間でのせん断応力(鋼管とコンクリートの接触面に平行な方向の応力)伝達の向上が必要で、例えば、特許文献２には、鋼管１０５内にコンクリート１０６を充填した鋼管コンクリート柱１０１と梁１０２の接合構造として、柱梁接合部（パネルゾーンとも言う）における鋼管コンクリート柱１０１の鋼管部分を内面側にリブ１０７を設けた内面リブ付鋼管１０４とし、コンクリート１０６との間でせん断応力伝達をより確実とすることが記載されている（図４）。
【０００６】
更に、コンクリート充填鋼管の場合、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も問題とされている。
【０００７】
そのため、特許文献３には、鋼管１０５の外周面に取り付けたリング状の外ダイヤフラム１１１を介して、梁１０２を接合して、接合部局部耐力（接合部局所耐力という場合がある）を確保した仕口部とし、鋼管１０５の内周面で外ダイヤフラム１１１に対応する位置にコンクリートのずれ止め材１００を隅肉溶接で接合したコンクリート充填柱が開示され（図６）、当該隅肉溶接部１１２のビード外観が上がり勾配をもつことからずれ止め材１００の下面にコンクリート充填の際の気泡が集積せず、充填したコンクリート１０６と鋼管内周面との一体化を実現することが記載されている。
【０００８】
そして、特許文献３では鋼管１０５の内周面で外ダイヤフラム１１１に対応する位置に、中心部にコンクリートの充填用開口を設けた内ダイヤフラムを取り付けて梁フランジとの接合部局部耐力を確保することが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図４に示す、梁１０２が取り付けられる仕口部に、鋼管１０５に替えて内面にリブ１０７を有する内面リブ付き鋼管１０４を用いる柱梁接合部は、内面リブ付鋼管が特殊な鋼管で、その入手が容易でないため、実工事に採用することが難しかった。
【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）として径厚比が大きい鋼管を用いた場合でも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満足させることが可能で且つ入手が容易な部材で構成された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】
上記課題は以下の手段で達成可能である。
１．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、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上下に配置される柱一般部の鋼管よりも厚く、前記柱一般部の鋼管が径厚比６６以上、前記パネルゾーンとなる鋼管の外径と前記柱一般部の鋼管の外径の比が１．０１〜１．０２、前記柱一般部の鋼管の内面が前記パネルゾーンとなる鋼管の板厚の中心面よりも外側に位置することを特徴とする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、以下の効果が得られ、産業上極めて有用である。
１．柱一般部に径厚比の大きい鋼管を用いたコンクリート充填円形鋼管柱において、所望の柱梁接合部のパネルゾーンのせん断耐力、梁−鋼管接合部局部耐力を確保し、更に鋼管とコンクリート間のせん断応力伝達向上を同時に達成することが可能である。
２．鋼管の形状及び施工誤差による柱一般部の外周面における凹凸部の発生が防止される。
３．さらに、一つの接合部に複数の梁が接合され、夫々の梁のフランジ高さが異なる柱梁接合部を形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るコンクリート充填円形鋼管柱の構造を示し、（ａ）は縦断面、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面を示す図。
【図２】図１に示したコンクリート充填円形鋼管柱の増厚部鋼管と柱一般部鋼管の寸法、位置関係を示す図。
【図３】本発明に係るコンクリート充填円形鋼管柱を用いた骨組構造の一部を抽出した立面図。
【図４】パネルゾーンに内面リブ付き鋼管を用いたコンクリート充填鋼管柱−梁接合部の構造を示す断面図（従来例）。
【図５】仕口部に外周面に少なくとも一つの略矩形状平坦面を有し、その内周面が円形断面を有する筒状で、柱一般部と比較して増厚に形成した部材を用いた鋼管柱−梁接合部の構造を示す断面図（従来例）。
【図６】仕口部に設けた外ダイヤフラムに梁を接合したコンクリート充填鋼管柱−梁接合部の断面図（従来例）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係るコンクリート充填円形鋼管柱は、パネルゾーンに位置する鋼管と柱一般部の鋼管の寸法関係を、パネルゾーンに位置する鋼管の鋼管厚が柱一般部の鋼管の内面が前記パネルゾーンの鋼管の板厚の中心面よりも外側に位置するように規定し、前記パネルゾーンの鋼管の外径を柱一般部の鋼管の外径（Ｄ２）よりも大きくすることを特徴とする。柱一般部鋼管の径厚比Ｄ２／ｔ（但しｔは鋼管厚）が６６未満の場合、接合部の耐力不足が起こりにくいため、本発明は柱一般部鋼管の径厚比Ｄ２／ｔ（但しｔは鋼管厚）が６６以上のコンクリート充填円形鋼管柱を対象とする。
【００１５】
以下の説明において柱梁接合部は柱と梁が接合された建築構造を指し、パネルゾーンと仕口部（梁と鋼管の接合部局部を指す）を含む用語として用いる。パネルゾーンは鋼管柱において梁による応力が作用する領域で主に接合される梁の高さの範囲内を指す用語として用いる。
【００１６】
図１は、本発明に係るコンクリート充填円形鋼管柱の構成を説明する図で、（ａ）は軸方向の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図を示す。これらの図において１は鋼管柱、２は梁、６はコンクリート、１２は柱一般部鋼管、１３は増厚部鋼管を指す。
【００１７】
図示したコンクリート充填円形鋼管柱は、コンクリート６をその内部に充填する鋼管柱１が、柱梁接合部のパネルゾーンにおいて梁２を接合する増厚部鋼管１３とその上下に接合される柱一般部鋼管１２で構成されている。増厚部鋼管１３、柱一般部鋼管１２はそれぞれ複数本であっても良い。鋼管−梁局部部の剛性・耐力を確保する観点から、増厚部の柱軸方向の長さは、梁せい（梁の高さ）に一定の長さを加えた値とすることが望ましい。
【００１８】
図２に、図１に示したコンクリート充填円形鋼管柱の増厚部鋼管と柱一般部鋼管の寸法、位置関係を示す。Ｄ１は増厚部鋼管１３の外径、Ｄ２は柱一般部鋼管の外径とする。図においてコンクリートは省略している。
【００１９】
増厚部鋼管１３の肉厚はその上下に配置される柱一般部鋼管１２よりも厚くする。柱梁接合部のパネルゾーンとなる部分に柱一般部鋼管１２より板厚の厚い増厚部鋼管１３を用いて、パネルゾーンを増厚補強することにより、そのせん断耐力を柱曲げ耐力以上とすることが出来る。
【００２０】
同様に増厚補強により、鋼管−梁接合部の局所耐力を梁の曲げ耐力以上とすることができる。
【００２１】
増厚部鋼管１３の外径Ｄ１と柱一般部鋼管１２の外径Ｄ２の比（Ｄ１/Ｄ２）は１．０１〜１．０２とする。一般構造用鋼管の径の公差は±１％、精度の良いもので±０．５％であるので、増厚部鋼管１３の外径を柱一般部鋼管１２の外径の１〜２％増とすることで、実工事において問題とされる柱一般部の外側への目違いが防止される。
【００２２】
一般に製造されている鋼管の外径はｍｍ系列とインチ系列のものがあり、インチ系列の鋼管外径は最も近いｍｍ系列の鋼管外径の１．６％増である。柱一般部鋼管１2の外径が公差最大、かつ増厚部鋼管１３の外径が公差最小となることが同時に生じる確率は低いため、柱一般部鋼管１２としてｍｍ系列の鋼管、増厚部鋼管１３としてはインチ系列の鋼管を用いることで達成される。
【００２３】
また、柱一般部鋼管１２の内面１４は増厚部鋼管１３の板厚中心１５における面（板厚中心１５に沿う円筒の面）よりも外側に位置するように、柱一般部鋼管１２と増厚部鋼管１３の寸法を規定する。
【００２４】
柱一般部鋼管１２の内面が増厚部鋼管１３の板厚の中心面よりも外側に位置するよう配置することで、柱一般部鋼管１２の内面１４と増厚部鋼管１３の内面１４に段差が生じ、この段差が鋼管−コンクリート間のせん断応力伝達を可能とする機械的ずれ止めとして作用する。
【００２５】
本発明に係るコンクリート充填円形鋼管柱は、前記段差を鋼管柱の内側に張り出すよう柱一般部鋼管１２と増厚部鋼管１３の接合部を構成することにより、増厚部鋼管１３に通常の鋼管を用いても、前記せん断耐力・局部耐力・鋼管−コンクリート間のせん断応力伝達の要求を同時に満足させるコンクリート充填円形鋼管柱が実現される。
【００２６】
なお、特許文献１記載の鋼管柱のようにコンクリート充填の無い鉄骨柱構造では増厚部分の板厚中心と柱一般部の板厚中心のずれが大きい場合、面外方向に偏心モーメントが作用するため柱構造性能に悪影響を及ぼすが、コンクリート充填円形鋼管柱では、内面において面外への移動が拘束されるためその影響は小さい。
【実施例】
【００２７】
図３に外観図を示す鋼管柱−梁構造部材を用いて本発明の効果を示す。尚、図示した鋼管柱は内部にコンクリートを充填し、コンクリート充填円形鋼管柱としている。
【００２８】
柱梁の部材長中間にモーメント反曲点が存在すると仮定し、柱の該反曲点位置をピン−ピンローラー支持、梁の該反曲点位置に逆対称の荷重が作用する十字骨組にて部材断面の設計を行う。なお、柱の軸力比は０．４とする。
【００２９】
表１に示すとおり、柱が鋼管φ６００−６（ＳＮ４９０）、充填コンクリートＦｃ６０のＣＦＴ柱、梁がＨ−６００ｘ２５０ｘ１２ｘ２５（ＳＮ４９０）の場合、パネルゾーンの増厚部鋼管をφ６０９．６−３２（ＳＮ４９０）とすることで、接合部耐力として「鋼構造接合部設計指針」（日本建築学会）が推奨する梁耐力×１．２５以上が得られる。
【００３０】
ここで、柱の耐力は「コンクリート充填鋼管構造設計施工指針」（日本建築学会）の一般化累加強度式（ｃＲｕ＝１．０）、パネルせん断耐力は「鋼管構造設計施工指針」（日本建築学会）、局部耐力は特許文献４記載の手法のうち、請求項４の方法により算定している。ただし，請求項４の方法において式（２０）における面外曲げモーメントＭθとトルクＴＲは０とし、Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３＝２とする）により算定している。局部耐力は梁ウェブの接合部耐力を含まないもので、梁フランジの軸降伏耐力×１．２５倍以上であることを確認している。
【００３１】
【表１】
2012188874.tif 000003
【符号の説明】
【００３２】
１  鋼管柱
２  梁
６  コンクリート
１２  柱一般部鋼管
１３  増厚部鋼管
１４  内面
１５  板厚中心
１００  ずれ止め材
１０１  鋼管コンクリート柱
１０２  梁
１０３  仕口部
１０４  内面リブ付き鋼管
１０５  鋼管
１０５ａ  部材
１０６  コンクリート
１０７  リブ
１０８  内周面
１０９  外周面
１１０  鋼管柱
１１１  外ダイヤフラム
１１２  隅肉溶接部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開平９−１２５５９９号公報
【特許文献２】特開平２−８０７２９号公報
【特許文献３】特開平８−４１９９０号公報
【特許文献４】特許第４０１３１７９号
【図１】
2012188874.tif 000004
【図２】
2012188874.tif 000005
【図３】
2012188874.tif 000006
【図４】
2012188874.tif 000007
【図５】
2012188874.tif 000008
【図６】
2012188874.tif 000009