断面積と有効断面積ってなに？ブレースの断面算定

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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。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。※チャンネル（溝形鋼）やアングル、ブレースについては、下記が参考になります。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学改訂版/工学社」

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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。※引張材の断面算定については、下記が参考になります。

引張材の断面算定

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、

An=A×0.75

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。※アングル材については、下記が参考になります。

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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。

有効断面積と断面積1

※ガセットプレートについては、下記が参考になります。

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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。

有効断面積と断面積2