建築用金属梁およびモジュラー鋼橋の建設ガイド

建築プロジェクトで使用される金属梁の種類

建築フレームは、特定のスパン、荷重経路、または接続の詳細にそれぞれ適した、いくつかの圧延および製造された形状を組み合わせています。間違ったプロファイルの選択は、鉄骨の建設中に変更指示が発生する最も一般的な原因の 1 つです。

工場で圧延するのではなく、フランジとウェブのプレートから溶接される組立プレートガーダーは、カタログの標準的な深さが不足するような長いスパンの作業で主に使用されます。これは、モジュール式鋼橋の主桁に最もよく指定されるプロファイルです。これは、製作者が全スパンにわたって一定の断面を使用する代わりに、曲げモーメント図に一致するようにフランジの厚さをセクションごとに調整できるためです。

耐荷重とスパンの計算

特定の梁の許容スパンは、鋼材の降伏強さ、プロファイルの断面係数、適用荷重の組み合わせ (死荷重と活荷重、必要に応じて風力または地震力を追加) の 3 つの入力によって決まります。実際のルールとして、エンジニアは、一般的なオフィスの活荷重 1 平方フィートあたり 50 ポンドに対して、おおよそスパンを 20 で割った深さになるように床梁のサイズを決定し、動きの影響を受けやすい仕上げ材については、たわみがスパンを 360 で割った値以下に収まることを確認します。

以下のグラフは、均一な床荷重の下での一般的な W 形状シリーズの関係を示しており、50 psf の固定荷重で許容スパンが梁の深さに応じてどのように増加するかを示しています。

これらの数値は、標準的なブレース間隔を備えた A992 グレード 50 鋼を想定しており、打ち抜き構造計算の代わりとなるものではなく、例示的なものです。 より深いセクションでは、重量に応じてスパンが線形にスケールされません。 : W10 から W30 に変更すると、許容スパンは約 3 倍になりますが、1 フィートあたりの重量は 2 倍になるだけです。そのため、長いスパンの屋根や橋の床版では、複数の浅い梁を積み重ねるよりも、より深く、スパンに比べて軽いセクションが好まれるのです。

梁の鋼種と材料の選択

グレードの選択はコストとセクションサイズの両方に影響します。 4 つのグレードは、建築およびモジュール式鋼橋の製作作業の大部分をカバーします。

• A36 炭素鋼: 耐力 36,000 psi。コストよりも軽量化が重要なアングル、プレート、二次部材に最も一般的なグレードです。
• A992 グレード 50: 降伏 50,000 psi。2000 年代初頭以降、米国における圧延 W 形状のデフォルトグレードであり、同様の単価で A36 よりも約 39 パーセント高い強度を与えます。
• A572 グレード 50/60/65: プレートガーダーおよび重荷重の橋梁部材に使用される高強度低合金鋼で、最大 65,000 psi の降伏が可能です。
• 耐候性鋼 (A588 タイプ): 安定した酸化物層を形成し、塗装サイクルの繰り返しが不要になります。田舎や高速道路の露出したモジュール式鋼橋桁に広く指定されています。

プロジェクト全体にわたるグレード選択コンパウンドによる軽量化。 30,000 平方フィートの倉庫フレームでは、一次ビームを A36 からグレード 50 に切り替えると、通常、鋼材の総トン数が 12 ～ 18 パーセント削減され、グレード 50 のトン当たり価格は若干高くなりますが、材料費とクレーン時間のコストの両方が削減されます。

防食およびコーティングシステム

コーティングされていない構造用鋼は、一般的な屋外の産業環境では年間約 0.001 ～ 0.005 インチの断面厚さが失われます。そのため、特に水路の近くにある露出した梁やモジュール式鋼橋桁では、コーティングの選択が後付けではなく設計上の決定として扱われます。

溶融亜鉛めっきは、浸漬タンクに適合する 40 フィート未満の梁のデフォルトの選択ですが、現場で適用されるエポキシ/ポリウレタン システムは、タンクの寸法を超える長い板桁や組み立てられたモジュラー鋼橋セクションをカバーします。

製作・溶接・接続方法

工場での金属梁の製造は決まった順序に従って行われますが、順序が重要なのは、順序を外して穴あけや溶接を行うと歪みが生じ、事後の修正に費用がかかるためです。

1. CNC プラズマまたは酸素燃料切断を使用して、フランジおよびウェブ プレートを所定の長さに切断します。通常、切断公差はプラスまたはマイナス 1/16 インチに保たれます。
2. ウェブとフランジのフィッティングおよび仮付け溶接。完全な溶接を開始する前に直角かどうかをチェックします。
3. フル溶接。通常はプレートガーダ上の長い直線のサブマージアーク溶接で、手動のシールド金属アーク溶接よりも速く、欠陥が少なく溶接金属が堆積します。
4. フィールド スプライス プレートと接続アングル用のボルト穴をドリルまたはパンチングし、現場での取り付けを保証するためにショップ テンプレートから位置決めします。
5. 長い桁は荷重がかかると死荷重によるたわみを防ぐために上向きにあらかじめキャンバーされているため、キャンバーの検証と矯正。
6. 出荷前の表面処理とコーティングの塗布。

建築フレームの現場接続では通常、現場溶接ではなく高強度ボルト (A325 または A490 グレード) が使用されます。これは、ボルト接続の方が取り付けが早く、適切なトルクを検査しやすく、建築フレームとモジュラー鋼橋のスプライス継手の両方で予測どおりに機能するためです。

コストの比較: 鉄骨梁 vs コンクリートおよび木材

トン当たりの材料費は全体の一部にすぎません。フレーム領域の平方フィートあたりの設置コストは、ほとんどのプロジェクトで実際に梁の選択を決定する数値です。

耐力壁の撤去や開口部の追加は、ボルト締め鉄骨フレームでは簡単ですが、鋳造コンクリートでははるかに破壊的であるため、長い明確なスパン、タイトなスケジュール、または後で改修の柔軟性が必要なプロジェクトでは、鉄骨が最も決定的に有利です。

保守点検ガイドライン

文書化された検査間隔により、特に交通荷重や気象サイクルの影響を受ける露出梁やモジュール式鋼橋構造の場合、梁の耐用年数が当初の設計想定をはるかに超えて延長されます。

検査中の優先項目には、スプライス接続部でのボルトのトルク、水がたまりやすいビーム端部のコーティング膜の厚さ、ビームが基礎または橋台と接触する支持点での目に見える断面損失などが含まれます。

よくある質問