構造用鋼

構造用鋼は、さまざまな形状の建築材料を作るために使用される鋼材です。多くの構造用鋼の形状は、特定の断面形状を持つ細長い梁の形をしています。構造用鋼の形状、サイズ、化学組成、強度などの機械的特性、保管方法などは、ほとんどの工業国で規格によって規制されています。構造用鋼は通常、特定のニーズを満たすために荷重を支えるために固定された相互接続された部材のシステムで使用されます。 ^{[ 1 ]}

I形鋼などの構造用鋼材は断面二次モーメントが大きいため、過度のたわみを起こさずに高荷重を支えることができる。^{[ 2 ]}

利用可能な形状は世界各国の規格で規定されており、専門的な独自の断面形状も入手可能です。

• I形鋼（セリフ体の「I」字型の断面を持つ鋼材。英国ではユニバーサルビーム（UB）とユニバーサルコラム（UC）が含まれ、ヨーロッパではIPE、HE、HL、HDなどの断面が含まれ、米国ではワイドフランジ（WFまたはW形）とH形鋼が含まれる）
• Z字型（フランジの半分を反対方向に配置）^{[ 3 ]}
• HSS形状（中空構造断面、 SHS（構造中空断面）とも呼ばれ、正方形、長方形、円形（パイプ）、楕円形の断面形状を含む）
• 角度（L字型断面）
• 構造用チャンネル、C形鋼、または「C」断面
• T字型断面（T字型断面）
• 長方形の断面を持つ棒状のもの。ただし、板状と呼ぶほど幅は広くない。
• 棒とは、幅に比べて長さが長い、円形または正方形の断面を持つ棒のことである。
• 板、厚さが 6  mm または1/4インチを超える金属板 。
• オープンウェブ鋼製ジョイスト

断面は熱間圧延または冷間 圧延によって製造することも、平板または曲げ板を溶接して製造することもできる。 ^{[ 4 ]}

アングル鉄、チャンネル鉄、板鉄 という用語は、錬鉄が商業用途で鋼鉄に取って代わられる以前から一般的に使用されており、現在でもよく使われています。技術文書では、これらの誤った名称の代わりに、アングル材、チャンネル材、板という用語がよく使われます。

鋼材は重量で販売されるため、構造的に安全でありながら、できるだけ軽量な設計にする必要があります。複数の同一の鋼材部材を使用することで、個別の部品を使用するよりも安価になる場合があります。^{[ 10 ]}

鉄筋コンクリートと構造用鋼は、適切に使用すれば持続可能です^{[ 11 ]}。構造用鋼材の80%以上は、A992鋼と呼ばれるリサイクル金属から製造されています。この部材材料は、以前使用されていた鋼材（A36グレード）よりも安価で、強度対重量比が高くなっています^{[ 12 ] 。}

構造用鋼材については、危険な火災危険状態にならないように特別な配慮が必要である。^{[ 13 ]}

構造用鋼は適切な保護なしに環境にさらすことはできません。なぜなら、湿気や水との接触によって酸化が起こり、建物の構造的完全性が損なわれ、居住者や近隣住民に危険が及ぶからです。^{[ 13 ]}

構造用鋼は、高い強度、剛性、靭性、延性といった特性を備えているため、商業および産業用建築物の建設において最も一般的に使用される材料の一つである。^{[ 14 ]}

構造用鋼はほぼあらゆる形状に加工でき、建設時にはボルト締めまたは溶接で接合されます。構造用鋼は材料が現場に搬入され次第すぐに組み立てることができますが、コンクリートは打設後少なくとも1～2週間養生してからでないと建設を続けることができないため、鋼は工期に優しい建設材料です。^{[ 13 ]}

鋼は本来不燃性材料である。しかし、火災で見られるような高温になると、材料の強度と剛性は著しく低下する。国際建築基準では、鋼材を十分な耐火性材料で覆うことが義務付けられており、鋼構造建築物の全体的なコストが増加する。^{[ 14 ]}

鋼は水に触れると腐食し、危険な構造物となる可能性があります。構造用鋼材の建設においては、生涯にわたる腐食を防ぐための対策を講じる必要があります。鋼材に塗装を施すことで耐水性を確保できます。また、鋼材を覆う耐火材は一般的に耐水性も備えています。^{[ 13 ]}

鋼は木材に比べてカビが生えるのに適さない表面環境を提供する。^{[ 15 ]}

高層建築物は、その施工性の高さと強度対重量比の高さから、構造用鋼を使用して建設される。^{[ 16 ]}

鋼は十分に加熱されると強度を失います。鋼部材の臨界温度とは、荷重を安全に支えることができなくなる温度のことです。建築基準法や構造工学の標準では、構造要素の種類、構成、向き、荷重特性に応じて、異なる臨界温度が定義されています。臨界温度は、降伏応力が室温降伏応力の 60% に低下する温度とみなされることが多いです。^{[ 17 ]}鋼部材の耐火等級を決定するために、認められた計算方法を使用するか、 ^{[ 18 ]}建築基準法などの管轄当局が認めた基準によって臨界温度が設定された耐火試験を実施することができます。日本では、これは 400 °C 未満です。^{[ 19 ]}中国、ヨーロッパ、北米 (ASTM E-119 など) では、これは約 1000～1300 °F ^{[ 20 ]} (530～810 °C) です。試験対象の鋼材が試験規格で定められた温度に達するまでの時間によって、耐火等級の持続時間が決まります。耐火材を使用することで鋼材への熱伝達を遅らせることができ、鋼材の温度上昇を抑えることができます。構造用鋼材の一般的な耐火方法には、膨張性、吸熱性、石膏コーティングのほか、乾式壁、ケイ酸カルシウム被覆、鉱物繊維断熱ブランケットなどがあります。 ^{[ 21 ]}   

構造用鋼材の耐火材には、膨張性、吸熱性、石膏系のコーティング材のほか、乾式壁、ケイ酸カルシウム系外装材、鉱物系または高温断熱ウールブランケットなどがあります。構造部材の熱膨張によって耐火性能が損なわれる可能性があるため、接合部にも注意が必要です。

加工物を所定の長さに切断するには、通常、バンドソーが使用されます。

ビームドリルラインは、梁、チャンネル、HSS部材に穴を開けたり、溝を加工したりします。CNCビームドリルラインは通常、部材を穴あけ位置に移動させるための送りコンベアと位置センサーを備え、さらに穴や溝を切削する正確な位置を特定するためのプローブ機能も備えています。

寸法部材（板材以外の部材）の不規則な開口部や不均一な端部を切断する場合、一般的には切断トーチが使用されます。酸素燃料トーチは最も一般的な技術であり、単純な手持ち式トーチから、機械にプログラムされた切断指示に従ってトーチヘッドを構造部材の周囲に移動させる自動CNC切断機まで、幅広い種類があります。

平板の加工は、板加工センターで行われます。板は固定された「テーブル」の上に平らに置かれ、ガントリー式のアームまたは「ブリッジ」から様々な切断ヘッドが板を横切って移動します。切断ヘッドには、パンチ、ドリル、トーチなどがあります。

Wikiquoteには、構造用鋼材に関連する引用文があります。

ウィキメディア・コモンズには、構造用鋼材に関連するメディアがあります。

• 構造用鋼材のCEマーキングに関するガイド、BCSA出版物No.46/08。
• 英国建設鉄骨協会による鉄骨構造に関する情報
• 構造用鋼材ハンドブック
• ヨーロッパで最も一般的な構造形状に関する技術データ