(57)【要約】【課題】鋼管柱の局部座屈を抑制することができるコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造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内に充填される充填コンクリート１４とを備えている。鋼管柱１２は角形鋼管で構成されており、水平部材としての鉄骨梁１６が接合される上下の鋼管仕口部１２Ａと、これらの鋼管仕口部１２Ａ間に延びる鋼管本体部１２Ｂを有している。この鋼管本体部１２Ｂにおける軸方向端部としての鋼管上端部（柱頭部）１２ＢＵ及び鋼管下端部（柱脚部）１２ＢＬに、座屈抑制部材としての筒状部材２２Ｕ，２２Ｌがそれぞれ設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平部材が接合される上下の鋼管仕口部と、前記鋼管仕口部間に延びる鋼管本体部と、を有する鋼管柱と、
前記鋼管柱内に充填された充填コンクリートと、
前記鋼管本体部における軸方向端部の側壁に設けられ、該側壁の面外方向外側への変位を抑制する座屈抑制部材と、
を備えるコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造。
【請求項２】
前記座屈抑制部材が、前記鋼管本体部における軸方向端部の側壁と隙間を空けて対向する請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造。
【請求項３】
前記座屈抑制部材が、前記鋼管本体部における軸方向端部を囲む筒状部材である請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造。
【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の耐火補強構造に関する。
【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。ＣＦＴ柱では、一般に、中空の鋼管柱と比較して負担可能な軸力が大きく、またコンクリートが充填されている分、熱容量が増加するため、耐火性能に優れている。そのため、設計条件（例えば、柱の負担軸力が比較的小さく火災継続時間が短い場合など）によっては、ＣＦＴ柱の耐火被覆を省略することが可能である。
【０００３】
一方、鋼管柱の柱頭部及び柱脚部を耐震補強する耐震補強構造が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された耐震補強構造は、２枚の分割補強鋼板によって鋼管柱の柱頭部を囲み、当該柱頭部と分割補強鋼板との隙間にモルタルを充填している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、コンクリート充填鋼管柱では、火災時の温度上昇に伴って鋼管柱の柱頭部及び柱脚部に局部座屈が発生し易くなる。そして、鋼管柱の柱頭部又は柱脚部に局部座屈が発生すると、コンクリート充填鋼管柱の軸方向変位が急激に進展して崩壊に至る可能性がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された耐震補強構造は、地震力に対して鉄骨柱の柱頭部及び柱脚部の曲げ耐力を大きくするものであり、火災時における鉄骨柱の柱頭部及び柱脚部の局部座屈は考慮されていない。
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、鋼管柱の局部座屈を抑制することができるコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造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の耐火補強構造は、水平部材が接合される上下の鋼管仕口部と、前記鋼管仕口部間に延びる鋼管本体部と、を有する鋼管柱と、前記鋼管柱内に充填された充填コンクリートと、前記鋼管本体部における軸方向端部の側壁に設けられ、該側壁の面外方向外側への変位を抑制する座屈抑制部材と、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の耐火補強構造によれば、鋼管本体部における軸方向端部の側壁に座屈抑制部材を設けたことにより、当該側壁の面外方向外側への変位が抑制されている。従って、鋼管本体部における軸方向端部の局部座屈が抑制される。
【００１０】
請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造は、請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造において、前記座屈抑制部材が、前記鋼管本体部における軸方向端部の側壁と隙間を空けて対向する。
【００１１】
請求項２に係るコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造によれば、鋼管本体部における軸方向端部の側壁が面外方向外側へ変位したときに、当該側壁が座屈抑制部材に接触してその面外方向外側への変位が制限される。従って、鋼管本体部における軸方向端部の側壁の局部座屈が抑制される。
【００１２】
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造は、請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造において、前記座屈抑制部材が、前記鋼管本体部における軸方向端部を囲む筒状部材である。
【００１３】
請求項３に係るコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造によれば、座屈抑制部材で鋼管本体部における軸方向端部を囲んだことにより、筒状部材のコンファインド効果（拘束効果）によって鋼管本体部における軸方向端部の側壁の面外方向外側への変位が抑制される。従って、鋼管柱における軸方向端部の側壁に対する局部座屈の抑制力が向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、上記の構成としたので、鋼管柱の局部座屈を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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の耐火補強構造が適用されたコンクリート充填鋼管柱を示す立面図である。
【図２】（Ａ）は図１の２Ａ−２Ａ線断面図であり、（Ｂ）は本発明の第１実施形態における筒状部材の取付方法を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるコンクリート充填鋼管柱の応力状態を示す縦断面図である。
【図４】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５】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６】本発明の第１実施形態における筒状部材の変形例を示す図２（Ａ）に相当する断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施形態における筒状部材の変形例を示す図２（Ａ）に相当する断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態における筒状部材の変形例を示す立面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造が適用されたコンクリート充填鋼管柱を示す立面図であり、（Ｂ）は図９（Ａ）の９Ｂ−９Ｂ線断面図である。
【図１０】建物を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造が適用されたコンクリート充填鋼管柱を示す図３に相当する縦断面図である。
【図１２】（Ａ）は図１１の１２Ａ−１２Ａ線断面図であり、（Ｂ）は本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造の変形例を示す図１２（Ａ）に相当する断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造の変形例を示す図１２（Ａ）に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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の耐火補強構造について説明する。なお、各図において適宜示される矢印Ｚは、各実施形態における鋼管柱の軸方向（上下方向）を示している。
【００１７】
先ず、第１実施形態について説明する。
【００１８】
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の耐火補強構造（以下、単に「耐火補強構造」という）２０が適用された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内に充填される充填コンクリート１４（図２（Ａ）参照）とを備えている。鋼管柱１２は角形鋼管で構成されており、水平部材としての鉄骨梁１６が接合される上下の鋼管仕口部１２Ａと、これらの鋼管仕口部１２Ａの間に延びる鋼管本体部１２Ｂとを有している。この鋼管本体部１２Ｂにおける軸方向端部としての鋼管上端部（柱頭部）１２ＢＵ及び鋼管下端部（柱脚部）１２ＢＬに、本実施形態に係る耐火補強構造２０が適用されている。
【００１９】
鉄骨梁１６はＨ形鋼で構成され、上下一対の上側フランジ部１６Ａ及び下側フランジ部１６Ａと、上側フランジ部１６Ａと下側フランジ部１６Ａとを繋ぐウェブ部１６Ｂを有し、その端部が鋼管仕口部１２Ａの外側面に突き当てられて溶接によって接合されている。一方、鋼管仕口部１２Ａの内側面には、上下一対の内ダイアフラム１８が設けられている。各内ダイアフラム１８は、鉄骨梁１６の上側フランジ部１６Ａ又は下側フランジ部１６Ａと連続するように設けられており、この内ダイアフラム１８によって鋼管仕口部１２Ａが補強されている。また、各内ダイアフラム１８の中央部には充填孔１８Ａ（図３参照）が形成されており、これらの充填孔１８Ａ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。
【００２０】
ここで、鋼管本体部１２Ｂにおける鋼管仕口部１２Ａ側の鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの周囲には、座屈抑制部材としての筒状部材２２Ｕ，２２Ｌがそれぞれ設けられている。なお、これらの筒状部材２２Ｕ，２２Ｌは同じ構成であるため、鋼管上端部１２ＢＵに設けられた筒状部材２２Ｕについて詳説し、鋼管下端部１２ＢＬに設けられた筒状部材２２Ｌの説明は適宜省略する。
【００２１】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、筒状部材２２Ｕは一対のカバー体２４を連結して筒状に構成されている。各カバー体２４は鋼板で形成されており、断面略Ｃ字形状のカバー本体部２４Ａと、カバー本体部２４Ａにおける開口側端部から外側へ延出されたフランジ部２４Ｂとを有している。これらのカバー体２４は、鋼管上端部１２ＢＵを囲むように各々の開口側を向かい合わせて配置され、突き合されたフランジ部２４Ｂ同士がボルト２６及びナット２８によって連結（接合）されている。これにより、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの面外方向外側へ変位したときに、当該側壁１２Ｓがカバー本体部２４Ａの内面に接触し、その面外方向外側への変位が制限（抑制）されるようになっている。
【００２２】
図１に示すように、鋼管上端部１２ＢＵの外周には、柱周方向に沿って落下防止リブ２５が配置されており、柱上部の筒状部材２２Ｕは、落下防止リブ２５の上に設置されている。柱上部の筒状部材２２Ｕと落下防止リブ２５は溶接等で接合しても良いし、溶接等で接合せずに落下防止リブ２５の上に柱上部の筒状部材２２Ｕを載せ置くだけでも良い。後者の場合は、柱上部の筒状部材２２Ｕの位置が地震等によってずれた際に落下しないよう、落下防止リブ２５との間に適切な掛かり代を設けておくことが好ましい。なお、落下防止リブ２５は鋼管上端部１２ＢＵの外周部全周にわたりリング状に設置しても良いし、断続的に設置しても良い。
【００２３】
図２（Ａ）に示されるように、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓとカバー本体部２４Ａとの間には、鋼管上端部１２ＢＵが長期軸力を負担した状態で隙間Ｅが形成されるようになっている。これにより、火災等が発生する前の通常時では、筒状部材２２Ｕによって鋼管上端部１２ＢＵの各側壁１２Ｓが拘束されないようになっている。また、隙間Ｅは、後述する鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの局部座屈Ｋ（図３参照）を抑制可能な値に設定されている。
【００２４】
更に、鋼管本体部１２Ｂの幅（柱せい）をＤとしたときに、鋼管上端部１２ＢＵに対する筒状部材２２Ｕの補強範囲（筒状部材２２Ｕの高さ）Ｈ（図１参照）は、鋼管上端部１２ＢＵの上端から鋼管中間部１２ＢＭへ向けて１Ｄ以上とされている。
【００２５】
なお、図１に示されるように、鋼管下端部１２ＢＬに設けられた筒状部材２２Ｌは、鋼管本体部１２Ｂの直下に接合する鉄骨梁１６の上側フランジ部１６Ａの上若しくは、上側フランジ部１６Ａの上部に設置された床スラブの上に載置されている。また、鋼管上端部１２ＢＵと鋼管下端部１２ＢＬとの間の鋼管中間部１２ＢＭには、筒状部材２２Ｕ，２２Ｌは設けられていない。
【００２６】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
【００２７】
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、鋼管仕口部１２Ａ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、鋼管中間部１２ＢＭから鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬに向って徐々に大きくなる。一方、鋼管柱１２は、火災時に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から鋼管仕口部１２Ａへ水平力Ｆが作用すると、前述したように鋼管中間部１２ＢＭと比較して大きな曲げモーメントＭが発生する鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの圧縮側（矢印Ｃ側）の側壁１２Ｓに局部座屈Ｋが発生し易くなる。特に、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬが鋼管仕口部１２Ａ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、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬに大きな曲率を伴う変形が生じる。この変形によって鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの圧縮側（矢印Ｃ側）の側壁１２Ｓに大きな圧縮応力度が発生すると、当該側壁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。
【００２８】
鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部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。コンクリート充填鋼管柱１０に作用する軸力（鉛直荷重）Ｖが大きい場合は、局部座屈Ｋの発生後、曲げモーメントＭによる変形が急激に進展し、局部座屈Ｋ側の充填コンクリート１４に圧壊を生じる。この結果、コンクリート充填鋼管柱１０は荷重支持能力を喪失し、脆性的に崩壊に至る場合がある。
【００２９】
この対策として本実施形態では、鋼管本体部１２Ｂにおける鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬに筒状部材２２Ｕ，２２Ｌが設けられている。これにより、例えば、鋼管上端部１２ＢＵの圧縮側の側壁１２Ｓが面外方向外側へ変位したときに、当該側壁１２Ｓが筒状部材２２Ｕの内面に接触し、その面外方向外側への変位が制限される。この筒状部材２２Ｕによって、局部座屈Ｋが発生しないように鋼管上端部１２ＢＵの圧縮側の側壁１２Ｓの面外方向外側への変位を制限することにより、コンクリート充填鋼管柱１０の曲げ剛性の低下が抑制される。従って、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能が向上する。鋼管下端部１２ＢＬについても同様である。
【００３０】
また、本実施形態では、図２（Ａ）に示されるように、筒状部材２２Ｕで鋼管上端部１２ＢＵを囲んだことにより、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの面外方向外側への変位に対して筒状部材２２Ｕがその周方向軸力で抵抗するコンファインド効果を発揮する。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの面外方向外側への変位を効率的に抑制することができる。
【００３１】
更に、本実施形態では、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓと筒状部材２２Ｕとの間に隙間Ｅが形成されている。これにより、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓが筒状部材２２Ｕに接触するまでの間は、筒状部材２２Ｕによって鋼管上端部１２ＢＵが拘束されないようになっている。即ち、火災等が発生する前の通常時では、鋼管上端部１２ＢＵの各側壁１２Ｓに曲げ剛性が付与されないようになっている。そのため、鋼管本体部１２Ｂにおける筒状部材２２Ｕが設けられた部位と鋼管本体部１２Ｂの他の部位との間の境界部（落下防止リブ２５付近）で曲げ剛性が急激に変化せず、前述したように鋼管中間部１２ＢＭと比較して大きな曲げモーメントが発生する鋼管上端部１２ＢＵに局部座屈Ｋが発生し易くなる。
【００３２】
一方、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓと筒状部材２２Ｕとの間に隙間Ｅが形成されておらず、通常時から筒状部材２２Ｕによって鋼管上端部１２ＢＵが拘束された構成では、鋼管本体部１２Ｂにおける筒状部材２２Ｕが設けられた部位と鋼管本体部１２Ｂの他の部位との間で曲げ剛性が急激に変化する。そのため、前述した曲げモーメントＭが鋼管本体部１２Ｂに作用したときに、鋼管本体部１２Ｂにおける筒状部材２２Ｕが設けられた部位と鋼管本体部１２Ｂの他の部位との境界部を中心とした回転変形が鋼管本体部１２Ｂに発生する可能性がある。この回転変形が発生すると、鋼管本体部１２Ｂにおける筒状部材２２Ｕが設けられた部位と鋼管本体部１２Ｂの他の部位との境界部に応力が集中し、当該境界部に局部座屈Ｋが発生し易くなる。
【００３３】
これに対して本実施形態では、前述したように鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓと筒状部材２２Ｕとの間に隙間Ｅを形成したことにより、鋼管上端部１２ＢＵに局部座屈Ｋが発生し易くなる。つまり、局部座屈Ｋが発生する部位を鋼管上端部１２ＢＵに限定することができる。従って、局部座屈Ｋを効率的に抑制することができる。また、耐火補強する範囲を鋼管本体部１２Ｂにおける鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬに限定することができるため、施工性の向上、工期短縮、及びコスト削減を図ることができる。
【００３４】
更に、本実施形態は、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬに筒状部材２２Ｕ，２２Ｌを設ける構成であるため、既存のコンクリート充填鋼管柱１０に対しても容易に適用することができる。従って、汎用性が向上する。
【００３５】
ここで、図４（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４（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。
【００３６】
また、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５（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４（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５（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。
【００３７】
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５（Ｃ）に示されるように、柱１１０を構成する鋼管柱の上端部及び下端部に局部座屈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は前述した鋼管柱の局部座屈Ｋによって荷重支持能力を喪失し、崩壊することが確認された。
【００３８】
本実施形態におけ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、鋼管本体部１２Ｂの幅をＤ（図２（Ａ）参照）としたときに、鋼管上端部１２ＢＵにおける局部座屈Ｋは、その上端（鋼管仕口部１２Ａと鋼管本体部１２Ｂとの境界部）から２Ｄまでの領域内で発生し易く、特に、上端から１Ｄの領域内で発生し易い。これと同様に、鋼管下端部１２ＢＬにおける局部座屈Ｋは、その下端（鋼管仕口部１２Ａと鋼管本体部１２Ｂとの境界部）から２Ｄまでの領域内で発生し易く、特に、下端から１Ｄの領域内で発生し易い。
【００３９】
従って、局部座屈Ｋの発生を抑制する観点からすると、鋼管上端部１２ＢＵに対する筒状部材２２Ｕの補強範囲Ｈは、鋼管上端部１２ＢＵの上端から鋼管中間部１２ＢＭへ向けて１Ｄ以上が好ましく、２Ｄ以上がより好ましい。更に、施工性、材料コストを考慮すると、筒状部材２２Ｕの補強範囲Ｈは、鋼管上端部１２ＢＵの上端から鋼管中間部１２ＢＭへ向けて１Ｄ≦Ｈ≦２Ｄとすることが望ましい。これにより、筒状部材２２Ｕの材料コストを削減しつつ、鋼管上端部１２ＢＵの局部座屈Ｋの発生を効率的に抑制することができる。鋼管下端部１２ＢＬについても同様である。
【００４０】
なお、前述した局部座屈Ｋによる破壊はこれまでの実験では確認されなかった現象である。これまでの実験では、柱１１０の断面を小断面（例えば、３００ｍｍ×３００ｍｍ程度）で実施していたが、前述した局部座屈Ｋが確認された実験では、柱１１０の断面を大面積（６００ｍｍ×６００ｍｍ）で実施している。柱頭、柱脚に生じる曲率が同じ場合、鋼管柱の上端部及び下端部に発生する圧縮ひずみは、柱１１０の中立軸位置から鋼管柱までの距離に比例して大きくなる。断面が大きくなれば、鋼管柱の側壁に生じる圧縮ひずみもこれに比例して大きくなる。このため、火災によって大断面の柱（例えば、６００ｍｍ×６００ｍｍ以上）の上端部に大きな水平力が生じると、柱の上端部及び下端部には大きな圧縮ひずみが発生する。前述の実験では、鋼管柱に生じた圧縮ひずみが当該鋼管柱の局部座屈に対する許容圧縮ひずみを超過したために発生したものと考えられる。この圧縮ひずみは、長期軸力に起因する長期圧縮ひずみε１と、梁の伸長に伴う強制変形（水平力Ｆ）に起因する圧縮ひずみε２と、同梁の伸長に伴う付加曲げモーメントに起因する圧縮ひずみε３の和と考えることも可能である。
【００４１】
なお、本実施形態のように鋼管仕口部１２Ａの両側に鉄骨梁１６が接合された構成では、各鉄骨梁１６の伸長に伴って鋼管仕口部１２Ａの両側に反対向きの水平力が作用するため、これらの水平力が打ち消し合う。従って、前述した圧縮ひずみε２，ε３が小さくなり易い。一方、後述する側柱１０Ａ又は隅柱１０Ｂ（図１０参照）のように、鋼管仕口部１２Ａの片側にのみ鉄骨梁１６が接合される構成では、上記圧縮ひずみε２，ε３が大きくなり易い。特に、鋼管仕口部１２Ａの片側に接合される鉄骨梁１６の梁スパンが長くなると（例えば、１０ｍ程度以上）、火災時における鉄骨梁１６の伸長量が増加し、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの水平変位（強制変形）が大きくなるため（例えば、柱の部材角１／５０ｒａｄ程度）、上記圧縮ひずみε２，ε３が過大となる可能性がある。本実施形態は、このように鋼管仕口部１２Ａの片側に鉄骨梁１６が接合されるコンクリート充填鋼管柱１０（側柱１０Ａ又は隅柱１０Ｂ）の耐火補強に適している。
【００４２】
次に、第１実施形態の変形例について説明する。なお、以下では、各種の変形例を鋼管上端部１２ＢＵに適用した場合を例に説明するが、これらの変形例は鋼管下端部１２ＢＬにも適用可能である。
【００４３】
上記実施形態では、筒状部材２２Ｕを構成する一対のカバー体２４をボルト２６及びナット２８で接合したが、これらのカバー体２４を溶接等で接合しても良い。この場合、図６に示すように、カバー体２４のフランジ部２４Ｂは適宜省略可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、通常時に筒状部材２２Ｕによって鋼管上端部１２ＢＵが拘束されないように、筒状部材２２Ｕを構成するカバー本体部２４Ａと鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓとの間に隙間Ｅを形成したがこれに限らない。筒状部材２２Ｕは、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの面外方向外側への変位を抑制可能であれば良く、例えば、筒状部材２２Ｕを鋼管上端部１２ＢＵの側壁と一体化しても良い。
【００４５】
具体的に説明すると、図７（Ａ）に示される筒状部材３２は、断面略Ｃ字形状の一対のカバー体３４を溶接等で接合して筒状に構成されており、鋼管上端部１２ＢＵを囲んでいる。この筒状部材３２と鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓとの隙間には、ポリマーセメントモルタル、耐火性接着剤（例えば、イソシアネート）等の耐火性能を有する耐火性充填材３６が充填されている。この耐火性充填材３６によって、鋼管上端部１２ＢＵに筒状部材３２が一体化されている。
【００４６】
また、図７（Ｂ）に示される筒状部材４２は、断面略円弧状の一対のカバー体４４を溶接等で接合して筒状に構成されており、鋼管上端部１２ＢＵを囲んでいる。この筒状部材３２と鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓとの隙間には耐火性充填材３６が充填されており、この耐火性充填材３６によって鋼管上端部１２ＢＵに筒状部材４２が一体化されている。
【００４７】
更に、図７（Ｃ）に示される筒状部材５２は、断面Ｌ字形状の４つのカバー体５４を溶接等で接合して筒状に構成されており、鋼管上端部１２ＢＵを囲んでいる。これらのカバー体５４は、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓに重ねられており、その外周部が鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓに溶接、接着剤等で接合されている。これにより、鋼管上端部１２ＢＵに筒状部材５２が一体化されている。
【００４８】
このように鋼管上端部１２ＢＵに筒状部材３２，４２，５２を一体化することにより、前述した梁の伸長に伴う強制変形に起因する圧縮ひずみε２、及び同梁の伸長に伴う付加曲げモーメントに起因する圧縮ひずみε３を低減することができる。更に、筒状部材３２，４２，５２と鋼管仕口部１２Ａ（図１参照）とを長期軸力を伝達可能に接合することにより、前述した長期軸力に起因する長期圧縮ひずみε１を低減することも可能である。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの局部座屈が抑制される。
【００４９】
なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、耐火性充填材３６を用いる場合は、カバー体３４，４４や鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓにコッターとしての孔や凹部を形成し、鋼管上端部１２ＢＵと筒状部材３２，４２との一体性を高めても良い。
【００５０】
また、筒状部材３２，４２，５２と鋼管仕口部１２Ａとの間で長期軸力を伝達しない場合、即ち、上記長期圧縮ひずみε１を低減する必要がない場合は、例えば、図８に示されるように、筒状部材３２と鋼管仕口部１２Ａとの間に隙間Ｇを形成しても良い。これにより、鋼管上端部１２ＢＵに対する筒状部材３２の取り付けが容易となるため、施工性が向上する。
【００５１】
更に、座屈抑制部材として、鋼管上端部１２ＢＵに繊維補強シートを巻き付けても良い。これにより、繊維補強シートのコンファインド効果によって、鋼管上端部１２ＢＵの各側壁１２Ｓの面外方向外側への変位が抑制されるため、当該側壁１２Ｓの局部座屈が抑制される。更に、繊維補強シートに鋼管上端部１２ＢＵの引張り側応力を負担させ、当該鋼管上端部１２ＢＵの曲げ変形を低減することにより、上記圧縮ひずみε２，ε３を低減することができる。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの局部座屈を更に抑制することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、一例として、第２実施形態に係る耐火補強構造６０が適用された鋼管本体部１２Ｂにおける鋼管上端部１２ＢＵが示されている。この鋼管上端部１２ＢＵには、座屈抑制部材としての環状補剛リブ６２が設けられている。環状補剛リブ６２は、平面視にてリング状の鋼板で形成されており、鋼管本体部１２Ｂの外周に、鋼管柱１２の周方向（柱周方向）に沿って配置されて該鋼管上端部１２ＢＵを囲んでいる。また、環状補剛リブ６２の内周部６２Ａは、鋼管上端部１２ＢＵの各側壁１２Ｓに溶接等で接合されている。この環状補剛リブ６２によって、鋼管上端部１２ＢＵの各側壁１２Ｓに面外剛性が付与されている。
【００５４】
また、鋼管本体部１２Ｂの幅をＤとしたときに、鋼管上端部１２ＢＵの上端から環状補剛リブ６２までの距離Ｈは２Ｄ以内が効果的とされている。
【００５５】
次に、第２実施形態の作用について説明する。
【００５６】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示されるように、鋼管上端部１２ＢＵには環状補剛リブ６２が設けられており、この環状補剛リブ６２によって鋼管上端部１２ＢＵの各側壁１２Ｓに面外剛性が付与されている。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの局部座屈Ｋ（図３参照）の発生が抑制される。
【００５７】
また、環状補剛リブ６２によって鋼管上端部１２ＢＵを囲んだことにより、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの面外方向外側への変位に対して環状補剛リブ６２がその周方向軸力で抵抗するコンファインド効果を発揮する。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓの面外方向外側への変位に対する抑制効果が向上する。
【００５８】
更に、鋼管柱１２の周方向に沿って配置された環状補剛リブ６２によって鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓを補剛することにより、当該側壁１２Ｓに曲げ剛性を付与せずに若しくは曲げ剛性の付与量を小さく抑えつつ、当該側壁１２Ｓに面外剛性を付与することができる。これにより、鋼管上端部１２ＢＵにおける環状補剛リブ６２の周辺部で曲げ剛性が急激に変化しないため、前述した回転変形が抑制される。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁の局部座屈を効率的に抑制することができる。
【００５９】
なお、環状補剛リブ６２は、複数の棒状の横補剛リブを平面視にて環状に連結して形成しても良い。また、複数の環状補剛リブ６２を鋼管上端部１２ＢＵの軸方向に間隔を空けて設けても良い。この場合、複数の環状補剛リブ６２は、前述したように鋼管上端部１２ＢＵの上端から鋼管中間部１２ＢＭへ向けて２Ｄ以内の範囲に設けることが好ましい。鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓと環状補剛リブ６２の内周部は全周溶接を基本とするが、応力を十分伝達できる場合は、断続溶接で接合しても良いし、接合金物等のスペーサを介して、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓとの間に隙間を空けた状態で接合しても良い。
【００６０】
また、本実施形態では、耐火補強構造６０を鋼管上端部１２ＢＵに適用した場合を例に説明したが、耐火補強構造６０は鋼管下端部１２ＢＬにも適用可能である。
【００６１】
次に、第３実施形態について説明する。なお、第１，第２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。
【００６２】
図１０に示されるように、第３実施形態に係る耐火補強構造７０（図１１参照）は、建物１１の外周に配置された側柱１０Ａ又は隅柱１０Ｂに適用されている。これらの側柱１０Ａ又は隅柱１０Ｂには、水平方向（矢印Ｘ方向、又は矢印Ｙ方向）の片側から鉄骨梁１６が接合されるのに対し、内柱１０Ｃでは、水平方向（矢印Ｘ方向、及び矢印Ｙ方向）の両側から鉄骨梁１６が接合される。このように水平方向の片側から鉄骨梁１６が接合される側柱１０Ａ又は隅柱１０Ｂに本実施形態に係る耐火補強構造７０（図１１参照）が適用されている。
【００６３】
図１１には、一例として、耐火補強構造７０が適用されたコンクリート充填鋼管柱１０が示されている。このコンクリート充填鋼管柱１０は隅柱１０Ｂ（図１０参照）を構成しており、その鋼管仕口部１２Ａには水平方向（矢印Ｘ）の片側（図１１において右側）から鉄骨梁１６が接合されている。従って、火災時における鉄骨梁１６の熱膨張によって鋼管仕口部１２Ａに水平力Ｆが作用すると、鋼管上端部１２ＢＵでは鉄骨梁１６側の側壁１２Ｓ１に圧縮力（矢印Ｃ）が作用し、当該側壁１２Ｓ１に局部座屈Ｋが発生し易くなる。一方、鋼管下端部１２ＢＬでは、鉄骨梁１６と反対側の側壁１２Ｓ２に圧縮力（矢印Ｃ）が作用し、当該側壁１２Ｓ２に局部座屈Ｋが発生し易くなる。
【００６４】
そこで、第３実施形態では、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１及び鋼管下端部１２ＢＬの側壁１２Ｓ２に補剛プレート７２を設けている。なお、これらの補剛プレート７２とは同じ構成であるため、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に設けられた補剛プレート７２について詳説し、鋼管下端部１２ＢＬの側壁１２Ｓ２に設けられた補剛プレート７２の説明は適宜省略する。
【００６５】
図１２（Ａ）に示されるように、補剛プレート７２は鋼板で形成されており、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に重ねられると共に、その外周部が溶接、接着剤等で鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に接合されている。この補剛プレート７２によって鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に面外剛性が付与されている。
【００６６】
また、図１１に示されるように、鋼管本体部１２Ｂの幅をＤ（図１２（Ａ）参照）としたときに、鋼管上端部１２ＢＵに対する補剛プレート７２の補強範囲Ｈは、鋼管上端部１２ＢＵの上端から鋼管中間部１２ＢＭに向けて１Ｄ以上とされている。これと同様に、鋼管下端部１２ＢＬに対する補剛プレート７２の補強範囲Ｈは、鋼管下端部１２ＢＬの下端から鋼管中間部１２ＢＭに向けて１Ｄ以上とされている。
【００６７】
次に、第３実施形態の作用について説明する。
【００６８】
図１１に示されるように、鋼管上端部１２ＢＵの鉄骨梁１６側の側壁１２Ｓ１、及び鋼管下端部１２ＢＬの鉄骨梁１６と反対側の側壁１２Ｓ２には、補剛プレート７２がそれぞれ設けられている。これらの補剛プレート７２によって、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１及び鋼管下端部１２ＢＬの側壁１２Ｓ２に面外剛性が付与されている。従って、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１及び鋼管下端部１２ＢＬの側壁１２Ｓ２の面外方向外側への変位が抑制されるため、これらの側壁１２Ｓ１及び側壁１２Ｓ２の局部座屈Ｋが抑制される。
【００６９】
また、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１及び鋼管下端部１２ＢＬの側壁１２Ｓ２にのみ補剛プレート７２を設けたことにより、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの４つの側壁１２Ｓの全てに補剛プレート７２を設けた構成と比較して、施工性の向上、コスト削減を図ることができる。
【００７０】
次に、第３実施形態の変形例について説明する。
【００７１】
上記第３実施形態では、鋼管上端部１２ＢＵの鉄骨梁１６側の側壁１２Ｓ１に補剛プレート７２の外周部を溶接等で接合したがこれに限らない。例えば、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に補剛プレート７２を接着剤等で接合しても良いし、また、アンカー等を用いて接合しても良い。
【００７２】
具体的に説明すると、図１２（Ｂ）に示される変形例では、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１、及び充填コンクリート１４に形成された取付孔７４にケミカルアンカー７６でスタッドボルト７８が固定されている。一方、補剛プレート７２にはボルト孔８２が形成されており、このボルト孔８２に貫通されたスタッドボルト７８及びナット７９によって補剛プレート７２が鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に重ねられた状態で接合されている。これにより、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に面外剛性が付与されるため、当該側壁１２Ｓ１の面外方向外側への変位が抑制される。
【００７３】
また、他の変形例として、図１３に示されるように、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に、当該側壁１２Ｓ１との間に隙間Ｅを空けた状態で補剛プレート７２を対向させても良い。具体的には、補剛プレート７２は、スペーサ８４を間に挟んで鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１と対向しており、ボルト孔８２に貫通されたスタッドボルト７８及びナット７９によって鋼管上端部１２ＢＵに取り付けられている。このスペーサ８４によって、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１と補剛プレート７２との間に隙間Ｅが形成されている。これにより、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１が補剛プレート７２に接触するまでの間は、補剛プレート７２によって鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１に曲げ剛性が付与されないようになっている。
【００７４】
ここで、例えば、鋼管上端部１２ＢＵの圧縮側の側壁１２Ｓ１が面外方向外側へ変位したときに、当該側壁１２Ｓ１が補剛プレート７２の内面に接触してその面外方向外側への変位が制限される。従って、補剛プレート７２により、局部座屈が発生しないように鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１の面外方向外側への変位を制限することにより、コンクリート充填鋼管柱１０の曲げ剛性の低下が抑制される。従って、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能が向上する。
【００７５】
また、鋼管上端部１２ＢＵの側壁１２Ｓ１との間に隙間Ｅを空けて補剛プレート７２を対向させたことにより、第１実施形態と同様に、鋼管本体部１２Ｂにおける補剛プレート７２が設けられた部位と鋼管本体部１２Ｂにおける他の部位との境界部を中心とした回転変形が抑制される。これにより、鋼管上端部１２ＢＵに局部座屈が発生し易くなる。つまり、局部座屈が発生する部位を鋼管上端部１２ＢＵに限定することができる。従って、鋼管上端部１２ＢＵの局部座屈を効率的に抑制することができる。
【００７６】
なお、上記第１〜第３実施形態では、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの両方に座屈抑制部材としての筒状部材２２Ｕ，２２Ｌ等を設けたが、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬに設けられた筒状部材２２Ｕ，２２Ｌ等の一方を省略しても良い。つまり、鋼管上端部１２ＢＵ及び鋼管下端部１２ＢＬの少なくとも一方に、座屈抑制部材としての筒状部材２２Ｕ，２２Ｌ等が設けられていれば良い。
【００７７】
また、上記第１〜第３実施形態では、内ダイアフラム１８を用いた内ダイアフラム形式のコンクリート充填鋼管柱１０を例に説明したが、上記実施形態は、通しダイアフラム形式や外ダイアフラム形式のコンクリート充填鋼管柱にも適用可能である。
【００７８】
更に、鋼管柱１２は、断面略正方形の角形鋼管に限らず、断面長方形の角形鋼管や丸形鋼管を用いても良い。なお、断面長方形の角形鋼管では、短辺の長さが鋼管本体部の幅Ｄに相当し、丸形鋼管では、その直径が鋼管本体部の幅Ｄに相当する。また、鋼管柱の周方向（柱周方向）とは、角形鋼管のように複数の側壁１２Ｓを備える鋼管柱１２の場合は、鋼管柱１２の各側壁１２Ｓの幅方向に沿った方向を意味し、丸形鋼管のように断面円形の側壁を備える鋼管柱の場合は、円周に沿った方向（円周方向）を意味する。
【００７９】
また、鋼管柱１２には、耐火被覆を施しても良い。更に、上記第１〜第３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。
【００８０】
以上、本発明の第１〜第３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３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】
【００８１】
１０      コンクリート充填鋼管柱
１２      鋼管柱
１２Ａ    鋼管仕口部
１２Ｂ    鋼管本体部
１２ＢＵ  鋼管上端部（軸方向端部）
１２ＢＬ  鋼管下端部（軸方向端部）
１４      充填コンクリート
１６      鉄骨梁（水平部材）
２０      コンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造
２２Ｕ      筒状部材（座屈抑制部材）
２２Ｌ      筒状部材（座屈抑制部材）
３２      筒状部材（座屈抑制部材）
４２      筒状部材（座屈抑制部材）
５２      筒状部材（座屈抑制部材）
６０      コンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造
６２      環状補剛リブ（座屈抑制部材）
７０      コンクリート充填鋼管柱の耐火補強構造
７２      補剛プレート（座屈抑制部材）
【図１】
2013087520.tif 000003
【図２】
2013087520.tif 000004
【図３】
2013087520.tif 000005
【図４】
2013087520.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2013087520.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013087520.tif 000012
【図１１】
2013087520.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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