商業および産業用建物の耐荷重鉄骨フレームは、他のどのセクションよりも H ビームに依存しています。建設において、H ビームは熱間圧延された構造用鋼の形材であり、その断面は大文字の H のように見え、2 つの幅広の平行なフランジが 1 つの垂直ウェブで結合されています。建設業者や製造業者がこれを選択する理由は、他のほとんどの圧延形状よりも優れた強度対重量比を提供し、より少ない柱で長い距離に渡り、ボルト締めや溶接接続を簡単にする平坦な表面を作成できるためです。このガイドでは、H ビームの建設に関係するもの、H ビームと I ビームの比較、指定する標準サイズ、および溶接の品質が最終結果を左右する理由について説明します。
建設におけるHビームとは何ですか?
H ビームは、平行なフランジ面を備えた広フランジ鋼セクションであり、鉄骨構造の柱、梁、ブレース付きフレーム、トランスファー ガーダーに最も多用途な圧延形材となります。
3 つの部分が断面を定義します。垂直ウェブはせん断力に抵抗し、2 つの水平フランジは曲げに抵抗し、フィレット半径はウェブとフランジの間の移行を滑らかにして応力集中を軽減します。指定は規格によって異なります。メートル法の H セクションは H 400 x 200、北米のワイド フランジ形状は W12x26、ヨーロッパのセクションは HEA、HEB、または HEM と表記されます。
H 形鋼は 2 つのルートで建設現場に到達します。小型および中型のセクションは、製鉄所で一体に熱間圧延されます。通常 H 400 を超える、より大きなセクションや非標準セクションは、3 つのプレートを溶接して溶接 H ビームにすることによって構築されます。この 2 番目のルートでは、単純な材料の購入が制御された溶接作業に変わります。そのため、H ビームの建設では鋼材のグレードと同じくらい製造能力が重要になります。
なぜ H 形鋼構造が鉄骨造の主流となっているのか
H ビームは、鋼材 1 キログラム当たりの荷重が大きく、両方向の曲げに耐え、同様の重量のチャネル、アングル、または I セクションよりも速く接続できるため、現代の鉄骨フレームの主流となっています。
- 強度対重量比: 幅広のフランジにより材料が中立軸から遠くに配置されるため、標準的な 高さ300×300 セクションは、1 メートルあたり約 95 kg で約 1,400 cm3 の断面係数を実現します。
- 長いスパン: H ビームは通常、床システムでは 6 ～ 12 m に広がり、トランスファー ガーダーまたはポータル ラフターとして使用される場合は 15 ～ 30 m に達します。
- 双方向の曲げ耐性: 深さと幅が同等であるため、セクションは追加のブレースなしで横方向および軸方向の荷重に耐えます。
- シンプルな接続: 平行フランジは、テーパー シムなしでエンド プレート、ベース プレート、ビーム スプライスを受け入れます。
- 現地での入手可能性: 一般的なサイズは世界中の鉄鋼業者に在庫されていますが、特別なセクションは注文に応じて溶接することができます。
H ビームと I ビーム: 指定する内容
柱、重荷重の梁、およびモーメント フレームには H ビームを使用します。 I ビームは、テーパーフランジと軽量が許容される軽荷重の短スパン部材にのみ選択してください。
その違いは幾何学的なものです。 H ビームには、互いに平行でウェブとほぼ同じ厚さの幅広のフランジがありますが、S 形 I ビームには、傾斜した内面を持つ狭いフランジがあります。平行 H ビーム フランジにより、ダイレクト ベアリング、ぴったりと締まったボルト締め、完全溶け込み溶接が可能になります。テーパ付き I ビーム フランジは接続応力を集中させるため、通常はワッシャーまたはシムが必要です。
| プロパティ | Hビーム | Iビーム（S字） |
|---|---|---|
| 断面形状 | キャピタル H、平行フランジ | キャピタル I、テーパー フランジ |
| フランジ幅 | 広くてフラット | 狭くて内側に傾斜がある |
| 同じビーム高さの重量 | より重い | ライター |
| 曲げ能力 | 両軸とも高い | 1 つの軸についてのみ高い |
| 接続にかかる労力 | 直接ボルト締めまたは溶接 | シムまたは特別なワッシャーが必要 |
| 代表的なスパン範囲 | 6～30m以上 | 最大約10～15m |
| 代表的な用途 | 柱、トランスファービーム、門型フレーム、高層フレーム | 橋桁、クレーン桁、軽量床梁 |
標準Hビームサイズとその見方
GB/T 11263、JIS G3192、EN 10034、および ASTM A6 では異なる公差および分類システムが使用されているため、H ビームの指定を公称高さ x フランジ幅 x ウェブ厚さ x フランジ厚さ (たとえば、H 400 x 200 x 8 x 13 mm) として読み取り、寸法がどの規格に準拠しているかを常に確認してください。
| 指定 | ウェブ厚さ (mm) | フランジ幅 x thickness (mm) | 一般的な使用方法 |
|---|---|---|---|
| 高さ100×100 | 6 | 100×8 | メザニンポスト、ライトコラムブレース |
| 高さ150×150 | 7 | 150×10 | 門垂木、低層柱 |
| 高さ200×200 | 8 | 200×12 | 低層建物の標準的な梁と柱 |
| H 300 x 300 | 10 | 300×15 | 中層柱、トランスファービーム |
| 高さ400×400 | 13 | 400×21 | 高層の柱、荷重のかかる梁 |
| H400×200組立式 | 8 | 200×13 | 溶接桁、クレーン滑走路梁 |
床梁の場合、共通の保守性ルールにより、活荷重たわみはスパン/360 (L/360) 未満に抑えられます。選択方法は常に同じです。必要な断面係数を計算し、標準テーブルから試験断面を選択し、たわみとせん断をチェックし、次にフランジとウェブの幅対厚さの比がコンパクトまたはセミコンパクトクラスに留まり、局所的な座屈によって容量が低下しないことを確認します。
H ビーム建設における一般的な用途
H 形鋼は、平屋建ての門型小屋から高層タワー、橋梁デッキ、重工業プラントの構造物に至るまで、ほとんどの非住宅用鉄骨建物の骨組みを支えています。
- 建築フレーム: ブレースまたは耐モーメントフレームを備えた中層および高層構造物の柱と梁。
- 産業用建物: 18 ～ 36 m の明確なスパンを持つ門型フレームおよびクレーン建物。
- 橋梁：主桁、横桁、歩道橋。
- 基礎: 深い基礎や海洋構造物の岩盤に打ち込まれる H 杭。
- エネルギーおよびプロセス プラント: パイプ ラック、機器プラットフォーム、風力塔の内部プラットフォーム。
- 中二階と工場の床: コンクリート スラブまたは格子を支える二次梁。
H ビーム フレームの寿命を決定する溶接の考慮事項
H ビーム建設で最もリスクの高い作業は、ビルドアップ部分の縦方向のウェブとフランジの溶接と、現場で行われる完全貫通スプライスです。溶接欠陥は、ビームが設計荷重に達するずっと前に亀裂や歪みを引き起こすため、溶接の品質がフレームの耐用年数を決定する真の要因となります。
溶接ビルドアップ H ビームには、ウェブの各側に 2 つずつ、計 4 つの連続隅肉溶接が必要です。サブマージ アーク溶接 (SAW) は、真っ直ぐな連続した継ぎ目に高溶着、低水素、スパッタが発生しないため、標準的なプロセスです。一般的な実稼働セットアップでは、 サブマージアーク溶接コラムブーム ビームが電動ローラースタンドで支えられている間、ビーム全長を移動します。
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に向けた動き 構造製作における自動溶接 スピードだけが重要なのではありません。自動システムはシームを読み取り、トーチ角度を一定に保ち、溶接パラメータを記録します。これにより、8 ～ 12 メートルの長さのシームでは手動溶接では保証できない再現性が得られます。
最後に、完成したフレームを保護します。表面処理グレード Sa 2.5 まで吹き付け、ジンクリッチプライマーを塗布し、建築基準法の要求される防火期間を満たすために、通常は膨張性塗料またはボードで防火処理を行います。
Hビーム調達チェックリスト
文書化されたグレード、規格、および製造証明書に照らして H ビームを購入し、バッチを受け入れる前に納入された公差を検査してください。
- セクションを選択する前に、支配荷重ケースとたわみ制限を定義します。床のスパン/360 ルールと屋根部材のスパン/240 ルールが一般的な開始点です。
- 在庫のあるサイズをお勧めします。標準外のサイズは、ローリング最小値、リードタイムの延長、および価格の上昇を意味します。
- S355JR、Q355B、ASTM A992 などの規格全体の鋼グレードと同等のグレードを確認し、フィラー メタルが母材の強度と一致していることを確認します。
- ミルテスト証明書を請求して、降伏強さ、引張強さ、炭素当量を確認してください。炭素当量が約 0.45 ～ 0.50 を超えると、予熱を伴う適格な溶接手順が強制されます。
- 納品時に転がり公差を確認してください: フランジの直角度、ウェブの真直度、キャンバー。一般的な許容限界は、長さ 1 メートルあたり 1 ～ 2 mm です。
- 製造業者と溶接作業を計画します。傾斜ポジショナまたはコラム ブームを使用すると、厄介な位置で手作業で溶接する場合と比較して、溶接 H ビーム 1 トンあたりの時間を節約できます。
H ビーム建設に関するよくある質問
H ビームと I ビームの主な違いは何ですか?
H ビームには幅広の平行フランジがあり、両方向の曲げに耐えます。一方、I ビームはテーパー付きのフランジを持ち、重量が軽く、主に 1 つの軸を中心に曲げるように設計されています。柱や荷重の大きい梁には H セクションを使用します。
H ビームは中間サポートなしでどのくらいの距離まで伸びることができますか?
一般的な床梁の長さは 6 ～ 12 m です。渡り桁と門垂木は 15 ～ 30 m に達します。より深い断面またはトラスを使用すると、より長いスパンが可能ですが、断面係数、たわみ制限、およびせん断耐力を常に計算によってチェックする必要があります。
H形鋼は住宅建築に使用できますか?
はい。 H 100 から H 200 などの小さなセクションは、地下室の柱、ガレージの広い開口部のまぐさ、石積みや木材では隙間を埋めることができない床や屋根のエリアを支える梁として使用されます。
H ビームには防火が必要ですか?
ほとんどの建築基準法では、そうです。裸の鋼は約 500 ℃を超えると急速に強度を失うため、必要な耐火定格 (通常は 60 ～ 120 分) を達成するために、鋼は発泡塗料、ボード、またはコンクリートの外装で保護されます。
一部の H ビームは圧延ではなく溶接によって構築されるのはなぜですか?
なぜなら、工場では限られた範囲のサイズしか圧延できないからです。設計に特殊なウェブ厚さの H 600 x 300 が必要な場合、製造業者は 3 枚のプレートを溶接して組み立てセクションを作成します。溶接の品質、歪みの管理、検査が重要になります。適切な機器が目に見える違いを生むのはこの段階です。
結論: H ビーム構造は、セクションが正しく指定され、溶接が最初の仮付けから最終的なスプライスまで制御されている場合、ほとんどの鉄骨造の建物で最も低い設置コストを実現します。在庫のあるサイズを選択し、グレードとカーボン相当量を確認し、溶接を平坦に保ち、歪みを小さく保つ装置を製造業者に提供します。最も経済的なビームは、トン当たりの価格が最も低いビームではありません。それは最も問題が少ないものです。 H ビーム溶接ラインをセットアップまたはアップグレードする場合は、専用の溶接ラインの設定方法を確認してください。 溶接機器メーカー ハンドリング機器はトーチのスイッチを入れる前に溶接の品質を決定することが多いため、ワークピースの位置、回転、位置合わせを行います。
