長期許容曲げ応力度とは？計算式は？

この記事の要点

長期許容曲げ応力度（ちょうききょようまげおうりょくど）とは、長期荷重による曲げ応力度にどの程度、部材が耐えられるか示す値です。

長期許容曲げ応力度は梁の断面算定に用いる基準値で、鋼材の場合はF値から算定します。

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長期許容曲げ応力度（ちょうききょようまげおうりょくど）とは、長期荷重による曲げ応力度にどの程度、部材が耐えられるか示す値です。部材に曲げ応力度が生じるとき、部材断面は圧縮応力度と引張応力度が同時に作用しています。このとき圧縮応力度による座屈を考慮すると、許容曲げ応力度は材料の持つ強度より小さくなることがあります。

よって、長期許容曲げ応力度は、単に材料のもつ強度（F値）を元に求めるだけでなく、別途、許容曲げ応力度を計算する必要があります。

さて、許容曲げ応力度の計算式は下記の2式の大きい値を採用できます。また後述するように長期許容曲げ応力度は2式で得た値を1.5で割り算して求めます。

Fb1＝1－0.4{ (lb/i)^2／ＣΛ^2}
Fb2＝89000／(lbh／Af)

Fb1、Fb2は許容曲げ応力度、lbは部材の座屈長さ、iは断面二次半径、Ｃは許容曲げ応力度の補正係数、Λ＝√(π^2E／0.6F)です。Hは梁せい、Afはフランジの断面積です（Af＝tw×Ｂ）。

上式で得た長期許容曲げ応力度が、F/1.5（Fは材料の基準強度、長期許容引張応力度）より大きければ、長期許容曲げ応力度はF/1.5の値を採用します。つまり、長期許容曲げ応力度がF/1.5より大きいということは、曲げ応力度による座屈の影響が無いことを意味しており、一方で、長期許容曲げ応力度は材料の強度を超えて大きくならないので、「長期許容曲げ応力度＝長期許容引張応力度」となるのです。

なお、許容曲げ応力度の記号はfb、長期許容曲げ応力度の記号はfbLなどで表します（※bは曲げ応力度、Lは長期を意味する）。

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ここで許容応力度設計について解説します。許容応力度設計法では、建物が存在する限り常に作用する長期荷重に対しては使用上支障のないよう設計し、稀に作用する短期荷重については建物が損傷しないよう設計します。

稀に起きる地震力などの短期荷重に対して建物が損傷しないためには、各部材に生じる応力度が弾性範囲におさまるよう設計します。つまり、部材が塑性しないよう、部材に生じる応力度が「塑性し始めるときの応力度より小さく（短期許容応力度より小さく）」するのです。部材に生じる応力度が弾性範囲におさまれば、たとえば、建物が地震で変形しても、地震がおさまれば建物の変形も無くなって元の状態に戻ります。

長期荷重に対しては、使用上の支障がないよう設計します。使用上の支障とは、たとえば、床が振動して気分が悪いとか、床の変形が大きくて歩きにくい等、普段の使用性に関わる問題です。前述の問題が起きないよう、長期荷重による応力度に対しては「構造的に十分な余裕が確保できるよう、短期許容応力度を1/2や1/1.5程度割り引いた値」を長期許容応力度として設計します。

では実際に長期許容曲げ応力度を計算しましょう。前述した2式のうち手計算でも算定できるfb2式を用います。Fb2式は部材長さと断面形状のみで算定できます。Lb＝4m、部材断面をH-200x100x5.5x8とすると

・fb2＝89000/(Lbh/Af)＝89000/(4000×200/100×8)＝89N/mm2

です。よって、長期許容曲げ応力度≒59N/mm2です。上記の通り、長期許容曲げ応力度を大きくしたければ、部材の座屈長さLbを小さくするか、断面のAf（フランジ板の面積）を大きくする必要があります。

混同しやすい用語

長期許容引張応力度

引張のみを受ける部材に用いる許容値です。曲げ応力度の場合は圧縮側の座屈を考慮するため、許容曲げ応力度は許容引張応力度（F/1.5）以下に制限されます。

短期許容曲げ応力度

地震・風荷重などの短期荷重時に用いる許容値で、長期許容曲げ応力度の1.5倍が上限となります。

試験での問われ方｜管理人の一言

長期許容曲げ応力度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。

試験では応力度の計算式・各種応力度の許容値との比較・安全性の確認方法が出題されます。

引張・圧縮・せん断・曲げの各応力度の特徴を理解し、材料ごとの許容値との関係を整理しましょう。

まとめ

今回は、長期許容曲げ応力度について説明しました。長期許容曲げ応力度とは、長期荷重による曲げ応力度にどの程度、部材が耐えられるか示す値です。部材に曲げ応力度が生じるとき、部材断面は圧縮応力度と引張応力度が同時に作用しています。このとき圧縮応力度による座屈を考慮すると、許容曲げ応力度は材料の持つ強度より小さくなることがあります。許容曲げ応力度、許容応力度の意味など下記も勉強しましょう。

許容曲げ応力度とは？1分でわかる意味、fbの計算式、ss400の値

許容応力度計算が簡単にわかる、たった３つのポイント

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