構造用鋼 H ビームは、垂直ウェブに接続された 2 つの平行な幅広フランジによって形成された、H 型プロファイルを備えた熱間圧延または溶接された鋼片です。その幅広のフランジは荷重を横方向に分散し、2 軸の座屈に耐えます。そのため、鋼製建築柱、主要フレーム、重工業用梁のデフォルトのセクションとなっています。実際に指定するということは、ミリメートル単位の 4 つの寸法、鋼種、規格、および 1 メートルあたりの理論上の重量を指定することを意味します。
形鋼H形鋼とは何ですか?
形鋼 H ビームは、断面が大文字の H に似たオープンプロファイル部材です。垂直要素はウェブであり、2 つの水平要素はフランジです。 H ビームは、熱間圧延によって単一部品として製造されるか、または 3 枚の鋼板を溶接して組み立てて製造されます。形状を定義するのはフランジ幅で、これはセクションの高さにほぼ等しく、部材に強軸と弱軸の両方で高い剛性を与えます。
構造用 H ビームの主な特徴:
- 平行なフランジ面により、テーパ付き I セクションと比較してボルト接続と溶接が簡素化されます。
- 幅広のフランジは横方向の安定性を提供し、柱の有効座屈長さを短縮します。
- 対称断面は、圧縮、曲げ、および軸方向とモーメントの組み合わせ荷重の下で効率的に機能します。
- 標準メートル法の H ビームの断面高さは、およそ 100 mm ～ 1000 mm です。
H ビームと I ビーム: 主な違いと選択方法
2 つのセクションを最も簡単に見分ける方法はフランジです。H ビームには幅広の平行なフランジがあり、I ビームにはテーパー状の内面を持つ狭いフランジがあります。その形状は、各セクションが荷重をどのように支えるかを制御します。
| プロパティ | Hビーム | アイビーム |
|---|---|---|
| フランジ形状 | 幅広で平行 | より狭くテーパー状の内面 |
| 断面形状 | H | I |
| セクションの高さと幅 | 類似の値 | 高さが幅よりはるかに大きい |
| 一次荷重方向 | 双方向 | 一方向性 |
| 典型的なメンバーの役割 | コラム、トランスファービーム | 床梁、母屋 |
| 製造業 | 圧延または溶接 | 熱間圧延 |
建物の柱や重い壁の下のトランスファー ビームなど、部材が 2 方向のモーメントや圧縮に耐える必要がある場合は、H ビームを使用します。床梁や橋梁など、主に一方向に曲がる単純なスパンには I ビームを使用します。自重が軽いためコストが削減されます。柱用途の場合、H ビームは通常、同等の容量の I ビームよりも必要な鋼材が少ないため、より経済的な選択肢となります。
H ビーム サイズ指定の見方
メートル法による H ビームの指定には、断面高さ、フランジ幅、ウェブの厚さ、フランジの厚さの 4 つの寸法がリストされます。単位はすべてミリメートルです。 高さ300×300×10×15 は、幅 300 mm のフランジ、10 mm のウェブ、および 15 mm のフランジを備えた高さ 300 mm のセクションを意味します。断面を比較するときは、曲げ能力の大部分を左右するフランジの厚さと幅を最初に確認してください。ウェブの厚さによって、せん断能力と局所的な座屈抵抗が制御されます。
H ビームのサイズと重量の参照表
理論重量は、断面積（平方メートル）に構造用鋼の密度 7850 kg/m3 を掛けたものです。フライス加工公差にはわずかな変動が生じるため、以下の値は予備的な設計基準として扱ってください。
| 呼び(mm) | 断面高さ (mm) | フランジ幅(mm) | ウェブの厚さ (mm) | フランジ厚さ(mm) | 重量(kg/m) |
|---|---|---|---|---|---|
| 高さ100×100×6×8 | 100 | 100 | 6 | 8 | 17.2 |
| 高さ150×150×7×10 | 150 | 150 | 7 | 10 | 31.1 |
| 高さ200×200×8×12 | 200 | 200 | 8 | 12 | 49.9 |
| H 300 × 300 × 10 × 15 | 300 | 300 | 10 | 15 | 94.0 |
| 高さ400×400×13×21 | 400 | 400 | 13 | 21 | 172.0 |
| 高さ500×200×10×16 | 500 | 200 | 10 | 16 | 89.6 |
| 高さ600×200×11×17 | 600 | 200 | 11 | 17 | 106.0 |
H形鋼の共通規格と鋼種
H ビームはさまざまな地域規格に基づいて製造されているため、その規格を建設現場で使用される設計コードと一致させてください。
| 地域 | 標準 | 共通グレード | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| ヨーロッパ | EN 10025 | S235JR、S275JR、S355JR | S355JR は溶接鋼構造のデフォルトです |
| 米国 | ASTM A992 / A572 | Gr.50 | A992 はワイドフランジ形状をカバーします |
| 中国 | GB/T 11263 | Q235B、Q355B | HW は列に適しています。 HMスーツビーム。 HNは軽いフレームが似合う |
| 日本 | JIS G3101 | SS400、SM490A | SS400は一般的な構造グレードです |
寒冷地向けの衝撃エネルギー要件を確認し、最新の標準版に工場証明書が発行されているかどうかを確認します。一般的な調達リスクは、異なる工場からの同一の化学薬品が同じように機能すると仮定することです。そのため、降伏強さ、引張強さ、伸び、および衝撃値を記載した試験証明書が常に必要になります。
サイズ範囲別の H ビーム用途
H ビーム サイズの実用的な範囲は、建物の規模に直接対応します。
H100～H200
この範囲では、H 形鋼は中二階、低層鉄骨フレーム、階段縦材、機械サポート、およびプレハブ住宅構造物に発生します。軽量なので輸送コストやクレーンの取り扱いコストが低く抑えられます。
高さ250～高さ400
これは、一次柱と垂木、クレーン滑走路梁、橋桁、プラントプラットフォームなど、平屋建ての工業用建物の主力製品です。
H400～H600以上
このクラスの重量セクションは、高層ビルの柱、鉄鋼工場のメインフレーム、タービンホール、大型門型フレームを形成します。港湾設備や送電塔にも規定されています。
圧延 H ビームとビルドアップ H ビームおよび溶接に関する考慮事項
熱間圧延された H ビームは、必要なサイズが工場の標準生産プログラム内に収まる場合に経済的です。プロジェクトで標準以外の深さ、S460 や Q460 などのより高い鋼種、または特定のウェブ対フランジ比が必要な場合、製造業者はビルドアップ H ビーム、つまり 3 枚のプレートを 2 つの連続した縦方向すみ肉溶接で溶接して使用します。
これらの溶接はビーム全長にわたって行われるため、溶接速度と一貫性がコストと歪みの両方に影響します。サブマージ アーク溶接が好まれる方法であり、大手金属構造物メーカーでは 自動溶接への関心が高まっています この長い縫い目のために。 SAW コラムおよびブーム溶接マニピュレータは、一定のアーク速度と移動速度を維持するため、手動溶接に比べてやり直しが少なくなります。
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適切な H ビーム サイズを選択する方法
サイズの推測ではなく、荷重エンベロープから選択を開始します。お住まいの地域にデザイン コードを適用し、次の手順に従います。
- 部材に作用するすべての死荷重、活荷重、風荷重、地震荷重をリストします。
- 各軸の非支持長と支持条件を決定します。
- 曲げ部材の必要な断面係数と慣性モーメント、または圧縮部材の必要な総面積と回転半径を計算します。
- 標準サイズ表を入力し、強度、たわみ、局部座屈制限を満たす最小のセクションを選択します。
- 選択したセクションを軸方向と曲げのチェックを組み合わせて検証します。
- 接続の詳細については、特にエンドプレートまたはモーメント接続について、ウェブとフランジの厚さを確認してください。
- 圧延されたセクションを組立てられたセクションに交換する予定がある場合は、プレートの入手可能性と溶接要件を確認してください。
よくある調達エラーは、大きいほうが安全だと思って、必要以上に重いセクションを注文することです。ビームが重くなると、死荷重、基礎コスト、鋼材の予算が増加し、さらには自重によりたわみが増加する可能性があります。視覚的な直感ではなく、計算結果に基づいて購入してください。
よくある質問
ここでは、構造用 H ビームに関してエンジニアや鉄鋼バイヤーから最もよく寄せられる質問に対する回答を示します。
H ビームと I ビームの主な違いは何ですか?
主な違いはフランジの形状です。 H ビームには幅広の平行フランジがあり、弱軸周りの剛性が高くなります。一方、I ビームは狭いテーパー フランジを持ち、主に一方向の曲げ用に設計されています。柱および双方向モーメント接続には H ビームを選択してください。シンプルな床と屋根のスパンには I ビームを選択してください。
構造用鋼製 H ビームはどれくらいの重量を支えることができますか?
耐荷重は、断面寸法、スパンまたは柱の長さ、鋼種、支持条件、および横ブレースによって異なります。通常の建築条件下では、H 300 × 300 × 10 × 15 の 1 本の柱に数百キロニュートンの荷重を加えることができますが、正確な数値は座屈チェックから導き出す必要があります。経験則に依存するのではなく、常に関連する標準を使用して計算してください。
形鋼H形鋼は溶接できますか?
はい。熱間圧延された H ビームは、シールド メタル アーク、MIG、フラックス入り、およびサブマージ アーク溶接を使用して日常的に溶接されます。ベースグレードに適合するフィラーメタルを使用し、厚いフランジの予熱要件を遵守し、寒い天候条件でジョイントを保護します。
ビルドアップHビームは熱間圧延ビームと同じくらい強度がありますか?
ビルドアップ H ビームは、プレートのグレードが正しく、縦方向の隅肉溶接が全荷重伝達に適したサイズになっており、溶接の品質が検査によって検証されている場合に同等の強度を実現します。組立セクションの主な利点は、圧延機では提供できない標準以外の高さと最適化された板厚を自由に指定できることです。
屋外構造物にはどの鋼種を注文すればよいですか?
寒冷地での露出構造の場合は、S355J2 や Q355D などの衝撃靱性が保証されたグレードを選択してください。加熱された内部構造の場合は、通常、S235JR または Q235B などの標準構造グレードで十分です。ローカル設計コードは、管理される最小要件を設定します。
最終的な推奨事項
すべての H ビームを完全な名称、規格、鋼種、長さで指定し、サプライヤーに 1 メートルあたりの理論重量と関連する規格の許容差を確認するよう依頼してください。標準以外の溶接部については、自動溶接装置を備えた製造ラインを使用して、入熱、真直度、生産性を管理します。選択ルールはシンプルです。セクションを負荷パスに一致させ、計算で検証し、認識された標準に照らして購入します。
