座屈現象とは？圧縮材に生じる突然の変形と設計上の注意点
この記事の要点
細長い柱を手で押すと、ある力を超えた瞬間にしなるように曲がる。
これが座屈だ。
引っ張りとは違い、圧縮材では強度破壊より先に座屈が設計の限界になることが多い。
オイラーの座屈荷重Pcr=π²EI/lk²は長さと断面の関係を定量的に示す。
断面を大きくするか有効座屈長さを短くするかが、設計上の対策になる。
座屈荷重Pcrはオイラー式（両端ピン：Pcr＝π2EI/L2）で求められ、部材が短いほど・断面二次モーメントが大きいほど大きくなる。
建築基準法では細長比の上限が柱200・梁250以下と定められており、座屈による耐力低下は脆性的で一気に崩壊するため特に注意が必要である。
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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。
※鋼材の圧縮強度は下記が参考になります。
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＝π2ＥＩ／(Ｌ2)
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。
※座屈、外力の意味下記が参考になります。
外力（がいりょく）とは？意味・内力・反力との違い・摩擦力をわかりやすく解説
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。
※細長比の意味は下記が参考になります。
細長比・座屈長さ・断面二次半径の関係は？計算式と座屈設計への影響（圧縮材の基礎）
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。
混同しやすい用語
座屈荷重 vs 許容圧縮応力度
座屈荷重（Pcr）は部材が突然変形を起こす臨界荷重で、外力の大きさに直接関係せず部材の形状・材質・長さで決まる。
許容圧縮応力度はその座屈荷重をもとに安全率を考慮して設定された設計上の上限値。
「強度が高ければ細くしてよい」と混同しやすいが、座屈は強度ではなく剛性（EI）で支配される点に注意。
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理解度チェック
座屈現象とは何で、座屈荷重はどう求めますか？
答えを見る
細長い圧縮材が、ある力を超えた瞬間にしなるように曲がる現象です。鋼は圧縮強度が高いものの、座屈があるため断面を細くしすぎることはできません。座屈荷重Pcr（両端ピン）はπ2EI/L2で求められ、外力に関係なくヤング係数E・断面二次モーメントI・座屈長さLで決まり、部材が短いほど大きくなります。
座屈に対する設計上の規定と注意点は？
答えを見る
細長比は柱200以下・梁250以下と建築基準法で規定されています。対策は断面を大きくするか有効座屈長さを短くすることです。座屈による耐力低下は非常に脆性的で、降伏後も靭性を発揮する鋼材と違い一気に崩壊するため注意が必要です。座屈は強度ではなく剛性（EI）で支配される点もポイントです。
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プロフィール
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- 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。
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