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中空断面とは?1分でわかる意味、断面係数、断面二次モーメント、面積、応力度、座屈の関係

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中空断面(ちゅうくうだんめん)とは、中が空洞の断面です。例として、角形鋼管や円形鋼管があります。今回は中空断面の意味、断面係数と断面二次モーメント、面積、応力度、座屈との関係について説明します。中身が詰まった断面を、中実断面(ちゅうじつだんめん)といいます。詳細は、下記が参考になります。

中実材とは?1分でわかる意味、読み方、断面二次モーメント、中空材

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中空断面とは?

中空断面とは、中が空洞の断面です。下図をみてください。これが中空断面です。

中空断面

中空断面は、主に鉄骨造の柱に使います。特に、中空断面である角形鋼管や鋼管(円形鋼管)は、一般的に使う鋼材です。角形鋼管は断面性能が高く、断面性能の方向性が無いです(x、y方向で断面性能が同じ)。よって、色々な方向から地震力が作用する「柱」に、角形鋼管は適しています。角形鋼管の特徴、規格は下記の記事が参考になります。

BCR295の規格が丸わかり!BCR材のサイズと断面性能、重量、STKR

コラム(冷間成形角型鋼管)とは何か?


また、中空断面は中が空洞のため、中実断面に比べて重量が軽いです。中実断面を使うより、経済的に有利です。中実断面の意味は、下記が参考になります。

中実材とは?1分でわかる意味、読み方、断面二次モーメント、中空材

中空断面の断面係数と断面二次モーメント

中空断面の断面二次モーメントは下式で求めます。


角形の中空断面 (bh^3-b1h1^3)/12

円形の中空断面 0.0491(d^4-d1^4)


下図に、上式で用いた記号を示します。

中空断面の断面二次モーメント

中空断面の断面係数は、下式で求めます。


角形の中空断面 (bh^3-b1h1^3)/6h

円形の中空断面 0.0982 (d^4-d1^4)/d


下図に、上式で用いた記号を示します。

中空断面の断面係数

中空断面の面積

中空断面の断面積は、下式で計算します。


角形の中空断面 Bh-b1h1

円形の中空断面 0.785(d^2-d1^2)


下図に、上式で用いた記号を示します。

中空断面の断面積

中空断面の応力度

中空断面の応力度も、他断面の応力度計算方法は同じです。曲げモーメント、軸力、せん断力に対する応力度の算定方法は、下式を参考にしてくださいね。

梁の曲げ応力度と誘導方法

応力度の基礎知識、応力度の種類と1分でわかる応力との違い

中空断面と座屈、ねじれの関係

中空断面は、断面が閉じた形状です。これを閉断面といいます。閉断面は、ねじれや座屈に対する抵抗力が高いです。同じ大きさの中空断面とH形断面があります。どちらが座屈しそうですか?何となく、H形断面が弱そうに見えますよね。


その通りです。H形断面のように、閉じていない断面を開断面といいます。閉断面、開断面の意味は下記が参考になります。

閉断面とは?1分でわかる意味、開断面との違い、断面二次モーメント、座屈との関係

開断面とは?1分でわかる意味、読み方、閉断面との違い、ねじれ、座屈との関係


座屈、ねじれの意味は下記が参考になります。

座屈とは?座屈荷重の基礎知識と、座屈の種類

ねじり曲げが作用する鉄骨梁の応力度と、ねじり定数

まとめ

今回は中空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。中空断面は、中が空洞の断面です。中実断面に比べて経済性が高いです。H形断面などに比べると、座屈やねじれに対する抵抗性も高いと覚えてください。下記の記事も勉強しましょう。

コラム(冷間成形角型鋼管)とは何か?

中実材とは?1分でわかる意味、読み方、断面二次モーメント、中空材

開断面とは?1分でわかる意味、読み方、閉断面との違い、ねじれ、座屈との関係

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