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座屈現象について

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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。

鋼材の圧縮強度は?1分でわかる意味、値、基準強度、許容応力度、座屈との関係


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/(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。

座屈とは?座屈荷重の基礎知識と、座屈の種類

外力とは?1分でわかる意味、読み方、応力や内力、反力との違い、摩擦力との関係


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。

細長比と座屈長さ、断面二次半径の関係


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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