スチールデザイン

鉄骨設計、より具体的には構造鉄骨設計は、鉄骨構造の設計に使用される構造工学の分野です。これらの構造物には、学校、住宅、橋、商業センター、高層ビル、倉庫、航空機、船舶、スタジアムが含まれます。鉄骨構造物の設計では、鉄骨フレームの設計と使用が一般的に採用されています。より高度な構造物には、鋼板と鋼殻が含まれます。

構造工学において、構造体とは、荷重を支えモーメントに抵抗する適合システムを形成する空間内の剛体の物体または部分の組み合わせです。荷重とモーメントが構造体に及ぼす影響は、構造解析によって決定されます。鉄骨構造は、通常、標準的な断面プロファイルと化学成分および機械的特性の標準を備えた鋼でできた構造部材で構成されています。橋梁建設に使用される鋼梁の深さは、通常、最大モーメントによって決まり、次に断面は、サポート付近のせん断強度と横方向のねじり座屈について検証されます(隣接する梁を接続する横方向部材間の距離を決定することにより)。鋼柱部材は、軸方向およびモーメント要件が満たされた後、 座屈を防止するのに適切であることを検証する必要があります。

現在、鋼材の設計には2つの一般的な方法があります。1つ目は許容強度設計（ASD）法です。2つ目は荷重抵抗係数設計（LRFD）法です。どちらも強度、つまり最終レベルの設計アプローチを使用します。^[1]

ASDの場合、必要な強度R _{a は}、次の荷重の組み合わせから決定されます（AISC SCM、13版による）。^[2]

D + F
D + H + F + L + T
D + H + F + (L _rまたは S または R)
D + H + F + 0.75(L + T) + 0.75(L _rまたは S または R)
D + H + F ± (0.6W または 0.7E)
D + H + F + (0.75W または 0.7E) + 0.75L + 0.75(L _rまたは S または R)
0.6D + 0.6W
0.6D ± 0.7E

どこ：

• D = 死荷重、
• D _i = 氷の重量、
• E = 地震荷重、
• F = 明確に定義された圧力と最大高さを持つ流体による荷重、
• F _a = 洪水荷重、
• H = 横方向土圧、地下水圧、またはバルク材料の圧力による荷重、
• L = 占有による積載荷重、
• L _r = 屋根の積載荷重、
• S = 積雪荷重、
• R = 初期の雨水または氷による公称負荷（貯水寄与を除​​く）、
• T = 自己張力荷重、
• W = 風荷重、
• W _i = 氷の上の風。

洪水荷重と大気荷重、すなわちD _iとW _{i を計算するための特別規定が存在する。}

許容強度設計は、AISC 第 9 版で規定されている許容応力設計と同じではないことに注意してください。許容強度設計では、依然として強度、つまり極限レベルの設計アプローチが使用されます。

LRFD の場合、必要な強度 R _uは、次の要素荷重の組み合わせから決定されます。

1.4(D + F)
1.2(D + F + T) + 1.6(L + H) + 0.5(L _rまたは S または R)
1.2D + 1.6(L _rまたは S または R) + (L または 0.8W)
1.2D + 1.0W + L + 0.5(L _rまたは S または R)
1.2D ± 1.0E + L + 0.2S + 0.9D + 1.6W + 1.6H
0.9D + 1.6 H ± (1.6W または 1.0E)

ここで、負荷を表す文字は ASD の場合と同じです。

アメリカ鉄鋼構造協会 ( AISC ) は、現在第 16 版となる鉄鋼構造マニュアル(鉄鋼構造マニュアル、または SCM) を発行しています。構造エンジニアは、さまざまな鉄鋼構造の分析と設計にこのマニュアルを使用します。本書の章の一部は次のとおりです。

• 市販されている各種鋼材（W、S、C、WT、HSS など）の寸法と特性
• 一般的な設計上の考慮事項
• 曲げ部材の設計
• 圧縮部材の設計
• 張力部材の設計
• 複合荷重を受ける部材の設計
• ボルトの設計上の考慮事項
• 溶接の設計上の考慮事項
• 接続要素の設計
• 単純せん断接合部の設計
• 曲げモーメント接続の設計
• 完全拘束（FR）モーメント接続の設計
• ブレース接合部とトラス接合部の設計
• 梁受けプレート、柱脚プレート、アンカーロッド、柱継手の設計
• ハンガー接続、ブラケットプレート、クレーンレール接続の設計
• 一般的な命名法
• 構造用鋼構造物の仕様と解説
• 高力ボルトを用いた構造接合部のRCSC仕様と解説
• 構造用鋼建物および橋梁の標準実施基準および解説
• その他のデータと数学情報

カナダ鉄鋼構造協会は、「CISC 鉄鋼構造ハンドブック」を発行しています。CISC は、カナダの構造用鋼、オープンウェブ鋼梁、鋼板製造業界を代表する全国的な業界団体です。このハンドブックは AISC マニュアルと同じ目的を果たしますが、カナダの規格に準拠しています。

• 構造用鋼