鋼構造計算における3つの主要原則

09-26-2022

1. 建設における鋼構造
1. 1.1 鋼構造とは何か？
2. 1.2 建設において鋼構造が選ばれる理由
2. 鋼構造計算の原則
3. 鋼構造計算における留意点

鋼構造は、多くの事業主が建築物の施工において選択する主要な方式です。建物を建設する際には、計算段階から高い精度が求められます。今回は、BMB Steel が鋼構造を計算する際に重視している 3つの主要原則についてご紹介します。

1. 建設における鋼構造

1.1 鋼構造とは何か？

鋼構造は、荷重を伝達し支持するために相互に接合された鋼材によって構成される金属構造の一種です。鋼材は強度が非常に高いため、コンクリートや木材など他の材料で構成された建築物と比べて、必要とされる材料量が少なく、耐久性にも優れています。

建設分野において鋼構造は、重工業向け建屋、住宅建築、設備支持フレーム、インフラ施設、橋梁、空港など、ほぼすべての工場建築や大型建造物で広く利用されています。

1.2 建設において鋼構造が選ばれる理由

1.2.1 鋼構造の高い堅牢性

鋼材は建設分野において非常に優れた強度を持ち、外力に対する耐性が高い材料です。とくに鋼構造フレームは、地震、強風、暴風雨などの外的要因に対して十分な耐力を発揮します。

1.2.2 鋼構造の高い施工効率

鋼材はその剛性と強度の高さから、さまざまな形状に加工することが可能です。さらに、鋼構造は工場での製作精度が高く、現場では主に溶接またはボルト接合を行うだけで施工が完了します。一方、コンクリートは硬化まで通常1～2週間を要します。

また、鋼構造は鋼梁や柱を通じて建物に作用する引張力・圧縮力を効率よく伝達・分散できるため、建物全体の耐久性を高め、長寿命化に寄与します。

1.2.3 鋼構造の高いコスト効率

他の材料と比較して、鋼構造は建設コストを30％以上削減でき、限られた予算のプロジェクトにも適した選択肢です。それでも建設品質は確保されます。

鋼構造はミニマリズム設計に適しており、建物重量を軽減できるため、基礎にかかる荷重も抑えることができます。

さらに、鋼構造の組立は大部分が工場で行われるため、現場作業の時間が短縮され、人件費の大幅削減につながります。鋼構造は柔軟性・拡張性にも優れ、用途変更や移設にも対応しやすいのが特徴です。加えて、鋼材は何度でも再利用できるため、施工者にとってコスト面で大きなメリットとなります。

2. 鋼構造計算の原則

2.1 鋼構造ビルの構造図

原則として、構造図は鋼構造を計算する際の重要な部分の1つです。具体的には、このタイプの図は、以下の重要な要素に基づいている必要があります：

作業の規模：建物のサイズ、荷重条件、目的、建物の寿命など、技術要件に従って特定されます。

企業の原材料および供給事項の状況

基礎条件および環境影響

2.2 鋼構造計算モデル

鋼構造計算モデルとは、鋼構造物の挙動を正確に算定・再現するために用いられる解析モデルです。現在の設計基準およびトレンドに従い、このモデルには、実際の使用条件、耐荷性能、安全性を確保するための条件を適切に反映させる必要があります。また、モデルは設計作業を効率的かつ容易に進められるよう、合理的に構築されなければなりません。

2.3 鋼構造計算の基本原則

まず、設計者は解析モデルに基づいて、部材断面、構造剛性、各種ディテールなどの設計パラメータを適切に設定する必要があります。そのうえで、事前に仮定した断面を確認し、鋼構造設計に関する理論および基準に基づき、構造全体および各ディテール部分の安全性・性能を検証します。

注：鋼構造計算の原則は、「耐荷性能」と「変形性能」の2つの要素に基づいています。

耐荷性能（耐荷力）
構造物が外力に対して安全に耐えうる能力を指し、安定性に関わる限界状態を含みます。限界を超えた場合、構造物の使用が不可能になったり、損傷や破壊につながる危険があります。
変形性能
回転角、たわみ、振動など、設計基準によって定められた許容値以内で変形が収まっているかを評価する限界状態です。これを満たすことで、建築物の通常運用や使用性が確保されます。