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建築士の必要知識 技術的知識 構造材料の特性と品質「鋼材(炭素鋼)」 <トップページ>へ |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞ 鋼材のことを一般名称としては「鉄骨」と言いますが，建築基準法上もＪＩＳ規格上も「鉄骨」という名の材料はありません。基準法上は「鉄骨造」とか「鉄骨造の建築物」という用語は使われますが，材料として使う場合は，「鉄骨」とは言わず，「鋼材」「鋳鉄」という用語が使われています。また，「鋼材」は，「炭素鋼」または「ステンレス鋼」の総称として使われています。 令第６４条 鉄骨造の建築物の構造耐力上主要な部分の材料は、炭素鋼若しくはステンレス鋼（この節において「鋼材」という。）又は鋳鉄としなければならない。 |
<関連情報> <鉄筋の品質> <型枠の品質> |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞ 鋼材(炭素鋼)の品質について解説します。 鋼材(炭素鋼)の品質を示す言葉として最も一般的なものは，「ＳＳ４００」です。それ以外にも，ＳＭ４９０，ＳＮ４００，ＳＴＫＲ４００などの名称があります。ＳＳ４００という言葉はあまりにも普及していますから，改めて「ＳＳ４００とは何？」と質問すると戸惑ったりします。ＳＳ４００とは，日本工業規格ＪＩＳＧ３１０１で規定される一般構造用圧延鋼材の「種類の記号」のひとつです。 |
<鋼材の解説> 鋼材のことなら「一般社団法人 日本鉄鋼連盟」の「鉄鋼製品と適用技術->建築」に，建築分野で使用する鋼材のことがわかりやすく解説してあります。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞ ＪＩＳ規格では，「鋼材」という規格は定められておらず，鋼材を「一般構造用圧延鋼材」「溶接構造用圧延鋼材」などいくつもの名称に分離して品質を規定しています。その中で，建築基準法第３７条で指定材料として認められている鋼材(炭素鋼)のＪＩＳ規格上の品質は，次のものです。 鋼管ぐい：ＪＩＳＡ５５２５ Ｈ形鋼ぐい：ＪＩＳＡ５５２６ 普通レール及び分岐器類用鋼材：ＪＩＳＥ１１０ 軽レール：ＪＩＳＥ１１０３ 一般構造用圧延鋼材：ＪＩＳＧ３１０１ 溶接構造用圧延鋼材：ＪＩＳＧ３１０６ 溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材：ＪＩＳＡ３１１４ 建築構造用圧延鋼材：ＪＩＳＧ３１３６ 建築構造用圧延棒鋼：ＪＩＳＧ３１３８ 溶融亜鉛めっき鋼板及び鋼帯：ＪＩＳＧ３３０２ 塗装溶融亜鉛めっき鋼板及び鋼帯：ＪＩＳＧ３３１２ 溶融五十五％アルミニウム－亜鉛合金めっき鋼板及び鋼帯：ＪＩＳＧ３３２１ 塗装溶融五十五％アルミニウム－亜鉛合金めっき鋼板及び鋼帯：ＪＩＳＧ３３２２ 一般構造用軽量形鋼：ＪＩＳＧ３３５０ デッキプレート：ＪＩＳＧ３３５２ 一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼：ＪＩＳＧ３３５３ 一般構造用炭素鋼管：ＪＩＳＧ３４４４ 一般構造用角形鋼管：ＪＩＳＧ３４６６ 建築構造用炭素鋼管：ＪＩＳＧ３４７５ |
<鋼材メーカー資料> 「建設用資材ハンドブック」(新日鉄住金㈱)約15メガ 「鋼構造設計便覧」(ＪＦＥスチール㈱) <鋼材断面と断面性能> どの寸法の鋼材があって，その断面の断面性能がいくらであるかを解説した便利なＨＰがあります。 このＨＰでは，許容応力度の計算もできます。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞ ＜一般構造用圧延鋼材＞ 一般構造用圧延鋼材は，ＪＩＳＧ３１０１で規定されています。このＪＩＳで規定される鋼材の「種類の記号」のひとつが「ＳＳ４００」です。他には，ＳＳ３３０，ＳＳ４９０，ＳＳ５４０がありますから，ＪＩＳＧ３１０１で４種類の鋼材を定義しています。ただ，建築分野で使われるものとしてはＳＳ４００のみでしょう。 ＪＩＳＧ３１０１でＳＳ４００と言ったら次のような鉄骨を指すことになります。 化学成分：リンと硫黄について成分の上限を規定 降伏点または耐力：235Ｎ/mm2以上(厚さ40mm以下)，215Ｎ/mm2(厚さ40未満)以上 引張強さ：400～510Ｎ/mm2 ←ＳＳ４００の４００はここからきている。 伸び：21％以上(鋼板，鋼帯，平鋼，形鋼で厚さ5mm以下)，17％以上(同 厚さ5mmを超え16mm以下) これらに加えて，Ｈ形鋼などの形状，寸法，質量及び許容差が規定されています。形状，寸法，質量及び許容差は，ＪＩＳＧ３１０１でＪＩＳＧ３１９１から３１９４が指定されていて，ここで規定されています。 ＪＩＳＧ３１９１から３１９４で規定されているもの。
ここで言う寸法とは，断面形状の寸法も指すが，鋼材の長さも指します。それぞれに許容差も決まっています。ここでは，断面積を算出するための算出式や単位長さ質量を算出する時の比重(0.785kg/cm3・m)も示されています。しかも，ＪＩＳＧ３１９２では，断面積，単位長さ質量，重心の位置，断面2次半径，重心の位置，断面２次モーメント，断面２次半径，断面係数も示されています。 以上のように，「ＳＳ４００」とは，鋼の部分の材料特性のみを指すものではなく，断面形状なども含めて品質が規定されたものを指します。素材としてＳＳ４００の能力を持つ鋼でハート形の断面を持つ鋼材を作ったとしてもそれはＳＳ４００とは呼ばれません。 |
<各鋼材の断面形状> 各鋼材の断面形状はこちらです。 <各鋼材の断面形状> 縞鋼板：鋼板の表面に凹凸をつけて滑りにくくしたものが縞鋼板です。縞鋼板を規定するＪＩＳ規格はありません。強度はＳＳ４００が準用されますが，強度は保障されていません。 <鋼材の比重> 一般構造用圧延鋼材の比重は，7.85とすることがJISG3101の下のJISG3192などで規定されています。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞ ＜溶接構造用圧延鋼材＞ 実は，近年では，建築分野で使われる鋼材の主流は，ＳＳ４００以外のものに移りつつあります。ここからはＳＳ４００と比較しながらそれ以外の鋼材を解説します。 最初は，溶接構造用圧延鋼材です。これはＪＩＳＧ３１０６で規定されています。ＳＳ４００よりも溶接性を高めたものです。鋼材の「種類の記号」には，ＳＭ４００Ａ，ＳＭ４００Ｂ，ＳＭ４００Ｃ，ＳＭ４９０Ａ，ＳＭ４９０Ｂ，ＳＭ４９０Ｃ，ＳＭ４９０ＹＡ，ＳＭ４９０ＹＢ，ＳＭ５２０Ｂ，ＳＭ５２０Ｃ，ＳＭ５７０があります。 ＳＳ４００との違いは，まず 化学成分の上限として，リンと硫黄のみではなく，炭素，ケイ素，マグネシウムを規定していること。 溶接割れ感受性組成を規定していること。 などです。 伸びは，ＳＳ４００よりも若干だけ大きくなっています。また，末尾がＢとＣについてはシャルピー吸収エネルギーを規定しています。
形状，寸法，質量及びその許容差は，ＳＳ４００と同じ。ただし，ＪＩＳＧ３１９１が適用されていないので，鋼棒とバーインコイルがありません。 |
<こぼれ話> 日本で流通している鋼材はＪＩＳ規格の鋼材です。国際的に流通している鋼材はＩＳＯ規格でして，断面寸法が違っています。ＩＳＯの断面寸法はＪＩＳ規格の末尾の付属書に書かれています。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜建築構造用圧延鋼材＞ 次は，建築構造用圧延鋼材です。これまで主流だった一般構造用圧延鋼材(ＳＳ材)に代わって今後の建築分野における主流になるであろう鋼材です。名前からして建築用に作られたものです。これはＪＩＳＧ３１３６に規定されています。鋼材の「種類の記号」には，ＳＮ４００Ａ，ＳＮ４００Ｂ，ＳＮ４００Ｃ，ＳＮ４９０Ｂ，ＳＮ４９０Ｃがあります。 ＳＭ材との違いは， 化学成分が若干違うこと。 伸びも若干違うこと。 シャルピー吸収エネルギーは，Ｂ材，Ｃ材について一律に２７以上であること。 など，若干の違いがありますが，大きく違うのは，次の３点です。 ① 厚さの許容差のマイナス側を厳しくしていること ② Ｂ材，Ｃ材の厚さ１２㎜以上のものについて，降伏比８０％以下を規定していること ③ Ｃ材については，板厚方向の特性を規定していること ④ ＳＭ材ではＳＭ５７０のみについて炭素当量と溶接割れ感受性組成を規定しているが，ＳＮ材では，Ｂ材，Ｃ材についてすべて規定していること 「許容差」については，厚さ6mm以上16mm未満は，-0.3mm，16mm以上は-1.5mmというようになっています。「降伏比」とは，引張強さに対する降伏点の比で，それを８０％以下にしているというのは，降伏点に上限を設けていることになります。 形状，寸法，質量及びその許容差は，ＳＭ材と同じ。つまり，鋼棒とバーインコイルがないだけです。 ＳＮ材は，板厚のマイナス側の許容差を少なくしたもので，精度が要求される建築構造物のために作られたものです。末尾のＡ，Ｂ，Ｃの使い分けは，Ａはシャルピー吸収エネルギーの規定がありませんから溶接接合のない部材に，Ｂ，Ｃは溶接接合のあるもので，さらに，Ｃは板厚方向の性状を安定させたものなのでベースプレートやダイヤフラムなどのように板厚方向に引っ張り応力が作用する部分に使用します。 |
<降伏比８０％以下を規定する意味> 例えば，ＳＮ４００Ｂの降伏点は，235N/mm2以上と規定されています。235をぎりぎりでクリアーした鋼材と235よりもかなり大きい鋼材とでは，どっちの性能がいいと思われますか。「それは強い方がいいに決まっている」と思われがちですが，単純にそうとは言い切れません。 「強い方がいい」のは，降伏点の高さに応じて引張強さも強い場合のことです。降伏点だけが高くて引張強さが降伏点よりもわずかに強いだけだった場合，降伏点を過ぎたらすぐに引張強さに到達してしまい，十分な塑性変形が得られなくなるという欠点を生じます。これを避けるために，「降伏比を８０％以下」つまり，降伏点に上限を設けています。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜建築構造用圧延棒鋼＞ 一般構造用圧延鋼材(いわゆるＳＳ材)はＪＩＳＧ３１０１の中でＨ形鋼などの形鋼と丸鋼などの棒鋼を規定していますが，上の「建築構造用圧延鋼材(いわゆるＳＮ材)」のＪＩＳＧ３１３６では，形鋼のみを規定して棒鋼を規定していません。いわゆるＳＮ材の棒鋼の品質を規定しているのがＪＩＳＧ３１３８です。 棒鋼の「種類の記号」には，ＳＮＲ４００Ａ，ＳＮＲ４００Ｂ，ＳＮＲ４９０Ｂの３種類です。すべて「ＳＮＲ」がつきますから，「ＳＮＲ材」と呼ぶのが正解です。 「ＳＮ材」と「ＳＮＲ材」は，化学成分，炭素当量及び溶接割れ感受性組成が同じで，降伏点，引っ張り強さも同じ。伸びだけが若干違いますが，基本的に同じ素材であるといっていいものです。ＳＮ材の特徴である「降伏比８０％以下」も１２㎜以上のＢ材について同じように規定されています。 次に，「ＳＳ材の棒鋼」と「ＳＮＲ材の棒鋼」の違いは，大きなことは次の２点です。 ① 径または対辺距離の許容差のマイナス側を厳しくしていること ② Ｂ材の径または対辺距離の１２㎜以上のものについて，降伏比８０％以下を規定していること ③ Ｂ材では，溶接割れ感受性組成やシャルピー吸収エネルギーを規定していること 主な違いは，この３つで，断面形状は，ＳＳ材と同じＪＩＳＧ３１９１を規定していますから，同じ断面です。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜溶接構造用対候性熱間圧延鋼材＞ 溶接構造用圧延鋼材(ＳＭ材)に銅，クロム，ニッケルを配合することで錆びにくくしたものです。これはＪＩＳＧ３１１４に規定されています。鋼材の「種類の記号」には，ＳＭＡ４００ＡＷ，ＳＭＡ４００ＢＷ，ＳＭＡ４００ＣＷ，ＳＭＡ４００ＡＰ，ＳＭＡ４００ＢＰ，ＳＭＡ４００ＣＰ，ＳＭＡ４９０ＡＷ，ＳＭＡ４９０ＢＷ，ＳＭＡ４９０ＣＷ，ＳＭＡ４９０ＡＰ，ＳＭＡ４９０ＢＰ，ＳＭＡ４９０ＣＰ，ＳＭＡ５７０Ｗ，ＳＭＡ５７０Ｐがあります。 形状，寸法，質量及びその許容差は，ＳＭ材と同じ。つまり，鋼棒とバーインコイルがないだけです。 建築分野ではあまり使わないとは思います。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜一般構造用軽量形鋼＞ 一般構造用軽量形鋼は，一般構造用圧延鋼材(ＳＳ材)とならんで建築分野でよく使用される鋼材です。比較的薄い鋼板(1.6mm以上，6.0mm以下)を冷間整形して作った鋼材です。これはＪＩＳＧ３３５０に規定されています。鋼材の「種類の記号」は，ＳＳＣ４００のみです。素材となっている鋼板は一般構造用鋼材(ＳＳ材)のＳＳ４００の鋼板です。これは正確に言えばちょっとだけ違うのですがＳＳ４００の鋼板にほぼ一致するものと思ってもいいです。 形状，寸法，質量及びその許容差は，このＪＩＳ内で定義されています。定義されている断面形状は，軽溝形鋼，軽Ｚ形鋼，軽山形鋼，リップ溝形鋼，リップＺ形鋼，ハット形鋼の６種類です。 一般構造用軽量形鋼でもっとも馴染のあるものが，リップ溝形鋼100×50×20×2.3です。胴縁や母屋などによく使われて，「Ｃチャン」と呼ばれるものです。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼＞ 一般構造用溶接軽量Ｈ形鋼は，建築分野ではあまり使用されていません。比較的薄い鋼板(1.6mm以上，12.0mm以下)を溶接してＨ形に作った鋼材です。これはＪＩＳＧ３３５３に規定されています。鋼材の「種類の記号」は，ＳＷＨ４００とＳＷＨ４００Ｌです。ＳＷＨ４００Ｌは軽量リップＨ形鋼です。素材となっている鋼板は溶接構造用圧延鋼材(ＳＭ材)のＳＭ４００Ｂに近い化学成分になっています。 形状，寸法，質量及びその許容差は，このＪＩＳ内で定義されています。定義されている断面形状は，軽量Ｈ形鋼，軽量リップＨ形鋼の２種類です。 建築基準法上で許容応力度は，定められていて，値はＳＳ４００などと同じです。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜一般構造用炭素鋼鋼管＞ 一般構造用炭素鋼鋼管は，足場材や階段の手すりなど，建築分野でよく使われる鋼材です。これはＪＩＳＧ３４４４に規定されています。直径21.7㎜のものから直径１ｍのものまで規定されています。鋼材の「種類の記号」は，ＳＴＫ２９０，ＳＴＫ４００，ＳＴＫ４９０，ＳＴＫ５００，ＳＴＫ５４０の５種類です。このうち，建築基準法上で許容応力度が定められているのは，ＳＴＫ４００とＳＴＫ４９０で，ＳＳ４００，ＳＭ４９０と同じ値です。素材となっている鋼板はＳＳ材ともＳＭ材とも異なる化学成分になっています。溶接性は規定されていません。 形状，寸法，質量及びその許容差は，このＪＩＳ内で定義されています。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜一般構造用角形鋼管＞ 一般構造用角形鋼管は，柱材として，建築分野でよく使われる鋼材です。これはＪＩＳＧ３４６６に規定されています。一辺40㎜から350㎜の正方形断面のものと，50×20から400×200の長方形断面のものがあります。鋼材の「種類の記号」は，ＳＴＫＲ４００，ＳＴＫＲ４９０の２種類です。建築基準法上で許容応力度が定められていて，ＳＴＫＲ４００とＳＴＫＲ４９０について，それぞれＳＳ４００，ＳＭ４９０と同じ値です。素材となっている鋼板はＳＳ材ともＳＭ材とも異なる化学成分になっています。溶接性は規定されていません。 形状，寸法，質量及びその許容差は，このＪＩＳ内で定義されています。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜建築構造用炭素鋼鋼管＞ 建築構造用炭素鋼鋼管という鋼材があることを，私ははじめて知りました。現状(2013年)では建築分野であまり使われていないと思います。ＪＩＳＧ３４７５に規定されています。直径114.3㎜から１ｍまでのものがあります。一般構造用炭素鋼鋼管(ＳＴＫ材)の特性に溶接性を加えて，さらに，断面寸法のマイナス側の許容差を厳しくしたものです。鋼材の「種類の記号」は，ＳＴＫＮ４００Ｗ，ＳＴＫＮ４００Ｂ，ＳＴＫＮ４９０Ｂの３種類です。建築基準法上で許容応力度が定められていて，それぞれＳＳ４００，ＳＭ４９０と同じ値です。素材となっている鋼板はＳＳ材ともＳＭ材とも異なる化学成分になっています。 形状，寸法，質量及びその許容差は，このＪＩＳ内で定義されています。 |
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＜技術的知識＞＜構造材料の特性と品質＞＜鋼材(炭素鋼)＞＜ＪＩＳ以外の鋼材＞ このページでは，ＪＩＳで規定されている鋼材を解説してきましたが，近年では，ＪＩＳで規定されていない鋼材が多用されるようになってきました。 その代表格が「冷間成形角形鋼管」です。他には「耐火鋼」や「低降伏点鋼」などあります。<ＪＩＳ以外の鋼材についてこちら>で解説します。 |
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[このページの公開年月日]２０１２年６月１日
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