部材の回転とは？1分でわかる意味、たわみ角、梁、モーメントとの関係
この記事の要点
部材の回転は、モーメントにより起きる現象です。
建築物を支える部材は、大きな回転が起きないよう設計します。
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部材の回転は、モーメントにより起きる現象です。建築物を支える部材は、大きな回転が起きないよう設計します。両端ピンの梁は、モーメントにより回転し、たわみ角が生じます。今回は部材の回転の意味、たわみ角、梁とモーメントとの関係について説明します。回転方向、モーメントの意味は、下記が参考になります。
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部材の回転とは？
部材の回転とは、モーメントにより起きる現象です。下図をみてください。部材の回転とは、ある点を基準に部材が回ることです。
下図をみてください。机の端にペンを置きます。ペンは自分の重さ（自重）により、机から落ちます。落ちる瞬間をよく観察してください。回りながら落ちるはずです。
これは、机の端部を起点にモーメントが作用したといえます。下図をみてください。モーメントは、起点から力の作用位置までの距離をかけた値でしたね。
モーメントの意味は、下記が参考になります。
力のモーメントってなに？本当にわかるモーメントの意味と計算方法
構造部材は、大きく回転しないような設計が必要です。なお、回転には方向があります。回転方向の意味は、下記が参考になります。
回転方向とは？1分でわかる意味、右回りと左回りの覚え方、正負の考え方
回転を起こさないためには、端部を「固定」します。固定された支点を固定支点といいます。固定支点の意味は、下記が参考になります。
回転を許容する支点を、ピン支点、ローラー支点といいます。ピン支点、ローラー支点の意味は、下記が参考になります。
移動支点とは？1分でわかる意味、可動支点、回転支点との違い、具体例
梁の回転、たわみ角、モーメントの関係
下図をみてください。両端ピン支点の梁があります。外力が作用するとき、梁はたわみます。
支点に注目してください。２つの支点に支えられ、梁が落下することは無いです。ただし、支点を起点として「回転が起きようとしている」と分かります。その証拠に、回転による角度が生じています。この角度を、たわみ角といいます。
たわみ、たわみ角の意味は、下記が参考になります。
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たわみ角とは？1分でわかる意味、公式、単位、例題から学ぶ計算法
ピン支点、ローラー支点が２つ以上あれば、部材が回転し落下することは無いです。ペンと本を使って実際に確認しましょう。
混同しやすい用語
ひずみ
ひずみは断面内の変形の割合で、たわみは部材全体の変位量です。両者は関連しますが、使う式と意味が異なります。
変位
変位は構造物全体の位置変化を指し、たわみは梁などの部材が曲がる方向（鉛直）の変位です。
部材の回転を整理した表を示します。
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 回転の原因 | 曲げモーメントの作用 | 荷重・支点条件による |
| たわみ角 | 部材端部の回転角度 | 両端ピン梁で発生 |
| 設計上の対応 | 大きな回転が生じないよう設計 | 断面・材質を適切に選定 |
まとめ
今回は部材の回転について説明しました。意味が理解頂けたと思います。部材の回転は、モーメントにより起きる現象です。大きな回転が生じないよう、構造部材は設計します。回転とピン支点、固定支点の関係を覚えましょう。下記の記事も参考になります。
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意味を読んで終わりにせず、実際に理解できているかチェックしてみましょう。
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- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
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試験での問われ方｜管理人の一言
部材の回転に関する問題は建築士試験の構造分野で出題されます。定義と計算の両面から理解しておきましょう。
試験ではたわみの公式・許容たわみ（L/300程度）・梁の支持条件との関係が問われます。
スパンの影響が大きい（L?に比例）点を押さえ、断面二次モーメントや弾性係数との関係から定性的に理解しましょう。