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角パイプの断面係数は？1分でわかる意味、公式、計算、規格、rの関係

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角パイプの断面係数は、鋼材表の規格から読むことが多いですが、公式や計算方法を覚えると良いでしょう。規格に無い角パイプの断面係数の計算で、役に立ちます。ただし、角パイプの角度は半径ｒの曲率が付いています。今回は、角パイプの断面係数と意味、公式、計算、規格、rの関係について説明します。

角パイプには、STKRとBCRがあります。規格は、下記が参考になります。

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角パイプの断面係数は？

角パイプを下図に示します。下図のように、縦と横の長さが同じ、正方形のタイプが多いです。よって、一般的に用いる角パイプの断面係数は、縦と横で同じ値です。

上図の通り、角パイプは中が空洞の鋼材です。断面係数は、正方形の断面係数と少し違います。また、実際に用いる角パイプは、角部が丸みを帯びています。角部が直角のものに比べて、やや断面係数が小さいです。※計算で確認しましょう。

角パイプの断面係数は、メーカーの規格で決まっています。角パイプにはSTKRとBCRなどの種類があります。角パイプの断面係数は下記が参考になります。

STKR材の規格が丸わかり！一般構造用角形鋼管のサイズと断面性能

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角パイプの断面係数と公式

角パイプの断面係数の公式は、下記です。

Z=( bh³－b1h1³) /6h

上式は縦と横の長さが違う、長方形の角パイプをイメージした断面係数です。正方形の場合、b=hなので、

Z=( h⁴－h1⁴) /6h

です。記号の意味は、下図を確認しましょう。

断面係数の意味は、下記が参考になります。

断面係数とは

角パイプの断面係数の計算

角パイプの断面係数を実際に計算しましょう。断面は、300×300×6mmとします。値を公式に当てはめます。

Z=( h⁴－h1⁴) /6h＝( 30⁴－28.8⁴) /6×30=677cm³

規格値によると、660cm³です。計算値よりやや小さいですね。実際の角パイプは、角部に曲率が付くためです。

角パイプの断面係数の規格

角パイプの断面係数の規格は、下記が参考になります。STKR、BCRなどの種類があります。両者を比較すると、同じ断面でも微妙に断面係数の値が違います。これは、角部の曲率半径の影響です。

STKR材の規格が丸わかり！一般構造用角形鋼管のサイズと断面性能

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角パイプの断面係数とrの関係

角パイプを下図に示します。角部をみてください。半径ｒの分、曲率が付いています。角部が直角の断面と比較してください。

曲率ｒの付いた方が、断面が小さく見えますよね。前述の計算で確認したように、実際、計算値と規格値では、規格値の方が小さいです。角パイプの断面係数は、必ず規格値を使いましょう。

角パイプの断面係数を整理した表を示します。

項目	計算式・内容	備考
断面係数の公式	Z＝(bh³－b1h1³)/6h	長方形断面の一般式
正方形の場合	Z＝(h⁴－h1⁴)/6h	b＝hのとき
rの影響	角部の曲率により規格値は略算値より小さい	必ず規格値を使用

まとめ

今回は角パイプについて説明しました。意味が理解頂けたと思います。角パイプの断面係数は、鋼材表の規格を読むことが多いです。規格に無い角パイプを使うこともあるので、公式や計算方法を理解しましょう。下記も参考になります。

断面係数とは

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