横座屈とは？3分でわかる意味と、許容曲げ応力度の関係

この記事の要点

横座屈とは梁のフランジが横にはらみ出してねじれる現象であり、許容曲げ応力度の低減によって設計上考慮する。

座屈長さが長いほど許容曲げ応力度fbが低減するため、座屈長さを短くすることが横座屈対策の基本となる。

この記事では、横座屈とは何かを整理します。

【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒　建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット

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。座屈、オイラー座屈の意味は下記が参考になります。

座屈とは？意味・座屈荷重・座屈長さ・種類をわかりやすく解説

オイラー座屈とは？座屈荷重の計算式と導出方法

100円から読める！ネット不要！印刷しても読みやすいPDF記事はこちら⇒　いつでもどこでも読める！広告無し！建築学生が学ぶ構造力学のPDF版の学習記事

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。

オイラー座屈、脆性破壊の意味は下記をご覧ください。

オイラー座屈とは？座屈荷重の計算式と導出方法

脆性破壊ってなに？1分でわかる意味と、脆性破壊の種類

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。

※長期荷重の意味は下記をご覧ください。

長期荷重と短期荷重

「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スラブは下記が参考になります。

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。※地震荷重の詳細は下記をご覧ください。

地震荷重とは？1分でわかる意味、計算、水平力との関係

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f_b＝156

短期f_b＝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。

許容曲げ応力度の意味は下記が参考になります。

許容曲げ応力度とは？1分でわかる意味、fbの計算式、ss400の値

混同しやすい用語

オイラー座屈（Euler buckling）

オイラー座屈は柱などの圧縮材が軸方向に対して横に曲がる現象（曲げ座屈）であり、横座屈とは発生する部材と方向が異なる。

横座屈は梁の曲げを受けるフランジが横方向にはらみ出すねじれ座屈であり、オイラー座屈（軸圧縮による曲げ座屈）と混同しないよう注意が必要。

試験での問われ方｜管理人の一言

一級建築士試験では、横座屈の防止対策（座屈長さを短くする）や許容曲げ応力度fbの低減との関係が出題される。

座屈長さが長いほどfbが小さくなる点を押さえておこう。（一級建築士頻出：横座屈の防止対策（座屈長さを短くする）と許容曲げ応力度fbの低減との関係が繰り返し出題）

横座屈を整理した表を示します。

項目	内容	備考
定義	梁のフランジが横にはらみ出す座屈現象	ねじれを伴う脆性破壊
許容曲げ応力度fb	座屈長さが長いほど低減される	座屈長さを短くして対策
RCスラブ一体化	上フランジがスラブと拘束され横座屈しない	スタッドにより一体化