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断面設計とは?1分でわかる意味、公式、断面係数と断面二次モーメントの関係

断面設計(だんめんせっけい)とは、柱や梁などの構造部材が壊れないよう、有害な変形が生じないような「断面の大きさ」を決める検討です。今回は断面設計の意味、公式、断面係数と断面二次モーメントとの関係について説明します。部材断面の意味は下記が参考になります。

断面とは?1分でわかる意味、図面、断面方向、断面図との関係

断面設計とは?

断面設計(だんめんせっけい)とは、


構造部材(柱や梁など)が壊れないこと

有害な変形が生じないこと


を満たす、部材断面の「大きさ」を決める検討です。


建物を支える構造部材は、あらゆる荷重に対して安全であるべきです。また、床や梁が変形で斜めになっては意味が無いですね。


部材断面を大きくすれば、荷重に対する抵抗力は高くなります。変形も小さくなるでしょう。一方で、コストがかかります。


部材断面が安全上、使用上、問題ないよう設計するだけでなく、コストとのバランスを考える検討が断面設計です。


構造部材、断面の意味は下記が参考になります。

構造部材とは?1分でわかる意味、種類、定義、非構造部材との違い

断面とは?1分でわかる意味、図面、断面方向、断面図との関係

断面設計の公式

断面設計では、下記の公式などを使います。作用荷重、生じる応力、支持条件などにより用いる公式が違うので注意しましょう。


σm=M/Z

σn=P/A

τ=Q/A


σmは曲げ応力度、σnは軸方向応力度、τはせん断応力度です。上記より求めた応力度が、許容応力度以下になるよう部材断面を決めます。断面を大きくするほど応力度が小さくなります。


上記などの検討式で断面の安全性を確認した後、変形を計算します。変形量が規定値に納まるかどうか確認が必要です。


たわみの意味、たわみの規定値は下記が参考になります。

たわみとは?1分でわかる意味、求め方、公式、単位、記号、計算法

使用上の支障とは?1分でわかる意味、たわみ、制限、告示、スラブ

断面設計と断面係数、断面二次モーメントの関係

断面設計では、下記の検討より断面の大きさを決定します。


応力度(許容応力度以下か?)

たわみ(所定の変形量以下か?)


応力度を求めるためには断面係数が必要です。断面係数の意味は、下記が参考になります。

断面係数とは


たわみを求めるためには、断面二次モーメントが必要です。断面二次モーメントの意味は、下記が参考になります。

断面二次モーメントとは?1分でわかる意味、計算式、h形鋼、公式


たわみの意味、規定値は下記が参考になります。

たわみとは?1分でわかる意味、求め方、公式、単位、記号、計算法

使用上の支障とは?1分でわかる意味、たわみ、制限、告示、スラブ


断面係数、断面二次モーメント共に、断面が大きくするほど大きい値です。

まとめ

今回は断面設計について説明しました。意味が理解頂けたと思います。断面設計は、部材が安全であること、有害な変形が起きないよう部材断面の大きさを決める検討です。構造設計の業務の中で、最も重要な検討業務といえます。実務で行う断面設計の方法は、下記の書籍を通して勉強できます。

JSCA版 S建築構造の設計 第2版

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