コンクリート充填鋼管柱
【課題】鋼管の側壁の局部座屈を抑制しつつ、鋼管内へのコンクリートの充填性が向上されたコンクリート充填鋼管柱を得ることを目的とする。
【解決手段】鋼管１２の内部には規制プレート２４が配置されている。各規制プレート２４は、鋼管１２のコーナー部において隣り合う側壁１２Ａ間に渡っており、その幅方向の両端部２４Ｔを隣り合う側壁１２Ａに接触させた状態で配置されている。これにより、鋼管１２の内部が、中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとに仕切られている。また、また、各規制プレート２４には、隣接する中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとをつなぐ複数の貫通孔３２が形成されている。
【解決手段】鋼管１２の内部には規制プレート２４が配置されている。各規制プレート２４は、鋼管１２のコーナー部において隣り合う側壁１２Ａ間に渡っており、その幅方向の両端部２４Ｔを隣り合う側壁１２Ａに接触させた状態で配置されている。これにより、鋼管１２の内部が、中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとに仕切られている。また、また、各規制プレート２４には、隣接する中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとをつなぐ複数の貫通孔３２が形成されている。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管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（例えば、特許文献１）。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（負担軸力）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】
ここで、特許文献１に開示された技術では、鋼管の内周面に、当該鋼管の軸方向へ延びるリブ（フラットバー）が点溶接で取り付けられている。そして、火災時に、鋼管とコンクリートとの熱膨張差によってコンクリートに発生する軸方向の引張り力にリブが抵抗することにより、コンクリートに発生する水平方向のひび割れを抑制し、ＣＦＴ柱の座屈を防止している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように鋼管の内周面にリブを点溶接する構成では、火災時におけるコンクリートのひび割れが抑制されるものの、加熱されて耐力、剛性が低下した鋼管の変形を十分に規制することができず、当該側壁に局部座屈が発生する可能性がある。
【０００５】
一方、断面十字形に組み合わされた２枚の鉄板を鋼管内に配置し、溶接で固定したコンクリート充填鋼管柱が知られている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２に開示された技術では、２枚の鉄板によって鋼管内が４つの充填室に仕切られる。従って、各充填室にコンクリートを充填しなければならず、コンクリートの充填作業が煩雑化すると共に、各充填室へのコンクリートの充填効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０４９９３号公報
【特許文献２】特開平９−８８２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、鋼管の側壁の局部座屈を抑制しつつ、鋼管内へのコンクリートの充填性が向上されたコンクリート充填鋼管柱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は、鋼管と、前記鋼管の内部に長手方向を上下方向として配置され、幅方向の両端部を前記鋼管の側壁に接触又は近接させて該鋼管の内部を複数の充填室に仕切ると共に、前記鋼管の変形を規制する規制部材と、前記充填室に充填される充填コンクリートと、を備え、前記規制部材には、隣接する前記充填室をつなぐ貫通孔が形成されている。
【０００９】
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、規制部材の幅方向の両端部を、鋼管の側壁に接触又は近接させることにより、規制部材の幅方向の一方の端部が鋼管の側壁に接触又は近接しない構成と比較して、鋼管の側壁の変形に対する規制効果が向上する。従って、鋼管の側壁の局部座屈が抑制されるため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。
【００１０】
また、隣接する充填室をつなぐ貫通孔を規制部材に形成したことにより、当該貫通孔を通して各充填室に充填コンクリートが充填される。従って、各充填室に対する充填コンクリートの充填効率が向上すると共に、施工性が向上する。
【００１１】
請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記鋼管が、角形鋼管であり、前記規制部材が、前記角形鋼管における隣り合う側壁間に渡っている。
【００１２】
請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、角形鋼管における隣り合う側壁に規制部材を渡したことにより、鋼管の側壁に対して隣り合う鋼管の側壁が、面外剛性だけでなく、面外剛性よりも大きい面内剛性で抵抗する。従って、鋼管の側壁の変形に対する規制効果が向上する。
【００１３】
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱は、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において、前記規制部材が、前記鋼管の側壁に接合されている。
【００１４】
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、規制部材を鋼管の側壁に接合したことにより、鋼管の側壁の内側への変形だけでなく、鋼管の側壁の外側への変形も規制される。従って、鋼管の側壁の局部座屈に対する抑制効果が向上するため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上記の構成としたので、鋼管の側壁の局部座屈を抑制しつつ、鋼管内へのコンクリートの充填性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図１の平断面図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図１の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における規制部材の変形例を示す図２に相当する平断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態における規制部材の変形例を示す図２に相当する平断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態における規制部材の変形例を示す図２に相当する平断面図である。
【図６】耐火試験の試験結果であり、加熱時間と鋼管の軸方向の変形量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、各図において適宜図示される矢印Ｚは鋼管の軸方向を示している。
【００１８】
図１、図２（Ａ）、及び図２（Ｂ）には、一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱１０の一部が示されている。コンクリート充填鋼管柱１０は、例えば、高層建物や超高層建物等の高い強度（例えば、設計基準強度で６０Ｎ／ｍｍ２以上、軸力比（軸力／（柱の水平断面積×充填コンクリートの設計基準強度）で０．３以上の高い軸力）が求められる柱として好適に用いられるものである。
【００１９】
コンクリート充填鋼管柱１０は、鋼管１２と、鋼管１２の内部に配置される規制部材としての規制プレート２４を備えている。鋼管１２は角形鋼管からなり、軸方向（矢印Ｚ方向）を上下方向として、図示しない基礎等の上に立てられている。なお、鋼管１２の外周部には耐火被覆が施されておらず、コンクリート充填鋼管柱１０は、無耐火被覆のコンクリート充填鋼管柱（無耐火被覆ＣＦＴ柱）とされている。
【００２０】
図２（Ａ）に示されるように、規制プレート２４は板状の鋼板で構成され、鋼管１２の４つのコーナー部にそれぞれ配置されている。なお、説明の便宜上、鋼管１２における隣り合う側壁を側壁１２Ａ、側壁１２Ｂとして以下説明する。規制プレート２４は、長手方向を上下方向（鋼管１２の軸方向）として配置され、鋼管１２の下端部から上端部に渡って設けられている。また、各規制プレート２４は、鋼管１２のコーナー部において、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ間に渡っており、その幅方向の両端部２４Ｔ（の端面）を隣り合う側壁１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ接触させた状態で配置されている。また、規制プレート２４の両端部２４Ｔは、隣り合う側壁１２Ａ，１２Ｂに溶接、接着剤等で接合されている。即ち、隣接する鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士が、規制プレート２４で連結されている。
【００２１】
鋼管１２の各側壁１２Ａ，１２Ｂには、当該側壁１２Ａ，１２Ｂを幅方向（鋼管１２の周方向）に略３等分する位置に、規制プレート２４の端部２４Ｔがそれぞれ接合されている。これらの規制プレート２４によって、鋼管１２の内部が水平方向（鋼管１２の軸方向と直交する方向）に複数の充填室に仕切られている。具体的には、鋼管１２の中央部に設けられ、平面視にて８角形の中央充填室２６Ａと、鋼管１２の各コーナー部に設けられ、平面視にて３角形の４つのコーナー充填室２６Ｂとに仕切られている。これらの中央充填室２６Ａ及びコーナー充填室２６Ｂには、充填コンクリート１４が充填されている。
なお、充填コンクリート１４は、各中央充填室２６Ａ及びコーナー充填室２６Ｂに充填されたコンクリートが硬化したものである。
【００２２】
ここで、各規制プレート２４には、中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとをつなぐ複数の貫通孔３２が、当該規制プレート２４の幅方向及び長手方向に間隔を空けて形成されている。これにより、中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとの間で、硬化する前のコンクリートが流動するようになっている。
なお、規制プレート２４には、少なくとも１つの貫通孔３２が形成されていれば良く、また、貫通孔３２の形状、大きさは、コンクリートの粘性や骨材の大きさに応じて適宜変更可能である。
【００２３】
次に、本実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の作用について説明する。
【００２４】
例えば、図２（Ｂ）に示されるように、火災によってコンクリート充填鋼管柱１０が矢印Ａ方向から加熱されると、先ず、温度上昇に伴って鋼管１２が熱膨張し、鋼管１２が軸方向（矢印Ｚ方向）へ伸張すると共に、徐々に軟化して剛性が低下する。また、鋼管１２の側壁１２Ａを介して、当該側壁１２Ａを内部から支持する充填コンクリート１４の外周部に熱が伝達され、当該外周部の温度が上昇する。そして、充填コンクリート１４の外周部の温度が所定温度（熱劣化温度）以上になると、充填コンクリート１４の外周部が熱劣化する。これにより、充填コンクリート１４の外周部が脆く、脆性的に破壊され易くなり、鋼管１２の側壁１２Ａの支持強度が低下する。この結果、図中の二点鎖線で示されるように、温度上昇により剛性が低下した鋼管１２の側壁１２Ａが面外方向へ凸状に湾曲し、局部座屈する。そして、鋼管１２の側壁１２Ａが局部座屈すると、矢印Ｑで示されるように、内側へ凸状に湾曲した鋼管１２の側壁１２Ａによって充填コンクリート１４の外周部が押圧され、当該外周部が圧壊する。また、鋼管１２の側壁１２Ａに局部座屈が発生すると、鋼管１２が軸方向（矢印Ｚ方向）に縮むため、鋼管１２が負担していた軸力Ｆの一部が充填コンクリート１４に導入され、充填コンクリート１４の負担軸力が増加する。これにより、充填コンクリート１４の外周部の圧壊が促進され、コンクリート充填鋼管柱１０の耐力（軸耐力）が急激に低下し、最終的に破壊に至る。
【００２５】
このように鋼管１２の側壁１２Ａに局部座屈が発生すると、充填コンクリート１４が所定の耐力（火災時耐力）を発揮する前に、コンクリート充填鋼管柱１０は脆性的に崩壊してしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、図２（Ａ）に示されるように、鋼管１２のコーナー部に規制プレート２４を配置し、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを隣り合う鋼管１２に側壁１２Ａ，１２Ｂに接合している。即ち、規制プレート２４によって隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士を連結している。これにより、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの剛性、特に面外剛性が増加するため、鋼管１２の側壁１２Ａの内側（鋼管１２の中心軸の向かう側）への変形（面外変形）が規制される。また、規制プレート２４が、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂに接合されているため、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの内側への変形だけでなく、外側への変形も規制される。更に、規制プレート２４は、充填コンクリート１４に埋設されており、充填コンクリート１４の内部に入り込んでいる。従って、充填コンクリート１４の外周部が熱劣化しても、充填コンクリート１４の内部によって規制プレート２４が支持されるため、鋼管１２の側壁１２Ａの変形が規制される。
【００２７】
また、規制プレート２４によって隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士を連結したことにより、例えば、隣り合う一方の側壁１２Ａが内側へ変形して規制プレート２４を押圧したときに、隣り合う他方の側壁１２Ｂに規制プレート２４を介して押圧力Ｐが伝達される。即ち、一方の鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対し、規制プレート２４だけでなく、他方の側壁１２Ｂが抵抗する。
【００２８】
また、規制プレート２４を介して対向する他方の側壁１２Ｂに伝達される押圧力Ｐは、隣り合う他方の側壁１２Ｂに対して傾斜する方向に作用する。そのため、隣り合う他方の側壁１２Ｂが、面外剛性（矢印Ｐ１に対する剛性）だけでなく、面外剛性よりも大きい面内剛性（矢印Ｐ２に対する剛性）で抵抗する。これにより、隣り合う一方の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。従って、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ間に規制プレート２４が渡らない構成と比較して、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。これと同様に、鋼管１２の側壁１２Ａの外側への変形に対する規制効果も向上する。
【００２９】
このように本実施形態では、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士を規制プレート２４で連結することにより、火災時における鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの局部座屈が抑制される。従って、コンクリート充填鋼管柱１０に所定の耐力（軸耐力）を発揮させることが可能になるため、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能が向上する。更に、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂを幅方向（鋼管１２の周方向）に略３等分する位置を規制プレート２４で支持したことにより、各側壁１２Ａ，１２Ｂの幅方向の座屈長さＬ１，Ｌ２（図２（Ａ）参照）が、側壁１２Ａ，１２Ｂの幅Ｌの略１／３になる。従って、側壁１２Ａ，１２Ｂの局部座屈に対する抑制効果が向上する。
【００３０】
また、規制プレート２４には、隣接する中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとをつなぐ複数の貫通孔３２が形成されている。従って、コンクリート充填鋼管柱１０の施工時に、例えば、中央充填室２６Ａにコンクリートを充填すると、硬化前のコンクリートが貫通孔３２を流動して、コーナー充填室２６Ｂに充填される。従って、鋼管１２への充填コンクリート１４の充填作業の手間が低減される。また、充填室の平断面積が狭い場合、コンクリートが充填室の全体に行き渡らず、充填ムラが発生し易い。これに対して本実施形態では、規制プレート２４に形成された貫通孔３２を通して、中央充填室２６Ａからコーナー充填室２６Ｂへコンクリートが流動するため、コーナー充填室２６Ｂに対するコンクリートの充填効率が向上する。更に、規制プレート２４に形成された貫通孔３２にもコンクリートが充填されるため、規制プレート２４と充填コンクリート１４（図１参照）との付着力（一体性）が高められる。従って、鋼管１２の側壁１２Ａの変形に対する規制効果が向上する。
【００３１】
次に、本実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例について説明する。
【００３２】
鋼管１２に対する規制プレート２４の配置は、上記したものに限らない。例えば、図３に示されるように、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの幅方向の中央部に接触させた状態で配置しても良い。このように、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂのうち、面外剛性が最も小さくなる幅方向の中央部を規制プレート２４で支持することにより、側壁１２Ａの局部座屈を効率的に抑制することができる。また、上記実施形態と比較して、コーナー充填室２６Ｂの平断面積が広くなり、コーナー充填室２６Ｂ内のコンクリートの流動性が向上する。従って、コーナー充填室２６Ｂに対するコンクリートの充填性が向上する。
【００３３】
また、上記実施形態では、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡って規制プレート２４を配置したが、これに限らない。例えば、図４（Ａ）に示されるように、対向する鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡って規制プレート２８を配置しても良い。具体的には、規制プレート２８は、その幅方向の両端部２８Ｔを、対向する鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向の中央部にそれぞれ接触させた状態で配置されており、鋼管１２の内部を２つの充填室２６Ｃに仕切っている。また、規制プレート２８には、隣接する充填室２６Ｃをつなぐ複数の貫通孔３４が形成されている。
【００３４】
このように、対向する鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡って規制プレート２８を配置することにより、例えば、対向する一方の側壁１２Ａが内側へ変形して規制プレート２８を押圧したときに、対向する他方の側壁１２Ａに規制プレート２８を介して押圧力が伝達される。即ち、対向する一方の側壁１２Ａの内側への変形に対し、規制プレート２８だけでなく、対向する他方の側壁１２Ａが抵抗する。従って、対向する側壁１２Ａ間に規制プレート２８が渡らない構成と比較して、側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。また、規制プレート２８の両端部２８Ｔを側壁１２Ａにそれぞれ接合することにより、側壁１２Ａの外側への変形も規制される。従って、鋼管の側壁１２Ａの局部座屈が抑制されるため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。
【００３５】
なお、図４（Ａ）に示す構成では、鋼管１２の内部に１枚の規制プレート２８を配置したが、対向する複数枚の規制プレート２８を鋼管１２の内部に配置しても良い。また、図４（Ｂ）に示されるように、複数の貫通孔４０が形成された２枚の規制プレート３６，３８を平面視にて十字形状に連結し、各々の幅方向の両端部３６Ｔ，３８Ｔを対向する鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ接触させた状態で配置しても良い。この場合、鋼管１２の内部が４つの充填室２６Ｄに仕切られる。これにより、対向する側壁１２Ｂの局部座屈も抑制することができる。
【００３６】
更に、上記実施形態では、鋼管１２として角形鋼管を用いたが、断面多角形の鋼管を用いても良い。また、図５（Ａ）に示されるように、断面円形の丸形鋼管４２を用いても良い。この場合、例えば、貫通孔４４が形成された２枚の規制プレート４６，４８を平面視にて十字形状に連結し、各々の両端部４６Ｔ，４８Ｔを丸形鋼管４２の側壁４２Ａに接触させた状態で配置しても良い。これにより、丸形鋼管４２の内部は、４つの充填室５０Ａに仕切られる。また、図５（Ｂ）に示されるように、貫通孔５２が形成された３枚の規制プレート５４を平面視にて三角形状に組み合わせ、各々の両端部５４Ｔを丸形鋼管４２の側壁４２Ａに接触させた状態で、丸形鋼管４２の内部に配置しても良い。この場合、丸形鋼管４２の内部が、３枚の規制プレート５４で囲まれた充填室５０Ｂと、丸形鋼管４２の側壁４２Ａと各規制プレート５４とで囲まれた３つの充填室５０Ｃとに仕切られる。また、３枚の規制プレート５４がトラス構造を構成するため、丸形鋼管４２の側壁４２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。
【００３７】
また、上記実施形態では、図２（Ａ）に示されるように、規制部材としての規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接合したが、これに限らない。例えば、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接合せずに接触させ、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形のみを規制しても良い。この構成によっても、鋼管１２の側壁１２Ａの局部座屈を抑制することができる。なお、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接合しない場合は、運搬時や鋼管１２へのコンクリート充填時における位置ズレを防止するために、規制プレート２４の上端部及び下端部を点溶接、接着剤等で仮留めしても良い。また、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接触させずに、当該側壁１２Ａが局座屈しない程度に近接させて配置しても良い。つまり、鋼管１２の側壁１２Ａと規制プレート２４の幅方向の端部２４Ｔとの間に、当該側壁１２Ａが局座屈しない程度の隙間を設け、当該隙間に充填コンクリート１４を充填しても良い。
【００３８】
また、上記実施形態では、鋼管１２の下端部から上端部に渡って規制プレート２４を配置したが、長手方向の長さが短くされた複数の規制プレート２４を、鋼管１２の軸方向に間隔を空けて配置しても良い。更には、規制プレート２４の貫通孔３２は、必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。
【００３９】
また、上記実施形態におけるコンクリート充填鋼管柱１０には、必要に応じて耐火被覆を施しても良い。
【００４０】
以上、本発明の一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、一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。
【００４１】
次に、耐火試験について説明する。
【００４２】
本耐火試験では、高層建物や超高層建物等の高い強度（例えば、設計基準強度で６０Ｎ／ｍｍ２以上、軸力比（軸力／（柱の水平断面積×充填コンクリートの設計基準強度）で０．３以上の高い軸力）が求められるコンクリート充填鋼管柱において、鋼管１２の内部に充填される充填コンクリート１４の骨材が、耐火性能に与える影響を検証した。充填コンクリート１４の骨材としては、従来から一般的に用いられている硬質砂岩骨材と、近年、広く用いられるようになってきた石灰岩骨材を用いた。
【００４３】
耐火試験では、２つの試験体１，２に鉛直荷重（軸力比＝０．４）を載荷しながら、試験体１，２をバーナーで加熱し、各試験体１，２の軸方向の変形量をそれぞれ測定した。試験体１は、石灰岩骨材を用いたコンクリートを角形鋼管に一律に充填した従来のコンクリート充填鋼管柱であり、試験体２では、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートを角形鋼管に一律に充填した従来のコンクリート充填鋼管柱である。また、試験体１，２における角形鋼管の水平断面積は同一であり、これらの角形鋼管に充填されるコンクリートのコンクリート強度も略同一（呼び強度５５Ｎ／ｍｍ２、試験時強度７０Ｎ／ｍｍ２程度）である。
【００４４】
図６には、耐火試験の試験結果が示されている。図中に実線で示す曲線は試験体１の試験結果であり、点線で示す曲線は試験体２の試験結果である。なお、図６における横軸は加熱時間（分）であり、縦軸は試験体１，２の軸方向の変形量（ｍｍ）である。この変形量（ｍｍ）は、各試験体１，２に鉛直荷重を載荷した状態をゼロとし、軸方向に伸びる方向を正、軸方向に縮む方向を負としている。
【００４５】
図６に示される試験結果から、石灰岩骨材を用いた試験体１は、硬質砂岩骨材を用いた試験体２よりも早期に軸方向の変形量（縮み量）が大きくなり、急激に耐力が低下したことが分かる。これは、石灰岩骨材を用いた試験体１では、充填コンクリートの外周部が早期に熱劣化し、鋼管の側壁に局部座屈が発生したためと考えられる。石灰岩骨材を用いたコンクリートは、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートに比べ耐火性能が劣ることが知られている。試験体１は加熱によって熱劣化し、脆くなった鋼管周辺のコンクリートが、図２（Ｂ）に示す鋼管の面外への変形を抑えることができなくなり、鋼管の局部座屈によって脆性的に崩壊したものと思われる。このように負担軸力が大きいＣＦＴ柱（例えば軸力比０．３以上）に石灰岩のように脆い骨材を用いる場合は、充填コンクリートが十分な耐力を残している場合でも、鋼管の局部座屈によって早期に破壊が生じる。なお、骨材として安山岩、流紋岩を用いたコンクリートは、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートと同等以上の耐火性能を有することが知られている。従って、石灰岩骨材を用いたコンクリートは、安山岩、流紋岩を用いたコンクリートよりも早期に熱劣化するが分かる。
【００４６】
一方、石灰岩は、硬質砂岩、安山岩、流紋岩等と比較して安価で、かつコンクリート強度の高強度化（設計基準強度で８０Ｎ／ｍｍ２程度まで）が可能であり、近年、広く用いられるようになっている。従って、上記実施形態及び各種の変形例は、前述した高い強度が求められ、かつ、充填コンクリートの骨材として石灰岩が用いられたコンクリート充填鋼管柱に特に有効であり、このようなコンクリート充填鋼管柱に上記実施形態及び各種の変形例を適用することで、コスト削減を図りつつ、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能を飛躍的に向上させることができる。
【００４７】
なお、上記実施形態及び各種の変形例は、充填コンクリートの骨材として硬質砂岩、安山岩、流紋岩等を用いたコンクリート充填鋼管柱や、一般的な強度のコンクリート充填鋼管柱にも、当然ながら適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ コンクリート充填鋼管柱
１２ 鋼管
１２Ａ 側壁
１２Ｂ 側壁
１４ 充填コンクリート
２４ 規制プレート（規制部材）
２６Ａ 中央充填室（充填室）
２６Ｂ コーナー充填室（充填室）
２６Ｃ 充填室
２６Ｄ 充填室
２８ 規制プレート（規制部材）
３２ 貫通孔
３４ 貫通孔
３６ 規制プレート（規制部材）
３８ 規制プレート（規制部材）
４０ 貫通孔
４２ 丸形鋼管（鋼管）
４２Ａ 側壁
４４ 貫通孔
４６ 規制プレート（規制部材）
４８ 規制プレート（規制部材）
５０Ａ 充填室
５０Ｂ 充填室
５０Ｃ 充填室
５２ 貫通孔
５４ 規制プレート（規制部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート充填鋼管柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管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（例えば、特許文献１）。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（負担軸力）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】
ここで、特許文献１に開示された技術では、鋼管の内周面に、当該鋼管の軸方向へ延びるリブ（フラットバー）が点溶接で取り付けられている。そして、火災時に、鋼管とコンクリートとの熱膨張差によってコンクリートに発生する軸方向の引張り力にリブが抵抗することにより、コンクリートに発生する水平方向のひび割れを抑制し、ＣＦＴ柱の座屈を防止している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように鋼管の内周面にリブを点溶接する構成では、火災時におけるコンクリートのひび割れが抑制されるものの、加熱されて耐力、剛性が低下した鋼管の変形を十分に規制することができず、当該側壁に局部座屈が発生する可能性がある。
【０００５】
一方、断面十字形に組み合わされた２枚の鉄板を鋼管内に配置し、溶接で固定したコンクリート充填鋼管柱が知られている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２に開示された技術では、２枚の鉄板によって鋼管内が４つの充填室に仕切られる。従って、各充填室にコンクリートを充填しなければならず、コンクリートの充填作業が煩雑化すると共に、各充填室へのコンクリートの充填効率が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０４９９３号公報
【特許文献２】特開平９−８８２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事実を考慮し、鋼管の側壁の局部座屈を抑制しつつ、鋼管内へのコンクリートの充填性が向上されたコンクリート充填鋼管柱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は、鋼管と、前記鋼管の内部に長手方向を上下方向として配置され、幅方向の両端部を前記鋼管の側壁に接触又は近接させて該鋼管の内部を複数の充填室に仕切ると共に、前記鋼管の変形を規制する規制部材と、前記充填室に充填される充填コンクリートと、を備え、前記規制部材には、隣接する前記充填室をつなぐ貫通孔が形成されている。
【０００９】
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、規制部材の幅方向の両端部を、鋼管の側壁に接触又は近接させることにより、規制部材の幅方向の一方の端部が鋼管の側壁に接触又は近接しない構成と比較して、鋼管の側壁の変形に対する規制効果が向上する。従って、鋼管の側壁の局部座屈が抑制されるため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。
【００１０】
また、隣接する充填室をつなぐ貫通孔を規制部材に形成したことにより、当該貫通孔を通して各充填室に充填コンクリートが充填される。従って、各充填室に対する充填コンクリートの充填効率が向上すると共に、施工性が向上する。
【００１１】
請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱は、請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱において、前記鋼管が、角形鋼管であり、前記規制部材が、前記角形鋼管における隣り合う側壁間に渡っている。
【００１２】
請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、角形鋼管における隣り合う側壁に規制部材を渡したことにより、鋼管の側壁に対して隣り合う鋼管の側壁が、面外剛性だけでなく、面外剛性よりも大きい面内剛性で抵抗する。従って、鋼管の側壁の変形に対する規制効果が向上する。
【００１３】
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱は、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において、前記規制部材が、前記鋼管の側壁に接合されている。
【００１４】
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱によれば、規制部材を鋼管の側壁に接合したことにより、鋼管の側壁の内側への変形だけでなく、鋼管の側壁の外側への変形も規制される。従って、鋼管の側壁の局部座屈に対する抑制効果が向上するため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上記の構成としたので、鋼管の側壁の局部座屈を抑制しつつ、鋼管内へのコンクリートの充填性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図１の平断面図であり、（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す図１の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における規制部材の変形例を示す図２に相当する平断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態における規制部材の変形例を示す図２に相当する平断面図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態における規制部材の変形例を示す図２に相当する平断面図である。
【図６】耐火試験の試験結果であり、加熱時間と鋼管の軸方向の変形量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱について説明する。なお、各図において適宜図示される矢印Ｚは鋼管の軸方向を示している。
【００１８】
図１、図２（Ａ）、及び図２（Ｂ）には、一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱１０の一部が示されている。コンクリート充填鋼管柱１０は、例えば、高層建物や超高層建物等の高い強度（例えば、設計基準強度で６０Ｎ／ｍｍ２以上、軸力比（軸力／（柱の水平断面積×充填コンクリートの設計基準強度）で０．３以上の高い軸力）が求められる柱として好適に用いられるものである。
【００１９】
コンクリート充填鋼管柱１０は、鋼管１２と、鋼管１２の内部に配置される規制部材としての規制プレート２４を備えている。鋼管１２は角形鋼管からなり、軸方向（矢印Ｚ方向）を上下方向として、図示しない基礎等の上に立てられている。なお、鋼管１２の外周部には耐火被覆が施されておらず、コンクリート充填鋼管柱１０は、無耐火被覆のコンクリート充填鋼管柱（無耐火被覆ＣＦＴ柱）とされている。
【００２０】
図２（Ａ）に示されるように、規制プレート２４は板状の鋼板で構成され、鋼管１２の４つのコーナー部にそれぞれ配置されている。なお、説明の便宜上、鋼管１２における隣り合う側壁を側壁１２Ａ、側壁１２Ｂとして以下説明する。規制プレート２４は、長手方向を上下方向（鋼管１２の軸方向）として配置され、鋼管１２の下端部から上端部に渡って設けられている。また、各規制プレート２４は、鋼管１２のコーナー部において、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ間に渡っており、その幅方向の両端部２４Ｔ（の端面）を隣り合う側壁１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ接触させた状態で配置されている。また、規制プレート２４の両端部２４Ｔは、隣り合う側壁１２Ａ，１２Ｂに溶接、接着剤等で接合されている。即ち、隣接する鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士が、規制プレート２４で連結されている。
【００２１】
鋼管１２の各側壁１２Ａ，１２Ｂには、当該側壁１２Ａ，１２Ｂを幅方向（鋼管１２の周方向）に略３等分する位置に、規制プレート２４の端部２４Ｔがそれぞれ接合されている。これらの規制プレート２４によって、鋼管１２の内部が水平方向（鋼管１２の軸方向と直交する方向）に複数の充填室に仕切られている。具体的には、鋼管１２の中央部に設けられ、平面視にて８角形の中央充填室２６Ａと、鋼管１２の各コーナー部に設けられ、平面視にて３角形の４つのコーナー充填室２６Ｂとに仕切られている。これらの中央充填室２６Ａ及びコーナー充填室２６Ｂには、充填コンクリート１４が充填されている。
なお、充填コンクリート１４は、各中央充填室２６Ａ及びコーナー充填室２６Ｂに充填されたコンクリートが硬化したものである。
【００２２】
ここで、各規制プレート２４には、中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとをつなぐ複数の貫通孔３２が、当該規制プレート２４の幅方向及び長手方向に間隔を空けて形成されている。これにより、中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとの間で、硬化する前のコンクリートが流動するようになっている。
なお、規制プレート２４には、少なくとも１つの貫通孔３２が形成されていれば良く、また、貫通孔３２の形状、大きさは、コンクリートの粘性や骨材の大きさに応じて適宜変更可能である。
【００２３】
次に、本実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の作用について説明する。
【００２４】
例えば、図２（Ｂ）に示されるように、火災によってコンクリート充填鋼管柱１０が矢印Ａ方向から加熱されると、先ず、温度上昇に伴って鋼管１２が熱膨張し、鋼管１２が軸方向（矢印Ｚ方向）へ伸張すると共に、徐々に軟化して剛性が低下する。また、鋼管１２の側壁１２Ａを介して、当該側壁１２Ａを内部から支持する充填コンクリート１４の外周部に熱が伝達され、当該外周部の温度が上昇する。そして、充填コンクリート１４の外周部の温度が所定温度（熱劣化温度）以上になると、充填コンクリート１４の外周部が熱劣化する。これにより、充填コンクリート１４の外周部が脆く、脆性的に破壊され易くなり、鋼管１２の側壁１２Ａの支持強度が低下する。この結果、図中の二点鎖線で示されるように、温度上昇により剛性が低下した鋼管１２の側壁１２Ａが面外方向へ凸状に湾曲し、局部座屈する。そして、鋼管１２の側壁１２Ａが局部座屈すると、矢印Ｑで示されるように、内側へ凸状に湾曲した鋼管１２の側壁１２Ａによって充填コンクリート１４の外周部が押圧され、当該外周部が圧壊する。また、鋼管１２の側壁１２Ａに局部座屈が発生すると、鋼管１２が軸方向（矢印Ｚ方向）に縮むため、鋼管１２が負担していた軸力Ｆの一部が充填コンクリート１４に導入され、充填コンクリート１４の負担軸力が増加する。これにより、充填コンクリート１４の外周部の圧壊が促進され、コンクリート充填鋼管柱１０の耐力（軸耐力）が急激に低下し、最終的に破壊に至る。
【００２５】
このように鋼管１２の側壁１２Ａに局部座屈が発生すると、充填コンクリート１４が所定の耐力（火災時耐力）を発揮する前に、コンクリート充填鋼管柱１０は脆性的に崩壊してしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、図２（Ａ）に示されるように、鋼管１２のコーナー部に規制プレート２４を配置し、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを隣り合う鋼管１２に側壁１２Ａ，１２Ｂに接合している。即ち、規制プレート２４によって隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士を連結している。これにより、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの剛性、特に面外剛性が増加するため、鋼管１２の側壁１２Ａの内側（鋼管１２の中心軸の向かう側）への変形（面外変形）が規制される。また、規制プレート２４が、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂに接合されているため、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの内側への変形だけでなく、外側への変形も規制される。更に、規制プレート２４は、充填コンクリート１４に埋設されており、充填コンクリート１４の内部に入り込んでいる。従って、充填コンクリート１４の外周部が熱劣化しても、充填コンクリート１４の内部によって規制プレート２４が支持されるため、鋼管１２の側壁１２Ａの変形が規制される。
【００２７】
また、規制プレート２４によって隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士を連結したことにより、例えば、隣り合う一方の側壁１２Ａが内側へ変形して規制プレート２４を押圧したときに、隣り合う他方の側壁１２Ｂに規制プレート２４を介して押圧力Ｐが伝達される。即ち、一方の鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対し、規制プレート２４だけでなく、他方の側壁１２Ｂが抵抗する。
【００２８】
また、規制プレート２４を介して対向する他方の側壁１２Ｂに伝達される押圧力Ｐは、隣り合う他方の側壁１２Ｂに対して傾斜する方向に作用する。そのため、隣り合う他方の側壁１２Ｂが、面外剛性（矢印Ｐ１に対する剛性）だけでなく、面外剛性よりも大きい面内剛性（矢印Ｐ２に対する剛性）で抵抗する。これにより、隣り合う一方の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。従って、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ間に規制プレート２４が渡らない構成と比較して、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。これと同様に、鋼管１２の側壁１２Ａの外側への変形に対する規制効果も向上する。
【００２９】
このように本実施形態では、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂ同士を規制プレート２４で連結することにより、火災時における鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの局部座屈が抑制される。従って、コンクリート充填鋼管柱１０に所定の耐力（軸耐力）を発揮させることが可能になるため、コンクリート充填鋼管柱１０の耐火性能が向上する。更に、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂを幅方向（鋼管１２の周方向）に略３等分する位置を規制プレート２４で支持したことにより、各側壁１２Ａ，１２Ｂの幅方向の座屈長さＬ１，Ｌ２（図２（Ａ）参照）が、側壁１２Ａ，１２Ｂの幅Ｌの略１／３になる。従って、側壁１２Ａ，１２Ｂの局部座屈に対する抑制効果が向上する。
【００３０】
また、規制プレート２４には、隣接する中央充填室２６Ａとコーナー充填室２６Ｂとをつなぐ複数の貫通孔３２が形成されている。従って、コンクリート充填鋼管柱１０の施工時に、例えば、中央充填室２６Ａにコンクリートを充填すると、硬化前のコンクリートが貫通孔３２を流動して、コーナー充填室２６Ｂに充填される。従って、鋼管１２への充填コンクリート１４の充填作業の手間が低減される。また、充填室の平断面積が狭い場合、コンクリートが充填室の全体に行き渡らず、充填ムラが発生し易い。これに対して本実施形態では、規制プレート２４に形成された貫通孔３２を通して、中央充填室２６Ａからコーナー充填室２６Ｂへコンクリートが流動するため、コーナー充填室２６Ｂに対するコンクリートの充填効率が向上する。更に、規制プレート２４に形成された貫通孔３２にもコンクリートが充填されるため、規制プレート２４と充填コンクリート１４（図１参照）との付着力（一体性）が高められる。従って、鋼管１２の側壁１２Ａの変形に対する規制効果が向上する。
【００３１】
次に、本実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱の変形例について説明する。
【００３２】
鋼管１２に対する規制プレート２４の配置は、上記したものに限らない。例えば、図３に示されるように、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂの幅方向の中央部に接触させた状態で配置しても良い。このように、鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂのうち、面外剛性が最も小さくなる幅方向の中央部を規制プレート２４で支持することにより、側壁１２Ａの局部座屈を効率的に抑制することができる。また、上記実施形態と比較して、コーナー充填室２６Ｂの平断面積が広くなり、コーナー充填室２６Ｂ内のコンクリートの流動性が向上する。従って、コーナー充填室２６Ｂに対するコンクリートの充填性が向上する。
【００３３】
また、上記実施形態では、隣り合う鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡って規制プレート２４を配置したが、これに限らない。例えば、図４（Ａ）に示されるように、対向する鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡って規制プレート２８を配置しても良い。具体的には、規制プレート２８は、その幅方向の両端部２８Ｔを、対向する鋼管１２の側壁１２Ａの幅方向の中央部にそれぞれ接触させた状態で配置されており、鋼管１２の内部を２つの充填室２６Ｃに仕切っている。また、規制プレート２８には、隣接する充填室２６Ｃをつなぐ複数の貫通孔３４が形成されている。
【００３４】
このように、対向する鋼管１２の側壁１２Ａ間に渡って規制プレート２８を配置することにより、例えば、対向する一方の側壁１２Ａが内側へ変形して規制プレート２８を押圧したときに、対向する他方の側壁１２Ａに規制プレート２８を介して押圧力が伝達される。即ち、対向する一方の側壁１２Ａの内側への変形に対し、規制プレート２８だけでなく、対向する他方の側壁１２Ａが抵抗する。従って、対向する側壁１２Ａ間に規制プレート２８が渡らない構成と比較して、側壁１２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。また、規制プレート２８の両端部２８Ｔを側壁１２Ａにそれぞれ接合することにより、側壁１２Ａの外側への変形も規制される。従って、鋼管の側壁１２Ａの局部座屈が抑制されるため、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能が向上する。
【００３５】
なお、図４（Ａ）に示す構成では、鋼管１２の内部に１枚の規制プレート２８を配置したが、対向する複数枚の規制プレート２８を鋼管１２の内部に配置しても良い。また、図４（Ｂ）に示されるように、複数の貫通孔４０が形成された２枚の規制プレート３６，３８を平面視にて十字形状に連結し、各々の幅方向の両端部３６Ｔ，３８Ｔを対向する鋼管１２の側壁１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ接触させた状態で配置しても良い。この場合、鋼管１２の内部が４つの充填室２６Ｄに仕切られる。これにより、対向する側壁１２Ｂの局部座屈も抑制することができる。
【００３６】
更に、上記実施形態では、鋼管１２として角形鋼管を用いたが、断面多角形の鋼管を用いても良い。また、図５（Ａ）に示されるように、断面円形の丸形鋼管４２を用いても良い。この場合、例えば、貫通孔４４が形成された２枚の規制プレート４６，４８を平面視にて十字形状に連結し、各々の両端部４６Ｔ，４８Ｔを丸形鋼管４２の側壁４２Ａに接触させた状態で配置しても良い。これにより、丸形鋼管４２の内部は、４つの充填室５０Ａに仕切られる。また、図５（Ｂ）に示されるように、貫通孔５２が形成された３枚の規制プレート５４を平面視にて三角形状に組み合わせ、各々の両端部５４Ｔを丸形鋼管４２の側壁４２Ａに接触させた状態で、丸形鋼管４２の内部に配置しても良い。この場合、丸形鋼管４２の内部が、３枚の規制プレート５４で囲まれた充填室５０Ｂと、丸形鋼管４２の側壁４２Ａと各規制プレート５４とで囲まれた３つの充填室５０Ｃとに仕切られる。また、３枚の規制プレート５４がトラス構造を構成するため、丸形鋼管４２の側壁４２Ａの内側への変形に対する規制効果が向上する。
【００３７】
また、上記実施形態では、図２（Ａ）に示されるように、規制部材としての規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接合したが、これに限らない。例えば、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接合せずに接触させ、鋼管１２の側壁１２Ａの内側への変形のみを規制しても良い。この構成によっても、鋼管１２の側壁１２Ａの局部座屈を抑制することができる。なお、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接合しない場合は、運搬時や鋼管１２へのコンクリート充填時における位置ズレを防止するために、規制プレート２４の上端部及び下端部を点溶接、接着剤等で仮留めしても良い。また、規制プレート２４の幅方向の両端部２４Ｔを鋼管１２の側壁１２Ａに接触させずに、当該側壁１２Ａが局座屈しない程度に近接させて配置しても良い。つまり、鋼管１２の側壁１２Ａと規制プレート２４の幅方向の端部２４Ｔとの間に、当該側壁１２Ａが局座屈しない程度の隙間を設け、当該隙間に充填コンクリート１４を充填しても良い。
【００３８】
また、上記実施形態では、鋼管１２の下端部から上端部に渡って規制プレート２４を配置したが、長手方向の長さが短くされた複数の規制プレート２４を、鋼管１２の軸方向に間隔を空けて配置しても良い。更には、規制プレート２４の貫通孔３２は、必要に応じて設ければ良く、適宜省略可能である。
【００３９】
また、上記実施形態におけるコンクリート充填鋼管柱１０には、必要に応じて耐火被覆を施しても良い。
【００４０】
以上、本発明の一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、一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。
【００４１】
次に、耐火試験について説明する。
【００４２】
本耐火試験では、高層建物や超高層建物等の高い強度（例えば、設計基準強度で６０Ｎ／ｍｍ２以上、軸力比（軸力／（柱の水平断面積×充填コンクリートの設計基準強度）で０．３以上の高い軸力）が求められるコンクリート充填鋼管柱において、鋼管１２の内部に充填される充填コンクリート１４の骨材が、耐火性能に与える影響を検証した。充填コンクリート１４の骨材としては、従来から一般的に用いられている硬質砂岩骨材と、近年、広く用いられるようになってきた石灰岩骨材を用いた。
【００４３】
耐火試験では、２つの試験体１，２に鉛直荷重（軸力比＝０．４）を載荷しながら、試験体１，２をバーナーで加熱し、各試験体１，２の軸方向の変形量をそれぞれ測定した。試験体１は、石灰岩骨材を用いたコンクリートを角形鋼管に一律に充填した従来のコンクリート充填鋼管柱であり、試験体２では、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートを角形鋼管に一律に充填した従来のコンクリート充填鋼管柱である。また、試験体１，２における角形鋼管の水平断面積は同一であり、これらの角形鋼管に充填されるコンクリートのコンクリート強度も略同一（呼び強度５５Ｎ／ｍｍ２、試験時強度７０Ｎ／ｍｍ２程度）である。
【００４４】
図６には、耐火試験の試験結果が示されている。図中に実線で示す曲線は試験体１の試験結果であり、点線で示す曲線は試験体２の試験結果である。なお、図６における横軸は加熱時間（分）であり、縦軸は試験体１，２の軸方向の変形量（ｍｍ）である。この変形量（ｍｍ）は、各試験体１，２に鉛直荷重を載荷した状態をゼロとし、軸方向に伸びる方向を正、軸方向に縮む方向を負としている。
【００４５】
図６に示される試験結果から、石灰岩骨材を用いた試験体１は、硬質砂岩骨材を用いた試験体２よりも早期に軸方向の変形量（縮み量）が大きくなり、急激に耐力が低下したことが分かる。これは、石灰岩骨材を用いた試験体１では、充填コンクリートの外周部が早期に熱劣化し、鋼管の側壁に局部座屈が発生したためと考えられる。石灰岩骨材を用いたコンクリートは、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートに比べ耐火性能が劣ることが知られている。試験体１は加熱によって熱劣化し、脆くなった鋼管周辺のコンクリートが、図２（Ｂ）に示す鋼管の面外への変形を抑えることができなくなり、鋼管の局部座屈によって脆性的に崩壊したものと思われる。このように負担軸力が大きいＣＦＴ柱（例えば軸力比０．３以上）に石灰岩のように脆い骨材を用いる場合は、充填コンクリートが十分な耐力を残している場合でも、鋼管の局部座屈によって早期に破壊が生じる。なお、骨材として安山岩、流紋岩を用いたコンクリートは、硬質砂岩骨材を用いたコンクリートと同等以上の耐火性能を有することが知られている。従って、石灰岩骨材を用いたコンクリートは、安山岩、流紋岩を用いたコンクリートよりも早期に熱劣化するが分かる。
【００４６】
一方、石灰岩は、硬質砂岩、安山岩、流紋岩等と比較して安価で、かつコンクリート強度の高強度化（設計基準強度で８０Ｎ／ｍｍ２程度まで）が可能であり、近年、広く用いられるようになっている。従って、上記実施形態及び各種の変形例は、前述した高い強度が求められ、かつ、充填コンクリートの骨材として石灰岩が用いられたコンクリート充填鋼管柱に特に有効であり、このようなコンクリート充填鋼管柱に上記実施形態及び各種の変形例を適用することで、コスト削減を図りつつ、コンクリート充填鋼管柱の耐火性能を飛躍的に向上させることができる。
【００４７】
なお、上記実施形態及び各種の変形例は、充填コンクリートの骨材として硬質砂岩、安山岩、流紋岩等を用いたコンクリート充填鋼管柱や、一般的な強度のコンクリート充填鋼管柱にも、当然ながら適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ コンクリート充填鋼管柱
１２ 鋼管
１２Ａ 側壁
１２Ｂ 側壁
１４ 充填コンクリート
２４ 規制プレート（規制部材）
２６Ａ 中央充填室（充填室）
２６Ｂ コーナー充填室（充填室）
２６Ｃ 充填室
２６Ｄ 充填室
２８ 規制プレート（規制部材）
３２ 貫通孔
３４ 貫通孔
３６ 規制プレート（規制部材）
３８ 規制プレート（規制部材）
４０ 貫通孔
４２ 丸形鋼管（鋼管）
４２Ａ 側壁
４４ 貫通孔
４６ 規制プレート（規制部材）
４８ 規制プレート（規制部材）
５０Ａ 充填室
５０Ｂ 充填室
５０Ｃ 充填室
５２ 貫通孔
５４ 規制プレート（規制部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管と、
前記鋼管の内部に長手方向を上下方向として配置され、幅方向の両端部を前記鋼管の側壁に接触又は近接させて該鋼管の内部を複数の充填室に仕切ると共に、前記鋼管の変形を規制する規制部材と、
前記充填室に充填される充填コンクリートと、
を備え、
前記規制部材には、隣接する前記充填室をつなぐ貫通孔が形成されている請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項２】
前記鋼管が、角形鋼管であり、
前記規制部材が、前記角形鋼管における隣り合う側壁間に渡っている請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項３】
前記規制部材が、前記鋼管の側壁に接合されている請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項１】
鋼管と、
前記鋼管の内部に長手方向を上下方向として配置され、幅方向の両端部を前記鋼管の側壁に接触又は近接させて該鋼管の内部を複数の充填室に仕切ると共に、前記鋼管の変形を規制する規制部材と、
前記充填室に充填される充填コンクリートと、
を備え、
前記規制部材には、隣接する前記充填室をつなぐ貫通孔が形成されている請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項２】
前記鋼管が、角形鋼管であり、
前記規制部材が、前記角形鋼管における隣り合う側壁間に渡っている請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【請求項３】
前記規制部材が、前記鋼管の側壁に接合されている請求項１又は請求項２に記載のコンクリート充填鋼管柱。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１４０８２５（Ｐ２０１２−１４０８２５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０３（Ｐ２０１１−７０３）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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