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断面形状とは？1分でわかる意味、強度、種類、断面二次モーメントとの関係

この記事の要点

断面形状は構造部材の断面の形であり、同じ材料量でも形状を変えることで断面二次モーメントが大きく異なるため、H形断面が長方形断面より曲げに対して有利になるといった違いが生じる。

断面形状を決める際は構造性能（断面二次モーメント・耐力）だけでなく経済性とデザインも考慮する必要があり、「強度」と「耐力」は意味が異なるため混同しないよう注意が必要である。

この記事では、断面形状とは何か、断面二次モーメントとどう関係するのか、どのような断面形状があるのかを整理します。

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断面形状とは、構造部材の断面の形状をいいます。

例えば、鉄骨造に使う梁は、H形や溝形、L形など、色々な断面形状があります。

断面形状を変えることで、構造的な性能が変わります。

今回は断面形状の意味、強度、種類、断面二次モーメントとの関係について説明します。

断面形状については、下記の記事も参考になります。

構造物の種類-効率が良い断面形状-

断面二次モーメントとは｜公式・H形鋼・たわみとの関係

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断面形状とは？

断面形状とは、構造部材の断面の形状です。下図をみてください。四角形の断面と、H形の断面では、強さが違います。

断面形状と強さ

また、四角形よりもH形の方が、経済的です。断面の量が少ないからです。断面性能を確保しつつ、経済性を高めるような断面形状を選ぶべきです。

時には、デザインに応じて断面形状を変えることもあります。例えば、外部に露出する柱は、角がない丸柱を使います。

断面形状は、構造的な断面性能、経済性、デザインの３つを考慮して決めます。※下記の記事も併せて参考にしてください。

構造物の種類-効率が良い断面形状-

断面形状の種類と強度の関係

断面形状の種類として、下記があります。

長方形（正方形）

H形

〇形

溝形

L形

I形

C形

鉄筋コンクリート造は、複雑な形を作るのが難しいので、長方形か〇形の部材がほとんどです。

鋼材は自由に形状をつくれるので、H、L、I、Cなど色々な形があります。

所定の形状を決めてつくった鋼材を形鋼といいます。

形鋼の意味、種類は下記の記事が参考になります。

形鋼とは？1分でわかる意味、読み方、種類、規格、i形鋼の用途

断面形状を変えることで、当然、断面性能が変わります。強度というよりは、耐力や変形に対する抵抗性が変わります。※耐力と強度の違いは下記が参考になります。

耐力や強度について

断面形状と断面二次モーメントの関係

変形に対する抵抗値を、断面二次モーメントといいます。断面二次モーメントが大きい断面形状の方が、大きな力に耐えられますし、変形も小さいです。断面二次モーメントの意味は下記の記事が参考になります。

断面二次モーメントとは｜公式・H形鋼・たわみとの関係

混同しやすい用語

強度と耐力

本文にも記載のとおり、断面形状を変えると「強度というよりは耐力や変形に対する抵抗性」が変わる。

強度は材料固有の性質であり、耐力は部材として発揮できる力の大きさを指すため、断面形状の変化は耐力・剛性に影響するという整理が正確である。

断面形状を整理した表を示します。

項目	内容	備考
四角形断面	断面二次モーメントが比較的小さい	材料量が多くなりやすい
H形断面	断面二次モーメントが大きく経済的	梁や柱に広く使われる
円形断面	デザイン性が高い	外部露出柱に使われることがある

まとめ

今回は断面形状について説明しました。

意味が理解頂けたと思います。

断面形状は、構造部材の断面の形状です。

断面形状を変えることで、構造性能が変わります。

断面形状を決める時は、必要な構造性能を満足すること、経済性、デザインなどを考慮します。

断面形状と断面二次モーメントの関係も覚えてくださいね。

下記の記事も参考になります。

断面二次モーメントとは｜公式・H形鋼・たわみとの関係

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理解度チェック

断面形状とは何で、何を考慮して決めますか？

答えを見る

構造部材の断面の形状で、形状を変えると構造的な性能が変わります。例えば四角形よりH形の方が断面の量が少なく経済的です。断面形状は、構造的な断面性能・経済性・デザインの3つを考慮して決めます。

断面形状と断面二次モーメントの関係は？

答えを見る

変形に対する抵抗値を断面二次モーメントといい、これが大きい断面形状の方が大きな力に耐えられ変形も小さくなります。断面形状を変えると、強度というより耐力や変形に対する抵抗性が変わります（強度は材料固有の性質、耐力は部材として発揮できる力）。RCは複雑な形が難しく長方形・〇形がほとんど、鋼はH・L・I・Cなど形鋼を自由につくれます。