鉄骨構造の紹介

鉄骨構造 は、現代の建設において重要な解決策となっています。耐久性、靭性、そして優れた耐荷重性能といった数多くの利点を持つ鉄骨構造は、住宅や産業プロジェクトの両方でますます好まれ広く適用されています。
この記事では、BMB Steelが鉄骨構造、その構成要素、利点、建設における実際の応用についての詳細な情報を提供します。

1. 鉄骨構造とは何ですか？

鉄骨構造は、特定の形状に加工された様々なタイプの鉄骨造建築物用に設計された鋼材です。これらの鋼材は、化学的組成の定義された基準を満たし、必要な強度を持っています。

一般に、熱間圧延鋼材や溶接組立部材に分類され、代表的な断面形状としては、アングル鋼、チャンネル鋼、H形鋼、I形鋼、角形鋼管、矩形鋼管、円形鋼管などが挙げられます。世界的に見ても、鉄骨構造の利用は着実に拡大しています。

1.1 鉄骨構造の定義

鉄骨構造は、柱、桁、梁、ブレース、接合部材を、ボルトまたは溶接で組み立てた荷重支持システムです。この構造は高い強度を提供し、施工性および解体性を持ち、必要に応じて再利用できます。他の構造、たとえば鉄筋コンクリートと比較して、鉄骨構造は軽量で、建設が早く、品質管理の観点で品質管理の観点からも容易に管理できます。

1.2 鉄骨構造の詳細な説明

鉄骨構造は、柱、桁、梁、ブレース、接合部材などの主要要素で構成されています。これらの部品は工場で製作・加工され、現場で組み立てられ、堅固かつ柔軟なフレームを形成し、簡単に変更できます。

詳しくは： プレハブ建物は建設のトレンドになっています

2. 鉄骨構造の代表的な構造形式

鉄骨構造は、その靭性と高い耐久性により各種建築分野で広く採用されています。用途や設計条件に応じて、多様な構造形式が存在し、それぞれのプロジェクト要件に適合するよう選定されます。以下は、現在の建設プロジェクトで最も一般的に使用されるタイプです。

2.1 Z形鉄骨構造

Z形鉄骨構造は、rolled cross-sectionで、2つの平行フランジがウェブで接続された標準的なアメリカの鋼材ビームです。

2.2 L形鉄骨構造

L形鉄骨構造は、90°の角で接続された2つの脚（フランジ）から構成されます。これらの2つの脚は、等しい場合と不等の場合があり、通常、構造の深さを減少させるために床システムで使用され、鋼材を節約し、より多くのスペースを作り出します。

2.3 Hパイル構造

H形鋼杭は、鉛直荷重および水平荷重を効率的に基礎へ伝達するために設計された杭材です。高い支持力を有し、1,000トンを超える荷重にも対応可能で、深基礎構造に適しています。

2.4 C形鉄骨構造

C形鉄骨構造は、短中スパン構造に対するコスト効率に優れたソリューションです。これらは、靭性と低コストでの耐荷重能力が必要とされる橋の設計やその他の建設用途でよく使用されます。

2.5 HSS中空鉄骨構造

HSS断面部材は、円形・角形・矩形などの断面を有する中空鋼材です。高強度かつ靭性に優れ、溶接鉄骨フレームにおいて頻繁に採用されます。

2.6 I形鋼構造

I形鋼構造は、広フランジビームとも呼ばれ、主要面内でのせん断および曲げ荷重を非常に効率的に運ぶことができます。様々なサイズがあり、高耐久性と精度が必要なプロジェクトでよく使用されます。

2.7 鋼管構造

鋼管構造は、水、石油、およびガスパイプラインなどのアプリケーションに欠かせません。このタイプの構造は、産業および土木工学プロジェクトの耐荷重フレームワークでも使用されます。

2.8 T形鉄骨構造

T形鉄骨構造は非常に耐荷重性があり、通常、主要な荷重支持システムで使用されます。ただし、下フランジがないため、他のタイプと比較して横座屈や安定性の面で劣ることがあります。

2.9 鋼板構造

鋼板構造は、大型の工業プロジェクト、たとえば工場や倉庫で一般的に使用される平らで大きな鋼材片です。

2.10 特殊・カスタム鉄骨構造

特殊なプロジェクトや特定のデザインが必要な場合、特殊・カスタム鉄骨構造が作成され、ユニークなプロジェクト要件を満たすことができます。このタイプの鉄骨構造は精密さを確保し、各プロジェクトの特定のニーズを満たします。また、建物の美的でアイコニックなシンボルも作り出します。

3. 鉄骨構造の利点と欠点

利点：

• 耐久性と高い耐荷重能力：重い荷重や風や地震といった環境力に耐えられ、建物の安定性を確保します。
• 施工性・工期短縮、高速スケジュール：プレハブ部品は建設時間を短縮し、時間とコストを節約します。
• 軽量構造：鉄筋コンクリートよりも軽量で、基礎の負荷を軽減し、運搬および労働コストを下げます。
• 設計自由度：調整や変更が簡単で、改修や拡張に最適です。
• 経済性・リサイクル性：生産および建設コストが低く、鋼材は再利用可能で、長期的な節約を提供します。

欠点：

• 荷重制限：薄い鋼材フレームは、重い荷重や長いスパンを必要とする建物には適さないことがあります。
• 腐食リスク：防錆処理が不十分な場合、鋼材は腐食しやすく、維持管理コストの増大を招きます。
• 耐火性能・熱伝導性：鋼材は熱を容易に伝達し、高エネルギーコストを引き起こし、極端な温度の際に居住者の不快感を引き起こす可能性があります。

4. 鉄骨構造の特性

鋼材は主として鉄と炭素から成る合金であり、マンガン、硫黄、銅、リン、クロム、ニッケルなどの他の元素が加えられ、その特性を調整します。鉄骨構造の性能と挙動は、鋼材の化学組成によって大きく決まります。鉄骨構造に影響を与える重要な特性には、以下があります：

• 化学組成：
• 炭素とマンガン：含有量が増加すると、引張強度と降伏強度は向上する一方、延性および溶接性が低下します。
• 硫黄とリン：過剰な含有は、脆性を引き起こし、溶接性と疲労強度を低下させる可能性があります。
• クロムとニッケル：耐食性を改善し、高温の耐久性を強化します。
• 銅：さらに耐腐食性を改善します。

化学組成の小さな変化でも、パイプ、プレート、導管、ボルト、リベット、補強棒などの構造部品に使用される異なる種類の鋼材が生じることがあります。

鋼材は、様々な特性を実現するために、熱処理や合金化などのプロセスを経て生産されます。以下の特性が含まれます：

• 引張強度：引張試験を行って降伏点および最大強度を判断し、鋼材に対する応力-ひずみ曲線を提供します。
• 硬度：鋼材の圧痕や引っかきに対する抵抗として定義されます。ブリネル、ビッカース、ロックウェル硬さ試験法などの方法で測定されます。
• ノッチの靭性：これは、特に繰り返し荷重を受けたときに、鋼材がひび割れの伝播に抵抗する能力を指します。高強度鋼材は、破断に至る前により多くのエネルギーを吸収し、突然の構造崩壊のリスクを低減します。
• 疲労強度：鋼材は、静的試験で耐えられる最大荷重よりも小さい荷重でも、繰り返し荷重下で破壊に至る可能性があります。このため、構造設計時には疲労強度を考慮することが不可欠です。
• 耐腐食性：鋼材は、特に湿気の多い環境や塩水の近くで腐食しやすいです。これを克服するために、銅、リン、クロムなどの元素が添加され、鋼材を耐錆性・耐劣化性を高めます。
• 圧延鋼材：コンクリートとは異なり、鋼材は高い融点のため、現場で鋳造することができません。その代わりに、柱、梁、ブレースなどの鋼材部品は、製鉄所で製造され、現場に運ばれて組み立てられます。圧延鋼材製品は、その強度と汎用性から構造用途で 広範に利用されています。

要するに、鋼材の化学組成とそれに基づく引張強度、硬度、靭性、疲労強度、耐食性などの特性は、鉄骨構造の性能を規定する根幹要素であり、プロジェクト要件に応じて最適化が行われます。

5. ベトナムの鉄骨構造基準

鉄骨構造の基準は、建設における品質と安全性を確保し、建設プロジェクトで使用される鋼材の要件を定義しています。ベトナムの鉄骨構造は、オーストラリア、アメリカ、イギリス、ヨーロッパなどの国の基準に従わなければなりません。

これらの基準が制定されると、それは鉄骨構造の建設、検査、および承認の基礎となります。ベトナムでは、鉄骨構造の主要な国家基準は TCVN 5575: 2012です。

TCVN 5575: 2012の主な特徴：

• 起源：
• ロシアの基準から派生した SNIP II-23-81です。
• 建設科学技術研究所によって編纂され、建設省の下にあります。
• 建設省が提案し、一般基準と品質局が評価し、科学技術省が発表しました。
• 法的枠組み：
• 国の基準として規定されています「国家規格」、基準および技術規制法の第69条第1項において。
• また、政府令第127/2007/ND-CP第7条第2項Bにおいても規定されており、基準および技術規範に関する詳細な規定を提供しています。
• 適用：
• この標準は民間建築および産業建築の鉄骨構造に適用されますが、交通または灌漑建設の設計には使用されません（橋、道路、パイプライン、バルブ扉など）。
• 設計方法：
• TCVN 5575: 2012は、限界状態設計法を使用し、荷重、鋼材、作業条件に対して安全係数を適用します。
• それは 構造の剛性に重点を置き、構造に大きな変形を許容しません。
• 計算式：
• 強度計算：使用される公式は、計算された強度 = 標準強度/鋼材安全係数です。
• 荷重計算：公式は、計算された荷重 = 標準荷重/荷重安全係数です。
• 複数の有効な荷重の場合、標準は正確さを確保するために 同時荷重減少係数を適用します。
• 特定の規則：
• この標準には、風荷重、空力係数など、鉄骨構造の設計に影響を与える環境要因に関する具体的なガイドラインが含まれています。

TCVN 5575: 2012は、ベトナムの鉄骨構造が民間建築および産業建築プロジェクトにおいて安全性、信頼性、性能基準を満たすことを保証するのに重要な役割を果たします。

6. 建設における鉄骨構造の応用

鉄骨構造は、住宅建築から産業施設まで、幅広い建設プロジェクトに採用されています。以下は最も一般的な応用です。

6.1 工場・倉庫の骨組み

鉄骨構造は、その優れた耐荷重能力と迅速な施工により、工場や倉庫に最適です。鉄骨フレームは、製造や保管に適した大空間を提供します。

6.2 道路橋と吊り橋

鉄骨構造は、その大荷重に耐える能力と耐候性の高さにより、道路橋や吊り橋の建設に広く使用されています。

6.3 スポーツアリーナ、ホール、空港ターミナルの大屋根

鉄骨構造は、スポーツアリーナ、展示ホール、空港ターミナルの大屋根などの広大なスパンの建物の建設を可能にし、過剰な内部支柱を必要とせず、広々とした柔軟な内部空間を作り出します。

6.4 高層建築物およびタワー

高層ビルやタワーは、構造重量を軽減しながら、構造の強度と耐久性を確保するために、鉄骨構造を頻繁に使用します。

7. 鉄骨構造に関するFAQ

Q1: 鉄骨構造は従来工法（RC造など）よりも高価ですか？

A: 鉄骨構造は、鋼材や熟練した労働力のために初期コストが高くなることがありますが、迅速な施工時間、維持管理の削減、エネルギー効率により、長期的には節約につながることがよくあります。

Q2: 鉄骨構造はどれくらい持ちますか？

A: 鉄骨構造は約50年持つことができますが、適切な維持管理を行えば100年まで持つことができます。

Q3: 鉄骨建築は環境に配慮ですか？

A: はい、鋼材は100％リサイクル可能であり、その強度や耐久性を損なうことなく再利用できるため、持続可能な建材です。

鉄骨構造 は、靭性と高い耐荷重能力から施工効率やライフサイクルコスト削減、数多くの利点を備えた現代的で持続可能な建物のソリューションを提供します。鉄骨構造は、所有者、施工者、設計者に広く採用されています。効率性、持続可能性、コスト効果を重視する建築プロジェクトにおいて、鉄骨構造は極めて最適な選択肢です。

鉄骨構造についての詳細な見積もりやご相談は、ぜひBMB Steelにお問い合わせください。 ベトナムにおける鉄骨構造ソリューションのリーディングプロバイダーです。