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横座屈とは?3分でわかる意味と、許容曲げ応力度の関係

横座屈をご存じでしょうか。横座屈とは、座屈現象の1つです。オイラー座屈とは違います。今回は横座屈の意味と、許容曲げ応力度との関係について説明します。

横座屈とは?

横座屈は、梁の上フランジ又は下フランジが横にはらみ出すような現象を言います。下図をみてください。H型鋼の梁に応力が作用しています(地震力が作用したときの梁端部をイメージ)。黒線は元々の梁位置で、赤色は横座屈をした梁位置です。

H鋼の横座屈

このように、横座屈を起こすと梁がねじれたような挙動を起こします。横座屈もオイラー座屈と同じように、脆性的な破壊です。実務では、横座屈の現象を「許容曲げ応力度の低減」という形で取り入れています。これは後述します。

横座屈が起きる理由

ではなぜ、横座屈が起きるのでしょうか。長期荷重時と地震時に分けて、ざっくりと説明します。

長期時の横座屈

下図をみてください。両端ピンで長期荷重が作用したとき、曲げモーメントは全て下側に発生します。


「下側に曲げモーメントが発生している」つまり、中立軸を境に下側引張、上側圧縮の応力度が作用しています。※理解できない方は下記の記事を参考にしてください。

断面係数とは


この前述した応力により、上側フランジが圧縮され座屈を起こすのです。長期荷重時は、ほとんどが下側引張、上側圧縮の状態になるでしょう。


よって「上フランジが横座屈を起こさないか」考えます。


一方で、鉄骨梁は梁上のスタッドによりRCスラブと一体化させることもあります(床をRCスラブにする場合)。このとき、上フランジはRCスラブと一体化するので、「横座屈は起きない」という考え方もあるのです。


※スタッドやRCスラブに関しては下記の記事が参考になります。


スタッドとは何か?

スラブってなに?現役設計者が教えるスラブの意味と、特徴、役割

地震時の横座屈

地震時は、長期荷重とは違い下側、上側の両方が圧縮になります。地震はどこから作用するのか分からないので、「加力方向を正負両方考慮する」からです。

横座屈と許容曲げ応力度の関係

前述したように、横座屈は許容曲げ応力度の低減という形で取り入れています。許容曲げ応力度は低減が無いとすると、下記の値になります(400級鋼とします)。


長期fb=156

短期fb=235


これは横座屈が無いと考えた値です。しかし実際には上記の影響があるので低減します。ここでは具体的な低減方法(許容曲げ応力度の算定方法)は省略しますが、座屈長さが長ければ長いほどfbの値は小さくなります。


逆に座屈長さを短くすれば、fbの値は前述した156、235がとれます。

まとめ

今回は、横座屈について説明しました。大体のイメージがつかんで頂けたと思います。小難しい計算は、「許容曲げ応力度の算定」で勉強しましょう。

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