鉄骨建築部材は、鉄骨構造建築物の基本構造部材であり、耐荷重コアから補助保護部材に至るまで、様々な鉄骨部材を包含しています。これらは一体となって、建物の構造骨組みと機能システムを形成します。これらの鉄骨部材は単独で使用されるのではなく、科学的に組み合わせることで安定した構造システムを形成し、建物の自重、人員、設備からの荷重を支え、風や地震などの外力にも耐えることができます。
従来の建築部材と比較して、鉄骨建築部材の最大の特徴は、ほとんどの部材が工場で精密にプレファブリケーションされ、建設現場に輸送されて迅速に組み立てられるため、工期が大幅に短縮されることです。平屋建ての工場の門型鉄骨から、 複数階建ての鉄骨建物さらに、長スパントラスなど、さまざまな種類の鉄骨部品を柔軟に組み合わせることで、ほぼすべての建設シナリオのニーズに適応できるため、現代の産業用建物で広く使用されています。
主要な荷重を支える鉄骨柱や鉄骨梁であれ、構造の安定性を助ける支持部材であれ、あらゆる鉄骨建築部材は、構造上の安全性を確保し、機能要件を実現する上で不可欠な役割を果たします。
一般的な鉄骨建築部材の簡潔な紹介
鉄骨構造建物の構成を理解するには、一般的な鉄骨建築部材の主要な機能と特性を明らかにすることが不可欠です。次に、これらの部材を主構造部材と副構造部材という2つの主要なカテゴリーに分類します。そして、各主要部材の機能的役割と技術的特性を詳しく説明し、鉄骨構造産業用建物の部材の明確かつ専門的な分類を確立することを目指します。特に、異なる種類の鉄骨建築部材がどのように相互作用して一体的な構造を形成するかに焦点を当てます。
鉄骨構造の主な構成部品：
- 鉄骨柱鉄骨建築部材の中核を成す鉄骨柱は、屋根、床、設備からの圧力など、プラント全体の垂直荷重を支え、基礎へと伝達します。産業プラントで一般的に使用される鉄骨柱は、主に溶接H形鋼で製造されています。この鋼材は安定した耐力性能と加工の容易さを備えており、様々なプラントの荷重要件に適応可能です。これは、鉄骨建築部材の主要部材としての役割を確固たるものにしている重要な特性です。
- スチールビーム 鉄骨梁（鉄骨フレーム梁とも呼ばれる）は、鉄骨柱と連携してプラントの耐荷重システムを形成し、屋根からの垂直荷重（積雪や屋根自重など）を鉄骨柱に伝達する重要な鉄骨建築部材です。主にH形鋼で作られており、十分な強度と均一な力分散を備え、プラントの耐荷重ニーズを効果的に満たし、主要な鉄骨建築部材システムの健全性を確保します。
- 耐風柱耐風柱は、横方向の安定性を確保するための特殊な構造用鋼材です。主に屋根からの風荷重と水平力を伝達し、屋根構造と壁を連結します。これにより、強風による工場の側壁の変形を防ぎます。通常、H形鋼で作られ、鉄骨柱や鉄骨梁との相性が良く、安定した構造接続を確保し、鉄骨構造システム全体の耐風性を高めます。
- 垂木（屋根垂木と壁垂木）主部材の下に位置する二次的な荷重伝達部材として、屋根垂木は鉄骨梁に、壁垂木は壁柱に固定されます。その主な機能は、屋根や壁からの荷重（風雨やパネルの重量など）を梁や柱に均等に伝達することです。鉄骨梁よりも小型の垂木は、一般的にC形鋼またはZ形鋼で製造されます。これらの特徴により、軽量で、適切な耐力と柔軟な設置が可能であり、効率的な補助鉄骨建築部材としての役割を担っています。
- 側溝鋼板樋は、屋根の軒先や高低スパンの接合部に設置され、屋根に溜まった雨水を集水し、排水管を通して屋外に排水する機能的な鋼構造部材です。これにより、屋根の隙間への雨水の滞留を防ぎ、他の構造鋼材の腐食を防ぎ、さらに工場内部への雨水の浸入を防ぎ、屋根全体と鋼構造物の耐久性を保護します。
- クレーンビームクレーンを設置する工場にとって、クレーンビームは不可欠な鉄骨構造部材です。クレーンビームはクレーンレールを敷設するための基礎として機能し、クレーン自重だけでなく、クレーン運転時に発生する垂直方向および水平方向の荷重を支えます。これにより、クレーンがレール上を移動し、荷物を吊り上げる際の安定性を確保します。そのため、吊り上げを必要とする産業工場にとって、クレーンビームは主要な鉄骨構造部材として特化されています。
二次構造補助部材（鉄骨造補助部材）
- 水平ブレース工場の屋根に採用されている水平ブレースは、屋根全体の剛性を高める補助的な鉄骨フレーム部材です。トラス部材（弦材）の面外計算長さを短縮することで、鋼材使用量を節約できるだけでなく、応力下における弦材の横方向変形を抑制します。主に丸鋼で作られており、低コストで設置が容易なため、費用対効果の高い補助構造鋼材です。
- 柱間ブレース: 横方向剛性確保に不可欠な鉄骨建築部材であり、主に構造物の横方向剛性を高めます。水平ブレースと組み合わせることで、縦方向の剛性と安定性を共同で高め、耐風・耐震性と揺れの低減に不可欠です。一般的なタイプ：台形ブレース（従来荷重）と鋼管ブレース（高荷重／鉄骨建築部材に高い安定性が求められる場合）
- タイロッド: ステーバー（直ステーバーおよび斜ステーバーと組み合わせて使用される）は、丸鋼から製造される小型の鉄骨建築補助部材です。その機能は、垂木の横変形とねじれを軽減し、垂木の耐荷重性を向上させるとともに、変形による垂木の早期損傷を防ぎ、鉄骨建築補助部材の耐用年数を効果的に延ばします。
- テンションタイ： テンションタイは主に円形鋼管から加工され、軽量でありながら十分な剛性を備えています。その主な役割は、プラント全体の剛性を向上させ、散在する部材を協調的な空間システムに統合することです。これにより、構造物の幾何学的安定性が確保され、圧縮部材の横倒れが防止されます。
- 屋根パネルと壁パネル: 主に薄い金属板またはサンドイッチ複合パネルで、垂木に固定されています。鉄骨建築の保護部材として、風雨を遮断し、荷重を支え、一部の複合パネルは断熱性も備えています。
- â€<â€<埋め込みアンカーボルトとボルト鉄骨建築部材の重要な接合要素。アンカーボルトは柱を基礎に固定し、その他のボルトは梁、柱／垂木、梁を連結します。これらは確実な荷重伝達を確保し、構造の健全性と安全性にとって不可欠です。
- ガセットブレース柱梁接合部に設置される、細部にまで配慮した補助鉄骨建築部材。接合部の剛性を高めます。これにより、応力（水平力など）による局所的な変形を防ぎ、構造における重要な接合部の安定性を確保します。
プレハブ鉄骨建物において、柱間ブレース（主要な鉄骨建物コンポーネント）はどのような役割を果たすのでしょうか?
柱間ブレースは、鉄骨構造建築における鉄骨建築部材の中でも重要な要素であり、その機能的価値は過小評価できません。
まず第一に、柱間ブレースはプレハブ鉄骨建物全体の安定性を効果的に向上させます。柱は耐力構造用鋼材として、屋根や外壁からの様々な荷重を支えます。柱間ブレースは、これらの柱を「繋ぎ」合う役割を果たし、強固な支持システムを形成します。このシステムは、屋根からの垂直圧力や風による横力などの荷重を効率的に分散・伝達し、外部からの衝撃による鉄骨構造の変形や倒壊を防ぎます。
第二に、柱間ブレースはプレハブ鉄骨建物の耐震性能の向上に大きく貢献します。地震などの自然災害は、鉄骨構造の施設に深刻な脅威をもたらすことがよくあります。しかし、適切に設計された柱間ブレースは、鉄骨構造の主要部材であり、地震活動によって発生するエネルギーを吸収・分散させることができます。地震時の建物の振動振幅を低減することで、構造の健全性を維持し、鉄骨構造全体への損傷を最小限に抑えます。
さらに、柱間の補強は、空間レイアウトと機能的な有用性にプラスの影響を与えています。 プレハブ鉄骨建物合理的な設計により、内部構造の配置を最適化し、不要な障害物を排除することで空間利用率を向上させます。さらに、柱間ブレースは、産業機器やパイプラインなどの付帯設備の安定した支持点として機能します。これにより、これらの設備の整然とした設置と運用が容易になり、構造安全性と機能的柔軟性を両立させる重要なプレハブ鋼構造部材の一つとしての実用的な役割をさらに際立たせています。
鉄骨建築部材の設置における仮設支持フレームの重要な役割
鉄骨構造建物の設置において、仮設支持フレームは重要な補助構造物です。その主な機能は、鉄骨建築部材の設置における安全性、精度、安定性を確保することであり、具体的には以下のとおりです。
まず、部材の一時的な安定性を維持します。鉄骨建築部材は吊り上げられた後、他の恒久的な部材と安定した接続がまだ形成されていません。そのため、部材自身の強度だけに頼ると、自重、風力、あるいは建築物の衝突に耐えられず、転倒や移動が発生しやすくなります。仮支持フレームは、部材、地面、あるいは既に設置されている安定した構造物と接続することで、垂直方向または水平方向の支持を提供し、部材の不安定性を効果的に防止します。
第二に、部材の正確な位置決めに役立ちます。鉄骨構造の設置には、部材の仰角と垂直性に関する厳格な要件があります。ほとんどの仮設支持フレームは調整可能な構造になっており、建設作業員は高さと角度を調整することで、鉄骨柱の垂直性や鉄骨梁の水平性といったパラメータを校正できます。これにより、設置精度が設計要件を満たし、その後の恒久的な接合の基礎が築かれます。
第三に、一時的な荷重を分散します。設置段階では、部材は自身の重量に加え、建設作業員や建設機械の重量も支えなければなりません。これは特に大スパンや薄肉部材の場合に顕著で、システム全体に組み込まれる前は、局所的に過負荷、変形、またはひび割れが発生しやすくなります。仮設支持フレームは多点支持によって荷重を基礎に均等に伝達し、部材の健全性を保護します。
最後に、それらは全体的な施工安全性を確保します。恒久的な接続が完了する前は、吊り上げられた部材が分散しているため、全体的な横方向の変位抵抗が弱い場合があります。仮設支持フレームはこれらの部材を連結することで一時的な空間荷重支持システムを形成し、耐風性および耐振動性を高め、全体的な不安定性を回避します。
仮設支持フレームの設計および構築は、耐荷重能力の検証を受ける必要があり、恒久的な構造物が検査に合格した後、仕様に従って順番に解体する必要があることに留意する必要があります。
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著者について： K-HOME
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