構造用鋼
構造用鋼は、様々な形状の建築材料の製造に使用される鋼です。多くの構造用鋼は、特定の断面形状を持つ細長い梁の形状をしています。構造用鋼の形状、サイズ、化学組成、強度などの機械的特性、保管方法などは、ほとんどの先進国で規格によって規制されています。
Iビームなどの構造用鋼材は断面二次モーメントが大きいため、過度のたわみを生じることなく高い荷重を支えることができます。[ 1 ]
構造形状
利用可能な形状は世界中で公開されている標準規格に記載されており、専門家による独自の断面も利用可能です。
- I ビーム（セリフ大文字の「I」字型の断面 - 英国ではユニバーサル ビーム（UB）とユニバーサル コラム（UC）がこれに含まれます。欧州では IPE、HE、HL、HD などのセクションが含まれ、米国ではワイドフランジ（WF または W シェイプ）と H セクションが含まれます）
- Z型（フランジの半分が反対方向）[ 2 ]
- HSS 形状 (中空構造断面はSHS (構造中空断面) とも呼ばれ、正方形、長方形、円形 (パイプ)、楕円形の断面が含まれます)
- アングル（L字型断面）
- 構造用チャンネル、Cビーム、または「C」断面
- ティー（T字型断面）
- 棒、断面は長方形ですが、シートと呼べるほど幅は広くありません。
- 棒。幅に比べて長い円形または四角形の断面。
- プレート、厚さが 6 mm または1 ⁄ 4 インチを超える金属シート。
- オープンウェブ鋼梁
形鋼は熱間圧延または冷間 圧延によって製造されるか、平板または曲げ板を溶接して製造される。 [ 3 ]
アングルアイアン、チャンネルアイアン、シートアイアン という用語は、商業目的で錬鉄が鋼鉄に置き換えられる以前から一般的に使用されており、今でも非公式に使われることがあります。技術文書では、これらの誤った用語の代わりに、アングルストック、チャンネルストック、シートが使用されます。
標準
ヨーロッパ
ヨーロッパで使用されているほとんどの鋼は、EN 10025に準拠するように指定されています。ただし、一部の国家規格は引き続き有効です。[ 4 ]鋼種の例としては、S275J2やS355K2Wなどがあります。ここで、Sは構造用鋼、275または355はニュートン/平方ミリメートルまたはそれに相当するメガパスカルでの降伏強度、J2またはK2はシャルピー衝撃試験値による材料の靭性、Wは耐候性鋼を示します。その他の文字は、細粒鋼（NまたはNL）、焼入れ焼戻し鋼（QまたはQL）、および熱機械圧延鋼（MまたはML） を示すために使用できます。
一般的な降伏強度は195、235、275、355、420、460ですが、用途によってグレードが異なります。英国では、ほぼすべての構造用鋼はS275とS355です。500、550、620、690、890、960といった高グレードも焼入れ焼戻し材として入手可能ですが、690を超えるグレードは現在のところ建設現場ではほとんど使用されていません。
ユーロ規格では、標準構造プロファイルの形状が定義されています。
- 欧州Iビーム：IPE –ユーロノーム19-57
- 欧州Iビーム：IPN – DIN 1025 -1
- 欧州フランジビーム：HE –ユーロノーム 53-62
- ヨーロッパチャンネル: UPN – DIN 1026 -1
- 欧州冷間成形IS IS 800-1
私たち
米国の建築建設に使用される鋼材には、ASTM Internationalによって識別・規定された標準合金が使用されています。これらの鋼材には、 Aで始まり、その後に2桁、3桁、または4桁の数字が続く合金識別番号が付けられています。機械工学、機械、車両に一般的に使用される4桁のAISI鋼種は、全く異なる規格シリーズです。
一般的に使用される標準的な構造用鋼は以下のとおりです。[ 5 ]
炭素鋼
- A36 – 構造形状とプレート。
- A53 – 構造用パイプとチューブ。
- A500 – 構造用パイプとチューブ。
- A501 – 構造用パイプとチューブ。
- A529 – 構造形状とプレート。
- A1085 – 構造用パイプおよびチューブ。
高強度低合金鋼
- A441 – 構造形状およびプレート（A572に置き換えられました）
- A572 – 構造形状およびプレート。
- A618 – 構造用パイプおよびチューブ。
- A992 – 適用可能なのは W または S I ビームです。
- A913 – 焼入れおよび自己焼戻し (QST) W 形状。
- A270 – 構造形状およびプレート。
耐食性高強度低合金鋼
焼入れ焼戻し合金鋼
鍛造鋼
- A668 – 鋼鍛造品
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CEマーキング
すべての建設製品および鉄鋼製品に対するCEマーキングの概念は、建設製品指令（CPD）によって導入されました。CPDは、欧州連合（EU）内におけるすべての建設製品の自由な移動を保証する欧州指令です。
鉄鋼部品は「安全性が極めて重要」であるため、その製造に用いられる工場生産管理システム（FPC）が欧州委員会に承認された適切な認証機関によって評価されない限り、CEマークは認められません。[ 6 ]
形鋼、ボルト、組立鋼材などの鉄鋼製品の場合、CEマーキングは製品が関連する整合規格に準拠していることを証明します。[ 7 ]
鉄骨構造物の主な統一規格は次のとおりです。
- 鋼形材および鋼板 – EN 10025-1
- 中空セクション – EN 10219-1 および EN 10210-1
- プレロードボルト – EN 14399-1
- 予圧不可能なボルト – EN 15048-1
- 加工鋼 – EN 1090 −1
構造用鋼材のCEマーキングを規定する規格はEN 1090-1です。この規格は2010年末に発効しました。2年間の移行期間を経て、2012年初頭にはほとんどの欧州諸国でCEマーキングが義務化されます。[ 8 ]移行期間の公式終了日は2014年7月1日です。
設計上の考慮事項
鋼材は重量で販売されるため、構造的に安全でありながら、可能な限り軽量な設計にする必要があります。複数の同一の鋼材を使用することで、個別の部品を使用するよりもコストを削減できます。[ 9 ]
鉄筋コンクリートと構造用鋼は、適切に使用すれば持続可能なものとなり得る[ 10 ]。構造用鋼部材の80%以上は、A992鋼と呼ばれるリサイクル金属から製造されている。この部材材料は、以前使用されていた鋼部材（A36グレード）よりも安価で、強度対重量比が高い。[ 11 ]
構造用鋼材については、危険な火災の危険条件下にならないように特別な配慮を払う必要がある。[ 12 ]
構造用鋼は適切な保護なしに環境にさらすことはできません。湿気や水との接触により酸化が起こり、建物の構造的完全性が損なわれ、居住者や近隣住民に危険が及ぶからです。[ 12 ]
構造用鋼は、高い強度、剛性、靭性、延性などの特性を持ち、商業・産業建築において最も一般的に使用される材料の一つです。[ 13 ]
構造用鋼はほぼあらゆる形状に加工でき、建設現場ではボルト締めまたは溶接で接合されます。構造用鋼は資材が現場に搬入され次第、すぐに組み立てることができますが、コンクリートは打設後少なくとも1～2週間養生させてからでないと建設を再開できません。そのため、鋼はスケジュールに配慮した建設資材です。[ 12 ]
鋼鉄は本来不燃性の材料です。しかし、火災時の温度まで加熱されると、強度と剛性は著しく低下します。国際建築基準法では、鋼鉄を十分な耐火性材料で覆うことが義務付けられており、鉄骨構造建物の全体的なコストが増加します。[ 13 ]
鋼材は水に触れると腐食し、潜在的に危険な構造物となる可能性があります。構造用鋼材では、生涯にわたる腐食を防ぐための対策を講じる必要があります。鋼材は塗装することで耐水性を持たせることができます。また、鋼材を被覆する耐火材も一般的に耐水性です。[ 12 ]
鋼鉄の表面環境は木材に比べてカビの生育に適していません。[ 14 ]
高層構造物は、その施工性と高い強度対重量比のために構造用鋼を使用して建設されます。[ 15 ]
鋼は十分に加熱されると強度を失う。鋼部材の臨界温度とは、鋼部材が荷重を安全に支えることができなくなる温度である。建築基準法および構造工学の標準慣行では、構造要素の種類、構成、方向、および荷重特性に応じて異なる臨界温度を定義している。臨界温度は、降伏応力が室温の降伏応力の 60% に低下する温度と考えられることが多い。[ 16 ]鋼部材の耐火等級を決定するために、認められた計算慣行を使用するか、[ 17 ]または建築基準法などの管轄当局に認められた基準によって臨界温度が設定されている火災テストを実施することができる。日本では、これは 400 °C 未満である。[ 18 ]中国、ヨーロッパ、北米（ASTM E-119 など）では、これは約 1000～1300 °F [ 19 ]（530～810 °C）である。試験対象となる鋼材が試験規格で定められた温度に達するまでの時間によって、耐火性能の持続時間が決定されます。耐火材を使用することで、鋼材への熱伝達を遅らせ、鋼材の温度を制限することができます。構造用鋼材の一般的な耐火処理方法としては、膨張性塗料、吸熱性塗料、石膏塗料のほか、乾式壁、ケイ酸カルシウムクラッディング、ミネラルウール断熱ブランケットなどがあります。[ 20 ]
構造用鋼材の耐火材料には、膨張性塗料、吸熱性塗料、石膏塗料に加え、乾式壁、ケイ酸カルシウム系外壁材、鉱物繊維または高温断熱ウールブランケットなどがあります。構造部材の熱膨張は耐火性能を損なう可能性がある ため、接合部には注意が必要です。
製造業
ワークピースを長さに合わせて切断するのは、通常、バンドソーを使用して行われます。
ビームドリルラインは、ビーム、チャネル、HSS部品に穴を開けたり、スロットを切削したりします。CNCビームドリルラインには通常、部品をドリル加工位置に移動させるためのフィードコンベアと位置センサー、そして穴やスロットを切削する正確な位置を特定するためのプロービング機能が装備されています。
寸法のある（板状ではない）部材の不規則な開口部や不均一な端部を切断するには、通常、切断トーチが使用されます。酸素燃料トーチは最も一般的な技術であり、シンプルな手持ち式トーチから、機械にプログラムされた切断指示に従ってトーチヘッドを構造部材の周囲に移動する自動CNCコーピングマシンまで、多岐にわたります。
平板加工は、プレート加工センターで行われます。プレートは固定された「テーブル」上に平らに置かれ、ガントリーアームまたは「ブリッジ」から様々なカッティングヘッドがプレート上を移動します。カッティングヘッドには、パンチ、ドリル、トーチなどがあります。
参照
参考文献
- ^ジェイソン・アルレッド、トーマス・レスリー、ロブ・ホワイトヘッド（2014年3月21日）「梁：形状と強度」デザインテック誌、pp. 282– 300. doi : 10.4324/9781315817057 . ISBN 9781315817057. 2022年11月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年11月7日閲覧。
- ^ “What Is Structural Steel?” 2023年4月26日. 2024年9月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年3月5日閲覧。
- ^ “鉄骨構造メーカー” . 2025年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2025年11月24日閲覧。
- ^ “Structurals | Structure Steel | Structural Steel by JSP Structurals” . 2023年3月17日. 2023年7月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年7月25日閲覧。
- ^鉄骨構造マニュアル、第8版、第2改訂版、アメリカ鉄骨構造協会、1987年、第1章1-5ページ
- ^英国建設鉄骨協会のウェブサイト。– SteelConstruction.org:CE-Marking.08/02/2011。
- ^構造用鋼材のCEマーキングガイド、BCSA出版物No.46/08、p.1。
- ^ EN 1090に準拠した製造業者認証Archived 2012-03-24 at the Wayback Machine , 09.08.2011
- ^ Popescu, Calin.建築費用の見積もり.
- ^ 「鉄鋼の環境影響」 voelstapine Metsec. 2020年12月15日. 2024年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2024年2月22日閲覧。
- ^ザハリア、ラウル (2009-05-06).火災安全を考慮した鉄骨構造の設計. テイラー＆フランシス. ISBN 978-0-415-54828-1。
- ^ a b c d構造工学ハンドブック. CRC Press. 1997. ISBN 978-0-8493-2674-5。
- ^ a bチェン、ワイファ（2005年）『構造設計の原則』テイラー＆フランシス、ISBN 978-0-8493-7235-3。
- ^アームストロング、ロバート（2014年3月7日）「家庭用カビの特性と予防」 Absolute Steel。2014年10月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年11月2日閲覧。
- ^ Taranath, Bungale (2009-12-14).高層ビルの鉄筋コンクリート設計. Taylor & Francis. ISBN 978-1-4398-0480-3。
- ^産業防火工学、ロバート・G・ザロッシュ、著作権2003年、58ページ
- ^ザロシュ、70ページ
- ^重倉優子. 「日本における火災評価手順」（PDF） .国際火災安全科学協会.
- ^ザロシュ、表3.3
- ^コンクリートおよび鉄骨建物の構造耐火設計に関するベストプラクティスガイドライン、NIST技術ノート1681、LT Phan、JL Gross、TP McAllister、2010年。（レポートを見る）
外部リンク
