断面積と有効断面積ってなに？ブレースの断面算定

この記事の要点

有効断面積とは、引張材の断面積のうち実際に力を負担できる部分の面積で、偏心曲げ・ボルト孔欠損・突出脚の無効分を差し引いた値である。

丸鋼ブレースの有効断面積は全断面積×0.75が目安。アングル材はボルト本数に応じて突出脚の無効長さが変わる（1本：h-t2、2本：0.7h…）。

ボルト本数を多くするほど無効長さが減り有効断面積が大きくなるため、引張材の設計ではなるべく多くのボルトを使うことが有利である。

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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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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