特開 2023-167162 コンクリート充填鋼管柱の設計法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167162

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】コンクリート充填鋼管柱の設計法

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/36 20060101AFI20231116BHJP

【ＦＩ】

E04C3/36

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078126

(22)【出願日】2022-05-11

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】近藤 史朗

(72)【発明者】

【氏名】中村 聡武

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 太勇

【テーマコード（参考）】

2E163

【Ｆターム（参考）】

2E163FB06

2E163FB07

2E163FD52

2E163FF15

(57)【要約】

【課題】耐火被覆の設置が不要であり、火災の加熱による柱の構造耐力への影響を低減するコンクリート充填鋼管柱を提供できるコンクリート充填鋼管柱の設計法を提供する。
【解決手段】鋼管２１と、鋼管２１の内部に充填された充填コンクリート２２と、で構成され、地階を除いて３以上の階層を有する建築物１に備えられるコンクリート充填鋼管柱２に適用されるコンクリート充填鋼管柱の設計法であって、コンクリート充填鋼管柱２が加熱された際に、充填コンクリート２２の加熱により耐力が低下する部分を除いた横断方向の有効断面の断面積をＡｃｅ、有効断面内の充填コンクリート２２の設計基準強度をＦｃ、鋼管２１の長期許容圧縮力をＬＮとしたとき、次の式（１）が成立することを特徴とする。
［数１］

【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管と、前記鋼管の内部に充填された充填コンクリートと、で構成され、地階を除いて３以上の階層を有する建築物に備えられるコンクリート充填鋼管柱に適用されるコンクリート充填鋼管柱の設計法であって、
前記コンクリート充填鋼管柱が加熱された際に、前記充填コンクリートの加熱により耐力が低下する部分を除いた横断方向の有効断面の断面積をＡｃｅ、前記有効断面内の前記充填コンクリートの設計基準強度をＦｃ、前記鋼管の長期許容圧縮力をＬＮとしたとき、次の式（１）が成立することを特徴とする、コンクリート充填鋼管柱の設計法。

【数1】

【請求項2】

前記鋼管の基準強度は、４４０Ｎ／ｍｍ^２以下である、
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【請求項3】

前記コンクリート充填鋼管柱は、横断面が略正方形に形成された角柱として備えられ、
前記鋼管は、横断面の部材幅が５００ｍｍ以上、厚みが１６ｍｍ以上で形成される、
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【請求項4】

前記コンクリート充填鋼管柱は、横断面が略円形に形成された円柱として備えられ、
前記鋼管は、横断面の部材幅が６３３ｍｍ以上、厚みが１６ｍｍ以上で形成される、
請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【請求項5】

角形形状の鋼管の厚さは、
前記鋼管の横断面の部材幅が１０００ｍｍ以上の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の式（２）を満たす部材ランクＦＣ以上となる厚さとして算出され、

【数2】

前記鋼管の横断面の部材幅が１０００ｍｍ未満の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の表１にしたがって定められる鋼管厚さとする、
請求項３に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【表1】

【請求項6】

円形形状の鋼管の厚さは、
前記鋼管の横断面の部材幅が２６１０ｍｍ以上の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の式（３）を満たす部材ランクＦＣ以上となる厚さとして算出され、

【数3】

前記鋼管の横断面の部材幅が２６１０ｍｍ未満の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の表２にしたがって定められる鋼管厚さとする、
請求項４に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【表2】

【請求項7】

前記充填コンクリートの設計基準強度Ｆｃは、３９Ｎ／ｍｍ^２以上６０Ｎ／ｍｍ^２以下である、
請求項１から６のいずれか一項に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【請求項8】

前記有効断面の断面積は、前記充填コンクリートの温度が２００℃以内の部分の横断方向の断面積である、
請求項１から６のいずれか一項に記載のコンクリート充填鋼管柱の設計法。

【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設計法に関する。

【背景技術】

【0002】

建築基準法施行令において、地階を除いて階数が３以上の鉄骨系柱の建築物は、柱のみの火熱による耐力の低下によって容易に倒壊するおそれがある場合、耐火または準耐火対策の要求がなくても柱の構造を通常の火災による火熱が加えられてから３０分間、構造耐力上支障のある変形、溶融、破壊等が生じない構造とすることが規定されている。

【0003】

従来、柱の耐火構造は、建設省告示に定められた構造のいずれかに該当するものとされており、いずれも柱の周囲が被覆材で被覆された耐火被覆構造である。例えば、特許文献１には、耐火被覆が設けられた鋼材を用いた耐火被覆柱および耐火被覆梁を備える耐火構造物が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０２０／１１０９８５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

耐火または準耐火対策の要求がない柱に耐火被覆を設ける作業は、該作業分の工期の延長や工費が嵩むという課題がある。そのため、耐火被覆による工法を用いることなく建築基準法施行令に規定された耐火要求を満足できる柱の設計法が求められている。

【0006】

一方で、従来から鉄骨系柱の一工法として適用されているコンクリート充填鋼管柱は、鋼管の内部に充填されたコンクリートの熱容量が大きいことにより、火災時においても鋼管の内部の充填コンクリートの耐力が低下しにくいという特徴を有する。

【0007】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、耐火被覆の設置が不要であり、火災の加熱による柱の構造耐力への影響を低減するコンクリート充填鋼管柱を提供できるコンクリート充填鋼管柱の設計法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】

【0008】

鋼管と、前記鋼管の内部に充填された充填コンクリートと、で構成され、地階を除いて３以上の階層を有する建築物に備えられるコンクリート充填鋼管柱に適用されるコンクリート充填鋼管柱の設計法であって、前記コンクリート充填鋼管柱が加熱された際に、前記充填コンクリートの加熱により耐力が低下する部分を除いた横断方向の有効断面の断面積をＡｃｅ、前記有効断面内の前記充填コンクリートの設計基準強度（Ｎ／ｍｍ^２）をＦｃ、前記鋼管の長期許容圧縮力をＬＮとしたとき、次の式（１）が成立することを特徴とする、コンクリート充填鋼管柱の設計法。

【0009】

【数1】

【0010】

上記の構成により、コンクリート充填鋼管柱の設計法により設計されたコンクリート充填鋼管柱（以下、「設計コンクリート充填鋼管柱」と記載する）は、式（１）を満たすことにより、加熱時において充填コンクリートの有効断面による充填コンクリートの圧縮方向の耐力が鋼管の長期許容圧縮力を上回る。そのため、設計コンクリート充填鋼管柱は、加熱によって鋼管部分の圧縮方向の耐力が低下した後も、充填コンクリートが柱軸力を保持し長期圧縮力に対して継続して支持できる。
以上より、設計コンクリート充填鋼管柱が式（１）を満たすことにより、設計コンクリート充填鋼管柱は、火災等による加熱時においても柱の構造耐力に支障が発生しないため、耐火被覆を設置することなく建築基準法施行令の構造規定を満たすことができる。
設計コンクリート充填鋼管柱は、耐火被覆の設置を省略でき、さらに従来の鉄骨造と比較して鉄骨の数量を削減できるため、設計コンクリート充填鋼管柱が適用される建築物の全体の工費の削減および工期の短縮が可能となる。

【0011】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、前記鋼管の基準強度は、４４０Ｎ／ｍｍ^２以下であってもよい。

【0012】

上記の構成とすることにより、コンクリート充填鋼管柱の設計法において鋼管の長期許容圧縮力が一定範囲に指定されるため、コンクリート充填鋼管柱の設計の正確性および容易性を向上できる。

【0013】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、前記コンクリート充填鋼管柱は、横断面が略正方形に形成された角柱として備えられ、前記鋼管は、横断面の部材幅が５００ｍｍ以上、厚みが１６ｍｍ以上で形成されてもよい。

【0014】

上記の構成とすることにより、コンクリート充填鋼管柱の設計法において角柱形状の鋼管寸法範囲が一定範囲に指定されるため、コンクリート充填鋼管柱の設計の正確性および容易性を向上できる。

【0015】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、前記コンクリート充填鋼管柱は、横断面が略円形に形成された円柱として備えられ、前記鋼管は、横断面の部材幅が６３３ｍｍ以上、厚みが１６ｍｍ以上で形成されてもよい。

【0016】

上記の構成とすることにより、コンクリート充填鋼管柱の設計法において円柱形状の鋼管寸法範囲が一定範囲に指定されるため、コンクリート充填鋼管柱の設計の正確性および容易性を向上できる。

【0017】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、角形形状の鋼管の厚さは、前記鋼管の横断面の部材幅が１０００ｍｍ以上の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の式（２）を満たす部材ランクＦＣ以上となる厚さとして算出され、前記鋼管の横断面の部材幅が１０００ｍｍ未満の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の表１にしたがって定められる鋼管厚さとしてもよい。（表１は、発明を実施するための形態に記載。）

【0018】

【数2】

【0019】

上記の構成とすることにより、角柱形状のコンクリート充填鋼管柱について、変形性能が脆性的である部材種別ＦＤランクの鋼管を対象から除外することができるため、鋼管の靭性を確保できる。

【0020】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、円形形状の鋼管の厚さは、前記鋼管の横断面の部材幅が２６１０ｍｍ以上の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の式（３）を満たす部材ランクＦＣ以上となる厚さとして算出され、前記鋼管の横断面の部材幅が２６１０ｍｍ未満の場合、前記鋼管の基準強度と部材幅に応じて次の表２にしたがって定められる鋼管厚さとしてもよい。（表２は、発明を実施するための形態に記載。）

【0021】

【数3】

【0022】

上記の構成とすることにより、円柱形状のコンクリート充填鋼管柱について、変形性能が脆性的である部材種別ＦＤランクの鋼管を対象から除外することができるため、鋼管の靭性を確保できる。

【0023】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、前記充填コンクリートの設計基準強度Ｆｃは、３９Ｎ／ｍｍ^２以上６０Ｎ／ｍｍ^２以下であってもよい。

【0024】

上記の構成とすることにより、コンクリート充填鋼管柱の設計法において充填コンクリートの設計基準強度の範囲が一定範囲に指定されるため、コンクリート充填鋼管柱の設計の正確性および容易性を向上できる。

【0025】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の設計法において、前記有効断面の断面積は、前記充填コンクリートの温度が２００℃以内の部分の横断方向の断面積であってもよい。

【0026】

上記の構成とすることにより、コンクリート充填鋼管柱の設計法において有効断面の断面積の定義が一定範囲に指定されるため、コンクリート充填鋼管柱の設計の正確性および容易性を向上できる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、耐火被覆の設置が不要であり、火災の加熱による柱の構造耐力への影響を低減するコンクリート充填鋼管柱を提供できるコンクリート充填鋼管柱の設計法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の設計法が適用されるコンクリート充填鋼管柱を備える柱梁構造の一例を示す縦断面図である。

【図2】本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の設計法が適用されるコンクリート充填鋼管柱の一例であり、（ａ）は、角柱状のコンクリート充填鋼管柱の横断面図である。（ｂ）は、円柱状のコンクリート充填鋼管柱の横断面図である。

【図3】本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の設計法が適用されるコンクリート充填鋼管柱の加熱による軸方向収縮量の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の設計法について、図１から図３に基づいて説明する。
本実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の設計法は、耐火構造の設置の要求がなく、地階を除いて３階建て以上の鉄骨系の建築物１に適用される。建築物１は、都市計画法に規定される防火地域および準防火地域になく、建築基準法に規定される特殊建築物ではない建築物である。

【0030】

図１に示すように、建築物１は、本実施形態のコンクリート充填鋼管柱の設計法により設計される複数のコンクリート充填鋼管柱２と、複数の梁３と、各階層を仕切る複数のスラブ４と、を備える。図１において、コンクリート充填鋼管柱２に対する水平一方向をＸ方向、Ｘ方向に直交するコンクリート充填鋼管柱２に対する水平他方向をＹ方向、梁３に対する鉛直方向（コンクリート充填鋼管柱２の配置方向）をＺ方向と記載する。梁３は、例えば公知のＨ形鋼である。

【0031】

コンクリート充填鋼管柱２は、耐火被覆を有さない鋼管柱である。複数のコンクリート充填鋼管柱２は、Ｘ方向およびＹ方向に一定の間隔で配置される。

【0032】

複数の梁３は、Ｘ方向およびＹ方向に一定の間隔で複数配置され、１層の梁部３１が形成される。梁部３１は、Ｚ方向に一定の間隔で建築物１の階数に応じて複数配置される。複数の梁部３１は、上方に建築物１の床や屋根に相当するスラブ４が設けられている。スラブ４は公知の鉄筋コンクリートで形成される。

【0033】

複数のコンクリート充填鋼管柱２と、複数の梁３とは、各交差部５において接合される。交差部５における接合方法は限定されず、例えば交差部５でコンクリート充填鋼管柱２と複数の梁３を溶接することにより接合される。

【0034】

図２に示すように、コンクリート充填鋼管柱２は、鋼管２１と、鋼管２１の内部に充填された充填コンクリート２２と、で構成されている。

【0035】

コンクリート充填鋼管柱２は、コンクリート充填鋼管柱２が加熱された際に、充填コンクリート２２の加熱により耐力が低下する部分を除いた横断方向の有効断面２３によるコンクリート耐力が鋼管２１の長期許容圧縮耐力を上回ることを設計条件とする。具体的には、有効断面２３の断面積をＡｃｅ、有効断面２３内の充填コンクリート２２の設計基準強度をＦｃ、鋼管２１の長期許容圧縮力をＬＮとしたとき、式（１）が成立する。有効断面２３は、コンクリート充填鋼管柱２のシャフト２ａの内、交差部５（柱梁接合部）を除く最小の横断面である。例えば、シャフト２ａの径長が途中で変化する場合、有効断面２３は、最小の径長における横断面を取る。

【0036】

【数4】

【0037】

上記の設計条件を満たすことにより、平時における長期応力に対しては鋼管２１の耐力だけで抵抗し、火災等の加熱によって鋼管２１部分の耐力が低下した後は、充填コンクリート２２の耐力だけで長期応力に対して抵抗する。

【0038】

有効断面２３の断面積Ａｃｅは、コンクリート充填鋼管柱２の加熱時において充填コンクリート２２の温度が２００℃以内の部分の横断方向の断面積である。

【0039】

鋼管２１は、建築基準法に規定される品質基準を満たす。鋼管２１は、ＢＣＰ３２５であることが望ましい。鋼管２１の基準強度（Ｆ値）は４４０Ｎ／ｍｍ^２以下である。

【0040】

コンクリート充填鋼管柱２は、横断面２４が略正方形に形成された角柱または略円形に形成された円柱として備えられるのが望ましい。

【0041】

図２（ａ）に示すように、コンクリート充填鋼管柱２は、横断面２４が略正方形に形成された角柱である場合、鋼管２１の横断面２４の部材幅であるＸ方向およびＹ方向の幅長ｂが５００ｍｍ以上、厚みｔが１６ｍｍ以上で形成される。

【0042】

図２（ｂ）に示すように、コンクリート充填鋼管柱２は、横断面２４が略円形に形成された円柱である場合、鋼管２１の横断面２４の部材幅である幅長（外径）Ｄが６３３ｍｍ以上、厚みが１６ｍｍ以上で形成される。

【0043】

鋼管２１は、国土交通省告示に規定される火災時に充填コンクリート２２から発生する蒸気を外部に逃がす蒸気抜き孔が所定の位置に設けられている。

【0044】

充填コンクリート２２の設計基準強度Ｆｃは、３９Ｎ／ｍｍ^２以上６０Ｎ／ｍｍ^２以下である。

【0045】

鋼管２１の部材幅と厚みとの比である幅厚比Ｃは、横断面２４が略正方形の角柱である場合、鋼管２１の幅長ｂが１０００ｍｍ以上であれば、建設省告示第１７９２号第３号第２号のイに記載の柱種別ＦＣに定められた数値以下となる。鋼管２１の基準強度Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２であると幅厚比Ｃは４８となり、鋼管２１の基準強度Ｆが２９５Ｎ／ｍｍ^２であると幅厚比Ｃは４２．８となり、鋼管２１の基準強度Ｆが３２５Ｎ／ｍｍ^２であると幅厚比Ｃは４０．８となる。また、下記の式（２）が成立する。但し、鋼管２１の幅長ｂが１０００ｍｍ未満である場合、鋼管２１の厚みｔは表１に示す条件となり、幅厚比Ｃは表１に記載の幅長ｂと厚みｔとの関係から算出される。

【0046】

【数5】

【0047】

【表1】

【0048】

幅厚比Ｃは、横断面２４が略円形の円柱である場合、鋼管２１の幅長ｂが２６１０ｍｍ以上であれば建設省告示第１７９２号第３号第２号のイに記載の柱種別ＦＣに定められた数値以下となる。鋼管２１の基準強度Ｆが２３５Ｎ／ｍｍ^２であると幅厚比Ｃは１００となり、鋼管２１の基準強度Ｆが２９５Ｎ／ｍｍ^２であると幅厚比Ｃは７２．３となる。また、下記の式（３）が成立する。但し、鋼管２１の幅長ｂが２６１０ｍｍ未満である場合、鋼管２１の厚みｔは表２に示す条件となり、幅厚比Ｃは表２に記載の幅長ｂと厚みｔとの関係から算出される。

【0049】

【数6】

【0050】

【表2】

【0051】

有効断面２３の最小断面積Ａｃｅ１は、充填コンクリート２２の横断方向の外周部２５から２７ｍｍ内側の部分の横断面積である。

【0052】

上記のコンクリート充填鋼管柱２の設計条件について、例えば、鋼管２１が角柱であるＢＣＰ３２５であり、幅長ｂが５００ｍｍである場合について検討する。コンクリート充填鋼管柱２について、厚さｔ、充填コンクリートの設計基準強度Ｆｃを適宜変更し、各ケースについて式（２）を検討する。鋼管２１の基準強度Ｆは３２５Ｎ／ｍｍ^２であり、鋼管２１の長期許容圧縮応力度Ｆａの算出は鋼構造設計基準による。長期許容圧縮応力度Ｆａは、鋼管２１の基準強度Ｆと鋼管２１の細長比により求められる。式（２）が成立するには、式（２）の左辺と右辺との比が１以下となればよい。

【0053】

コンクリート充填鋼管柱２は、鋼管２１の断面寸法（幅厚比）を大きく取ると、充填コンクリート２２の設計基準強度Ｆｃの式（２）が成立する範囲が狭まり、小さく取ると式（４）が成立する設計基準強度Ｆｃの範囲が広まる。コンクリート充填鋼管柱２は、柱のＺ方向の長さを長く取ると長期許容圧縮力ＬＮが減少するため、式（２）の成立に有利となる。

【0054】

建築物１に備えられるコンクリート充填鋼管柱２について、建築基準法施行令に規定される通常の火災による火熱が加えられた場合に加熱開始後３０分間構造耐力上支障のある変形、溶融、破壊その他の損傷を生じない構造であることを以下の実証試験により確認する。

【0055】

コンクリート充填鋼管柱２として、幅長ｂが５００ｍｍ、厚みｔが１６ｍｍ、Ｚ方向の長さが３５００ｍｍに形成された角柱のコンクリート充填鋼管柱供試体２０を形成する。鋼管２１は、ＢＣＰ３２５とする。コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、幅長ｂおよび厚みｔは、式（３）を満たすように形成される。

【0056】

上記の設計条件により設計されたコンクリート充填鋼管柱供試体２０（以下、「供試体２０」）は、上端面に対してＺ方向下向きに一定の長期許容圧縮力ＬＮ（６３５５ｋＮ）が載荷され、同時に一定の加熱速度で加熱し、最大加熱温度は８４２℃とする。加熱方法は、ＩＳＯ標準加熱による方法とする。載荷時間および加熱時間は少なくとも４０分以上とする。加熱温度は、供試体２０のＺ方向上端面（加熱面）から１０ｃｍ離れた位置の該上端面の四隅に対応する４点における火炎温度を測定する。上記の４点の測定点をイ，ロ，ハ，ニとおき、各測定点における加熱による供試体２０のＺ方向の収縮量（伸び）を測定した。試験規格は、一般財団法人日本建築総合試験所制定「防耐火性能試験・評価業務方法書」４．７柱防火性能試験方法による。実証試験は、複数の供試体を使用し反復試験を行う。

【0057】

図３に示す試験結果から、コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、加熱開始から約２０分後までにおけるＺ方向の変形挙動は、鋼管２１が加熱によりＺ方向上向きに伸びる挙動を示す。この時、充填コンクリート２２の上端面は、載荷面から一時的に離間する。

【0058】

コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、加熱開始から約２０分後からＺ方向の変形挙動が収縮側に転じる。この挙動は、鋼管２１の長期許容圧縮力ＬＮが加熱により漸減したことで載荷している長期許容圧縮力ＬＮを支持できなくなり、載荷による鋼管２１の収縮が開始されることを示す。

【0059】

コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、加熱開始から約２１分後からＺ方向の時間当たりの収縮量が減少している。この挙動は、加熱開始から２０分後までに鋼管２１が加熱により伸びた分の長さの収縮がほぼ完了したことで載荷面が鋼管２１と充填コンクリート２２の両方に接地し、鋼管２１と充填コンクリート２２とで長期許容圧縮力ＬＮの載荷を支持する構成となることを示す。

【0060】

コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、加熱開始から約２４分後から収縮量がプラスとなる。この挙動は、充填コンクリート２２の耐力による長期許容圧縮力ＬＮの支持が開始されたことを示す。

【0061】

上記の試験結果より、コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、加熱開始から３０分後の長期許容圧縮力ＬＮの載荷によるＺ方向の収縮量は５ｍｍ未満であり、一般財団法人日本建築総合試験所の防耐火性能試験・評価業務報告書の判定基準より、供試体２０の初期高さｈ／１００から算出された軸方向収縮量の許容値３５ｍｍに対して十分小さい結果となった。また、コンクリート充填鋼管柱供試体２０は、加熱開始から４０分後の長期許容圧縮力ＬＮの載荷によるＺ方向の収縮量も５ｍｍ未満であり、同様に軸方向収縮量の許容値３５ｍｍに対して十分小さい結果となった。

【0062】

次に、上述した本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の設計法の作用・効果について図面を用いて説明する。

【0063】

コンクリート充填鋼管柱の設計法により設計されるコンクリート充填鋼管柱２は、建築物１に備えられ、式（２）が成立する。
上記の構成により、充填コンクリート２２の有効断面２３による充填コンクリート２２の圧縮方向の耐力が鋼管２１の長期許容圧縮力ＬＮを上回る。そのため、コンクリート充填鋼管柱２は、加熱によって鋼管２１部分の圧縮方向の耐力が低下した後も、充填コンクリート２２が柱軸力を保持し長期圧縮力に対して継続して支持できる。
以上より、コンクリート充填鋼管柱２は、火災等による加熱時においても柱の構造耐力に支障が発生しないため、耐火被覆を設置することなく建築基準法施行令の構造規定を満たすことができる。

【0064】

コンクリート充填鋼管柱２は、耐火被覆の設置を省略でき、さらに従来の鉄骨造と比較して鉄骨の数量を削減できるため、建築物１全体の工費の削減および工期の短縮が可能となる。

【0065】

コンクリート充填鋼管柱２は、鋼管２１の基準強度Ｆ、幅長ｂおよび厚みｔと、充填コンクリート２２の設計基準強度Ｆｃ、有効断面２３の温度が一定範囲に指定されるため、コンクリート充填鋼管柱の設計の正確性および容易性を向上できる。

【0066】

コンクリート充填鋼管柱２は、鋼管２１の幅長ｂ及び厚みｔ（幅厚比Ｃ）が表１に記載の条件を満たすことにより、鋼管２１を変形性能が脆性的である部材種別ＦＤランクを除く部材とすることができるため、鋼管２１の靭性を確保できる。

【0067】

コンクリート充填鋼管柱２は、建築物１が生産施設等である場合、設備配管を固定する受けブラケットが取り付けられるが、この際、耐火被覆が設けられていないことにより、受けブラケットを耐火被覆に貫通させて設置する手間を省略できる。そのため、受けブラケットをコンクリート充填鋼管柱２に容易に取り付けることができ、建築物１の全体の工期をさらに短縮できる。

【0068】

以上、本発明によるコンクリート充填鋼管柱の設計法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0069】

例えば、上記の実施形態において、コンクリート充填鋼管柱２は、横断面２４が略正方形に形成された角柱または略円形に形成された円柱として備えられるのが望ましいとされるが、Ｘ方向とＹ方向のいずれかが長く形成された略長方形に形成された角柱としてもよい。また、コンクリート充填鋼管柱２は、式（２）を考慮して幅長ｂ、外径Ｄおよび厚みｔが実施形態における基準値以下で形成されてもよい。

【0070】

上記の実施形態において、鋼管２１の基準強度Ｆは、４４０Ｎ／ｍｍ^２以下、充填コンクリート２２の設計基準強度Ｆｃは、３９Ｎ／ｍｍ^２以上６０Ｎ／ｍｍ^２以下とされるが、式（２）を考慮して基準強度Ｆが４４０Ｎ／ｍｍ^２以上とされてもよいし、充填コンクリート２２の設計基準強度Ｆｃが６０Ｎ／ｍｍ^２とされてもよい。

【0071】

上記の実施形態において、有効断面２３の断面積Ａｃｅは、充填コンクリート２２の温度が２００℃以内の部分の横断方向の断面積とされるが、式（２）を考慮して温度の基準値を上げて定義してもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 建築物
２ コンクリート充填鋼管柱
２１ 鋼管
２２ 充填コンクリート
２３ 有効断面
２４ 横断面
ｂ 幅長
ｔ 厚み

【図1】

【図2】

【図3】