多くの企業が、建設や機械用の丈夫で信頼できる鉄鋼部品を探すのに苦労しています。既製のソリューションでは、プロジェクトのニーズを満たせないことがよくあります。構造用鋼の製造は、適切な形状、サイズ、強度を持つカスタムパーツを作成することでこれを解決します。このプロセスの仕組みを知ることで、プロジェクトをよりコントロールできるようになります。
構造用鋼は高層ビルのためだけのものではありません。多くの小型製品やカスタマイズされた製品にも使用されています。この方法は、迅速で費用対効果が高く、適応性に優れています。その仕組みについて説明しよう。
構造材加工とは？
構造用鋼材加工とは、鋼材を切断し、成形し、組み立てて、荷重を支える部品を作ることである。これらの部品は、ビルや工場、その他の大規模プロジェクトの骨組みを形成する。
この工程には、綿密な計画、精密な作業、熟練した労働力が含まれる。これにより、すべての梁、柱、プレートが直面する重量や力に対応できるようになるのです。
一般的なグレードとタイプ
プロジェクトによって必要とされる鋼材の種類は異なる。ここでは、米国で一般的に使用されているものをいくつか紹介する：
- A36:柔らかい低炭素鋼。切断や溶接が容易で、一般的な用途に最適。
- A572:A36より強い。橋梁や頑丈な構造物によく使われる。
- A992:建築によく使われる フレーム.丈夫で、溶接もうまく、圧力にも耐える。
- A500:こちらはチューブ用。丸型、正方形、長方形があります。
その選択は、部品の強度がどの程度必要か、接合や成形の方法によって決まる。
物理的および機械的特性
構造用鋼は重く、頑丈で、長持ちするように作られている。一般的な密度は1立方センチメートルあたり約7.85グラム。そのため、しっかりとした支持に必要な重量がある。ほとんどのタイプは、破断するまでに400メガパスカル以上の応力に耐えることができる。
構造用鋼は荷重を受けると曲がるが、無理に押し込まない限り元の形に戻る。また、熱にゆっくり反応するため、高温や温度変化のある場所でも安定している。
構造用鋼製作の主なステップ
この工程は、未加工の鋼鉄を使用可能な完成部品に変える。各工程では、プロジェクトのニーズに合わせて形状、強度、精度が追加されます。
設計・技術計画
すべては詳細な計画から始まる。エンジニアはCADソフトを使って図面を作成する。図面には寸法、荷重、材料の仕様が示されている。また、各パーツがどのように作られ、どのように接合されるかも計画します。
材料の選択と準備
鋼材は強度、厚さ、用途に応じて選択される。切断する前に、鋼板やプロファイルは洗浄され、チェックされる。
カッティングとシェイピング
レーザーカッター、プラズマカッター、シャーなどの機械が鋼材を切断する。そのため 曲げプレスブレーキは、鋼材を希望する角度やカーブに成形する。
溶接と接合
溶接 は部品をつなぐ。部品のサイズや厚さによっては、次のような方法がある。 ミグ, ティグ、 または 棒溶接 が使われている。
ドリリングとパンチング
穴はボルト、リベット、アクセスポイントのために必要である。 CNCマシンドリル または パンチ これらの穴は適切な場所にある。
表面処理と仕上げ
部品は サンドブラスト, 塗装、コーティング.これにより、鋼鉄は錆や腐食から保護される。
組み立てと検査
部品が適合し、機能することを確認するために、部品が取り付けられる。寸法を再度チェックし、溶接部や接合部の強度をテストする。
配送と現地設置
最終的な部品は梱包され、出荷される。現場では、作業員がボルトで固定したり、溶接したりする。
コアの製造技術
プロジェクトごとに、鋼材の成形や処理にはさまざまな方法が用いられる。ここでは、構造用鋼の加工で最も使用されるものを紹介する。
CNC切断とプラズマ切断
CNC切削は、切削工具をガイドするためにコンピュータ制御を使用します。高い精度と再現性を提供します。
プラズマ切断 は高温ガスで鋼を素早く切り裂く。厚板や不規則な形状の鋼材に有効だ。
ビームドリルとソーイング
ビーム・ドリリングは、ボルト、コネクター、ファスナー用の穴をあけます。Iビーム、チャンネル、アングルに使用される。最新のビームラインは、1パスで複数の穴を開けることができます。
長い梁を長さに合わせて切断するには、鋸が使われる。コールドソーやバンドソーは、熱による歪みが少なく、きれいでまっすぐな切断ができます。
ロボット溶接と手動溶接
ロボット溶接は、大量生産または反復作業に使用されます。安定した品質と迅速な出力が得られます。手作業による溶接は、特注品や現場での作業に使用されます。
熱間圧延と冷間圧延
熱間圧延は高温で鋼を成形する。熱間圧延の方が速く、コストも安い。しかし、表面は粗く、公差は広くなる。
冷間圧延は室温で行われる。より滑らかな仕上げと、より厳しい公差が得られます。冷間圧延鋼は、精度と外観がより重要な場合に使用されます。
亜鉛メッキと粉体塗装
亜鉛メッキは、鉄を錆から守るために亜鉛層を追加します。屋外や水分の多い部品に使用される。
パウダーコーティングは、色と丈夫な仕上げを加えます。スプレーして焼き付けることで、滑らかで耐久性のある表面に仕上がります。
構造用鋼製作の利点
構造用鋼材が広く使用されているのは、一般的な建築物の多くの問題を解決できるからです。構造用鋼は、強度、価値、スピードにおいて、他の材料にはないものを提供します。
強度重量比
スチールは丈夫だが、かさばらない。重すぎることなく高荷重に耐えることができるため、より少ない材料でより長いスパン、より高い構造物を作ることができる。これは、基礎が軽くなり、他の建築要素への負荷が軽減されることも意味します。
大規模プロジェクトにおける費用対効果
鋼材はプロジェクトの規模が大きくなるほど経済的になる。標準的な形状は大量生産が容易で、加工方法も効率的です。材料の無駄が少なく、製作時間が短縮されるため、人件費と総費用が削減されます。
建設スピード
鋼鉄部品はオフサイトで製造され、すぐに設置できる状態で到着するため、建設スケジュールが短縮されます。遅れが少ないということは、プロジェクトの回転が速いということです。また、正確なフィットは、手直しや現場での切断を減らします。
持続可能性
スチールは100%リサイクル可能。強度を失うことなく再利用できる。多くの工場では、新しい梁や板を作るためにリサイクルされた鋼材を使用しています。
デメリットと限界
構造用鋼には多くの利点がある一方で、いくつかの課題もある。これらの問題は、設計と施工の際に管理する必要がある。
腐食のリスク
スチールは湿気や空気に触れると錆びることがある。屋外や湿度の高い環境では、時間の経過とともに構造が弱くなります。塗装や亜鉛メッキのような保護コーティングが必要です。また、損傷を防ぐには定期的な点検とメンテナンスが必要です。
防火要件
鋼鉄は高熱にさらされると強度を失う。保護されていなければ、火災時に崩壊の原因となる。耐火コーティングやクラッディングを追加する必要がある。これらの材料は安全性を高めるが、同時にコストと労力を増加させる。
設備への初期投資
鋼材の加工には、CNC切断機、溶接機、ビーム・ドリルなどの機械が必要だ。工場設立には多額の費用がかかり、設備を稼働させ品質を維持するためには熟練した労働力も必要となる。小規模な事業であれば、アウトソーシングの方が良い選択肢かもしれない。
構造用鋼製作の用途
構造用鋼は様々な分野で使用されています。その強度、柔軟性、設置の速さにより、現代の建築には欠かせない選択肢となっています。
商業ビルと倉庫
鉄骨フレームは、少ない柱で広く開放的な空間を支えるため、オフィス、ショールーム、倉庫などのレイアウト設計が容易になります。また、プレハブ化されたスチールパーツは、時間に制約のあるプロジェクトでの施工をスピードアップします。
橋と交通インフラ
鋼鉄は、橋、トンネル、鉄道システムなどの耐荷重に使用される。重い交通量や過酷な環境にもよく耐える。また、コンクリートでは重すぎたり脆すぎたりするような長いスパンにも最適です。
産業施設および工場
工場、発電所、製油所では、大型機器や広いベイにスチールフレームを使用しています。スチールは振動に強く、重い荷重を支え、将来の拡張やアップグレードを最小限の混乱で可能にします。
スタジアムと公共施設
スポーツ・アリーナ、空港、コンベンション・センターなどでは、広いオープン・エリアや特殊な形状が必要とされることが多い。鉄骨は、湾曲した屋根、広いスパン、高い天井に適しています。また、タイトなスケジュールの公共プロジェクトでは、施工のスピードアップにもつながります。
高層建築とモジュール建築
高層ビルには、強靭でありながら軽量なフレームが必要だ。スチールはその両方を提供する。モジュール建築では、鉄骨のパーツをオフサイトで組み立て、現地で組み立てる。この方法は、建設時間を短縮し、ユニット間の一貫性を向上させます。
構造用鋼製作におけるコスト要因
鋼構造プロジェクトの総費用には、いくつかの要素が影響します。これらを知ることで、予算を立てやすくなり、後で驚くことも少なくなります。
材料費と人件費
鋼材の価格は、等級、サイズ、市場の需要によって異なる。厚いものや特注のものはより高くなる。労働力も重要な役割を果たします。熟練した溶接工、切断工、機械オペレーターは、特に複雑な形状や厳しい公差の場合、コストに上乗せされます。
設備とセットアップ費用
加工にはプラズマカッター、プレスブレーキ、ドリルなどの機械が必要だ。これらの機器を購入し、維持するには、高額な先行投資が必要となる。店舗によっては、特定の工程をアウトソーシングする方が、社内ですべてを処理するよりも安上がりな場合もある。
遅延や再設計に隠れたコスト
プロジェクトの遅れは、すぐにコストを上昇させる。図面の不備、公差の見落とし、出荷ミスなどは、しばしば手戻りにつながります。また、工程後半での再設計は、余分な労働力、材料の無駄、スケジュールの変更を意味します。綿密な計画と品質チェックは、こうした問題を回避するのに役立ちます。
結論
構造用鋼の加工は、未加工の鋼材を建物やインフラストラクチャーのための強固な耐荷重部品に変える。これには、設計、切断、溶接、塗装、組み立てが含まれる。この工法には、高強度、短時間での建設、大規模プロジェクトでのコスト削減など、明確な利点がある。
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その他のリソース
鉄鋼製造におけるCADの理解 – 出典：ベイカー
構造用鋼建物の仕様 – 出典: AISC
ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
