JFE 技報 No. 10（2005 年 12 月）p. 35–40

新しい建築構造用高強度鋼材 550 N/mm 級鋼の特徴
22The Features of New High-strength Steel Materials “550 N/mm Class”
for Building Frames
村上行夫

MURAKAMI Yukio

JFE スチール

建材センター

建材技術部建築技術室主任部員
（副課長）

藤沢清二

FUJISAWA Seiji

JFE スチール

建材センター

建材技術部建築技術室主任部員
（副課長）

藤澤一善

FUJISAWA Kazuyoshi JFE スチール

建材センター

建材技術部建築技術室主任部員
（副部長）

要旨
2

Super-OLAC を適用した引張強さが 550 N/mm 級の建築構造用高強度鋼材を開発した。製品は厚板「HBL385」，円形鋼管「P-385」，角形鋼管「P コラム G385」である。これらの商品は従来鋼の溶接加工性を維持しながら高強度，高耐震性を実現したものである。角形鋼管の部材実験結果では，柱材として必要とされる累積塑性変形倍率 30 を十分確保できることが確認された。また，圧延 H 形鋼「HBL-H385」についても開発中である。さらに，本製品の定性的なメリットや課題を発掘するため試設計を実施し，その結果，全層の梁を置換すると剛性低下により層間変形角が 2 割以上増し，クライテリア確保が困難となるが，柱を置換した場合は実用上問題がないこと，本製品を当初から使用する設計とすれば適用可能範囲はさらに広がることなどの結果を得た。

Abstract:
2JFE Steel has developed new high-strength steel with lower limit tensile strength of 550 N/mm for building frames. The
series of the product are made up of a plate “HBL385,” a circular tube “P-385,” and a square tube “P column G385.” Theseproducts realized high-strength and excellent earthquake-resistance with equivalent weldability to conventional steel.
Furthermore, roll formed H shapes, “HBL-H385,” are under development. Design trial is carried out to study advantages andproblems to be solved of the products. The result shows that it is difficult to secure criteria for interchanges of all beams andthat there is no practical problems for interchanges of columns.

2

準 強 度 が 385 N/mm で あ り， 品 種 と し て は 厚 板 ｢HBL

1. はじめに385｣，円形鋼管 ｢P-385｣，角形鋼管 ｢P コラム G385｣（以下，385 シリーズ）がある。さらに，圧延 H 形鋼 ｢HBL-H385｣
2

高層建築物に使用される鋼材は，490 N/mm 級の SN 材
や TMCP（thermo-mechanical control process）鋼板などに関しても現在開発中の段階にある。385 シリーズの化学成分を Table 1 に，機械的性質を Table 2 に示す。

が 一 般 的 で あ る。 一 方， さ ら に 高 強 度 の も の と し て

2.1

2590 N/mm 級鋼があるが，製造工程において合金元素の添厚板「HBL385」

加や複雑な熱処理が必要となり，また，溶接施工においてHBL385 は 2002 年 2 月に大臣認定を取得した TMCP 厚も予熱管理，入熱制限など特別な管理が求められるなどの板 で あ り， 非 調 質 鋼 材 と し て は 最 高 の 基 準 強 度

理由により，全面的な普及までには至っていない。このよ（385 N/mm ）を取得している。Fig. 1，2 および Table 3

うな背景のもと，良好な溶接性・耐震性を合わせ持つ高強に機械的特性の一例を示す。Super-OLAC の急速冷却およ度鋼材のニーズが生まれた。このニーズに対応し，JFE ス

び均一冷却技術の特長をいかし，最適成分設計により高強チールでは急速冷却と均一冷却を両立した最先端のオンラ度，低 YR（降伏比）を実現しており，さらに Ceq（炭素当イン加速冷却装置である Super-OLAC を適用した引張強さ量），PCM（溶接割れ感受組成）を 520 N/mm 鋼レベルに2が 550 N/mm 級の建築構造用高強度鋼材を開発した。

22抑えることで優れた溶接性を具備している（溶接継手性能などの詳細事項は文献

2. 製品の特徴1)を参照）。本製品は優れた耐震性・溶接性を合わせ持つため，発売開始以来，その優位性が評価され，2004 年度から著名な大型物件で本格的に採用され2開発した 550 N/mm 級建築構造用高強度鋼材は設計基始めている。

− 35 −

2

新しい建築構造用高強度鋼材 550 N/mm 級鋼の特徴

Table 1 Chemical compositions of 385 series(mass%)
GradeC

HBL385B
HBL385C
P-385B
P-385CP column G385B
P column G385C

SiMn

0.18

0.55

1.60

0.20

0.55

1.60

0.20

0.55

1.60

PS

0.0300.015N

0.0200.008

0.0300.015

0.0200.008

0.0300.015

0.0200.008–
0.006
0.006Ceq

PCM

0.40**

0.26**

0.42**

0.27**

0.40**

0.26**

0.42**

0.27**

0.40**

0.26**

fHAZ–
0.58
0.58*t  50, **t  50
Ceq  C  Si/24  Mn/6  Ni/40  Cr/5  Mo/4  V/14
PCM  C  Si/30  Mn/20  Cu/20  Ni/60  Cr/20  Mo/15  V/10  5B
fHAZ  C  Mn/8  6(P  S)  12N  4Ti

Table 2 Mechanical properties of 385 series
2GradeYS (N/mm )385–505

HBL385B, C

385–535

P-385B, C385–505

P column G385B, CTS (N/mm2)

El (%)
26**

550–670

20**
26**

550–700

20**
26**

550–670

20**

YR (%)

vE0°C (J)RAZ (%)

80

70***C

85

70***

C

80

70***

C

25(average)15(each)25(average)15(each)25(average)15(each)* T.P.: JIS No. 5, ** T.P.: JIS No. 4, *** T.P.: at flat part
YS: Yield strength, TS: Tensile strength, El: Elongation, YR: Yield ratio
vE0°C: Charpy absorbed energy at 0°C
RAZ: Reduction of area in through thickness tensile test (Z)350
Charpy impact energy (J)700Stress (N/mm2)

600
500
400
300
200100300
25020015010005Fig. 1

101520Strain (%)

25LC500100 80 60 40 20
Temperature (°C)

30

Stress-strain relationship (t  32 mm)

Fig. 20Charpy impact property (t  32 mm)Table 3 Mechanical properties of HBL385
2Thickness (mm)YS (N/mm )TS (N/mm2)

El (%)YR (%)

vE0°C (J)RAZ (%)

19422

552

4476

289

74, 70, 74

32423

569

3774

189

74, 72, 71

35458

593

3277

269

73, 73, 72

70445

596

3175

290

76, 74, 74

1004325783175

24772, 69, 71

Tensile test: Full thickness (JIS No. 5)-C(19 t), 1/4t(JIS No.4)-C(32, 35, 70, 100 t)
Charpy test: 1/4t-C, RAZ: Z

2.2

JIS の STKN 規格に準拠しているが，その他の材料特性は円形鋼管「P-385」

すべて HBL385 に準拠している。

P-385 は，2003 年 8 月に大臣認定を取得した円形鋼管で2.3あり，造管方法としては UOE とプレスベンドの 2 種類が角形鋼管「P コラム G385」ある。円形鋼管（厚板を曲げ加工）であるため YP（降伏P コラム G385 は JFE スチールと（株）
セイケイが共同開強さ）レンジ，TS（引張り強さ）レンジおよび YR 規定は発した 550 N/mm 級冷間プレス成形角形鋼管である。
（株）

JFE 技報 No. 10（2005 年 12 月）− 36 −22

新しい建築構造用高強度鋼材 550 N/mm 級鋼の特徴

セイケイにて大臣認定を取得（2004 年 11 月）しており，繰返し載荷を行った。試験体は Fig. 3 にあるように，厚板製造は JFE スチールが，造管および販売は（株）セイ

中央部に通しダイアフラムを溶接した 3 点曲げ試験体

ケイによる。角部を除く平板部は HBL385 と同等の性能をである。Table 4 において，試験体 No. 3 を標準試験体有している。設計に関しては「冷間成形角形鋼管設計・施と し，No. 2 は 載 荷 入 力 方 向 に よ る 影 響，No. 4 は2)

工 マ ニ ュ ア ル 」 に 準 拠 し，BCP325 の 設 計 基 準 強 度 を

NBFW 法（non brittle fracture welding：脆性破断防止2385 N/mm に 読 み 替 え て 適 用 す る。 以 下 に，P コ ラ ム

溶接法，詳細は文献2)を参照）の影響，No. 5 は幅厚G385 の部材曲げ実験結果をもとにその構造性能について比の影響をそれぞれ検討するため準備された。以上は紹介する。

終局が破断と予想される FA ランクの試験体であるが，（1） 実験概要

その他に局部座屈による終局を考察するため，FB ラ実験概要を Fig. 3 および Table 4 に示す。部材のンクの試験体 No. 1 を用意した。Table 5 にそれぞれ全塑性モーメント Mp に対応する基準変位 δp を用い，の試験体の機械的性質を示す。いずれも高い角部靭性

1 ／ 2 の変形量で正負 1 回加力した後，1 倍，2 倍，4を 有 し て い る。 な お， コ ラ ム 角 部 強 度 は 最 大 で倍，6 倍，8 倍，…の変形量を各 2 回与える正負交番654 N/mm となっており，これより，ダイアフラムと2の溶接材料を YGW21（JIS Z 3312）とした。
（2） 実験結果

2 200

Fig. 4 に代表例として試験体 No. 3 の履歴ループを示す。6δp までの変形に耐えており，履歴ループも紡錘型の安定した形状となっている。Photo 1 に実験終了後のダイアフラム近傍溶接部を示す。NBFW 法とした試験体 No. 3 では，破断線がビード線からコラム母Test specimen

材側に流れているのに対し，従来溶接法とした試験体
No. 4 では，コラム母材側とともにビード線上の HAZPin軟化部を流れている。この影響により，塑性変形性能は試験体 No. 3 の方が No. 4 を上回っており，NBFW2 500法の効果が確認できた。Fig. 5 は塑性変形性能について，従来のコラムと比較した結果である。今回の試験結果をその試験体番号とともに示す。これらから P コ

unit: mm

7 000

ラム G385 の累積塑性変形倍率は，Fig. 5 の 2 つの鎖線の間の領域にプロットされると予想される。NBFW

Fig. 3 Test setup
Table 4

List of test specimen

FigureTest specimen

Loaddirection

B(mm)

t(mm)

Section performance
B/tRank ofB/t

Welding
methodA(cm2)

I(cm4)

Z
(cm3)

Zp
(cm3)

No. 1

C50019-00-10°500

1926.3FBNBFW

347

129 554

5 182

6 131

No. 2

C50032-00-10°5003215.6

FA

NBFW

546

186 845

7 474

9 206

No. 3

C50032-45-145°

500

3215.6FA

NBFW546

186 845

6 083

8 920

No. 4

C50032-45-045°500

3215.6FA

Normal546

186 845

6 083

8 920

No. 5

C60032-45-1

45°

600

3218.8

FA

NBFW

674

344 744

9 124

13 421

Table 5Test
specimen

Material properties

Flat part

Corner partYS
(N/mm2)TS(N/mm2)

El
(%)

YR
(%)

vE0°C
(J)

YS
(N/mm2)TS(N/mm2)

El
(%)

YR
(%)

vE0°C

No. 1

431

567

36.5

76.0

327

534

580

40.5

92.1

292

No. 2

456

615

44.7

74.1

336

601

654

44.5

92.0

298

No. 3

454591

46.1

76.8

298

564

639

49.5

88.4

311

No. 4485647

44.9

75.1

244

579

635

45.0

91.5

297

No. 5

456

615

44.7

74.1

336590

651

45.0

90.5

298

− 37 −(J)

JFE 技報 No. 10（2005 年 12 月）

2

新しい建築構造用高強度鋼材 550 N/mm 級鋼の特徴

溶接法を使用しなかった試験体も含め全ての FA ラン

8 000

ク試験体について，必要とされる累積塑性変形倍率 30Moment, M (kN·m)

6 000
4 000を上回っており，従来のコラムと比較しても同等な塑

Mp: Full plastic
moment2 000
0

性変形能力を持っている。以上，P コラム G385 は実用上問題ない塑性変形性能を有していることが確認さ2 000れた。

4 0006 0008 0000.1 0.05 00.05
Rotation, θ (rad)Fig. 42.40.1

圧延 H 形鋼「HBL-H385」

HBL-H385 は，Super-OLAC S を適用し，HBL385 と同等の材料特性を目指した圧延Ｈ形鋼である。なお，本製品にTest result (Moment-rotation relationship)関しては現在開発中であるため，内容詳細については次の機会に紹介する。

3. 試設計検討
本章では，385 シリーズを高層建築物に適用した際の定性的なメリットや問題点・課題を発掘するために実施した試設計ついて述べる。

3.1
C50032-45-1

C50032-45-0

Photo 1

Cumulative ductility factor, η160

超高層建築物とした。平面は整形であり制振ダンパーを配している。柱の断面形状は箱形断面（以下，BOX），H 形
断面，円形断面 (CFT) の 3 種が使用されている。Table 6FABCP235(45)
BOX SM490B BCP325(45) BCP325T(45)120に原設計で使用されている最大断面を示す。BOX 断面は□-600  70 (TMC325)，H 形断面は H-612  520  70  80

BCR295100BCR295(0)
800

Pipe
C50032-00-1

C50032-45-1 BOX SN490B
C60032-45-1

60

40 C50019-00-1
Requirement for
FA class (30) 20

Fig. 5

試設計の対象は Fig. 6 に示す高さ 122 m，25 階建てのFracture parts

Border of FA class140

対象建築物と試設計方法

0.5

C50032-45-0
Hot rolled column
Press column: SM490A
1

1.5
1/α

2

2.5

H-shape

PipeBOXBOX
H-shape3
Pipe

Relationship between cumulative ductility factor, η andgeneral width-thickness ratio, αFig. 6

Table 6

Building for trying to design

Maximum member section

Original design

InterchangeBOX-600  70

“TMC325” -600  60

“HBL385”

H-shapeH-612  520  70  80

“TMC325” H-592  510  60  70

“HBL385”

Pipe (CFT)-1 200  50

“TMC325” -1 200  40

Beam (H-shape)

H-1 500  400  16  40

JFE 技報 No. 10（2005 年 12 月）“SN490” H-1 500  400  16  32

− 38 −“HBL385”“HBL385”

2

新しい建築構造用高強度鋼材 550 N/mm 級鋼の特徴

25Case 1

試設計方法は，既存部材を強度差により断面置換し，置換が梁，Case 2 が柱，Case 3 が梁と柱，Case 4 が 10 階以下の梁と柱とし，計 4 Case とした。置換に際しては，Table 6に示すように，断面せいおよび幅は変えず厚さのみを強度比で変更し，厚さは標準板厚とした。なお梁の置換に際してはフランジのみを対象とした。

3.220試設計後の鋼材重量を Table 7 に示す。原設計に対するCase 3 で 6.9％，Case 4 で 4.3％減となった。部材別に着目すると，柱を置換すると原設計に対して 6％減，梁を全層Case 215Case 215Case 410試設計結果

全 体 の 鋼 材 重 量 は，Case 1 で 4.3 ％，Case 2 で 2.6 ％，20Story

後の建物性状を確認することとした。部材の置換は Case 125

Case 3Story(TMC325)， 円 形 断 面 は ○-1 200  50 (TMC325) で あ る。

Case 41055180
100120{(Each case)/(Original)}100 (%)
First stage design

1Fig. 7

Case 3
Case 1

80
100120{(Each case)/(Original)}100 (%)
Second stage design

Story driftに渡り置換すると 10％減，10 階以下で置換すると 4％減となった。各 Case の建物の一次固有周期を Table 8 に示す。

25

原設計と比較し，梁を置換する Case 1 および 3 は増大，柱置換の Case 2 はほとんど変化がない。10 階以下の柱梁を低下が顕著であり，二次設計時に中間階から上層階の層間

15

StoryStory定している。梁を置換した Case 1，Case 3 は上層階の剛性

Case 1Case 320

Case 22 次 設 計 時 の 建 物 層 間 変 形 角を，原 設 計 を 100 ％とし，Fig. 7 に示す。なお，二次設計は極希に発生する地震を想Case 320変更した Case 4 はその中間値となっている。1 次設計時と25

Case 1Case 415Case 2
Case 4

101055180
100120{(Each case)/(Original)}100 (%)
First stage design

180
100120{(Each case)/(Original)}100 (%)
Second stage design

変形が原設計から 2 割以上増しクライテリアを満足できなくなっている。柱を置換した Case 2 は十分に変更可能であり，10 階以下を置換した Case 4 もクライテリアを満足している。次に，一次，二次設計時のダンパー分担率比較をFig. 8 に示す。層間変形クライテリアが厳しくなる中高層部では，Case 1，3 の梁を変更したもののダンパー分担率

Fig. 8Contributional ratio of damperが著しく低下している。Case 1，3 の場合，クライテリア確保のためにさらにダンパー量を増やしてもフレームの剛性い。
本建物の場合，全層の梁を置換すると剛性低下が著しく，自体が低下しているため，変形量を減少させることは難しクライテリア確保が困難となる。柱を置換した Case 2 の場
Table 7合，クライテリアは十分に確保されており，実用上問題がQuantity of steel as a result of trying to design(unit:t)Quantityof Steel

Original

Case 1Case 2

Case 3

Case 4Total

9 607(100%)

9 194(96%)

9 356(97%)

8 943(93%)

9 190(96%)

Columns

3 881(100%)

3 881(100%)

3 630(94%)

3 630(94%)

3 630(94%)

Beams

4 190(100%)

3 777(90%)

4 190(100%)

3 777(90%)

4 024(96%)

Others

1 535(100%)

1 535(100%)

1 535(100%)

1 535(100%)

1 535(100%)

Table 8ない。また Case 4 の 10 階以下の梁置換も同様である。今2回検討した結果からは，490 N/mm 鋼柱を HBL385 に置換することは鋼重削減効果を目指すことができ，設計クライテリアとしても問題がないといえる。また，下層階のみであれば HBL385 を梁に適用することは十分に可能である。
2

今回は 490 N/mm 鋼からの置換による試設計であったが，HBL385 を当初から使用する設計とすれば，適用可能範囲はさらに広がるものと思われる。

4. おわりにPrimary natural period as a result of trying to design(unit:s)Natural period

Original

Case 1Case 2

Case 3Case 4

現在 385 シリーズに関しては，厚板，円形鋼管，角形鋼

X direction

3.14

3.23

3.15

3.24

3.19

管と主な建築構造用部材断面の商品化が完了し，建築構造

Y direction

3.02

3.09

3.03

3.11

3.08

用としての高い性能を確認した。また，試設計によって− 39 −

JFE 技報 No. 10（2005 年 12 月）

2

新しい建築構造用高強度鋼材 550 N/mm 級鋼の特徴

385 シリーズの適用によって鋼重削減が可能であることも確認できた。これによって，Only 1 商品として多様化する建築設計ニーズに対応可能となり，今後圧延 H 形鋼の開発が完了すると，すべての建築構造用品種に対して対応が可能となる。

参考文献

村上

1） 林謙次，藤沢清二，中川一郎．JFE 技報．No. 5，2004，p. 45．
2） 日本建築センター．冷間成形角形鋼管設計・施工マニュアル（改訂．2003．
版）− 40 −

行夫

藤沢清二

藤澤一善