A スチールビームは建設構造において欠かせない要素であり、荷重を支え、建物の安定性を高める重要な役割を果たします。本記事では、BMB スチールがスチールビームとは何か,その構造、一般的な種類、そして鋼構造プロジェクトにもたらす利点について紹介します。

1. スチールビームとは？

ビームは建設における基本的な要素であり、荷重を支え、これを柱や基礎に転送する支援構造として機能します。

スチール構造において、スチールビームは長いスパンに渡って重い垂直荷重を支えるように設計された荷重支持要素です。スチールビームは、従来のロールビームと比較して、より大きな曲げモーメントに耐えることができます。

2. スチールビームの構造

2.1. ビームのウェブ

ビームのウェブは、2つのフランジの間にある垂直プレートで、フランジの間に必要な間隔を維持します。これは、スチールビームが荷重下にあるときに発生するせん断力に対抗する役割を果たします。

2.2. フランジ

フランジはスチールビームの水平コンポーネントで、上フランジと下フランジから成り、ウェブによって隔てられています。具体的には：

• 上フランジは、圧縮力によって引き起こされる曲げモーメントに対抗します （正モーメント）
• 下フランジは、曲げモーメントによって誘発される引張力に対抗します （正モーメント）

2.3. スティフナー

スティフナーは荷重支持能力を高め、スチールビーム構造の局所的不安定性を防ぎます。これにより、適用された荷重がビーム全体に均等に分配され、他のコンポーネントに転送される前に均等にされます。スティフナーには、垂直スティフナーと水平スティフナーの2つの主要なタイプがあります。

2.4. フランジとウェブの接続

ビームの長さが必要なスパンよりも短い場合、接続部品がビームセクションを結合します。これらの接続は、ビームのコンポーネント間の強く安全なリンクを確保するために、曲げモーメントとせん断力の両方に耐える必要があります。

2.5. エンド接続

連続ビーム構造においては、接続の詳細が正確に設置され、荷重支持能力を確保する必要があります。しかし、多くの場合、スチールビームは端点のみで支持されます。そのような場合、スティフナーはビームのエンドを安全に接続する効果的な役割を果たし、安全性と耐久性を確保します。

3. スチールビームの分類

3.1. 形状鋼ビーム

形状鋼ビームは、通常対称または非対称の断面を持つ構造用鋼から製造されるビームの一種です。最も一般的な2つの断面形状はI形と[-形です。

• I形鋼ビーム: I形の断面を持つ構造要素で、水平なX-X軸に沿って対称に配置された2つの狭いフランジから成り、大きなウェブがその間にあります。I形ビームは、住宅建設、橋梁スパン、高荷重支持能力が必要な構造で広く使用されています。また、I形ビームは、弾力性と一定レベルの強度が必要な場合に特に適用されます。
• [-形鋼ビーム: I形に似ていますが、垂直Y-Y軸に沿って非対称です。[-形ビームは、安定性を要求される構造において平坦な曲げに通常使用されます。

3.2. 複合鋼ビーム

複合鋼ビームは、現在最も一般的なスチールビームのタイプで、鋼部材やプレートを組み合わせて形成されます。2つの主要なタイプがあります：

• リベット接続の複合ビーム（リベットビーム）: 部品を接続するために機械的方法を利用します。鋼プレートとリベットが固定され、完全な構造を形成し、ウェブは通常ビームに作用するせん断力の約90％を負担します。ウェブの角部はフランジにしっかりと取り付けられており、ウェブとフランジ間の接続の安定性を確保しています。リベットは、横方向のせん断力と垂直荷重に対して重要な役割を果たし、フランジからウェブへの力を効率的に伝達します。
• 溶接接続の複合ビーム（溶接ビーム）: 構造において製作が容易であるため、広く使用されています。溶接ビームは、特に鉄道橋などの橋梁建設において重い荷重を支え、横方向の動きに耐える能力があるため、主に使用されます。溶接鋼プレートも、ボックス型ビームの作成に使用されます。現代のエンジニアリングでは、高さ、フランジサイズ、ウェブ厚のようなパラメータを、実験方法または技術基準に基づく計算を通じて決定することが可能です。

4. スチールビームシステムとは？

4.1. スチールビームシステムの定義

スチールビームシステムは、主ビームと二次ビームが互いに垂直に配置され、空間構造のグリッドを形成する荷重支持構造ネットワークです。スチールビームシステムの主な機能は、床を支え、荷重を柱、壁、基礎へ転送することです。

4.2. スチールビームシステムの種類

4.2.1. シンプルスチールビームシステム

シンプルスチールビームシステムは、床の短いスパンに沿って配置された平行ビームで構成され、スラブと協力して二つのエッジに支持される構造として機能します。このタイプのシステムは荷重支持能力が限られており、小さなスパンや軽荷重の構造に適しています。

4.2.2. 従来のスチールビームシステム

従来のスチールビームシステムは、大きな距離を跨いで重い荷重を支える構造用に設計されています。これは、3層のビームシステムであり、柱と2セットのビームが互いに垂直に配置され、荷重を共有します。二次ビームは、柱の上に据えられた主ビームの上にあります。

従来のスチールビームシステムは、2つの方法で配置できます：

• 主ビームの上に置かれた二次ビーム:この配置では、床スラブは二次ビームのみに支えられ、二エッジ支持構造として機能します。このシステムの全体的な建築高さは大きくなります。
• 同一平面上の二次ビームと主ビーム:二次ビームと主ビームの両方が同じ平面に配置されると、床スラブは四辺支持構造として機能します。

4.2.3. 複雑なスチールビームシステム

複雑なスチールビームシステムは、主ビーム、二次水平ビーム、床ビームを含むタイプのビームシステムです。このシステムでは、床ビームが二次ビームの上に置かれ、下のレベルで主ビームに接続され、二つの垂直の二次ビームシステムを形成します。このシステムでは、床スラブは通常、床ビームの上にあり、二エッジ支持構造として機能します。複雑なスチールビームシステムは、非常に高い荷重を持つプロジェクトで一般的に使用されます。

5. スチール構造におけるビームの設計

スチール構造におけるビームを設計する際には、以下の基本的な前提条件を適用する必要があります：

• せん断力はウェブによって完全に負担され、せん断強度はビームの全深さにわたって均等に分配されます。
• フランジプレートとビームのコーナーの応力は均一です。一方で、ウェブ内の応力は変化し、フランジとの接合部で最大に達し、中立軸では0に減少します。

5.1. 最小厚さ

ビームのウェブプレートの寸法は以下の条件を満たす必要があります：最大270t、最小：180t。
ここでtはウェブの厚さ（mm単位）です。

5.2. 重量

ビームの重量は以下の式で算出されます：

• リベット接続のプレートビームの場合: W/300 各パイプセグメントあたり
• 溶接プレートビームの場合: W/400 各パイプセグメントあたり

ここで W は合計荷重に係数を掛けたものです。

5.3. 最小深さ

プレートビームの最小深さは以下のように決定されます：

• プレートビームの場合： 1.1?/?t

• リベット付きプレートビーム、角度深さの場合: 5.53?/?

• 溶接プレートビーム、全体の深さの場合: 53?/?

ここで：

• Mは曲げモーメント（N-mm）です。
• f は許容応力（MPa）です。
• t はプレートの厚さ（mm）です。

6. スチールビームの利点

• スチールビームは、建物、橋、工場、倉庫などの建設プロジェクトからの荷重を支えるように設計されています。その優れた荷重支持能力により、スチールビームは大きな荷重を柱や基礎に転送し、構造を安定させます。
• スチールビームは、荷重を支え、柱および基礎システムを通じて均等に分配することによって構造の剛性を高めます。これにより、運用中の構造の曲げや変形が減少し、風、地震などの外部環境の影響に対する抵抗力が向上します。
• スチールビームを使用することで、多くの他の材料と比較して建設コストを削減できます。スチールビームは重い荷重を支えられるだけでなく、コンクリートビームよりも軽量であるため、構造全体の荷重が軽減されます。
• スチールビームは、各プロジェクトの設計要件を満たすようにさまざまな形状で製造できます。この柔軟性により、ユニークで現代的、複雑な建築デザインを実行することができます。
• スチールビームは通常、プレートや長い棒の形で製造されており、工事現場での接続や設置が容易です。迅速な設置プロセスは時間を節約するだけでなく、労働費用を削減します。さらに、スチールビームのメンテナンスは、検査と交換の容易さにより簡単です。

A スチールビームは、建設プロジェクトの安全性と安定性を確保する上で重要な役割を果たします。大きな荷重支持能力、設計の柔軟性を備えたスチールビームは、さまざまなタイプの構造に対する理想的な選択です。スチールビームの構造と種類を理解することで、建物の設計、建設、およびメンテナンスを最適化するのに役立ちます。 BMB スチール - 20年以上の経験を持つプレエンジニアリング鋼構造会社にお問い合わせください。スチールビームについてのさらなるコンサルテーションおよびプロジェクトに最適なソリューションを選択します。