ビームとは何か？ビームの機能と分類

“ビームとは何か?”は、建設分野に新しく関わる人々やプロジェクト見積もりを見直すすべての人にとって一般的な質問です。建設において、ビームは荷重を分配し、建物の安定性を維持する重要な役割を果たす構造要素です。ビーム、その機能、種類、そして正しく設計され配置される方法について知りたい方は、この記事で詳細を探っていきましょう。 BMB Steelが提供します。

1. ビームとは何か？

ビームは、通常は水平またはわずかに傾斜した形で配置され、床、壁、屋根を支えるバーの形をした構造要素（主に曲げ荷重を受ける）です。形状の観点から、ビームは通常、長さが高さと幅よりもはるかに大きい長方形またはI型断面を持っています。

ビームは比較的シンプルな構造で、建設コストも低いため、床ビーム、屋根ビーム、クレーンビーム、橋ビームなど、ほとんどの建築プロジェクトで広く使用されています。

実際には、ビームはさまざまなタイプの力を受けるため、その耐荷重能力は複数の要因に依存します。したがって、ビームの設計と建設は、構造の全体的な安全性と安定性を確保するために資格を持ったエンジニアによって行われる必要があります。

2. 建設におけるビームの機能

ビームとは何かを理解したところで、建設におけるその機能を探っていきましょう。基礎が建物の堅固な基盤と考えられるなら、ビームは構造の全体的な安定性を維持する主要な荷重支持要素として機能します。

ビームの主な機能は、曲げに抵抗し、荷重を伝達することです。床、屋根、壁からのすべての荷重はビームに伝えられ、その後、これらの荷重は柱や基礎に分配されます。この原理により、力が構造全体に均等に分配され、重荷の下での変形や沈下のリスクが減少します。

内部荷重を支えるだけでなく、ビームは風、振動、衝突などの外部からの衝撃に抵抗する上でも重要な役割を果たします。ビームは構造の形状と剛性を維持し、時間と共に亀裂、曲がり、不安定を最小限に抑える強力なフレームを形成します。

3. 建設における一般的なビームの種類

建設において、ビームは機能、配向、材料組成などのさまざまな基準に基づいて分類できます。それぞれのビームの種類は、異なる種類の構造に適した特定の目的を果たします。以下は、現在広く使用されている最も一般的なビームの種類です：

3.1. 機能による分類

主ビーム

主ビームは、柱、壁、柱の基礎の間でスパンするように設計されています。通常は水平または縦に配置され、構造の主要な荷重支持要素として機能します。

主ビームは、他のタイプのビームよりも一般的に大きなサイズを持ち、フレームビームとも呼ばれます。強固な構造のおかげで、床ビーム、橋ビーム、屋根ビームなど、さまざまな用途に広く使用されています。

建設において、主ビームは通常、幅が20～25 cmの壁に埋め込まれます。2つの柱の間で、主ビームはスパンを副ビームで分け、約4～6 m間隔で配置します。各スパンには1～3本の副ビームが追加サポートとして存在します。部屋の長さが6 mを超える場合、副ビームは主ビームに対して垂直に配置されるべきです。

副ビーム

副ビームは、主ビームや他の曲げおよびねじり部材の上に載せられますが、直に柱の上や圧縮部材には置かれません。副ビームシステムは通常、バルコニー、バスルーム、またはサブフロアを支えるために使用されます。

副ビームは主ビームよりも小型であり、しばしば主ビームに対して直角に配置され、荷重をより均等に分配し、全体の構造を補強します。

場合によっては（バルコニーまたは階段のビームを除く）、すべてのビームが直に柱の上で支持されている場合、主ビームと副ビームの区別は適用されません。代わりに、ビームのサイズは荷重支持の要件に基づいて決定されます。

主ビームと副ビームの区別は、構造内の剛性、寸法、荷重分配の正確な計算を可能にします。

3.2. 配向による分類

縦ビーム

縦ビームは、建物の長さに沿って走り、住宅建設ではあまり一般的ではありません。その主な役割は、縦の方向で荷重を支えることです。

横ビーム

横ビームは、建物の幅を横切るように配置されます。幅が長さよりも大幅に大きい構造で一般的に使用されます。

3.3. 材料による分類

鋼のビーム

鋼のビームは鋼で作られ、優れた曲げおよびねじり抵抗を持っています。シンプルな構造で、工場、倉庫、プレハブ建物、工業施設で広く使用されています。

鋼のビームは、構造、用途、断面形状によって次のように分類できます：

• 構造による分類

- シンプルビーム：単一の荷重支持部材で構成され、軽負荷構造に適しています。

- 標準鋼ビーム：交差する部材で構成されており、重荷に耐えることができます。

- 連続ビーム：複数の接続されたスパンで構成され、荷重分配が良好で、強度が高まります。

- カンチレバー：一端が固定され、もう一端が自由で、バルコニーやキャノピーで一般的に使用されます。

- オーバーハンギングビーム：強度を維持しながら材料を節約するために延長された端を持っています。

• 用途による分類

- 床ビーム：建物の幅を横切り、床を支え、荷重を柱や基礎に伝えます。

- クレーンビーム：特殊な鋼のビームで、Iビームや組立て鋼から作られ、工業作業場でクレーン荷重を支えます。

• 断面形状による分類

- ロールビーム：通常、床や橋用のI型であったり、傾斜した構造用のU型であったりします。

- 組立てビーム：H型で、3つの鋼板を溶接して製作されます。

- リベットビーム：L型で、一つのウェブプレートと 一つのフランジプレートで構成されています。

- その他の形状にはC、V、Zビームがあります。

鉄筋コンクリートビーム

鉄筋コンクリートビームは、現在最も一般的なタイプで、コンクリートカバーに封入された内部の鋼鉄補強ケージから作られています。優れた曲げ強度、せん断強度、ねじり強度を提供し、適度な圧縮抵抗も持っています。

その構造には以下が含まれます：

• 縦の補強：AI、AII、AIII級の鋼で、直径は12～40 mm。
• スターラップ：せん断力を処理し、AI、CI級の鋼で直径約4 mm。
• コンクリートカバー（Ao）：外部のコンクリート表面から鋼の棒までの距離で、腐食を防ぎ、耐久性を確保します。Ao₁はスターラップを保護し、Ao₂は縦のバーを保護します。
• クリアスペーシング（To）：二つのバーの間の距離で、コンクリートが障害なしに流れることを確保します。

コンクリートカバーの要件：

• Ao₁ ≥ 1 cm（h ≤ 25 cm の場合）。
• Ao₁ ≥ 1.5 cm（h > 25 cm の場合）。
• Ao₂ ≥ 1.5 cm（h ≤ 25 cm の場合）。
• Ao₂ ≥ 2 cm（h > 25 cm の場合）。

3.4. その他のビームの種類

周 perimeter ビーム

周 perimeter ビームは、フロアまたは囲い壁の周りを走り、閉じたループを形成します。その機能には以下が含まれます：

• 構造要素を統一されたシステムに接続すること。
• 壁の周りに荷重を均等に分配すること。
• 床の剛性と安定性を向上させること。

橋梁ビーム

橋梁ビームは、橋の主な荷重支持要素であり、橋のデッキから支柱や橋脚に荷重を伝達する役割があります。通常、鉄筋コンクリートまたは鋼で作られ、I型ビーム、ボックスビーム、スラブビームなどさまざまな形状があります。

ガーダービーム

「ガーダービーム」という用語は、構造内部で荷重を支える大きな水平または傾斜の部材を指します。

4. ビームスパンとは？

ビームスパンは、柱と主ビームの二つの交差点の間の距離です。この距離は固定されておらず、合理的な荷重分配を確保するために構造設計に基づいて計算されます。通常、ビームスパンは4～6mの範囲であり、各スパンには通常1～3本の副ビームが追加サポートとして含まれます。ビームスパンを正確に決定することは非常に重要であり、これは構造の安定性や完成した建物の全体的な美観に直接影響を与えます。

5. ビーム間隔とは？

ビーム間隔は、隣接する主ビームと副ビーム間の距離です。この距離は設計と図面上の柱の位置によって異なり、柱の配置がビームの適切な配置を決定します。機能性、荷重支持能力、構造の安全性を確保するためには、ビーム間隔の計算を慎重かつ正確に行う必要があります。

6. ビームの寸法は？

各建設プロジェクトのビームの寸法は、階数によって異なりますが、その違いはそれほど大きくありません。通常、ビームの高さはビームスパン（長さ）に応じて異なるため、次のようになります：

• 2階建ての家：ビームの高さは約30 cm。
• 3階建ての家：ビームの高さは約35 cm。
• 4-5階建ての家：ビームの高さは35〜40 cmの範囲。

現在、ビームの長さと高さは、次のように技術的計算原則に基づいて決定されます：

ビームの長さ：

• 数学的および安全の原則に従って、l = L（スラブスパン）。
• 一般的な床スラブの場合：l ≤ 18 m。
• 短いスパンではロール鋼ビームがよく使用され、長いスパンでは通常組立てビームが使用されます。

ビームの高さ：hmin ≤ h ≤ hmax

ここで：

• hmin：ビームの剛性を維持し、過度のたわみを防ぐために必要な最小高さ。
• hmax：設計に基づく最大ビーム高さ。
• hopt：最小限の鋼材消費に対する最適ビーム高さ。
• 設計プロセス中に、hがhoptに近いほど良いです。

7. ビームを設計・建設する際の注意事項

ビームが何であるかを理解することに加えて、家のビームを設計・配置する際に風水原則にも注意を払うべきです。そうすることで、エネルギーの流れや全体的な空間の調和に対する悪影響を避けることができます。以下は、ビームを設置してはいけない位置のいくつかです：

• ベッドの真上にビームを置かないようにする：風水によれば、ビームの下に配置されたベッドは好ましくないレイアウトと見なされており、居住者の健康や幸福に悪影響を及ぼす可能性があります。ビームの下で寝ることは圧迫感や不快感を生み出し、睡眠の質を低下させ、疲労や不安を引き起こすことがあります。
• キッチンエリアの上にビームを置かないこと：ダイニングエリアやキッチンの上に配置されたビームは、閉塞感を生じさせ、家族のポジティブエネルギーを抑制する可能性があり、繁栄や運を減少させる可能性があります。ビームの位置を変更することができない場合は、ビームを隠すための偽天井を設置して風水の悪影響を最小限に抑えることができます。
• ワークデスクの真下にビームを置かないこと：この領域の上にビームがあると、心理的な圧力や気を散らせる原因となることがあり、集中力が低下し、作業効率や創造性に影響を与えることがあります。
• 祭壇の下にビームを決して置かないこと：これは家の風水で最も深刻なタブーの一つです。祭壇の上にビームがあると、精神的なエネルギーを抑制し、富を減少させ、家族の健康と繁栄に不運をもたらすと信じられています。

ビームはあらゆる建設プロジェクトに欠かせない構造要素です。設計と建設のプロセスでは、ビームの寸法、スパン、間隔を正確に計算し、構造の安全性と居住者のための調和のとれた豊かな生活空間を達成するために適切な風水配置を確保することが重要です。

ビームとは何か を理解し、その構造における機能を知ることが最初のステップに過ぎません。プロジェクトが最高の品質と耐久性を達成するために、BMB Steel、鋼構造 やプレエンジニアリング建物ソリューションのリーディングプロバイダーと提携しましょう。