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断面積と有効断面積ってなに?ブレースの断面算定

ブレースに用いる部材には、チャンネル(溝形鋼)やアングルがあります。※溝形鋼に関しては下記の記事が参考になります。


チャンネルやアングルは、左右非対称の断面です。よってブレースに軸力が作用すると「偏心曲げ」が発生します。引張力が作用するブレースでは、 偏心曲げの影響を考慮して「有効断面積」を用いて、断面算定を行うのです。今回は、断面積と有効断面積の違い、ブレースの断面算定について説明します。


有効断面積と断面積ってなに?

引張材の断面算定は、必ず有効断面積を使います。有効断面積とは、部材の実際の断面積よりも小さい値で、外力に対して「有効に負担する断面積」です。


前述したように、チャンネルやアングル材によるブレースは、左右非対称の部材であるため偏心曲げを考慮し、実際の断面積より小さい値(すなわち有効断面積)を、断面算定に使います。 さらに、ガセットプレートに取り付けるためボルトが必要ですが、穴の欠損分だけ断面積は少なくなります


また丸鋼ブレースでは、丸鋼のネジ部が切り欠いてあるため、断面積は小さくなります。


このような、見掛けの断面積に対して、実際の断面積を「有効断面積」と呼びます。さて、丸鋼の有効断面積は、



で、簡単です。では、アングル材の有効断面積は、どのように算定すれば良いでしょうか。

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アングル材の有効断面積

まず、アングル材は下図のようにガセットプレートに高力ボルトで接合します。ガセットプレートは柱梁に溶接します。

よって、穴により欠損した断面積を元のアングル材断面積から引きます。さらに、アングルやチャンネル材は、下図のように突出脚先端部を無視するという規定があります。この突出脚長さhnは接合するボルト本数が多ければ多いほど、控除する値が少なくなります。ですから、なるべく多くのボルトで留める方が、多くの有効断面積を取れるという意味でも有利なのです。



例えばアングル材のhn(突出脚長さ)は下記のように定められています。

 

どうですか?ボルト2本で留めていても、片面は7割も断面積が控除されてしまいます。ということは、元の断面積の6割くらいしか残っていないことになりますね。


さて、以上を踏まえるとアングル材の有効断面積は下式で算定できます。

となります。Ajは有効断面積、Agは元の断面積、Adが穴の欠損断面積、hnは無視する突出脚長さ、tはアングル材の板厚です。


以上のように、アングル材の設計では思っているよりも有効断面積は小さくなります。元の断面積で計算した部材よりも1回り大きくなるかもしれませんので、忘れないように有効断面積を求めておきましょうね。


まとめ

今回は断面積と有効断面積について説明しました。ブレースの断面算定の基本的な考え方ですから、覚えておきましょう。また、ブレースの保有耐力接合も大切な項目です。下記の記事から進んでくださいね。

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