問い合わせ
Leave Your Message
鉄骨構造梁の設計と製作方法
産業インフラ:開発における5つの重要な要素
2025年3月17日
鋼板を溶接して作られる複合梁。一般的に使用される溶接複合梁は、H形断面と箱形断面である。H形断面梁は最も広く使用されており、製造工程も簡便である。一方、箱形断面梁の製造工程はより複雑で、材料ロスも大きいが、曲げ強度とねじり強度に優れている。
鉄骨構造梁

鋼構造梁の設計手順:

構造スキームを決定する:
使用要件に基づき、構造物の平面形状、サイズ、使用荷重、階高、天井高などの要件を決定します。次に、複数の異なる梁格子配置形式を選択し、予備設計と技術的・経済的な比較を行います。最後に、最適な梁格子構造配置形式を選択し、主梁と副梁の荷重、スパン、間隔、最大許容高さなどを決定します。

梁の高さを決定する:

梁の経済的な高さは、経済状況に基づいて決定されます。シャフトの最小寸法は、梁の剛性条件に基づいて決定され、製造工程および使用における最大許容高さが考慮されます。シャフトの設計高さは、慎重な検討を経て最初に決定されます。

梁の断面選定:

梁の高さが決定された後、梁の荷重とスパンに基づいて梁の最大曲げモーメントを求めます。次に、梁の垂直応力強度が十分に発揮される条件に基づいて、梁のウェブ厚、フランジ幅、フランジ厚を選定します。

梁の強度を確認してください。
梁の以下の箇所を点検する必要があります。曲げモーメントが最も大きい箇所、断面が弱くなっている箇所、断面が変化する箇所、集中荷重がかかっているが横方向の補強材がない箇所、せん断力が最大となる箇所、せん断力と曲げモーメントの両方が大きい箇所。あらゆる箇所において、通常のせん断応力と変換応力が強度設計値を超えてはなりません。さらに、フランジとウェブ間の溶接部の強度、および接合部における接続溶接部または高強度ボルトの強度も確認する必要があります。

梁全体の安定性を確認してください。
梁によっては、断面の最大垂直応力、せん断応力、変換応力が鋼材の設計強度値よりも低い場合でも、荷重がかかっていることがあります。しかし、梁の変形は突然元の曲げ変形面から逸脱し、横方向の曲げとねじりが同時に発生します。これは梁の全体座屈と呼ばれます。梁全体の不安定性の深刻さには十分注意を払う必要があります。突然の不安定化破壊は脆性破壊と同じ結果をもたらし、事前の警告はありません。構造設計を決定し、梁の断面を選択する際には、梁の全体的な不安定性の可能性を防止する必要があります。問題がチェック計算で判明するまで待つのは非経済的であり、梁の断面を大きくするには手遅れです。
梁全体の不安定性の主な原因は、横方向の剛性が不十分であること、ねじり剛性が小さすぎること、横方向の支持点間の距離が大きすぎることなどである。したがって、設計においては梁が安定性を失わないようにする必要がある。

梁の剛性を確認してください。
梁のたわみが大きすぎると、人に不快感を与えたり、危険な状況を引き起こしたり、機器の正常な使用に支障をきたしたりすることがあります。さらに、クレーン桁のたわみが大きすぎると、クレーンが上り坂をしばらく走行し、下り坂をしばらく走行する状態になり、走行が困難になるだけでなく、クレーンのエネルギー消費量も増加します。
工程条件や使用要件に応じて、梁のたわみとスパンの比は制限されるべきである。規格では、様々な用途の梁について、許容される最大比が規定されている。梁のサイズを選定する際には、剛性条件から得られる最小高さが考慮されている。一般的に、剛性チェック計算は要求事項を満たすことができる。

梁の局所的な安定性を確認してください。
梁の圧縮フランジの幅と厚さの比が大きすぎる場合、またはウェブの高さと厚さのバランスが大きすぎる場合、応力過程において局部座屈(局所不安定性)が発生します。圧縮フランジが局部的に不安定にならないようにするには、フランジの幅と厚さの比が規定の要件を満たす必要があります。この要件は、断面を選定する際に満たされなければなりません。ウェブについては、局部安定性を失わないように、補強材を用いてウェブをより小さなセルに分割することがよくあります。さらに、補強材の断面サイズと剛性も設計および検証する必要があります。

構造設計:
梁の断面形状の変化、接合部や設置​​部の位置、梁同士の接続、梁の支持構造、アンカー接続などについても、項目ごとに慎重に検討し、設計し、確認する必要があります。

鉄骨構造梁の製作
切断:まず、設計寸法と形状に従って鋼梁のウェブとフランジを切断します。切断装置には通常、プラズマ切断機または火炎切断機が使用されます。
組み立て:切断した鋼板は、まずH形や箱形などの設計形状に固定する必要があります。本体は、鋼構造組立機を使用して、ウェブとフランジを電気溶接で固定します。
溶接:鋼梁の組み立て後、溶接が必要となります。溶接は通常、サブマージアーク溶接で行われます。溶接では、強固な溶接、亀裂や欠陥のない溶接、および関連規格・仕様の要件を満たすことが求められます。溶接後の歪みは、炎または装置を用いて修正する必要があります。
加工:溶接鋼梁の深加工。穿孔、切断、溶接補強材、エンドプレートの取り付けなどを含む。
表面処理:鋼材の錆びや腐食を防ぐための、錆取り、塗装、溶融亜鉛めっきなどの表面処理。

鋼梁の輸送と接合
輸送条件に制約があるため、梁は工場で分割して製造され、建設現場に運ばれた後、現場で接合されます。これを現場接合と呼びます。鋼材の寸法が不十分な場合、製造工場で梁の個々の部材を延長または拡幅して接合する方法を工場接合と呼びます。接合部は梁の強度を弱めることなく、変形の連続性を確保する必要があります。
複合梁の工場での接合では、フランジ板とウェブの接合部を異なるセクションに分散させる必要があります。輸送を容易にするため、現場での接合時にはフランジ板とウェブ板の接合部を同じ場所に配置できますが、応力の少ない部分に配置する必要があります。接合方法は一般的に溝付き突合せ溶接接続を採用しており、労力と材料を節約できます。ただし、建設現場での重量梁の接合においては、接合板用の高強度ボルトを使用することで、接合品質と梁の動的性能を向上させることができます。

鋼梁の設置要件

鉄骨梁は現場で整然と積み重ね、各層の鉄骨梁の中央に枕木を配置する必要があります。鉄骨梁の吊り上げ用吊り上げポイントは、鉄骨梁の重心の両側に2箇所選定します。2つの吊り上げポイントと中央スパンとの距離は800mmとし、鉄骨梁の長さに応じて吊り上げポイント間の距離を適切に広げる必要があります。
安全性を確保し、鋼桁の鋭利なエッジがワイヤーロープを切断するのを防ぐため、ワイヤーロープは保護しなければならない。スリングの角度は45度以上とする。
鋼梁を吊り上げる前に、鋼梁に安全ロープを取り付ける必要があります。 吊り上げるときは、鋼梁の両端に 2 本のスライドロープを掛けます。 2 人がそれぞれ 2 本のスライドロープを持ちます。 鋼梁はゆっくりと吊り上げなければなりません。 安全を確保するため、作業員は梁の真下に立ってはなりません。 鋼梁の両端に高強度ボルト用の専用布袋を置きます。 鋼梁が所定の位置より上に吊り上げられたら、鋼梁は所定の位置にあります。 鋼梁の落下速度は 3m/分に制御されます。 鋼梁の設置準備のため、両端に 2 人の設置作業員を配置します。 鋼桁が所定の位置に近づいたら、2 人の設置作業員が鋼桁の上部フランジを手で持ち、所定の位置に引きずり込み、高強度ボルトを取り付ける準備をします。