高性能鋼の現状

2013年11月14日

日本鉄鋼連盟 建築委員会

（ＪＦＥスチール 藤澤一善）

鋼構造シンポジウム2013 エンジニアリング・セッション

「南海トラフ巨大地震・大津波による激甚被害の低減と鋼構造の果たす役割」

1

建設鋼材の国内需要

2

２０１２年度 普通鋼鋼材の国内需要の割合

国内鉄鋼需要の45.2％が建設（土木・建築）用途

建築用 29.5%

土木用 15.7%

造船

7.9%

自動車

19.1%

産業機械

5.1%

電気機械

4.2%

その他

9.9%

輸入鋼材

8.6%

総計4,999万㌧/年

※2011年度：建築27.0%、土木14.6% 計41.6%

建築着工床面積（年度別・構造別）

3

2012年度総計 135.5百万m2

(年度)

（百万m2）

0

20

40

60

80

100

120

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

鉄骨造 木造

RC造

SRC造

その他

耐震・耐津波安全性と鋼材について

4

鉄骨生産の年度別推移と新製品

十勝沖地震

宮城県沖地震 新耐震設計法

兵庫県南部地震

建築基準法改正

東日本大震災

ロールH形鋼

極厚H形鋼

冷間成形角形鋼管

構造用ステンレス鋼

SN鋼, BCR, BCP TMCP極厚H形鋼

BCP325T

H-SA700

建築用ＴＭＣＰ鋼 外法一定Ｈ形鋼 低降伏点鋼 ５９０Ｎ／mm2鋼

鉄骨加工量

粗鋼生産量

5

各種鋼材の紹介（１） ＳＮ鋼材

の特長

冷間成形角形鋼管 「ＢＣＲ」「ＢＣＰ」

SN鋼材の特長

耐震安全性の確保

溶接部の品質確保

鋼種ラインアップ

公称断面寸法の確保

内 容

降伏点および降伏比の上限値を設定

炭素当量（Ceq）や溶接割れ感受性組成（PCM）の上限値を設定

適用部位毎に使い分けが可能です。

マイナス側の板厚許容差を厳格化

間柱、二次部材（A種）

小梁（A種）

スプライスプレート（B種） 大梁（B種） BCR、BCP

通しダイアフラム （C種）

6

各種鋼材の紹介（２） ５９０N/mm2鋼「ＳＡ４４０」、７８０N/mm2鋼「Ｈ－ＳＡ７００」

各種鋼材の降伏点、引張強さ 高強度化による鋼材重量低減効果（例）

SN490 （490N級）

SA440 （590N級）

H-SA700 （780N級）

0

200

400

600

800

1000

1200

N/mm2

・YP：降伏点、TS：引張強さ ・鋼材強度のばらつきを低減するため、 降伏点の上限を設けています。

原設計：BH-1350×800×70×100（SN490）

・高強度化により板厚低減が可能で、鋼材重量が削減できます。

鋼材重量低減率

F値 （N/mm2）

t1（mm）

t2（mm）

SN490

295

70

100

SA440

440

45

65

H-SA700

700

28

38

0

20

40

60

80

100 （%）

100%

66%

40%

t1=70

t2=100

800

1350

SN490 SA440 H-SA700

7

各種鋼材の紹介（３） ＴＭＣＰ鋼

低降伏点鋼「ＬＹ１００」「ＬＹ２２５」

製造方法の違い 鋼板の炭素当量と引張強さとの関係

低降伏点鋼の概要・特長

低降伏点鋼の応力―歪関係

通常の鋼材に比べ

①降伏点が低い

②降伏点のばらつきが小さい

③伸び性能に優れる

④上記性能により履歴形ダンパーに適する

圧延

空冷 温

度→

圧延

温度

→

水冷

ミクロ組織の微細化

TMCP 従来の製造方法（圧延まま）

400

500

600

700

引張強さ（N/mm2）

0.20 0.30 0.40 0.50 炭素当量（%）

水冷型TMCP

非水冷型 TMCP（空冷）

アズロール （圧延のまま、冷却）

0 10 20 30 40 50 60 歪（%） 0

200

400

600

800

1000 応力（N/mm2）

H-SA700

SA440

SN490 SN400 LY225

LY100

8

新しい建築構造用鋼材と適用例

・高強度鋼材

・制振ダンパー用鋼材(低降伏点鋼)

・大断面部材の接合技術

（高HAZ靭性鋼､超高力ボルト）

・耐火鋼(FR鋼)

・鉄骨造建物による復興・防災提案

9

種々の耐震構造用鋼材

10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1,000

0

780N/mm2 鋼

SN490 SN400

LY100

ひずみ (%)

応力(N/mm2)

590N/mm2 鋼

LY225 ○高温特性 耐火鋼

○耐久性 耐候性鋼 ステンレス鋼

新機能

高張力化

高性能化

SN, BCR, BCP -溶接性 -低 YR，狭 YP -寸法精度

LY100, LY225

590N/mm2 鋼 780N/mm2 鋼

低降伏点化

＜耐震構造用鋼材の開発の方向＞

TMCP厚板 TMCP極厚H形鋼

極厚・ 大断面化

10

TMCP鋼板 低降伏比 590N/mm2鋼

超高層建築

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溶接性：炭素当量と引張強さ

700

600

500

400

0.20 0.30 0.40 0.50 炭素当量 (%)

引張強さ (N/mm2)

CLC（水冷型TMCP）

非水冷型TMCP （空冷）

アズロール （圧延のまま、冷却）

高強度極厚材：炭素当量高く、溶接性の低下懸念 TMCP鋼：板厚40㎜を超えても設計強度（F値）の低減不要

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鋼材仕様 板厚:6～50mm

用途 記号 化学成分（mass％）

C Si Mn P S Ceq PCM

乾式接合用 H-SA700A ≦0.25 ≦0.55 ≦2.00

≦0.030 ≦0.015

≦0.65 ≦0.32

溶接接合用

H-SA700B ≦0.025 ≦0.60 ≦0.30

機械的性質

YS

TS

El

YR

vE

(N/mm2

) (N/mm

2) (%) (%) (J)

700～

900

780～

1000 ≧16

≦98

≧47(0℃)

≧47(-20℃)

各社大臣認定を取得 ’09/7 （設計基準強度F値は未指定）

【建築材料の適用範囲】

建築基準法第20条第一号、及び建築基準法施行令第140条第2項の規定に基づき、国土交通大臣の認定を受けた構造方法に用いる場合に限る。

この場合、建築基準法第20条第一号、及び建築基準法施行令第140条第2項の規定に基づく認定に係る性能評価において、当該性能評価に係る建築物又は工作物に応じて、本建築材料を使用した部材に損傷が生じないことが確認されたものに限る。

会社名 製造所 認定番号

新日鐵住金㈱ 君津製鐵所 MSTL-0265

名古屋製鐵所 MSTL-0266

鹿島製鐵所 MSTL-0269

JFEスチール㈱ 東日本製鉄所京浜地区

MSTL-0267

西日本製鉄所福山地区

MSTL-0268

㈱神戸製鋼所 － MSTL-0270

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H-SA700の材料規格

鋼材を用いた制震デバイスの適用例 (低降伏点鋼 LY100、LY225)

座屈拘束 ブレース型

ブレース支持型 シアパネル

壁パネル

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1990年代

2000年代

高能率施工

高性能鋼

超高層･大型建築物を支える接合技術

＜ TMCP鋼＞

＜590N/mm2鋼＞

＜超高力ボルト＞ ＜高HAZ靭性鋼＞

1960年代

＜極厚H形鋼＞

＜780N/mm2鋼＞ （低降伏比型）

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建築分野で使用される溶接材料

溶接法 必要設備 溶接姿勢 能率※ 主な適用箇所

被覆アーク溶接 小型、簡便 全姿勢 20～40 全般（小型物件、複雑な

構造仮付け、建築金物等）

炭酸ガス アーク溶接

中位 全姿勢

（主に下向・横向） 50～120 全般

サブマージ

アーク溶接 大型・繁雑 下向 100～300

BH、BOX柱の角継手、

プレスコラムのシーム継手

エレクトロスラグ 溶接

中位 立向 120～160 BOX柱のダイアフラム

※ 溶着速度（ｇ/分）：1分間に得られる溶着金属量で示す 16

高ＨＡＺ靭性鋼の適用対象

HAZ：Heat Affected Zone 対象：大入熱溶接部 入熱量 100万J/cm

角溶接部 ダイアフラム溶接部

サブマージアーク溶接

エレクトロスラグ溶接

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開発鋼の熱影響部ミクロ組織

従来鋼 開発鋼

熱影響部

エレクトロスラグ溶接における溶接部マクロ写真 熱影響ミクロ組織比較

大入熱溶接の際も、開発鋼の金属組織は小さいままである。

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建築分野で使用される高力ボルト

名称 規格 等級 呼び径 備考

高力六角ボルト JIS B 1186 F10T M12～M30 JIS表示許可工場

トルシア形 高力ボルト

JSS 09 S10T M16～M24 国土交通大臣認定

溶融亜鉛めっき

高力ボルト

JIS B 1186

準拠 F8T M16～M24 国土交通大臣認定

耐火鋼 高力ボルト

JIS B 1186

JSS Ⅱ 09 F10T-FR S10T-FR

M16～M24

M16～M24 JIS表示許可工場 国土交通大臣認定

高力ボルト国内生産量：年間10～15万㌧ （建築用途が約9割、鉄骨加工量の1.5～2%の重量比）

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超高力ボルトの特徴

メートル並目ねじ 超高力ボルト

②応力集中を緩和できるボルト 形状および新ねじ形状

①耐遅れ破壊特性に優れた素材

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

超高力ボルト

S10T

Ｈ Ｈ

Ｈ

Ｈ

Ｈ

遅れ破壊を起こす水素量の限界が高い

従来ボルト（Ｆ10Ｔ）の約1.5倍の 耐力を有する超高力ボルト →耐遅れ破壊性能を ①、②により確保

20

従来のF10T使用時 超高力ボルト使用時

超高力ボルトのメリット その１ 継手設計のコンパクト化

21

超高力ボルトの採用メリット その2 建設コストの削減効果

※ その他、鉄骨製作時のボルト用孔明け個数の削減もカウント可能。 ※ 副次的な効果として、ﾌﾞﾚｰｽや外壁材などの取付け金物の納まりが良くなる。

新工法

従来工法

添板 材料費 ボルト 材料費

建方

運搬費 ボルト締付け費

添板 材料費 ボルト 材料費 建方

運搬費 ボルト締付け費

ボルト締付け本数減

ボルト締付け作業時間の短縮 建方重量減

添板の軽量化による高所作業時の安全性向上

高力ボルト本数減

高力ボルト本数減による添板サイズ縮小と軽量化

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「火に強い鉄」－FR鋼（耐火鋼）

大空間 アトリウム

外部鉄骨

立体駐車場

高温性能に優れたＦＲ鋼の開発による無耐火被覆構造の実現

23

ＦＲ鋼と一般鋼の高温耐力比較

Yp

Yp

0

100

200

300

400

20 100 200 300 400 500 600 700 800 温度(゜C)

耐力 (N/mm2)

Yp:Yield point

SN490B(FR鋼)

SN490B(一般鋼)

217 (N/mm2)

＜品種＞ 厚板 形鋼 鋼管 コラム

＜接合材料＞ 高力ボルト 溶接材料

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在来の耐火被覆駐車場

ＦＲ鋼を用いた無耐火被覆立体駐車場

延床面積≦50,000㎡ 最上階より14F以内

（国土交通大臣一般認定取得済み）

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鉄骨造建物による復興・防災提案

嵩上げ街区重要施設 嵩上げ街区復興住宅 物流センター

津波避難タワー

防災拠点ビル

制振構造

座屈拘束 ブレース

ピロティ構造

コンクリート充填鋼管（CFT）構造

鋼構造学校施設

スチールハウス

26

店舗

住宅

住宅 基準階型

多層基盤建築

複数階型 多層基盤建築

短スパン型新基盤建築 （従来スパン比1.5倍） 長スパン型新基盤建築

（従来スパン比2倍）

オフィス

店舗

＜新構造システム＞

震度7弾性構造

エネルギー吸収デバイス

高強度鋼 （H-SA700）

＜革新的構造材料＞

メカニカルジョイント

＜合理的接合法＞

府省連携プロジェクト（H16～20年度）

「革新的構造材料を用いた新構造システム建築物」

＜制振デバイス＞

ﾌｧｽﾅｰ用高強度鋼 （2000N弱級）

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新構造システム建築物

鋼構造による「災害に強い社会資本整備」に向けた提案 ①嵩上げ街区重要施設

巨大地震並びに大津波から建物を守るため、街区全体を嵩上げし上部には高性能庁舎ビルや地域防災拠点機能、下部には駐車場、貸スペースなどを整備 28

鋼構造による「災害に強い社会資本整備」に向けた提案 ②嵩上げ街区復興住宅

新構造システム建築物で嵩上げ街区部分を作り、下部に既存の商店や事業所、新たな商業施設等を、上部には避難広場を囲むように集合住宅棟を配置 29

鋼構造による「災害に強い社会資本整備」に向けた提案 ③漁港地区積層産業施設

高階高・大スパンにより、工場と事務所を複合化し立体配置し、2つのスロープを使って各階に車で自在にアクセスできる物流センター 30

【工法の機能・目的】

１．地域の防災拠点 （避難施設、備蓄基地）

２．幼稚園や小・中学校の併設や 社会教育施設などとの複合化

⇒大空間，複層化が必要・・・鋼構造が有利

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鋼構造学校施設

構造： S造一部SRC造 地下1階地上5階

「子ども」に関連する施設を集めた複合施設 ・札幌市立資生館小学校 ・札幌市子育て支援総合センター ・札幌市しせいかん保育園 ・資生館小ミニ児童会館

【建物断面】

鉄骨造によるスーパーストラクチャー構造

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北海道 札幌市立資生館小学校-①

2階多目的スペース

普通教室

体育館（半地下）

33

北海道 札幌市立資生館小学校-②

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スチールハウス

戸建住宅

共同住宅

介護施設

診療所

店舗

35

スチールハウスの建築事例

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第20回「建築構造用鋼材とその利用技術」 講習会 開催案内

広島 名古屋 大阪

12月6日 12月13日 12月20日

13:00～17:00 13:30～17:30 13:30～17:30

広島大学大学院 名古屋工業大学大学院 大阪大学大学院

田川　浩教授 井戸田秀樹教授 多田元英教授

13:30～17:30

東京

②鉄骨造に関わる最近の動向について

③STKR柱補強設計・施工マニュアル、25度狭開先ロボット溶接適用マニュアル

④長周期地震動に関する建築研究所の取組み

①基調講演

東京工業大学大学院

笠井和彦教授

11月27日

申込方法：日本鉄鋼連盟のホームページから開催日の３日前までに申込んでください。

日本鉄鋼連盟ホーム＞各種ご案内＞催し物のご案内＞「建築構造用鋼材とその利用技術」講習会

http://www.jisf.or.jp/info/event/kenchiku/index.html

鋼構造シンポジウム2013 エンジニアリング・セッション

「南海トラフ巨大地震・大津波による激甚被害の低減と鋼構造の果たす役割」

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ご清聴ありがとうございました