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鉄骨造は、長方形の格子状に構築された垂直の鉄柱と水平のI型梁の「スケルトンフレーム」を備えた建築技術であり、建物の床、屋根、壁をすべてフレームに接続して支えます。この技術の発達により、超高層ビルの建設が可能になりました。[1]鉄骨造は、20世紀初頭にその前身である鉄骨造に取って代わりました。 [2]
コンセプト
圧延鋼の「プロファイル」または鋼柱の断面は、文字「Ɪ」の形をしています。柱の2 つの幅広フランジは、梁のフランジよりも厚く幅広になっており、構造の圧縮応力によく耐えます。角張った鋼管や円形の鋼管も使用でき、コンクリートで満たされることがよくあります。鋼梁は、ボルトとねじ留め具で柱に接続され、歴史的にはリベットで接続されています。鋼I ビームの中央の「ウェブ」は、梁で発生する高い曲げモーメントに耐えるために、柱のウェブよりも幅広になっていることがよくあります。
幅広の鋼鉄デッキ板は、厚いコンクリート層と鋼鉄の補強バーの下に「型枠」または波形の型枠として鋼鉄フレームの上部を覆うのに使用できます。もう 1 つの一般的な代替案は、何らかの形のコンクリート トッピングを備えたプレキャスト コンクリート フローリング ユニットの床です。多くの場合、オフィス ビルでは、最終的な床面は何らかの形の上げ底床システムによって提供され、歩行面と構造床の間の空間はケーブルや空調ダクトに使用されます。
フレームは火災から保護する必要があります。高温で鋼鉄が軟化し、建物が部分的に崩壊する可能性があるためです。柱の場合、これは通常、石積み、コンクリート、石膏ボードなどの耐火構造で囲むことによって行われます。梁は、コンクリート、石膏ボードで囲むか、スプレー塗装して火災の熱から遮断するか、耐火天井構造で保護することができます。 アスベストは、アスベスト繊維の健康リスクが完全に理解される前の 1970 年代初頭まで、鋼構造物の耐火性を高めるためによく使用されていました。
建物の外側の「外皮」は、さまざまな建築技術とさまざまな建築様式を使用してフレームに固定されています。レンガ、石、鉄筋コンクリート、建築用ガラス、金属板、そして単に塗料がフレームを覆い、鉄を天候から保護するために使用されています。[3]
冷間成形鋼フレーム
冷間成形鋼フレームは軽量鋼フレーム (LSF) とも呼ばれます。
亜鉛メッキ鋼の薄板は、冷間成形により鋼製スタッドに加工され、住宅、商業、産業建設プロジェクトにおける外壁や間仕切り壁の構造または非構造建築材料として使用されます (写真参照)。部屋の寸法は、各部屋の輪郭を描くために床と天井に固定された水平方向のトラックで決定されます。垂直方向のスタッドは、通常 16 インチ (410 mm) 間隔でトラック内に配置され、上部と下部で固定されます。
住宅建築で使用される一般的なプロファイルは、C 字型スタッドと U 字型トラック、およびその他のさまざまなプロファイルです。フレーミング メンバーは、通常、12 ゲージから 25ゲージの厚さで製造されます。12 ゲージや 14 ゲージなどの重いゲージは、耐荷重構造など、軸方向の荷重 (メンバーの長さに平行) が大きい場合によく使用されます。16 ゲージや 18 ゲージなどの中重量ゲージは、海岸沿いのハリケーンのような風荷重に耐える必要がある外壁スタッドなど、軸方向の荷重はないが横方向の荷重 (メンバーに垂直) が大きい場合によく使用されます。25 ゲージなどの軽いゲージは、メンバーが部屋間の間仕切り壁のフレーミングとして機能する内装工事など、軸方向の荷重がなく横方向の荷重が非常に軽い場合によく使用されます。壁の仕上げは、スタッドの 2 つのフランジ側に固定され、1から 25 までの範囲があります。+厚さは1 ⁄ 4～3インチ（32～76 mm）、ウェブの幅は1～+5 ⁄ 8～ 14 インチ (41 ～ 356 mm)。電気配線にアクセスできるように、ウェブから長方形のセクションが取り除かれます。
製鉄所では、冷間成形鋼プロファイルの製造のベース材料となる亜鉛メッキ鋼板を生産します。鋼板はその後、フレームに使用される最終プロファイルにロール成形されます。鋼板は亜鉛メッキ (亜鉛メッキ) され、酸化と腐食に対する保護を強化します。鋼製フレームは、鋼の強度対重量比が高いため、設計の柔軟性に優れています。これにより、鋼板は長距離にわたって設置でき、風や地震の負荷にも耐えることができます。
鉄骨フレームの壁は、優れた熱特性と音響特性を提供するように設計できます。冷間成形鋼を使用して建物を建設する場合に特に考慮すべきことの 1 つは、壁システム全体にわたって外部環境と内部の空調された空間の間で熱橋が発生する可能性があることです。熱橋は、鉄骨フレームに沿って外部固定断熱層(通常「断熱層」と呼ばれます) を設置することで防止できます。
住宅の外壁および内壁のスタッド間の間隔は、設計上の荷重要件に応じて、通常、中心から 16 インチです。オフィス スイートでは、エレベーターと階段室を除くすべての壁の間隔は、中心から 24 インチ (610 mm) です。
熱間成形鋼フレーム
熱間成形フレームは熱間圧延鋼フレームとも呼ばれ、熱間圧延と呼ばれる複雑な製造工程を経た鋼から製造されます。この工程では、鋼材は鋼の再結晶温度 (1700˚F) を超える温度に加熱されます。この工程により、鋼の結晶構造が改良され、結晶格子が整列します。その後、精密ローラーを通過して、目的のフレーム プロファイルが完成します。[4]
熱間成形フレームの特徴は、梁が厚く、寸法が大きいことです。そのため、冷間圧延フレームに比べて頑丈です。この固有の強度により、大きな荷重がかかっても変形が最小限に抑えられるため、特に大型構造物に適しています。
熱間圧延鋼部材は冷間圧延鋼と比較すると部品 1 個あたりの初期コストが高くなることが多いのは事実ですが、より大規模な構造物の建設に使用するとコスト効率がますます高まります。これは、熱間圧延鋼フレームでは同等の距離をカバーするために必要な部品の数が少なくなるため、大規模なプロジェクトでは経済的メリットがもたらされるためです。
歴史
構造目的で鉄の代わりに鋼鉄が使われるようになったのは、当初は遅かった。最初の鉄骨造りの建物であるディザリントン亜麻工場は 1797 年に建てられたが、鋼鉄生産が効率化されて鋼鉄が広く使用されるようになったのは、1855 年にベッセマー法が開発されてからである。引張強度と圧縮強度が高く、延性も良好な安価な鋼鉄は 1870 年頃から入手可能であったが、主にアルカリ鉱石から鋼鉄を生産する際の問題により、錬鉄と鋳鉄が引き続き鉄ベースの建築製品の需要の大部分を満たしていた。主にリンの存在によって引き起こされたこれらの問題は、1879 年に シドニー・ギルクリスト・トーマスによって解決された。
1880年になってようやく、信頼性の高い軟鋼をベースにした建設の時代が始まりました。その頃までに、生産される鋼の品質はかなり安定していました。[5]
1885 年に完成したホームインシュアランス ビルは、スケルトン フレーム構造を採用した最初の建物で、石積み外装の耐荷重機能を完全に排除しました。この場合、鉄柱は単に壁に埋め込まれているだけであり、その耐荷重能力は、特に風荷重に対しては、石積みの耐荷重能力に次ぐものとなっています。米国で最初の鉄骨フレームの建物は、1890 年に建設されたシカゴのランド マクナリー ビルでした。
1895年にジェームズ・フランシス・ドイルが設計したリバプールのロイヤル・インシュアランス・ビル（1896年 - 1903年に建設）は、イギリスで初めて鉄骨フレームを採用した建物であった。[6]
参照
参考文献
- ^ 「初期の鉄骨高層ビル」 2022年。
- ^ バッセル2008、173ページ。
- ^ 「軽量鉄骨フレームの施工図」。2022年10月10日。
- ^ 「熱間圧延鋼建物の詳細な分析」2023年8月20日。
- ^ 「鋳鉄、錬鉄、鋼の特性」 2014-03-24 にアーカイブされたWayback Machine
- ^ ジャクソン、アリスター、A.「英国における鉄骨造建築の発展 1880-1905」、建設史、第 14 巻 (1998 年)
出典
- Bussell, Michael (2008-04-15)。「建物における鉄鋼の使用」。歴史的建造物の保存における構造と建設( PDF)。オックスフォード、イギリス: Blackwell Publishing Ltd. doi :10.1002/9780470691816.ch10。ISBN 978-0-470-69181-6。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、鉄骨造に関連するメディアがあります。
- 建築における鉄鋼の歴史的発展
- 「ここには鉄骨造りの建物がいっぱい。」『ポピュラーサイエンス・マンスリー』 1928年11月号、33ページ。
- 鉄骨造工業協会のウェブサイト
- スチールフレームアライアンスウェブサイト
- 英国建設鋼構造協会 / SCI 情報