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座屈現象について

鋼という素材は引張・圧縮強度と共にRCを大きく上回る材料です。例えば、圧縮強度で比較しても10倍近く鋼の方が高い値なのです。ですから、RC柱だったら600角必要なところを1/10にして60mmくらいにしたいところですが、そう簡単にはいきません。


こちらは僕も1冊持っている鋼構造の本です。内容が分かりやすく、学生と実務初心者にもおすすめです。わかりやすい鉄骨の構造設計

その1つの理由が「座屈」という現象があるからです。座屈荷重の求め方は当サイトでも紹介しましたが、座屈荷重Pcr(例えば両端ピンの場合)は、下式となります。


Pcr=πEI/(L^2)


この式が意味することは、座屈荷重とは「外力が関係ない」ということです。少し不思議な気もしますが、外力に対して座屈荷重が決まるわけではなく、ヤング係数と断面二次モーメント、座屈長さLによって求めることができるのです。


ここで、座屈長さは両端の境界条件で異なってきますが、端的に言えば部材が短いほど座屈荷重は大きくなります。逆に部材が長ければ長いほど座屈荷重は小さくなります。


つまり、座屈荷重とは部材の長さと形状、材質で決まっており、ひょろ長い部材ほど注意しなければならないのです。このことから、強度が高くても断面を細くしすぎることはできないというわけです。また、細長比の規定については、柱は200以下、梁は250以下とすることという規定が建築基準法で設けられています。


座屈による耐力の低下は、非常に脆性的です。鋼材自体は降伏した後も靭性(粘り強さ)を発揮して耐力を保持してくれますが、座屈が発生した部材は嘘のように一気にぐにゃっと崩壊します。よって、私たちはこのような耐力低下に気をつけなければなりません。

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