鉄筋
鉄筋（鉄筋バーまたは鉄筋バーの略）は、まとめて鉄筋または鉄筋として知られ、[1]鉄筋コンクリート構造物や鉄筋組積造構造物を形成するためにコンクリートに追加される張力装置であり、張力を受けたコンクリートを強化・補助します。コンクリートは圧縮には強いですが、引張強度は低いです。鉄筋は通常、構造物の引張強度を大幅に向上させる鉄筋で構成されています。鉄筋の表面には、コンクリートとの結合を強化し、滑りのリスクを軽減するために、連続した一連のリブ、突起、またはくぼみがあります。
最も一般的な鉄筋は炭素鋼で、通常は熱間圧延された丸棒で構成され、表面に変形模様がエンボス加工されています。鉄筋とコンクリートの熱膨張係数はほぼ同じであるため[2]、鉄筋で補強されたコンクリート構造部材は温度変化による 差応力が最小限に抑えられます。
他に容易に入手できる鉄筋の種類としては、ステンレス鋼製や、ガラス繊維、炭素繊維、玄武岩繊維で作られた複合材製のものがあります。炭素鋼鉄筋は、特に海水環境で使用する場合、腐食の影響に耐えるように設計された亜鉛またはエポキシ樹脂でコーティングされていることもあります。竹はコンクリート建設において鉄筋の有効な代替品であることが示されています。[3] [4]これらの代替タイプは、より高価になる傾向があり、機械的特性が劣る場合があるため、炭素鋼では満たせない特定の性能要件をその物理的特性が満たす特殊な建設でより頻繁に使用されます。
歴史
石造建築における鉄筋は古代から使用されており、ローマではアーチ建設に鉄筋や木筋が使用されていました。[5]鉄製のタイロッドとアンカープレートは、後に中世ヨーロッパ全域でアーチ、ヴォールト、キューポラを補強する装置として採用されました。[6] [7] 14世紀のヴァンセンヌ城では2,500メートルの鉄筋が使用されました。[8]
18世紀、ロシアの実業家アキンフィー・デミドフの命により建設されたネヴィヤンスクの斜塔の骨組みは鉄筋で作られました。鉄筋に使用された錬鉄[要出典]は高品質で、今日に至るまで鉄筋に腐食の兆候は見られません。塔の骨組みは鋳鉄製のテント屋根に接続され、その上には最古の避雷針の一つが設置されていました[9]。
しかし、鉄筋が最大の強度を発揮したのは、19世紀半ば、鉄筋をコンクリートに埋め込む（こうして現代の鉄筋コンクリートが生まれる）ようになってからでした。1850年代には、ヨーロッパと北米で数人が鉄筋コンクリートを開発しました。その中には、パリで鉄筋コンクリート製の船を建造したフランスのジョゼフ＝ルイ・ランボ（1854年）や、鉄筋コンクリート製の梁を製造・試験したアメリカのタデウス・ハイアットなどがいます。フランスのジョゼフ・モニエは、鉄筋コンクリートの発明と普及において最も著名な人物の一人です。フランスの庭師であったモニエは、1867年に鉄筋コンクリート製の植木鉢の特許を取得し、その後、鉄筋コンクリート製の水槽や橋の建設に着手しました。[10]
アーネスト・L・ランサムは、アメリカ合衆国で活躍したイギリス人技師で建築家であり、コンクリート建設における鉄筋の発展に大きく貢献した。彼はねじり鉄筋を発明したが、これはカリフォルニア州ストックトンのメイソニック・ホールの自立型歩道の設計中に最初に思いついたものだった。しかし、彼のねじり鉄筋は当初は評価されず、カリフォルニア技術協会で嘲笑されたことさえあった。会員たちは、ねじりが鉄筋を弱めると主張したのである。[11] 1889年、ランサムは西海岸で主に橋梁の設計に携わった。そのうちの一つ、サンフランシスコのゴールデン・ゲート・パークにあるアルボード・レイク橋は、アメリカ合衆国で初めて建設された鉄筋コンクリート橋であった。彼はこの橋梁にねじり鉄筋を使用した。[12]
ランサムがねじり鋼鉄筋を発明したのと同時期に、C.P.ターナーは滑らかな丸棒を用いた鉄筋コンクリート床スラブの「マッシュルームシステム」を設計し、ジュリアス・カーンは、上向きに45度傾斜した平板フランジを備えた革新的な圧延ダイヤモンド型鉄筋（1902年に特許取得）の実験を行っていました。カーンは、この補強システムを備えたコンクリート梁がウォーレントラスのように曲がると予測し、この鉄筋をせん断補強筋として考えていました。カーンの補強システムは、コンクリート梁、根太、柱に組み込まれていました。
このシステムは、カーンの同時代の工学者たちから賞賛と批判の両方を受けた。ターナーは、コンクリート構造物に壊滅的な破壊を引き起こす可能性があるとして、このシステムに強い反対を表明した。彼は、カーンのコンクリート梁の補強システムがウォーレントラスとして機能するという考えを否定し、また、このシステムでは単純支持梁の端部、つまりせん断応力が最も大きい箇所において十分なせん断応力補強が得られないことを指摘した。さらにターナーは、カーンのシステムは柱の梁に縦方向の補強材がないため、脆性破壊を引き起こす可能性があると警告した。
この種の崩壊は、1906年の建設中に発生したカリフォルニア州ロングビーチのビクスビーホテルの部分的な崩壊と、ニューヨーク州ロチェスターのイーストマン・コダックビルの完全な崩壊に現れました。しかし、どちらの崩壊も労働力の質の低さが原因であると結論付けられました。建設の標準化の要求が高まるにつれ、カーンのような革新的な補強システムは、今日見られるコンクリート補強システムに取って代わられました。[13]
鉄筋の変形に関する要件は、米国建設業界では1950年頃まで標準化されていませんでした。現代の変形に関する要件は、「コンクリート鉄筋用異形鉄筋の変形に関する暫定規格」ASTM A305-47Tに定められました。その後、特定の鉄筋サイズにおいてリブの高さを高くし、リブ間隔を狭める変更が加えられましたが、1949年に改訂版ASTM A305-49が発行された際に「暫定」という表現は削除されました。ASTM A615やASTM A706など、現在の鉄筋の規格に記載されている変形に関する要件は、ASTM A305-49に規定されているものと同じです。[14]
コンクリートおよび石材への使用
コンクリートは圧縮には非常に強いものの、引張には比較的弱い材料です。コンクリートのこの不均衡を補うために、引張荷重を支える鉄筋がコンクリートに埋め込まれます。ほとんどの鉄筋は一次鉄筋と二次鉄筋に分けられます。
- 一次補強とは、設計荷重を支えるために構造全体に必要な耐性を保証するために使用される鋼鉄を指します。
- 二次補強は分布補強または熱補強とも呼ばれ、亀裂を制限し、温度変化や収縮などの影響によって生じる応力に抵抗するのに十分な局所的な抵抗を提供することで、耐久性と美観上の理由から採用されます。
二次的な用途としては、石積み壁に埋め込まれた鉄筋が挙げられます。これには、モルタル目地に水平に（ブロックの4列目または5列目ごとに）配置された鉄筋と、セメントブロックと芯入りレンガの水平方向の隙間に垂直に（その後グラウトで固定）配置された鉄筋の両方が含まれます。グラウトで固定された石積み構造は、コンクリートと同様の特性（圧縮抵抗は高いが、引張荷重を支える能力は限られている）を備えています。鉄筋が追加されると、「鉄筋石積み」と呼ばれます。
同様のアプローチ（人工ブロックの設計された空隙に鉄筋を垂直に埋め込む）は、乾式敷設の景観壁でも使用されており、少なくとも最下層を地面に固定します。これは、人工コンクリートまたは木製の景観タイで作られた壁の最下層および/またはデッドマンを固定するためにも使用されます。
まれなケースですが、ネヴィヤンスク タワーの石積みを拘束し補強する鉄筋タイバーや、ローマやバチカンの古代建造物のように、鉄筋が埋め込まれて部分的に露出している場合もあります。
身体的特徴
鋼の熱膨張係数は現代のコンクリートとほぼ同じです。そうでない場合、現場の温度とは異なる温度で縦方向および垂直方向の応力が追加され、問題が発生します。[15]鉄筋にはコンクリートに機械的に結合するリブがありますが、それでも高応力下ではコンクリートから引き抜かれる可能性があり、これは構造物の大規模な崩壊に伴ってよく発生します。このような破損を防ぐため、鉄筋は隣接する構造部材に深く埋め込まれるか（直径の40～60倍）、端部を曲げてフックに掛け、コンクリートと他の鉄筋の周りに固定されます。前者の方法では摩擦が増加して鉄筋が固定され、後者の方法でコンクリートの高い圧縮強度が利用されます。
一般的な鉄筋は未仕上げの焼き入れ鋼で作られているため、錆びやすいです。通常、コンクリートかぶりはpH値を12以上に維持することで腐食反応を回避します。かぶりが少なすぎると、表面からの炭酸化や塩分の浸透によってこの防護機能が損なわれる可能性があります。かぶりが多すぎると、ひび割れ幅が大きくなり、局所的な防護機能も損なわれます。錆は、その発生源である鋼よりも大きな体積を占めるため、周囲のコンクリートに強い内圧をかけ、ひび割れ、剥離、そして最終的には構造物の破損につながります。この現象は、酸化物ジャッキングとして知られています。
これは、冬季に道路に塩を散布する橋梁や海洋用途など、コンクリートが塩水に曝露される場合に特に問題となります。このような状況では、コーティングされていない耐食性低炭素鋼/クロム鋼（マイクロコンポジット）、シリコン青銅、エポキシ樹脂コーティング、亜鉛メッキ、またはステンレス鋼の鉄筋を使用できます。初期費用は高くなりますが、プロジェクトの耐用年数全体では大幅に費用を抑えることができます。[16] [17]
エポキシ樹脂でコーティングされた鉄筋を使用する場合は、輸送、加工、取り扱い、設置、コンクリート打設の過程で特別な注意が必要です。損傷があると、これらの鉄筋の長期的な耐食性が低下するためです。[18]損傷したエポキシ樹脂でコーティングされた鉄筋でも、コーティングされていない鉄筋よりも優れた性能を示していますが、鉄筋からのエポキシ樹脂コーティングの剥離やエポキシフィルムの下の腐食の問題が報告されています。[19]これらのエポキシ樹脂でコーティングされた鉄筋は、米国で7万以上の橋梁デッキに使用されていますが、この技術は性能が低いため、2005年以降、ステンレス鋼鉄筋に取って代わられ、徐々に廃止されつつあります。[20] [21]
変形の要件は、ASTM A615 や ASTM A706 などの鉄筋の米国標準製品仕様に記載されており、ラグの間隔と高さを規定しています。
繊維強化プラスチック（FRP）鉄筋は、腐食性の高い環境でも使用されます。柱の補強用のスパイラル、一般的なロッド、メッシュなど、様々な形状で提供されています。市販されている鉄筋のほとんどは、熱硬化性ポリマー樹脂に硬化した一方向繊維で作られており、FRPと呼ばれることがよくあります。
非常に精密な電子機器を備えた研究施設や製造施設などの特殊な構造物では、非導電性の補強材の使用が必要となる場合があります。また、医療用画像機器室では、干渉を避けるため、非磁性が求められる場合があります。FRP鉄筋、特にガラス繊維鉄筋は導電性が低く、非磁性であるため、このような用途によく使用されます。透磁率の低いステンレス鋼鉄筋も利用可能であり、磁気干渉の問題を回避するために使用されることがあります。
鉄筋は地震などの衝撃によって変位し、構造的な破損を引き起こすこともあります。その代表的な例は、1989年のロマ・プリエタ地震によってカリフォルニア州オークランドのサイプレス・ストリート高架橋が崩落し、42人の死者を出したことです。地震の揺れによって鉄筋がコンクリートから剥がれ落ち、座屈しました。円周方向の鉄筋を増やすなど、建物の設計を刷新することで、この種の破損に対処することができます。
サイズとグレード
USサイズ
米国/ヤードポンド法のバー サイズでは、バー サイズ #2 から #8 まで直径が1 ⁄ 8インチ (3.2 mm) 単位で示されるため、#8 = 8 ⁄ 8インチ = 直径 1 インチ (25 mm) となります。
このシステムでは、分数表記の鉄筋サイズはありません。「#」記号は数字記号を表し、「#6」は「number six（6番）」と読みます。米国規格では「#」記号の使用が一般的ですが、「No.」が代わりに使用される場合もあります。業界では、鉄筋は鉄筋の直径を略語として用い、例えば4/8インチ（または1/2インチ）の鉄筋は「four-bar（4バー）」と表記します。
棒鋼の断面積はπr²で表され、(棒鋼の寸法/9.027)²となり、これは(棒鋼の寸法/9)²平方インチと近似されます。例えば、#8の棒鋼の断面積は(8/9)² = 0.79平方インチです。
＃8より大きいサイズの鉄筋は、 1 ⁄ 8インチルールに不完全に従っており、歴史的慣習により＃12～13と＃15～17のサイズはスキップされます。初期のコンクリート建設では、1インチ以上の鉄筋は正方形の断面でのみ利用可能であり、1957年頃に大型の異形丸鉄筋が利用可能になると、[22]業界では、以前使用されていた標準的な正方形の鉄筋サイズと同等の断面積を提供するように製造されました。同等の大型丸形の直径は、最も近い1 ⁄ 8インチに丸められ、鉄筋のサイズが提供されます。たとえば、＃9の鉄筋の断面積は1.00平方インチ（6.5 cm 2）であるため、直径は1.128インチ（28.7 mm）です。＃10、＃11、＃14、＃18のサイズは、それぞれ1 1 ⁄ 8インチ、 1 1 ⁄ 4、1 1 ⁄ 2、2インチの角鉄筋に相当します。[23]
#3より小さいサイズは、もはや標準サイズとはみなされません。これらは通常、平鋼の丸棒として製造されますが、変形加工を施すことも可能です。#3より小さいサイズは、通常「棒鋼」ではなく「線材」と呼ばれ、公称直径または線材ゲージ番号で指定されます。#2の棒鋼は鉛筆とほぼ同じサイズであるため、非公式に「ペンシルロッド」と呼ばれることがよくあります。
メートル法のプロジェクトで米国/ヤードポンド法サイズの鉄筋を使用する場合、通常、公称直径を最も近いミリメートルに丸めたメートル法サイズが相当します。これらは標準的なメートル法サイズとはみなされないため、ソフトコンバージョンまたは「ソフトメトリック」サイズと呼ばれることがよくあります。米国/ヤードポンド法の鉄筋サイズシステムでは、公称鉄筋直径をミリメートル単位で示すメートル法の鉄筋サイズ（具体的には10番、12番、16番、20番、25番、28番、32番、36番、40番、50番、60番）の使用を「代替サイズ」仕様として認識します。米国/ヤードポンド法サイズをメートル法の鉄筋サイズに置き換えることはハードコンバージョンと呼ばれ、物理的に異なるサイズの鉄筋が使用される場合があります。
| インペリアル バーサイズ | メトリックバー サイズ（ソフト） | 線質量密度 | 公称直径 | 公称面積 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ポンド⁄フィート | kg ⁄ m | （で） | （ミリメートル） | （2で） | （mm 2） | ||
| #2 [あ] | 6位 | 0.167 | 0.249 | 0.250 = 2 ⁄ 8 = 1 ⁄ 4 | 6.35 | 0.05 | 32 |
| ＃3 | 10番 | 0.376 | 0.560 | 0.375 = 3 ⁄ 8 | 9.53 | 0.11 | 71 |
| ＃4 | 第13号 | 0.668 | 0.994 | 0.500 = 4 ⁄ 8 = 1 ⁄ 2 | 12.7 | 0.20 | 129 |
| ＃5 | 第16号 | 1.043 | 1.552 | 0.625 = 5 ⁄ 8 | 15.9 | 0.31 | 200 |
| ＃6 | 第19号 | 1.502 | 2.235 | 0.750 = 6 ⁄ 8 = 3 ⁄ 4 | 19.1 | 0.44 | 284 |
| ＃7 | 第22号 | 2.044 | 3.042 | 0.875 = 7 ⁄ 8 | 22.2 | 0.60 | 387 |
| ＃8 | 第25号 | 2.670 | 3.973 | 1.000 = 8 ⁄ 8 | 25.4 | 0.79 | 510 |
| ＃9 | 第29号 | 3.400 | 5.060 | 1.128 ≈ 9 ⁄ 8 | 28.7 | 1.00 | 645 |
| ＃10 | 第32号 | 4.303 | 6.404 | 1.270 ≈ 10 ⁄ 8 | 32.3 | 1.27 | 819 |
| ＃11 | 第36号 | 5.313 | 7.907 | 1.410 ≈ 11 ⁄ 8 | 35.8 | 1.56 | 1,006 |
| ＃14 | 第43号 | 7.650 | 11.384 | 1.693 ≈ 14 ⁄ 8 | 43.0 | 2.25 | 1,452 |
| ＃18 | 第57号 | 13.60 | 20.239 | 2.257 ≈ 18 ⁄ 8 | 57.3 | 4.00 | 2,581 |
- ^ 現在では一般的には使用されていない歴史的なサイズの指定。[要出典]
カナダサイズ
メートル法のバー指定は、バーの公称直径をミリメートル単位で表し、最も近い 5 mm に丸められます。
| メトリック バーサイズ | 線質量密度 （kg/m） | 公称直径 （ミリメートル） | 横断面 面積（mm 2） |
|---|---|---|---|
| 1000万 | 0.785 | 11.3 | 100 |
| 1500万 | 1.570 | 16.0 | 200 |
| 2000万 | 2.355 | 19.5 | 300 |
| 2500万 | 3.925 | 25.2 | 500 |
| 3000万 | 5.495 | 29.9 | 700 |
| 3500万 | 7.850 | 35.7 | 1000 |
| 4500万 | 11.775 | 43.7 | 1500 |
| 5500万 | 19.625 | 56.4 | 2500 |
ヨーロッパサイズ
メートル法のバー表示は、バーの公称直径をミリメートル単位で表します。欧州における推奨バーサイズは、EN 10080規格[24]の表6に準拠するように規定されていますが、様々な国の規格（例えば英国のBS 4449）が依然として有効です。スイスでは、一部のサイズが欧州規格と異なります。
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| メトリック バーサイズ | 線質量 密度（kg/m） | 名目 直径（mm） | 横断面 面積（mm 2） |
|---|---|---|---|
| 6,0 | 0.222 | 6 | 28.3 |
| 8,0 | 0.395 | 8 | 50.3 |
| 10,0 | 0.617 | 10 | 78.5 |
| 12,0 | 0.888 | 12 | 113 |
| 14,0 | 1.21 | 14 | 154 |
| 16,0 | 1.58 | 16 | 201 |
| 20,0 | 2.47 | 20 | 314 |
| 25,0 | 3.85 | 25 | 491 |
| 28,0 | 4.83 | 28 | 616 |
| 32,0 | 6.31 | 32 | 804 |
| 40,0 | 9.86 | 40 | 1257 |
| 50,0 | 15.4 | 50 | 1963 |
オーストラリアサイズ
コンクリート構造物に使用される鉄筋は、オーストラリア規格AS3600（コンクリート構造物）およびAS/NZS4671（コンクリート用鉄筋）の要件に準拠します。試験、溶接、亜鉛メッキについては、他にも適用される規格があります。
鉄筋の指定は、AS/NZS4671 で次の形式で定義されています。
| 公称直径（mm） | 断面積（mm 2） | 1メートルあたりの質量、kg/m |
|---|---|---|
| 12 | 113 | 0.888 |
| 16 | 201 | 1.58 |
| 20 | 314 | 2.47 |
| 24 | 452 | 3.55 |
| 28 | 616 | 4.83 |
| 32 | 804 | 6.31 |
| 36 | 1020 | 7.99 |
形状/断面
D-異形リブ付き鋼、R-丸鋼/平鋼、I-異形インデント鋼
延性クラス
L-低延性、N-通常延性、E-地震延性（地震）
標準グレード（MPa）
250N、300E、500L、500N、500E
- 例:
- D500N12は、強度500MPa、通常の延性、公称直径12mmの異形棒鋼で、「N12」とも呼ばれます。
棒鋼は通常、「N」（熱間圧延異形棒鋼）、「R」（熱間圧延丸棒）、「RW」（冷間引抜リブ付き線材）、「W」（冷間引抜丸線）と略されます。これは、形状から降伏強度と延性の等級が推測できるためです。例えば、市販されているすべての線材は降伏強度が500MPaで延性が低いのに対し、丸棒は250MPaで通常の延性です。
ニュージーランド
コンクリート構造物に使用される鉄筋は、AS/NZS4671（コンクリート用鉄筋）の要件に従います。試験、溶接、亜鉛メッキについては、その他の規格が適用されます。
'鉄筋グレード300および500クラスE
| 公称直径（mm） | 断面積（mm 2） | 1メートルあたりの質量、kg/m |
|---|---|---|
| 6 | 28.3 | 0.222 |
| 10 | 78.5 | 0.617 |
| 12 | 113 | 0.888 |
| 16 | 201 | 1.58 |
| 20 | 314 | 2.47 |
| 25 | 491 | 3.85 |
| 32 | 804 | 6.31 |
| 40 | 1260 | 9.86 |
インド
鉄筋は、IS:1786-2008 FE 415/FE 415D/FE 415S/FE 500/FE 500D/FE 500S/FE 550、FE550D、FE 600 に基づき、以下の等級でご利用いただけます。鉄筋は高圧水で急冷されるため、外面は硬化しますが、内芯は柔らかいままです。鉄筋にはリブが設けられており、コンクリートとのグリップ力が向上します。沿岸地域では、鉄筋の寿命を延ばすため、亜鉛メッキ鉄筋が使用されています。BIS 鉄筋のサイズは、10、12、16、20、25、28、32、36、40、50 ミリメートルです。
ジャンボバーとネジ付きバーのサイズ
特大サイズの鉄筋は広く入手可能で、専門メーカーによって製造されています。タワーや看板業界では、大型構造物のアンカーロッドとして「ジャンボ」バーが一般的に使用されています。これは、端に標準的なアンカーナットを取り付けるためのねじ山が切られている、やや大きめのブランクから製造されています。[25] [26]また、非常に粗いねじ山で製造された全ねじ鉄筋も、鉄筋の変形基準を満たし、特注のナットやカプラーの使用を可能にしています。[27]これらの慣習的なサイズは一般的に使用されていますが、統一された規格はなく、メーカーによって特性が異なる場合があります。
| インペリアル バーサイズ | メトリックバー サイズ（ソフト） | 線質量密度 | 公称直径 （ねじ山の外側） | 公称面積 （ねじ山の外側） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ポンド⁄フィート | （kg/m） | （で） | （ミリメートル） | （2で） | （mm 2） | ||
| #14J | - | 9.48 | 14.14 | 1.88 | 47.8 | 2.78 | 1794 |
| #18J | - | 14.60 | 21.78 | 2.34 | 59.4 | 4.29 | 2768 |
| インペリアル バーサイズ | メトリックバー サイズ（ソフト） | 線質量密度 | 最大直径 | 公称面積 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ポンド⁄フィート | （kg/m） | （で） | （ミリメートル） | （2で） | （mm 2） | ||
| （#18以下は米国/帝国サイズと同じです） | |||||||
| ＃20 | 第63号 | 16.70 | 24.85 | 2.72 | 69 | 4.91 | 3168 |
| ＃24 | 第75号 | 24.09 | 35.85 | 3.18 | 81 | 7.06 | 4555 |
| ＃28 | 第90号 | 32.79 | 48.80 | 3.68 | 94 | 9.62 | 6207 |
| 1インチ | 第26号 | 3.01 | 4.48 | 1.25 | 32 | 0.85 | 548 |
| 1 1⁄4インチ | 第32号 | 4.39 | 6.53 | 1.45 | 37 | 1.25 | 806 |
| 1 3⁄8インチ | 第36号 | 5.56 | 8.27 | 1.63 | 41 | 1.58 | 1019 |
| 1 3⁄4インチ | 第46号 | 9.23 | 13.73 | 2.01 | 51 | 2.58 | 1665 |
| 2 1⁄2インチ | 第65号 | 18.20 | 27.08 | 2.80 | 71 | 5.16 | 3329 |
| 3インチ | 第75号 | 24.09 | 35.85 | 3.15 | 80 | 6.85 | 4419 |
成績
鉄筋には、降伏強度、極限引張強度、化学組成、伸び率が異なる等級と仕様のものがあります。
等級を単独で使用する場合、許容される最小降伏強度のみが示されるため、鉄筋の製品要件を完全に記述するためには、材料仕様書の文脈で使用しなければなりません。材料仕様書は、等級の要件に加え、化学組成、最小伸び、物理的許容差などの追加特性を規定します。製造された鉄筋は、検査および試験において、等級の最小降伏強度およびその他の材料仕様要件を満たす必要があります。
米国では、等級の指定は鉄筋の最小降伏強度（ ksi、1000 psi）に相当します。例えば、等級60の鉄筋の最小降伏強度は60 ksiです。鉄筋は一般的に等級40、60、75で製造され、より強度の高い等級80、100、120、150も容易に入手可能です。等級60（420 MPa）は、現代の米国建設業で最も広く使用されている鉄筋等級です。歴史的には等級30、33、35、36、50、55がありましたが、現在はあまり使用されていません。
一部のグレードは特定の棒鋼サイズのみで製造されています。例えば、ASTM A615では、グレード40（280 MPa）は米国規格の棒鋼サイズ#3～#6（ソフトメトリックNo.10～19）のみに供給されています。特定の棒鋼サイズで利用可能な材料グレードの制限は、製造プロセスや、品質管理された原材料の入手状況に関係する場合があります。
材料仕様によっては複数の等級が規定されている場合があり、そのような場合は材料仕様と等級の両方を明記する必要があります。鉄筋の等級は、材料仕様に他の等級の選択肢がない場合でも、混乱を避け、材料の代替を行った場合に発生する可能性のある品質問題を回避するために、エンジニアリング文書に通常記載されます。「Gr.」は「等級」の一般的な略語で、大文字の使用やピリオドの使用など、様々なバリエーションがあります。[28]
耐震工学や耐爆設計など、降伏後の挙動が予想される特定のケースでは、最大降伏強度や引張強度と降伏強度の最小比といった特性を予測・制御できることが重要です。ASTM A706 Gr. 60は、制御特性範囲の材料仕様の一例であり、最小降伏強度は60 ksi（420 MPa）、最大降伏強度は78 ksi（540 MPa）、最小引張強度は80 ksi（550 MPa）で、実際の降伏強度の1.25倍以上、およびバーサイズによって異なる最小伸び要件が規定されています。
メートル法を採用している国では、グレードの指定は通常、メガパスカル(MPa) 単位の降伏強度で表されます。たとえば、グレード 400です (米国のグレード 60 に似ていますが、メートル法のグレード 420 は実際には米国のグレードの正確な代替です)。
ACI および ASTM が発行する一般的な米国仕様は次のとおりです。
- アメリカコンクリート協会：「ACI 318-14 構造コンクリートに関する建築基準法の要件と解説」、ISBN 978-0-87031-930-3（2014年）
- ASTM A82: コンクリート補強用普通鋼線の仕様
- ASTM A184/A184M: コンクリート補強用異形鋼棒マットの仕様
- ASTM A185: コンクリート補強用溶接平鋼線織物の仕様
- ASTM A496: コンクリート補強用異形鋼線の仕様
- ASTM A497: コンクリート補強用溶接異形鋼線織物の仕様
- ASTM A615/A615M: コンクリート補強用異形炭素鋼棒および普通炭素鋼棒
- ASTM A616/A616M: コンクリート補強用レール鋼異形棒鋼および平棒鋼の仕様
- ASTM A617/A617M: コンクリート補強用車軸鋼異形棒鋼および平鋼の仕様
- ASTM A706/A706M: コンクリート補強用低合金鋼異形棒鋼および平鋼
- ASTM A722/A722M: プレストレストコンクリート用高強度鋼棒の標準仕様
- ASTM A767/A767M: コンクリート補強用亜鉛めっき鋼棒の仕様
- ASTM A775/A775M: エポキシ樹脂コーティング鉄筋の仕様
- ASTM A934/A934M: エポキシ樹脂コーティングプレハブ鉄筋の仕様
- ASTM A955: コンクリート補強用異形および普通ステンレス鋼棒（透磁率試験を指定する場合は補足要件S1を使用）
- ASTM A996: コンクリート補強用レール鋼および車軸鋼異形棒鋼
- ASTM A1035: コンクリート補強用異形および平鋼、低炭素、クロム鋼棒の標準仕様
ASTM マーキング指定は次のとおりです。
- 'S'ビレットA615
- 'I'レール A616 ( 「ASTM A616 / A616M - 96a コンクリート補強用レール鋼異形棒鋼および平鋼の標準仕様（1999年廃止、A996に代替）」。Astm.org 。 2012年8月24日閲覧。）
- 'IR'レールは補足要件S1 A616を満たす「ASTM A616 / A616M - 96a コンクリート補強用レール鋼異形棒鋼および平鋼の標準仕様（1999年廃止、A996に代替）」。Astm.org 。 2012年8月24日閲覧。）
- 'A' 車軸 A617 「ASTM A617 / A617M - 96a コンクリート補強用車軸鋼異形棒鋼および平鋼の標準仕様（1999年廃止、A996に代替）」。Astm.org 。 2012年8月24日閲覧。）
- 'W' 低合金 — A706
ヨーロッパでは歴史的に、鉄筋は降伏強度が約250 MPa（36 ksi）の軟鋼材でできています。現代の鉄筋は高降伏強度鋼でできており、降伏強度は一般的に500 MPa（72.5 ksi）です。鉄筋は様々な延性グレードで供給できます。延性が高い鋼ほど、変形時にかなり多くのエネルギーを吸収できます。この挙動は地震力に抵抗するため、設計に利用されます。これらの高降伏強度延性鋼は通常、熱処理加工法であるTEMPCOREプロセス[29]を使用して製造されます。完成品（シートやレールなど）を再圧延して鉄筋を製造することは許可されていません。[30]構造用鋼とは対照的に、鉄筋の鋼材グレードはヨーロッパ全体でまだ統一されておらず、各国が独自の国家規格を持っています。ただし、EN 10080およびEN ISO 15630に基づいて、仕様と試験方法が標準化されています。
- BS EN 10080: コンクリート補強用鋼材。溶接可能な鉄筋。一般事項。(2005)
- BS 4449：コンクリート補強用鋼材。溶接可能な鉄筋。棒鋼、コイルおよびコイル抜き製品。仕様。（2005/2009）
- BS 4482: コンクリート製品の補強用鋼線。仕様（2005年）
- BS 4483: コンクリート補強用鋼繊維布。仕様（2005年）
- BS 6744：コンクリートの補強およびコンクリートへの使用のためのステンレス鋼棒。要件および試験方法。（2001/2009）
- DIN 488-1: 鉄筋 - パート1: 等級、特性、表示 (2009)
- DIN 488-2: 鉄筋 - パート2: 鉄筋棒鋼 (2009)
- DIN 488-3: 鉄筋 - パート3: コイル状の鉄筋、鋼線（2009）
- DIN 488-4: 鉄筋 - パート4: 溶接布 (2009)
- DIN 488-5: 鉄筋 - パート5: ラチス桁 (2009)
- DIN 488-6: 鉄筋 - パート6: 適合性の評価 (2010)
- BS EN ISO 15630-1: コンクリートの補強およびプレストレス用鋼材。試験方法。鉄筋、線材およびワイヤー。(2010)
- BS EN ISO 15630-2: コンクリートの補強およびプレストレス用鋼材。試験方法。溶接布。(2010)
鉄筋の配置
鉄筋ケージは、一般的に油圧ベンダーや油圧鋏を用いて、現場内外で製作されます。しかし、小規模な作業やカスタムメイドの作業であれば、ヒッキーと呼ばれる手動鉄筋ベンダーで十分です。鉄筋は、鉄筋固定作業員（「ロッドバスター」またはコンクリート鉄筋作業員）によって設置されます。鉄筋固定作業員は、鉄筋支持部とコンクリート製またはプラスチック製の鉄筋スペーサーを用いて鉄筋をコンクリート型枠から分離し、コンクリートのかぶりを確保することで、適切な埋め込みを確保します。ケージ内の鉄筋は、スポット溶接、鉄線の結束（場合によっては電動鉄筋結束機を使用）、または機械式接続によって接続されます。エポキシ樹脂コーティングされた鉄筋や亜鉛メッキされた鉄筋を結束する場合は、通常、それぞれエポキシ樹脂コーティングされたワイヤーまたは亜鉛メッキされたワイヤーが使用されます。
あぶみ
スターラップは鉄筋ケージの外側部分を形成します。スターラップ（しばしば「鉄筋リンク」または「せん断リンク」と呼ばれます）の機能は3つあります。主鉄筋に構造を与えること、適切なコンクリートかぶり量を維持すること、そして支持要素全体にわたって均等な力伝達を維持することです。[31]スターラップは通常、梁では長方形、橋脚では円形で、土木技術者または構造技術者が施工図面で定義した通り、柱または梁に沿って一定の間隔で配置されます。
溶接
米国溶接協会（AWS）D 1.4は、米国における鉄筋の溶接に関する実務を規定しています。特別な配慮をしない限り、溶接可能な鉄筋はWグレード（低合金鋼 — A706）のみです。ASTM A706規格に準拠していない鉄筋は、一般的に「炭素当量」を算出せずに溶接することはできません。炭素当量が0.55未満の材料は溶接可能です。
ASTM A 616およびASTM A 617（現在は統合規格A996に置き換えられています）の鉄筋は、レール用鋼材およびレール車軸用鋼材を再圧延したもので、化学組成、リン含有量、炭素含有量が管理されていません。これらの材料は一般的ではありません。
鉄筋ケージは通常、ワイヤーで結束されますが、ヨーロッパでは長年スポット溶接が主流であり、米国でも普及が進んでいます。プレストレストコンクリート用の高強度鋼は溶接できません。[要出典]
ロール内の補強材の配置
ロール鉄筋システムは、短期間で大量の鉄筋を配置するための、非常に迅速かつ費用効率の高い方法です。[32]ロール鉄筋は通常、現場外で準備され、現場で容易に展開されます。ロール鉄筋の配置は、スラブ（デッキ、基礎）、風力発電マストの基礎、壁、ランプなどに適用され、成功を収めています。
機械的な接続
「メカニカルカプラ」または「メカニカルスプライス」とも呼ばれるメカニカルジョイントは、鉄筋同士を接合するために使用されます。メカニカルカプラは、場所打ちコンクリート構造において、高鉄筋エリアにおける鉄筋の密集を軽減する効果的な手段です。また、プレキャストコンクリート構造においても、部材間の接合部に使用されます。
機械接合部の構造性能基準は、国、規格、業界によって異なります。規格では通常、最低要件として、鉄筋と継ぎ手との接合部が鉄筋の規定降伏強度の125%以上を満たすことが規定されています。より厳格な基準では、鉄筋の規定極限強度の達成も求められます。例えば、ACI 318では、タイプ1（125% Fy）またはタイプ2（125% Fyおよび100% Fu）の性能基準が規定されています。[33]
延性を考慮して設計されたコンクリート構造物の場合、機械的接合部も延性破壊を起こすことが推奨されます。これは鉄筋業界では一般的に「鉄筋破断」と呼ばれます。例えば、Caltransは、必要な破壊モード（すなわち「鉄筋のネッキング」）を規定しています。[34]
安全性
怪我を防ぐために、鉄筋の突き出た端は曲げられたり、特殊な鉄筋プラスチックキャップで覆われたりすることが多い。[35]
指定
鉄筋は通常、施工図面上の「鉄筋表」に表形式で記載されます。これにより、世界中で使用されている表記法の曖昧さが解消されます。以下のリストは、建築、エンジニアリング、建設業界で使用されている表記法の例です。
| 指定 | 説明 |
|---|---|
| HD-16-300、T&B、EW | 高強度 (500 MPa) の 16 mm 径の鉄筋が、上面と下面の両方、および各方向 (つまり、縦方向と横方向) に 300 mm 間隔 (中心間距離) で配置されています。 |
| 3-D12 | 3本の軽度強度（300 MPa）12 mm径鉄筋 |
| R8 スターラップ @ 225 MAX | Dグレード（300MPa）の平滑筋スターラップは、中心間隔225mmです。ニュージーランドの実務では、すべてのスターラップは通常、完全な閉ループ構造であると解釈されます。これは、地震地帯におけるコンクリートの延性に関する詳細な要件です。両端にフックを備えた単条スターラップが必要な場合は、通常、仕様と図面の両方が明記されます。 |
| 指定 | 説明 |
|---|---|
| #4 @ 12 OC、T&B、EW | 4 番の鉄筋は、上面と下面の両方で、また縦方向と横方向の各方向に 12 インチ間隔 (中心間距離) で配置されています。 |
| （3）＃4 | 4番鉄筋3本（通常は鉄筋が詳細に対して垂直な場合に使用） |
| #3 タイ @ 9 OC、(2) セットごと | スターラップとして使用される3番鉄筋。中心間隔は9インチです。各セットは2本の帯筋で構成され、通常は図解されています。 |
| #7 @ 12インチ東西、遠距離 | 7番の鉄筋を12インチ間隔で各方向（各方向）および各面に配置します。 |
再利用とリサイクル
鉄筋は頻繁にリサイクルされており、多くの場合、完全にリサイクルされた鋼から作られています。[36] 米国最大の鉄鋼メーカーであるNucorは、自社の鉄筋製品は97％がリサイクルされた鋼から作られていると主張しています。 [37]
参考文献
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- ^ 「Nucor (NUE)、ノースカロライナ州に鉄筋マイクロミルを建設へ」nz.finance.yahoo.com . 2022年5月15日閲覧。
外部リンク
- OSHAの鉄筋刺し傷防止対策
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