鋼構造物工事

鉄骨工事とは鉄骨造の建築物を作る工事のことです。鋼構造物工事の鉄骨工事では、鉄骨の加工から組み立てまですべてを行います。文字通り、建物の骨組みを作る仕事なので、ほんの僅かなズレ、歪みも許されないことが特徴です。

鉄骨の種類

鉄骨は大きく分けて軽量鉄骨、重量鉄骨の2種類があります。その違いは名前の通り重さですが、単位あたりの重量によっていずれかに分類されます。一般的に軽量鉄骨は厚み6mm未満、重量鉄骨は6mm以上ですが、それぞれの特徴は以下の通りです。

軽量鉄骨

軽量鉄骨は厚みが薄いので材料費を安く抑えられるというメリットがあります。建物全体も軽く仕上がるので、地盤工事のコストも安くすみます。ただし、柱と梁だけでは強度が不十分で筋交いを使用した「ブレース構造」にならざるを得ず、レイアウト面などで不自由することも少なくありません。また、建物が軽いので震動が伝わりやすく、音が漏れやすいというデメリットもあります。

重量鉄骨

重量鉄骨の柱は強度があるので、柱の間隔を大きく開け、広々とした空間を作ることができます。鉄骨に厚みがあるので、柱と梁だけで躯体を構成する「ラーメン構造」と呼ばれる独特の構造も可能です。ただし、建物全体が重くなるので地盤工事や基礎工事のコストがかかるのは避けられません。

鉄骨造の構造

鉄骨造の建築物はブレース構造、ラーメン構造などの構造になっています。それぞれの特徴とメリット、デメリットは次の通りです。

ブレース構造

柱、梁、筋交いを使用した構造です。筋交いのある面を一定間隔で配置することにより、横からの力に強いことが特徴です。ただし、設計に制限があることがデメリットです。これまで工場などに主に使用されてきましたが、最近では住宅でも採用されています。

ラーメン構造

柱と梁が一体化していることが特徴です。接合部分は強い力を受けても変型しないようにしっかりと溶接やボルトで止められています。筋交いが必要ないので、窓を大きく作るなど間取りの自由度が高くなるというメリットがあります。

鉄骨造のメリット

鉄骨造は商業施設などの建築にもよく使われる手法です。それには次のようなメリットがあるからです。

工期が短い

たとえば、部材の大部分を鉄工所で加工することも可能です。そのような施工ならば比較的短期間で完成できるので、天気の影響を受けにくいといえます。

広い空間を作れる

鉄骨造は梁を長く、開口部を広くしやすいという特徴があります。少ない柱ですみますので、柱と柱の間を広く開けることも可能です。

鉄骨造のデメリット

鉄骨造には次のようなデメリットもありますが、対策を講じることも可能です。

火事に弱い

火事に弱い鉄骨造ですが、耐火被覆などを施すのもひとつの方法です。

サビに弱い

鉄骨には錆止めが塗ってありますが、上塗り塗装などでカバーすることをおすすめします。また、土に触れる所にはコンクリートを巻いたり、メッキ加工などを施すと良いでしょう。

熱を伝えやすい

夏は暑く、冬は寒くなりがちです。しかし、断熱材を施工すれば十分快適な住環境を作ることができます。

鉄骨工事の工程

鋼構造物工事の鉄骨工事では、鉄骨の製作・加工、組み立ての2つの工程があります。鉄骨の基本的なパーツの製作・加工は鉄工所で行い、それを現場で組み立てていくという流れになります。主に現場での工程がどうなっているのか、一般住宅の施工を例に解説します。

基礎工事

鉄骨造は木造などと比較して建物全体の重量があるので特にしっかりと行う必要があります。

土間コンクリート打設

そのまま床として使用されることもあるため、金ゴテなどで十分ならします。

鉄骨建方

鉄骨の骨組みを組み立てます。レッカーなどの重機が必要になることもあります。

塗装工事

通常、鉄骨には錆止めが塗られているものですが、腐食防止のためにはさらに塗装が必要です。

外装工事

外壁素材で骨組みを囲います。

外構工事

建物のまわりの土をならしてアプローチを整えます。

鉄骨建方の注意点

鉄骨工事の中でも要となるのが鉄骨建方です。鉄骨建方には次のような注意点があります。

作業指揮者を専任する

高さ5m以上の鉄骨工事の場合は、必ず「建築物等の鉄骨の組み立て等作業主任者」を置かなくてはいけません。これは、専門的な教育を受け鉄骨工事などに3年以上従事した人だけが取得できます。

ストックヤードにも配慮

鉄骨をストックヤードに仮置きしての作業になることが一般的です。鉄骨を積み上げすぎて崩壊、倒壊などを起こさないように注意しなければいけません。

天候に注意する

平均風速10/m以上の強風の場合は作業を中止することを推奨されています。現場には必ず風速計を設置するようにしましょう。

鉄骨の吊り上げに注意

鉄骨を吊り上げる際、その真下にいるのは厳禁です。また、長い鉄骨や重い鉄骨は吊り上げている途中で回転しやすくなっています。補助ロープを取り付けるなどして安全を確保します。

橋梁工事は橋を造る鋼構造物工事です。橋脚、橋台の基礎などを造る下部工事、橋台や橋桁を完成させる上部工事という2つの工程があることが特徴です。橋梁の構造と、橋梁工事の工程などについて解説します。

橋梁の構造

橋梁は橋桁、橋台、高欄によって構成されています。

橋桁

河川などを横断して道路となる部分を橋桁といいます。橋桁の長さは橋長（きょうちょう）と呼ばれます。鋼製の他、コンクリート製のものもあります。

橋台

橋桁を受け止める部分です。地盤のやわらかい場所に橋を架ける時には、橋台の下にさらに基礎杭を打ち込みます。

高欄

橋の上を通行する人や車が誤って転落することのないように設置します。遠目に見て橋の姿を印象付ける部分でもあります。周囲の環境に溶け込み、なおかつ地域のランドマークとなるようなデザインが求められます。

橋梁工事の工程

橋梁工事を始める前にまず、費用、耐久性、デザインなどから橋の設計を決めます。さらに、ボーリング調査により地盤の強度を確認することも欠かせません。古い橋を撤去して新しい橋を造る場合には、仮橋の設置も必要になってきます。橋梁工事の工程は掘削、橋台設置などの下部工工事と、橋桁の設置などの上部工工事があることが特徴です。

掘削

橋台を設置する予定の場所を掘削します。

橋台設置

掘削が完了したら、橋台の基礎になる部分をコンクリートで製作します。その中に木製の型枠をはめ込み、次に鉄筋を組み立てていきます。設計通りに組み立てが行われたか確認した後にコンクリートを打ちます。コンクリートが固まったら型枠を外して、設計通りの強度になっているかシュミットハンマーという検査器具で確認します。

橋桁設置

鉄工所で製作された鋼鉄製の橋桁をクレーン車を使用して橋台に載せていきます。載せ終わったところで橋桁が動かないようにボルトでつないでいきます。さらに橋の強度を増すためにその上に鉄筋を組み立てます。鉄筋が設計通りに組み立てられたところにコンクリートを打ちます。コンクリートが固まったら水が染み込まないようにコーティングを行います。さらにその上にアスファルト舗装をしていきます。

高欄設置

橋の上を通行する人や車が転落しないように高欄を造ります。高欄の先端にある親柱に、河川の名前、橋の名前、できあがった年月などのプレートをはめこんで完成です。

橋梁の種類

橋梁はその構造から桁橋、アーチ橋、トラス橋、斜張橋（しゃちょうきょう）、吊橋などに分類されます。

桁橋

横にかけた橋桁だけで橋面を支える最もシンプルな橋です。橋の途中に橋脚を設置するタイプとしないタイプがあります。

アーチ橋

一般的な桁橋では、上から力が加わった時にたわみが発生します。橋桁をアーチ状にすることでたわみを軽減できます。ただし、上下に大きな空間を必要とし、上部が大きい橋脚が必要となり、水位の上昇する河川などには向きません。

トラス橋

三角形の部材を繰り返してつないだ形の橋をトラス橋といいます。一般的にH型断面または箱型断面の溶接構造をしています。2つの橋脚でトラス構造の橋桁を支える単純トラス橋と、複数の橋脚で支える連続トラス橋があります。

斜張橋

斜張橋とは、塔から斜めに張ったケーブルで橋桁を支えている橋のことです。塔と橋桁をケーブルで直接つないでいることが特徴です。

吊橋

鋼などの張力で橋桁を吊り下げて支えている橋のことです。斜張橋のメインケーブルが直線状なのに対して、吊橋のメインケーブルは曲線を描くように垂れ下がります。アメリカのブルックリン橋、明石海峡大橋など世界の長い橋の多くは吊橋です。

鉄塔工事とは鉄塔を建設する鋼構造物工事のことです。鉄骨を組み合わせて作る鉄塔にはさまざまなタイプがあります。形状によって四角鉄塔、矩形（くけい）鉄塔、烏帽子形鉄塔、門型鉄塔、環境調和型鉄塔などに分類されます。また、鉄塔を支える部分の形式により、自立式鉄塔、支線式鉄塔、ルーフタワー、パンザマスト、クランクアップタワーなどがあります。

鉄塔の形状による分類

形状による鉄塔の分類は次の通りです。

四角鉄塔

鉄骨の外形が四角すいの形状になっているものです。鉄塔の形状として最も広く使われています。

矩形鉄塔

鉄骨の外形が上から見た時に長方形になっているものです。引っ張られる方向により強度が強い部分と弱い部分があることが特徴です。

烏帽子形鉄塔

積雪の多い場所などに設置される、下部ほど鉄骨が広がっているタイプの鉄塔です。送電線などに用いられます。

環境調和型鉄塔

まわりの景観に配慮しながら建設される鉄塔です。鉄管など様々な鋼材が使用されていることが特徴です。美化鉄塔と呼ばれることもあります。

鉄塔の支部形式による分類

鉄塔の支え方のことを支部形式といいます。支部形式には以下のような様々なタイプがあります。

自立式鉄塔

鉄塔本体だけで自立している鉄塔を自立式鉄塔といいます。

支線式鉄塔

支線によって支えられている鉄塔を支線式鉄塔といいます。自立式と比較して支線を張るための土地が必要となりますが、自立式より材料は少なくてすみます。

ルーフタワー

建物の屋上などに設置される、屋根を使って支えるタイプの鉄塔です。

パンザマスト

何本かの鉄管をつなぎ合わせて柱状にして支える鉄塔です。いくつかのパーツに分解しやすいので、山間部など大きな鉄骨を搬入しにくい場所、設置と撤去を繰り返す時などに使用されます。

クランクアップタワー

数本の骨組みを筒型に組んで入れ子状に重ね合わせ、ワイヤーなどを加えて伸縮可能にしている鉄塔です。強風時などに短くして鉄塔の揺れを防ぐことができます。

鉄塔工事の工程

以上のように鉄塔には様々なタイプがあります。いずれにせよ、鉄塔工事はおおよそ次のような工程で行われます。

調査と設計

鉄塔を建てる場所の事前調査を行います。地表の高低と起伏、地層の性質と状態、気象条件などについて調べます。その土地にふさわしい鉄塔を、完成後にできるだけ保守点検のしやすさ、工事費用などを加味しながら設計します。

仮設工事

鉄塔工事は山間部などで行われることも少なくありません。まず、資材や機材を工事現場に運ぶための通路を作り、工事用地を整備するなどして工事を開始するための仮設工事を行います。道路を作れない場合は、索道というロープウェイ状の運搬システムを作ることもあります。さらに、索道の設置も不可能な場合はヘリコプターによる資機材運搬が行われますが、この場合は重量が制限されます。

基礎工事

鉄塔の脚を支える基礎を作ります。台風や地震で鉄塔が倒壊することのないように強固な基礎を作らなければいけません。傾斜が急な場所に大型の鉄塔を建てる場合、基礎の杭の長さが数十メートルになることも少なくありません。まず、掘削機と手掘りを併用しながら掘削を行います。十分な深さの穴を掘ったら、基礎と鉄塔部材を連結するいかり材を底面に添え付け、次に鉄筋を配置します。その後、型枠を設置してコンクリートを打設します。コンクリートが固まったら、掘削した穴を埋め戻して締固め、整地をすれば基礎の完成です。

組立工事

クレーンで鉄骨部材を吊り上げながら、鉄塔を組み立てていきます。鉄塔工事の現場まで自動車が入れる時は移動式クレーンが使われます。また、移動式クレーンが入れない場所ではクライミングクレーンを使用します。クライミングクレーンは鉄塔内部に設置され、鉄塔が組み上がっていくのと同時に上へ移動していくというものです。クレーンで吊り上げられた部材は人の手でボルトとナットで取り付けられます。

架線工事

送電鉄塔の場合、一定区間ごとに電線を張っていきます。3～5kmほどを1区間として細いロープ、太いワイヤーロープ、電線と順番に引き換えて行きます。最後に鉄塔と電線を絶縁する、がいしと呼ばれるパーツの取り付けも行います。このようにして鉄塔が完成した後も、古くなった部品を交換するなど保守点検を怠らないようにしなければいけません。また、いずれは鉄塔の建て替え工事なども必要になります。

貯蔵用タンク設置工事とは、工場などで石油、ガスなどを貯蔵するためのタンクを設置する鋼構造物工事のことです。危険物を貯蔵するため堅牢であることはもちろん、構造、設備、配管などについても厳しい基準が求められます。

貯蔵用タンクの構造の基準

貯蔵用タンクの構造は必ず次のような基準を満たしていなければいけません。

計量装置の設置

貯蔵用タンクの外側には必ず計量装置を設置しなければいけません。危険物の量が自動表示され、いつでも確認できるようにする必要があります。

タンクの厚さ

貯蔵用タンクは鋼板で作られますが、必ず厚さは3.2mm以上でなければいけません。

サビ止め塗装

貯蔵用タンクを構成する鋼板にはサビ止め塗装を施さなくてはいけません。

貯蔵用タンクの設備の基準

貯蔵用タンクには次のような設備をそなえている必要があります。

防油堤

液体の危険物を貯蔵する屋外タンクは、周辺に防油堤を設置します。防油堤は鉄筋コンクリートや土で作ります。防油堤の容量は、貯蔵タンクの容量の110%以上なくてはいけません。防油堤内に複数のタンクがある場合は、最大のタンクの容量の110%としますが、防油堤内のタンクは10以下と決められています。また、防油堤の高さは0.5m以上とし、もし防油堤の高さが1mを超える場合には約30mごとに防油堤内に出入りするための階段を設置します。さらに、防油堤の床面積は80,000㎡以下とします。

水抜口

貯蔵用タンクは内部の排水を出すための水抜口を必ず設置します。ただし、水抜口の弁は排水時以外には開けません。　

通気管

貯蔵タンクには必ず通気管を設置します。

避雷設備

指定数量の10倍以上の危険物を貯蔵するタンクには避雷針などの避雷設備が必要です。指定数量とは消防法の規制を受ける危険物の量のことです。指定数量以上の危険物を貯蔵する場合には消防法の規制を受けることになります。たとえば、引火性液体の指定数量は以下の通りです。

品名	性質	代表的な物品	指定数量
特殊引火物		ジエチルエーテル 二硫化炭素	50L
第1石油類	非水溶性	ガソリン	200L
第一石油類	水溶性	アセトン	400L
アルコール類		メチルアルコール エチルアルコール	400L
第2石油類	非水溶性	灯油 軽油	1000L
第2石油類	水溶性		2000L
第3石油類	非水溶性	重油 クレオソート油	2000L
第3石油類	水溶性		4000L
第4石油類		ギヤー油 シリンダー油	6000L
動植物油類			10000L

貯蔵用タンクの配管の基準

貯蔵用タンクは配管についても厳しい基準が設けられています。

配管の材質

貯蔵用タンクの配管は必ず強度のある材質を使用します。配管にかかることが予想される最大常用圧力の1.5倍以上の圧力をかける水圧実験を行って、漏えい等の異常が起きないことを確認する必要があります。

配管の支持物

屋外の貯蔵用タンクは鉄筋コンクリート造などの支持物で支えなければいけません。これは、地震、地盤沈下、風圧、温度変化などによる配管の伸縮に対応するためです。また、地下に埋没させる時には、配管接合部分から漏えいがないか点検できるようにしなくてはいけません。さらに、地盤にかかる重量が配管にかからないように支持物で保護する必要があります。

屋外広告の看板の製作と設置などを行う工事を屋外広告工事といいます。鋼構造物工事のひとつである屋外広告工事では、鋼材の加工・製作などから請け負っていることが特徴です。屋外広告にはさまざまなタイプがありますが、鋼構造物工事が必要なものとしては自立看板、袖看板、壁面サインなどがあります。

屋外広告とは

屋外広告とは屋外広告法第2条第1項で「常時又は一定の期間継続して屋外で公衆に表示されるものであつて、看板、立看板、はり紙及びはり札並びに広告塔、広告板、建物その他の工作物等に掲出され、又は表示されたもの並びにこれらに類するもの」と定義されています。これをわかりやすく言うと、次のような広告ということになります。

・常時または一定期間継続して設置されている。
・屋外に設置されている。
・公衆のために表示されている。
・看板、立て看板、はり紙、貼札、広告塔、広告板、建物その他の工作物という形をとる。
・掲出されたり表示されたりしている。

屋外広告の種類

屋外広告と一口にいっても様々なタイプがあります。鋼構造物工事が必要なものとしては以下のようなものがあります。

自立看板

地面に基礎を作って建てられている屋外広告看板のことです。

袖看板

建物の壁面や支柱などを利用して、建物の側面に垂直に突き出ている看板です。突き出し看板とも呼ばれます。建物に取り付けるタイプ、支柱から作るタイプなど様々な種類があります。

壁面サイン

建物の壁面に設置される屋外広告です。簡単なパネル方式のものから、文字発光タイプ、内照式など数多くの種類があります。

屋外広告工事の工程

大型の自立看板が立つまでの工程は次の通りです。

デザイン

広告内容、設置場所などに応じてデザインを決めます。

鉄骨溶接

鉄骨を溶接加工して、自立看板の骨格を作ります。

塗装

自立看板の骨格となる鉄骨と柱材に錆止めを塗装します。

外装面組立

鉄骨の骨格に外装パネルを組立てていきます。

地盤調査

自立看板が立つ場所の地盤調査を行います。

掘削

柱材を埋める位置にしるしを付け、ドリルで掘り下げていきます。ラフタークレーンという掘削と同時にコンクリート注入ができる重機などが使用されます。

鉄管杭の埋込

柱材を支える鉄管杭を埋め込みます。

柱立て

鉄管杭の上に柱材を立てていき基礎の完成です。

看板取付

クレーンで看板を吊り上げ、柱材に取り付けます。

コンクリート根巻き

柱材の根元をコンクリートで固めて自立看板の完成です。

水門とは河川などを横断する形で設置される流水を制御する構造物です。水門工事とは、水門を取り付ける鋼構造物工事のことです。流水を制御するとともに堤防としての機能も持ち、人々の暮らしを災害から守ってきました。水門は機能や構造によって次のように分類されます。

水門の機能による分類

水門は機能によって分流水門、調節水門、防潮水門、制水門などに分けられます。実際の水門のほとんどは、これらのうちのうくつかの機能を兼ね備えています。

分流水門

河川などの計画的な分流を目的として設置されます。

調整水門

塩害の防止、湖沼の水位調節を行う水門です。

防潮水門

津波や高潮による河川の水位上昇、洪水などを防ぎます。

制水門

支川に設置し、本川の水が逆流してくるのを防ぎます。

水門の構造による分類

水門はその構造によってローラーゲート、スルースゲート、マイターゲート、セクターゲートなどに分類されます。

ローラーゲート

現在、日本に設置されている水門の多くはローラーゲートです。鉄鋼などで作られた開閉用ゲートの板にローラーを取り付けたものです。開閉用ゲートを鋼鉄製のワイヤーロープなどで垂直にもちあげて開閉します。この時、ローラーが摩擦抵抗を軽減するので、大きな水圧がかかる大規模水門にも利用可能です。最も止水が容易な構造ともいわれ、様々な場所で活用されています。

スルースゲート

ローラーゲートのローラーがないタイプです。単純に板を上下に動かすことによって水門を開閉します。

マイターゲート

観音開き式の水門です。上部構造が不要なので、運河などでよく使われています。

セクターゲート

かまぼこ型の扉が回転して水門が開閉します。ラジアルゲートとも呼ばれます。

水門工事の工程

水門工事は以下のような工程で施工されます。

地盤調査と掘削

水門を設置する予定の場所の地盤調査を行います。大きな構造物が載っても問題のないように地盤改良を行い、掘削をします。

矢板入れ

地盤を十分掘削したら、水を地下で遮るための矢板を入れます。

鉄筋組立

矢板を入れ終わったら、水門本体の鉄筋を組み立てます。

コンクリート打設

水門本体の鉄筋を組み立てたら、型枠を組んでコンクリートを打設します。

扉体組立

水門本体の鋼構造物工事が完了したら、扉体すなわちゲート設備を組立てます。大きな水門の場合、いくつかに分割した鉄骨をクレーンで吊り上げながら、溶接によって組み立てていきます。水門本体と扉体は別の業者が請け負うこともあります。