スチールフレームのご紹介

鉄骨フレームは、垂直の鉄骨柱と水平の I ビームの「スケルトン フレーム」を使用した建築技術であり、すべてフレームに取り付けられた建物の床、屋根、壁を支えるために長方形のグリッドで構築されます。この技術の開発により、超高層ビルの建設が可能になりました。

圧延鋼の「プロファイル」または鋼柱の断面は、文字「I」の形をしています。柱の 2 つの幅広フランジは、梁のフランジよりも厚く幅が広いため、構造の圧縮応力によりよく耐えられます。スチール製の四角形および円形の管状部分も使用でき、多くの場合コンクリートで満たされています。スチール製の梁は、ボルトとネジ留め具で柱に接続されており、歴史的にはリベットで接続されています。スチール I ビームの中央の「ウェブ」は、ビームで発生する高い曲げモーメントに抵抗するために、柱ウェブよりも幅が広いことがよくあります。

スチールデッキの幅広シートを使用して、鉄骨フレームの上部を「型」または波形の型として覆い、コンクリートと鉄筋の厚い層の下に置くことができます。別の一般的な代替案は、何らかの形のコンクリート トッピングを備えたプレキャスト コンクリート フローリング ユニットの床です。多くの場合、オフィス ビルでは、最終的な床面は何らかの形式のフリーアクセス フロア システムによって提供され、歩行面と構造床の間の空隙がケーブルと空気処理ダクトに使用されます。

鋼は高温で軟化し、建物の一部が崩壊する可能性があるため、フレームを火災から保護する必要があります。柱の場合、これは通常、石積み、コンクリート、または石膏ボードなどの何らかの形の耐火構造でそれを包むことによって行われます。梁は、コンクリート、石膏ボード、またはコーティングを吹き付けて火の熱から断熱するか、耐火性の天井構造で保護することができます。アスベストは、アスベスト繊維の健康リスクが完全に理解される前の 1970 年代初頭まで、鉄骨構造の耐火材料として一般的に使用されていました。

建物の外部「スキン」は、さまざまな建設技術を使用し、多種多様な建築様式に従ってフレームに固定されています。レンガ、石、鉄筋コンクリート、建築用ガラス、板金、および単純な塗料がフレームを覆い、天候から鋼を保護するために使用されてきました。
冷間成形された鉄骨フレームは、軽量鉄骨フレーム (LSF) としても知られています。

亜鉛メッキ鋼の薄いシートは、住宅用、商業用、産業用の両方の建設プロジェクトで、外壁と隔壁の両方の構造用または非構造用の建築材料として使用するために、スチール スタッドに冷間成形できます (写真)。部屋の寸法は、各部屋の輪郭を描くために床と天井に固定された水平トラックで確立されます。垂直スタッドはトラックに配置され、通常は 16 インチ (410 mm) の間隔で配置され、上部と下部で固定されます。

住宅建設で使用される典型的なプロファイルは、C 型スタッドと U 型トラック、およびその他のさまざまなプロファイルです。骨組み部材は、一般に 12 ～ 25 ゲージの厚さで製造されます。12 ゲージや 14 ゲージなどのヘビー ゲージは、耐荷重構造などで (部材の長さに平行な) 軸方向荷重が高い場合に一般的に使用されます。16 ゲージや 18 ゲージなどの中重ゲージは、海岸沿いのハリケーンの風荷重に抵抗する必要がある外壁スタッドなど、軸方向の荷重はなく、(部材に垂直な) 横方向の荷重が大きい場合に一般的に使用されます。25 ゲージなどの軽量ゲージは、部材が部屋の間の壁を解体するための骨組みとして機能する内装工事など、軸方向の負荷がなく、横方向の負荷が非常に軽い場合に一般的に使用されます。壁の仕上げはスタッドの 2 つのフランジ側に固定され、厚さは 1+1⁄4 から 3 インチ (32 から 76 mm) まで変化し、ウェブの幅は 1+5⁄8 から 14 インチ (41 356mmまで）。電気配線へのアクセスを提供するために、ウェブから長方形のセクションが削除されます。

製鉄所は、冷間成形鋼プロファイルを製造するための基礎材料である亜鉛めっき鋼板を製造します。鋼板は、フレームに使用される最終プロファイルにロール成形されます。シートは、酸化と腐食を防ぐために亜鉛メッキ (亜鉛メッキ) されています。スチール フレームは、スチールの強度と重量の比率が高いため、優れた設計柔軟性を提供します。これにより、長距離にまたがり、風や地震の負荷にも耐えることができます。

スチールフレームの壁は、優れた熱特性と音響特性を提供するように設計できます。冷間成形鋼を使用して建物を構築する際の特定の考慮事項の 1 つは、外部環境と室内の空調スペースの間の壁システム全体で熱ブリッジが発生する可能性があることです。熱ブリッジは、鉄骨フレームに沿って外部固定断熱材の層を設置することで保護できます。これは通常、「サーマル ブレーク」と呼ばれます。

スタッド間の間隔は、設計された荷重要件に応じて、家の外壁と内壁の中心で通常 16 インチです。オフィス スイートでは、エレベーターと階段の吹き抜けを除くすべての壁の間隔は、中央で 24 インチ (610 mm) です。

構造上の目的で鉄の代わりに鋼を使用することは、当初はゆっくりとしたものでした。最初の鉄骨の建物であるディザリントン フラックス ミル (Ditherington Flax Mill) は 1797 年に建設されたが、 1855 年のベッセマー プロセスの開発までは、 鉄鋼生産が十分に効率的になり、 鋼が広く使用される材料になった。引張強度と圧縮強度が高く、延性に優れた安価な鋼が 1870 年頃から入手可能になったが、主にアルカリ鉱石から鋼を製造する際の問題により、錬鉄と鋳鉄が鉄ベースの建築製品の需要のほとんどを満たし続けた。主にリンの存在によって引き起こされるこれらの問題は、1879 年にシドニー・ギルクリスト・トーマスによって解決されました。

信頼性の高い軟鋼に基づく建設の時代が始まったのは 1880 年のことでした。その日までに、生産される鋼の品質は合理的に安定していた[1]。

1885 年に完成した住宅保険ビルは、スケルトン フレーム構造を使用した最初の建物であり、石積みのクラッディングの耐荷重機能を完全に取り除きました。この場合、鉄の柱は単に壁に埋め込まれているだけであり、特に風荷重の場合、それらの耐荷重は石積みの耐荷重に次ぐように見えます。米国で最初の鉄骨造の建物は、1890 年に建てられたシカゴのランド マクナリー ビルでした。