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引張材の有効断面積の算定

この記事の要点

引張ブレースにアングル材やチャンネル材を用いると偏心が生じるため、全断面積ではなく有効断面積で断面算定を行う。

有効断面積は全断面積から、ボルト孔の欠損分と突出脚の無効部分（ボルト本数に応じた長さ）の断面積を差し引いた値である。

概算では突出脚を1/2とした有効断面積を用いる。

ボルト3本以上の方が有効断面積を大きく確保でき設計上有利である。

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鉄骨造ではラーメン構造の他に、ブレース構造と呼ばれる構造形式が採用される場合があります。

ブレース構造は、柱と梁にかけた斜め部材のことです。

ラーメン構造が地震力を曲げモーメントで伝達するのに対して、ブレース構造は軸力伝達できるため、部材断面が小さくて済むメリットがあります。

また、圧縮材と違って座屈することもありませんから、引張強度もＦ値そのままとることができて、ｆｔ＝235N/m㎡となります。そのため、ブレース材は比較的小さい部材が多く、例えばアングル材とか、チャンネル材が用いられます。

このとき、ガセットプレートと引張材の断面を描くとこのようになります。

すると、ブレース芯と、本体に溶接して取り付けているガセット芯がずれていることが分かります。ブレース芯に作用している軸力は本体へ伝達する必要があるため、軸力はガセット芯を通ります。

本来なら、これを偏心引っ張り材として曲げ応力を考慮した計算をすれば済むのですが、毎回、この計算をするのは実務的にも煩雑です。

そこで、引張材が偏心している場合、引張材の断面積を部分的に無視するという断面算定の方法が一般的です。この断面積を「有効断面積」と言います。つまり、全断面が有効ではなく、部分的に断面が有効と言いたいのです。

さて、鋼構造基準では有効断面積は突出脚の1/2で良いとされています。これに、ボルト径分の断面積を引いた値が有効断面積です。

接合部指針では、突出脚の無効部分の長さをボルト本数によって決めています。傾向としては、ボルトを多く打った方が、無効部分の長さが短くなるため、ボルト本数を多くした方が、得と言えます。

よって、ボルトの検討でボルト自体は２本で済む場合でも突出脚の長さを多くして有効断面積を稼ぐために、最低でも３本は打っておきたいですね。ボルト本数が３本で突出脚の長さが1/2。４、５本になると、1/3、1/4と減じる長さが少なくなってきます。

手計算でざっくりと概算するときは、とりあえず突出脚を1/2した値を有効断面積としておきましょう。

混同しやすい用語

有効断面積 vs 全断面積（毛断面積）

全断面積（毛断面積）はボルト孔や突出脚の控除を行わない断面積の合計値。

有効断面積はボルト孔欠損と突出脚の無効部分を差し引いた値で、引張材の断面算定では必ず有効断面積を用いる。

突出脚1/2概算はボルト3本以上を想定した簡便法である。

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理解度チェック

なぜ引張ブレースで全断面積ではなく有効断面積を使うのですか？

答えを見る

アングル材やチャンネル材を用いるとブレース芯とガセット芯がずれて偏心が生じるためです。本来は偏心引張材として曲げ応力を考慮した計算をすべきですが、毎回行うのは実務的に煩雑なので、引張材の断面積を部分的に無視する「有効断面積」で断面算定するのが一般的です。

突出脚の概算とボルト本数の関係は？

答えを見る

鋼構造基準では有効断面積は突出脚の1/2でよいとされ、これにボルト径分の断面積を引いた値が有効断面積です。ボルトを多く打つほど無効部分の長さが短くなり有利で（3本で突出脚1/2、4・5本で1/3・1/4）、ボルト自体は2本で済む場合でも有効断面積を稼ぐため最低3本は打っておくとよいです。

この記事を書いた人

ハナダユキヒロミツメラボ

設計事務所に7年勤務。

2010年より「建築学生が学ぶ構造力学」を運営（16年以上）。

著書「わかる構造力学」「わかる構造力学（改訂版）」（工学社）。

わかる構造力学わかる構造力学（改訂版）

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プロフィール

略歴▼
名前　ハナダユキヒロ/ミツメラボ代表.
2010年　弊サイトを開設
2010～2017年　国立大学大学院修了
2017年12月に当HPが書籍化。
「わかる構造力学」
2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
「わかる構造力学(改訂版)」

10数年以上、建築の学問、研究、構造設計の実務に携わった経験を元に、未経験の方、建築関係の学生、社会人の方に向けて

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