鋼材の種類と形状(アングル・チャンネル・H形鋼などの形鋼)

機械/機械の基礎機械の基礎の3本目(全3本)公開更新広告

アングル、チャンネルなどの一般流通鋼材は形鋼(かたこう)と呼ばれます。

それぞれの名前が断面形状を意味していることが特徴です。

形鋼17種類の断面を同じ縮尺で並べた一覧。溝形、軽溝形、リップ溝形、H形、I形、CT形、等辺・不等辺・不等辺不等厚の山形、軽Z形、リップZ形、丸鋼、角鋼、平鋼、鋼管、角鋼管
形鋼の断面一覧(同じ縮尺。薄い板を曲げた軽量形鋼は黒く塗った)
この記事の内容
  1. 製法による違い
  2. C形状の形鋼
  3. H形状の形鋼
  4. L形状の形鋼
  5. Z形状の形鋼
  6. 塊金属材
  7. 管材
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製法による違い

形鋼は初めに、形状ではなく製法による分類ができます。

熱間加工、冷間加工それぞれの特徴を押さえておきます。

重量形鋼(熱間加工)

鋼片を熱間で、つまり900〜1,250℃ほどの高い温度に熱して圧延加工した形鋼です。

熱間圧延加工は加工性が高いため低コストで製造できます。

基本的に形鋼は重量形鋼になります。

また黒皮という酸化膜も形成されており表面は防錆性能を持っています。

ただし切断、溶接を行った場合は金属表面が露出するため塗装による防錆処理が必要です。

軽量形鋼(冷間加工)

薄板や帯鋼を冷間で、つまり室温程度の低い温度でロール成形加工(ロールフォーミング)した形鋼です。

成形性や寸法精度が高いことが特徴です。

ただし使用材料の関係から肉厚が薄くなってしまいます。

名前の通り軽量ですのでコストダウン用途でも用いられます。

C形状の形鋼

断面がコの字になっており、1方向からのみアクセス可能な溝ができています。

片側が十分に空いており他の形鋼と比べて施工性が高いことが特徴です。

ただし形状の関係から重心位置が断面中心から少しずれる点に注意が必要です。

高さ100mm・幅50mmの溝形鋼、軽溝形鋼、リップ溝形鋼の断面を同じ縮尺で並べた図。H、B、A、C、t1、t2、t の寸法の取り方を示す
C 形状の3種(同じ縮尺)。溝形鋼は厚く、軽溝形鋼とリップ溝形鋼は薄板を曲げたもの

溝形鋼(チャンネル鋼)

断面がコの字形状をしています。

手袋をした手で持ち上げた灰色の溝形鋼。平らな面の上下の縁がこちら側へ折れ曲がっている
取り付ける前の溝形鋼。コの字の内側から見ていて、上下の縁がフランジ(写真:DVIDS)

建築、機械の幅広い箇所で使用される汎用品です。

重心がずれている(偏心している)ため、梁や柱に使う際は注意が必要です。

構造材として使用する際には、偏心による影響を考慮していないと重大な事故に繋がります。

軽溝形鋼(フォーミングチャンネル)

鋼板を曲げて製造されている軽量形鋼です。

構造材には向いておらず、軽量を生かしたカバー等で用いられます。

次に説明するリップ溝形鋼の方が強度があり好まれます。

リップ溝形鋼(Cチャンネル)

軽溝形鋼のコの字先端に折り曲げ形状を設けてあります。

チャンネル特有の施工しやすさに加えて軽量で加工しやすい特徴があります。

ケーブルの固定用や建物の下地材として使用されます。

H形状の形鋼

断面がH形をしている形鋼です。

少なくともH形鋼は押さえておきましょう。

H形鋼(エイチ鋼)

H形鋼の広幅200×200×8×12、中幅194×150×6×9、細幅200×100×5.5×8の断面を同じ縮尺で並べた図。H、B、t1、t2、r の取り方を示す
H形鋼の広幅・中幅・細幅(同じ縮尺。H×B×t1×t2)

建築物の梁に使用される断面効率が高い形鋼です。

端面にH形の断面が並ぶ、積み上げたH形鋼
積み上げたH形鋼。端面にH形の断面が見える(写真:Pexels)

断面効率は重量当たりの曲げ耐性の高さを指します。

種類が多く安価であり、利用頻度は高いです。

縦横の寸法比率によって広幅、中幅、細幅の3種類があります。

I形鋼(ジョイスト鋼、アイビーム)

I形鋼200×100×7×10と細幅H形鋼200×100×5.5×8の断面を並べた図。I形鋼のフランジ内面は約1/6の勾配があり、H形鋼は平行
I形鋼はフランジ内面に勾配がある(H形鋼は平行)

H形鋼に比べて種類は少なく、断面効率もH形鋼より高いわけではありません。

ホイストやチェーンブロックの水平移動レールとして利用されます。

H形鋼との違いはフランジ部(Iの横棒部分)の外側から内側に向かって厚みが増すように勾配(テーパー)が設けられている点です。

締結面が斜めを向くことから、ボルト締結する際には傾斜座金(テーパーワッシャー)を使用しなければなりません。

CT形鋼(カットティー)

H形鋼200×200×8×12をウェブの中央で上下に切り、上半分がCT形鋼100×200×8×12になることを示す断面図
CT形鋼は H 形鋼をウェブの中央で半分に切った形

断面がT字をしています。

これをH型形状に分類しているのは、H形鋼を断面から半分に切断することでT形鋼を製造するからです。

そのためカットティーとも呼ばれています。

建物の下地材として使用されます。

L形状の形鋼

断面がL形をしている形鋼でアングルもしくはLアングルとも呼ばれます。

断面形状がL形をしているため断面効率はH鋼よりも悪くなります。

薄い板厚でありながらも強度が確保できるため補強材にも使用されます。

等辺山形鋼50×50×6、不等辺山形鋼90×75×9、不等辺不等厚山形鋼200×90×9×14の断面を底をそろえて同じ縮尺で並べた図。A、B、t、t1、t2の取り方を示す
山形鋼3種(同じ縮尺)。不等辺不等厚は長い辺の板厚 t1 が薄い

等辺山形鋼(アングル鋼)

2辺の長さが等しい山形鋼です。

L形の断面の端を黄色く塗った山形鋼が、資材置き場に積まれている
資材置き場に積まれた山形鋼。端面がL形(写真:Pexels)

建築、機械の幅広い箇所で使用される汎用品です。

不等辺山形鋼(不等辺アングル鋼)

2辺の長さが不均一な山形鋼です。

断面効率が高く補強部材として利用されます。

不等辺不等厚山形鋼(不等辺不等厚アングル鋼)

不等辺山形鋼の両辺で板厚に違いがあるアングル鋼です。

長辺側の板厚が薄くなっています。

Z形状の形鋼

断面がZ形をしている形鋼です。

使用頻度は比較的少なめです。

軽Z形鋼100×50×50×2.3とリップZ形鋼100×50×20×2.3の断面。リップZ形鋼は両端のフランジ先に内側へ折り曲げたリップCがある
Z 形の2種(同じ縮尺)。リップ Z 形鋼は両端を折り曲げて強くしてある

軽Z形鋼

2つの折り曲げ部位を持つ断面がZ形の軽量形鋼です。

リップZ形鋼

軽Z形鋼の両端を内側に折り曲げることで強度を増加させています。

塊金属材

断面に空間部位が無く、短く切断すると金属ブロックになりうる形鋼です。

丸鋼φ50、角鋼40×40、平鋼100×9の中実の断面を同じ縮尺で並べた図。直径d、辺a、幅bと厚さtの取り方を示す
中実の3種(同じ縮尺)。丸鋼は直径 d、角鋼は辺 a、平鋼は幅 b×厚さ t

丸鋼

丸鋼は断面が丸い形状をしており丸棒とも呼ばれます。

後述する鋼管(パイプ)と比べて中身が詰まっており機械的強度が優れています。

その分重量が増すため用途に応じた選択が必要です。

似た形状に異形鉄筋(異形棒鋼)という丸棒にデコボコが付いた丸棒もあります。

これは鉄筋コンクリートで使われる鉄筋を指します。

角鋼

断面が正方形状をしています。

後述する角鋼管(角パイプ)の代わりとして角鋼を使用することで、あまり空間を使わずとも十分な強度を持たせることができます。

ただし角鋼管と比べて重量が増加するため考慮が必要です。

平鋼(フラットバー)

断面が長方形である平らな形鋼です。

一般的には約5mm以上の厚みがあるものを指します。

材質や板厚、サイズなどが十分に揃っており汎用性が非常に高いことが特徴で、様々な機械部品の加工前素材としても使用されています。

管材

中空形状を持つ、いわゆるパイプです。

鋼管60.5×3.8、正方形の角鋼管50×50×2.3、長方形の角鋼管100×50×2.3の中空の断面を同じ縮尺で並べた図。外径D、辺A・B、厚さtの取り方を示す
中空の3種(同じ縮尺)。角鋼管は角に丸みがある

鋼管(パイプ)

鋼管と言えば配管が一番に思い浮かびますが機械材料でも使用されます。

そのため配管用炭素鋼鋼管(JIS G 3452)、一般構造用炭素鋼鋼管(JIS G 3444)など規格も複数存在することが特徴です。

中空素材であるため丸鋼よりも軽量ですが強度は劣ります。

鋼材の円周形状のみを活用したい場合には鋼管がオススメです。

角鋼管(角パイプ)

断面には正方形と長方形の2種類があります。

角が滑らかな形状(曲がり形状)をしていることもあり機械等のフレームによく使用されます。

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