H鋼とは
H鋼とは、軸方向に長く断面がH字の形状をしている鋼材です。
主に構造用として、鉄骨造の建物の柱や梁などに使われます。熱間圧延による形鋼の製造法は1849年にベルギーの鉄鋼会社が特許を取得したことに始まりました。日本でH鋼の生産が始まったのは1960年代以降であり、霞が関ビルで大量に使われてから急速に普及しています。
H鋼の形状・寸法は、JISG3192、JISA5520により規格化され体系が整っています。これ以外にも、薄肉軽量のものから極厚のものまで、鋼材メーカーで生産されている種類は多いです。
H鋼の使用用途
H鋼は耐圧縮力や曲げ耐力が高いため、建築などに幅広く使用されます。H鋼の具体的な使用用途は、以下の通りです。
- 岸壁・ビル・橋梁などの基礎杭
- 高層ビルなどの構造物
- 天井クレーン用のクレーンガーダ
- 工場などにおける鉄骨階段
継手が単純化されることもあって、建築用に急速に普及しています。また、構造用H鋼と基礎柱用H鋼があり、それぞれ用途に応じて使い分けます。
H鋼の原理
H鋼の材料は基本的に鉄であり、一般構造用圧延鋼材 (SS材) や溶接構造用圧延鋼材 (SM材) などを加工して製作します。1994年以降は、建築用に特化した建築構造用圧延鋼材 (SN材) なども使用されています。
SS材はメイン部ではなく小梁などの2次部材に使われ、SM材は溶接する梁に使用されることが多いです。また、SN材は新しい建築用の鋼材で大梁などに使われます。
H鋼は単位重量当たりの曲げ抵抗性が大きいため、経済的な鋼材です。曲げ抵抗性は梁の高さの3乗に比例し、曲げの中心軸からの距離が遠いほど大きくなります。
H鋼はこの観点から理にかなった形状であり、上下のフランジを厚くすることで、さらに曲げ抵抗性を大きくできます。
H鋼の種類
H鋼には、ロールH鋼やビルドH鋼、外法一定H鋼などの種類があります。
1. ロールH鋼
ロールH鋼は、鉄の圧延によってH型に成形された鋼材です。大量生産に適しているため、一般的に市販されているH鋼はロールH鋼です。
2. ビルドH鋼
ビルドH鋼は、鉄板を溶接してH型に成形した鋼材です。板厚や寸法を自由に製造できる点が特徴です。ただし、ロールで圧延するよりも高価な点がデメリットとして挙げられます。
3. 外法一定H鋼
外法一定H鋼は、上端から下端までの幅が一定のH鋼です。スパンの大きな梁などに使用します。
H鋼のその他情報
H鋼の熱間圧延製造
H鋼の熱間圧延による製造法は急速に進歩しており、矩形断面でないH鋼も圧延法で製造が可能です。まず、ブルームと呼ばれる鋼塊の素材を加熱し、溝を有するロールで粗圧延をしてH鋼に近い断面形状にします。
そして、水平ロールと縦ロールを一対ずつ有するユニバーサル圧延機によってH鋼の形状に圧延します。ユニバーサル圧延機はロール位置を変えることにより、フランジやウェブの厚さを比較的容易に変更可能です。
以前はウェブ高さやフランジ幅を変えるにはローラの交換が必要でした。最近では、幅可変の水平ロールを使用することで、ウェブ高さを変える製造法が実用されています。
また、素材についても、鋼塊の工程を省き連続鋳造法によるスラブを直接圧延工程に接続して製造する場合もあります。