(57)【要約】【課題】柱の素材となる型鋼材の強度や摩擦力を強め、以って、柱の機能性を高めることができる柱体構造を提供する。【解決手段】柱の構成素材である鋼材が、Ｈ型の断面形状を構成するウエブ１１とフランジ１２、１３とを具備し、且つ、長手方向に捩じれ、前記フランジの長手方向の端縁１２１、１３１がスパイラル形状を呈している。このＨ型鋼１０は、長手方向の捩じれにより、強度が増すと共に、長手方向の摩擦力が増大する。この柱体構造を持つ杭体は、軟弱地盤や山崩れの虞等がある不安定な地盤を補強して、安定化することができる。この柱体構造を持つ支柱は、超高層建築物や大空間を持つスポーツ施設、あるいは高架道路や高架鉄道、橋梁等の重量物を安定的に支持することができる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
柱の構成素材である鋼材が、Ｈ型の断面形状を構成するウエブとフランジとを具備し、且つ、長手方向に捩じれ、前記フランジの長手方向の端縁がスパイラル形状を呈していることを特徴とする柱体構造。
【請求項２】
請求項１に記載の柱体構造であって、前記鋼材が、先端と後端との間で９０°以上捩じれていることを特徴とする柱体構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の柱体構造であって、前記鋼材が、さらに、前記ウエブの両面に、Ｔ型の断面形状を構成するウエブとフランジとを具備していることを特徴とする柱体構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の柱体構造であって、前記鋼材が、筒形状の鋼管の中に充填材で固定されていることを特徴とする柱体構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、地盤補強用の杭体や高架道路の支柱、建築物の柱等の構造に関し、高い強度を実現するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、Ｈ型鋼や鋼管は、建物の基礎杭として地中に埋設され、また、軟弱地盤や地すべり等の虞がある場所を補強するために埋め込まれている。
下記特許文献１には、ボーリングで地面に孔を形成し、この孔にＨ型鋼杭や鋼管杭を建て込んだ後、孔及び杭の中にモルタル等のグラウトを注入、固化して地すべりを抑止する技術が記載されている。
また、下記特許文献２には、高い強度を持つ鋼管柱が記載されている。この柱は、鋼管の中にスパイラル筋や鉄筋かご等の補強材を有し、さらに、コンクリートが鋼管内に充填されている。
【特許文献１】特開２００３−１８４１００号公報
【特許文献２】特開２００５−３００８６号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
Ｈ型鋼は、角型鋼管に比べて圧縮力や曲げ性能で劣るものの、重量が軽いことや、他の部材との接続が容易である等の利点を有しているため、杭や支柱等として広く利用されている。
しかし、Ｈ型鋼は、例えば、山留め用の杭として用いた場合に、周辺地盤の長手方向への相対移動を十分に抑止することができないという欠点がある。また、Ｈ型鋼を補強材としてコンクリート中に埋設した場合も、同様に、鋼材の長手方向へのコンクリートのズレを十分に抑止することができない。
【０００４】
本考案は、こうした状況を考慮して創案したものであり、柱の素材となる型鋼材の強度や摩擦力を強め、以って、柱の機能性を高めることができる柱体構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案の柱体構造は、柱の構成素材である鋼材が、Ｈ型の断面形状を構成するウエブとフランジとを具備し、且つ、長手方向に捩じれ、前記フランジの長手方向の端縁がスパイラル形状を呈していることを特徴としている。
この構造を持つＨ型鋼は、長手方向の捩じれにより、強度が増すと共に、長手方向の摩擦力が増大する。
【０００６】
また、前記鋼材は、先端と後端との間で９０°以上捩じれていることが好ましい。
このＨ型鋼は、中心軸を含む平面で切断した場合に、弱軸方向のみからなる切断面が存在せず、どの方向にも強い柱体となる。
【０００７】
また、前記鋼材は、さらに、前記ウエブの両面に、Ｔ型の断面形状を構成するウエブとフランジとを具備するように構成しても良い。
この構造を持つＨ型鋼は、弱軸方向がＴ型の断面形状を有する補強材で補強され、どの方向にも強い柱体となる。
【０００８】
また、前記鋼材は、筒形状の鋼管の中に充填材で固定しても良い。
こうすることで、外形が従来の鋼管柱と同じで、強度が従来のものよりも強い柱体を得ることができる。
【考案の効果】
【０００９】
本考案の柱体構造を持つ杭体は、軟弱地盤や山崩れの虞等がある不安定な地盤を補強して、安定化することができる。
また、本考案の柱体構造を持つ支柱は、超高層建築物や大空間を持つスポーツ施設、あるいは、高架道路や高架鉄道、橋梁等の重量物を安定的に支持することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１０】
本考案の柱体構造を持つ柱の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、この柱体構造を持つＨ型鋼を示し、図１（ｂ）は、このＨ型鋼に補強を施した補強Ｈ型鋼を示している。図２（ａ）は、図１（ａ）のＨ型鋼の端面形状を示し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）の補強Ｈ型鋼の端面形状を示している。図３（ａ）は、図１（ａ）のＨ型鋼を埋設した円鋼管柱を示し、図３（ｂ）は、図１（ｂ）の補強Ｈ型鋼を埋設した円鋼管柱を示している。
【００１１】
図１（ａ）に示すように、この実施形態のＨ型鋼１０は、長手方向に９０°捩じられている。Ｈ型鋼１０は、ウエブ１１の両端にフランジ１２とフランジ１３とが結合されているが、長手方向に捩じられたことにより、フランジ１２、１３の長手方向の端縁１２１、１３１がスパイラル形状を呈している。
Ｈ型鋼の座屈強度や曲げ強度は、図２（ａ）に示すように、ウエブ１１に平行なｘ軸方向に強く、それに比べて、ウエブ１１に垂直なｙ軸方向では弱い。それ故、ｘ軸は強軸、ｙ軸は弱軸と呼ばれている。
【００１２】
捩じれていないＨ型鋼では、強軸及び弱軸の方向が、Ｈ型鋼の長手方向のどこでも同じである。しかし、捩じれている図１（ａ）のＨ型鋼１０では、強軸及び弱軸の方向が、長手方向の位置によって変化している。そのため、このＨ型鋼１０を、中心軸を含む平面で切断した場合に、弱軸のみからなる切断面は存在せず、いずれの切断面にも必ず強軸が含まれている。
従って、図１（ａ）のＨ型鋼１０は、どの径方向にも強い座屈強度及び曲げ強度を有している。
【００１３】
また、捩じれを持つＨ型鋼１０から成る杭体は、軟弱地盤等に埋設されたとき、周辺地盤の相対移動を効果的に抑止することができる。これは、捩じれによりＨ型鋼１０の周辺地盤に対する摩擦力が増大するためである。
図４を用いて、それを説明する。図４（ａ）には、捩じれを持つＨ型鋼１０のフランジ１２、１３のスパイラル状端縁１２１、１３１を模式的に示し、図４（ｂ）には、捩じれを持たないＨ型鋼のフランジの直線状端縁１５１を模式的に示している。
Ｈ型鋼の長手方向に垂直なＡ方向の力に対しては、スパイラル状端縁１２１、１３１を持つフランジ１２、１３も、直線状端縁１５１を持つフランジも、大きな抗力を発揮することができる。しかし、Ｈ型鋼の長手方向に平行なＢ方向の力に対しては、スパイラル状端縁１２１、１３１を持つフランジ１２、１３は、大きな抗力を発揮できるが、直線状端縁１５１を持つフランジは、大きな抗力を発揮することができない。
スパイラル状端縁１２１、１３１を対角線とする矩形１２２、１３２は、Ｂ方向の力に対して摩擦による抗力を発揮するフランジ１２、１３の実効面積を模式的に表している。
この実効面積は、直線状端縁１５１を持つフランジの矩形１５２で表される実効面積に比べて、桁違いに広い。そのため、Ｈ型鋼１０は、捩じることにより周辺地盤に対する摩擦力が増大する。
【００１４】
なお、Ｈ型鋼１０の捩じり角度が９０°より小さいときは、図５に示すように、矩形１２２、１３２で表される実効面積が、図４（ａ）の場合よりも減少する。しかし、この実効面積は、図４（ｂ）の矩形１５２で表される実効面積に比べれば遥かに広い。従って、Ｈ型鋼１０の捩じり角度が９０°より小さくても、Ｈ型鋼１０の周辺地盤に対する摩擦力は増大する。
このように、捩じれたＨ型鋼１０から成る杭体は、長手方向の摩擦力が大きいため、周辺地盤の相対移動を効果的に抑止することができる。
【００１５】
捩じれたＨ型鋼１０は、例えば、特開２００１−１９１１２号公報に記載された捩じり加工機を用いて製造することができる。この捩じり加工機は、中心に長尺物の断面形状を象った貫通孔を持つ第１型及び第２型を備えており、この第１型と第２型とが所定距離を置いて対向している。また、第１型は、振り子部材で支持されており、中心軸の回りを回転することができる。この捩じり加工機の第１型及び第２型に形成する貫通孔の形状をＨ型鋼の断面形状に設定し、これらの貫通孔に市販の直線状Ｈ型鋼を挿通して、第１型を所定角度回転することにより、捩じりを加えたＨ型鋼１０を製造することができる。
また、この捩じり加工機を、特開２００５−２８４４２号公報に記載されたＨ型鋼の製造ラインに加えることにより、捩じりを付加したＨ型鋼１０を熱間圧延で製造することができる。
【００１６】
図１（ｂ）に示す柱体は、補強Ｈ型鋼２０を長手方向に捩じったものであり、Ｈ型鋼に補強部材が追加されている点だけが図１（ａ）の柱体と違っている。補強部材は、Ｔ型の断面形状を構成するウエブ１４及びフランジ１５、並びに、ウエブ１６及びフランジ１７であり、この二つのＴ型補強部材が、Ｈ型鋼のウエブ１１の中間位置で、ウエブ１１の各面に溶接されている。
なお、フランジ１２とフランジ１５との間、フランジ１２とフランジ１７との間、フランジ１３とフランジ１５との間、及び、フランジ１３とフランジ１７との間には隙間を設けて、柱体を捩じるときに、フランジ同士が接触しないように配慮している。
【００１７】
この柱体では、図２（ｂ）に示すように、Ｈ型鋼の弱軸方向ｙが、補強部材１４、１５、１６、１７で補強されて強軸となるため、長手方向の捩じり角度が９０°より小さい場合でも、中心軸を含む平面には、どの向きの平面にも必ず強軸が含まれることになる。
従って、図１（ｂ）の補強Ｈ型鋼２０は、どの半径方向に対しても強い座屈強度及び曲げ強度を有している。
【００１８】
また、図６に示すように、補強Ｈ型鋼２０の捩じれ角度が９０°より小さくても、フランジ１２，１３、１５、１７のそれぞれが、Ｂ方向の力に対して摩擦による抗力を発揮する実効面積を持つことになるため、総合した実効面積は、図１（ａ）のＨ型鋼１０と同程度である。従って、この補強Ｈ型鋼２０の周辺地盤に対する摩擦力は大きく、周辺地盤の相対移動を効果的に抑止することができる。
【００１９】
また、図３（ａ）は、捩じれを持つＨ型鋼１０を鋼管３０の内部に配置し、鋼管３０とＨ型鋼１０との隙間を充填材４０で埋めた鋼管柱を示し、また、図３（ｂ）は、捩じれを持つ補強Ｈ型鋼２０を鋼管３０の内部に配置して、その隙間を充填材４０で埋めた鋼管柱を示している。
これらの鋼管柱は、外形的には従来の鋼管柱と変わりがないが、捩じれたＨ型鋼１０や捩じれた補強Ｈ型鋼２０を内蔵しているため、従来のものに比べて非常に高い強度を有している。従って、これらの鋼管柱は、強度を必要とする場所に使われている従来の鋼管柱に代わって、用いることができる。
【００２０】
例えば、地滑りや落石の虞がある傾斜地に建設する防災用障壁の基礎杭や柱として用いることができ、また、複数本を柱列状に建て込み、土留めの壁を構築するために用いることができる。また、鋼管内にコンクリートを充填したＣＦＴ（Concrete Filled steel Tube）柱に代わって、高層建築物やスポーツ施設等の大空間を支え、あるいは、高架道路や高架鉄道、橋梁等の重量物を支持するために用いることができる。
これらの鋼管柱は、設置現場に鋼管を配置して、その中にＨ型鋼１０や補強Ｈ型鋼２０を収容した後、コンクリート等の充填材を充填して形成され、あるいは、配置した鋼管の中に、先にスラリー状の充填材を入れ、次いで、鋼管内にＨ型鋼１０や補強Ｈ型鋼２０を収容して形成される。
この鋼管柱では、Ｈ型鋼１０や補強Ｈ型鋼２０の型鋼が捩じれているため、充填材との摩擦力が増大し、型鋼と充填材とが鋼管内で安定的に保持される。その結果、捩じれによる型鋼の強度の増加とも相俟って、鋼管柱の強度は大幅に改善される。
【００２１】
なお、ここでは、円筒形の鋼管３０を示しているが、鋼管の形状は、角型やその他の異形であっても良い。
また、充填材には、セメントミルク、モルタル、合成樹脂等のグラウト（grout）を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本考案の柱体構造は、土木工事に用いる杭や、重量物を支える支柱、建築物の柱等に広く適用することができ、それらの柱体の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案の実施形態に係るＨ型鋼（ａ）と補強Ｈ型鋼（ｂ）の斜視図
【図２】図１のＨ型鋼の端面図（ａ）と補強Ｈ型鋼の端面図（ｂ）
【図３】図１のＨ型鋼を埋設した鋼管柱（ａ）と補強Ｈ型鋼を埋設した鋼管柱（ｂ）の斜視図
【図４】本考案のＨ型鋼の摩擦力（ａ）と従来のＨ型鋼の摩擦力（ｂ）を説明する図
【図５】本考案の捩じれ角度が小さいＨ型鋼の摩擦力を説明する図
【図６】本考案の補強Ｈ型鋼の摩擦力を説明する図
【符号の説明】
【００２４】
１０    Ｈ型鋼
１１    ウエブ
１２    フランジ
１３    フランジ
１４    ウエブ
１５    フランジ
１６    ウエブ
１７    フランジ
２０    補強Ｈ型鋼
３０    鋼管
４０    充填材
１２１  スパイラル状端縁
１３１  スパイラル状端縁
１５１  直線状端縁
【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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