箱型断面とは？特徴・断面係数・断面二次モーメントの計算と角形鋼管への応用
この記事の要点
箱型断面は角形中空鋼管とも呼ばれ、4面が板で囲まれた断面形状です。
四方向から曲げ・せん断・ねじりが加わる柱に最適で、ラーメン構造の柱によく使われます。
「なぜH形鋼より柱に向くか」は、対称断面によるねじり剛性の高さで理解できます。
このページでは箱型断面の特徴・断面係数と断面二次モーメントの計算式・H形鋼との比較を解説します。
代表的な規格にBCR、BCP、STKRがあり、H形断面と比べて弱軸方向の対策が不要な点が特徴です。
この記事では、箱型断面とは何かを整理します。
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箱型断面（はこがただんめん）とは、外形は四角形で中が空洞の断面です。
建築物の柱部材としてよく使います。
今回は箱型断面の意味、特徴、部材、断面係数、断面二次モーメントについて説明します。
箱型断面に、冷間成形角形鋼管や一般構造用角形鋼管があります。
詳細は、下記が参考になります。
冷間成形角形鋼管（コラム）とは｜BCR・BCP・STKRの違いと柱材
STKR材（一般構造用角形鋼管）の規格・サイズ・断面性能一覧
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箱型断面とは？
箱型断面とは、外形は四角形で中が空洞の断面です。下図をみてください。これが箱型断面です。
箱型断面は、主に建築物の柱に使う部材です。鋼材の箱型断面には、BCRやBCP、STKRという規格があります。詳細は、下記が参考になります。
BCR295（冷間ロール成形角形鋼管）の規格｜基準強度295・寸法・重量・STKR違い
BCP325とは｜冷間プレス成形・基準強度325N/mm²とBCR295との違い
STKR材（一般構造用角形鋼管）の規格・サイズ・断面性能一覧
断面性能が高いことから、ラーメン構造の柱としてよく用います。ラーメン構造の意味は、下記が参考になります。
ラーメン構造とは？1分でわかる意味、特徴、由来、メリットとデメリット
箱型断面の特徴
箱型断面の特徴を下記に示します。
張間、桁行方向で断面性能が変わらない
座屈が起きにくい
下図をみてください。箱型断面は、矢印に示す方向の断面性能（断面係数、断面二次モーメントなど）が同じ値です。
建物の構造計算では、一般的に２方向（X方向、Y方向）の地震力に対する検討を行います。箱型断面は、両方向とも「強軸」といえるので、どちらの方向も耐力は高いです。強軸（弱軸）の意味は、下記が参考になります。
一方、H形断面はXとY方向で断面性能が違うので、弱軸方向はブレースをいれるなどの処理が必要です。ブレースの意味は、下記が参考になります。
ブレース構造とは？ラーメン構造との違い・種類と地震力の負担メカニズム（設計上の特徴）
断面係数、断面二次モーメントの他に、断面二次半径も張間と桁行で同じです。よって、座屈に対する抵抗性も高いです。断面二次半径の意味は、下記が参考になります。
断面二次半径とは？1分でわかる意味、公式、計算、座屈、断面二次モーメントとの関係
箱型断面の部材
箱型断面は、主に柱部材として使います。柱部材を箱型断面、梁部材をH形断面としたラーメン構造が、よく設計されています。空間を広く使えるので、室内用自由度も高く、構造設計も比較的簡単な構造形式です。
箱型断面の断面係数と断面二次モーメント
箱型断面の断面係数の計算方法を下図に示します（表の一番上です）。
また、下記の記事では、箱型断面（BCR295）の断面係数、断面二次モーメント他を検索できます。是非、参考にしてくださいね。
BCR295（冷間ロール成形角形鋼管）の規格｜基準強度295・寸法・重量・STKR違い
混同しやすい用語
H形断面
断面がH形状で開いており、XとY方向で断面性能が異なります。
主に梁部材に使われます。
箱型断面が両方向で断面性能が同じ（等方性）であるのに対して、H形断面は弱軸方向があるためブレースなど弱軸対策が必要な点が異なります。
箱型断面を整理した表を示します。
| 項目 | 箱型断面 | H形断面 |
|---|---|---|
| 主な用途 | 柱部材 | 梁部材 |
| 断面性能の方向性 | 両方向で同等（等方性） | 強軸・弱軸あり |
| 代表規格 | BCR295、BCP325、STKR | SS400、SN490など |
まとめ
今回は箱型断面について説明しました。意味が理解頂けたと思います。箱型断面は、外形が箱型で中が空洞の断面です。鋼材の材質として、BCRやSTKRがあります。箱型断面の特徴、断面性能をよく理解しましょう。下記も併せて勉強してくださいね。
冷間成形角形鋼管（コラム）とは｜BCR・BCP・STKRの違いと柱材
STKR材（一般構造用角形鋼管）の規格・サイズ・断面性能一覧
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意味を読んで終わりにせず、実際に理解できているかチェックしてみましょう。
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