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断面係数を大きくするには?3分でわかる方法、断面係数の大きな形状、断面二次モーメントとの関係

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断面係数の大きさは断面の高さの二乗に比例します。例えば長方形の断面係数は「bh2/6」で算定します。よって断面係数を大きくするには「断面のせい(高さ)」を大きくする方が効果的です。軽量化した上で断面係数を高めた形状として「H形鋼」「角形鋼管」などがあります。今回は断面係数を大きくする方法、断面係数の大きな形状、断面二次モーメントとの関係について説明します。断面係数、断面二次モーメントの詳細は下記が参考になります。

断面係数とは

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、たわみとの関係

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断面係数を大きくするには?

断面係数を大きくするには「断面の高さを大きくするべき」です。断面係数の大きさは「断面のせい(たかさ)の二乗に比例」します。例として、長方形の断面係数の公式を下記に示します。断面係数はZ、bは断面の幅、hは断面のせい(高さ)です。

Z=(bh^2)/6


図 断面係数を大きくする方法

よって同じ材料、同じ質量で形状のみを変えて断面係数(または断面二次モーメント)を大きくする場合、断面のせい(高さ)を大きくする方が有利です。具体的に計算しましょう。

幅b=10cm、高さh=10cmの断面Aと、幅b=5cm、高さh=20cmの断面Bの断面係数の大きさを比較します。

図 断面係数を大きくする方法2

断面A,B共に断面積が同じなので質量も同じです。一方、断面係数は

図 断面係数を大きくする方法2

となります。上記のように質量が同じでも、高さを変えるだけで断面係数が2倍も違うことが分かりましたね。

断面係数を大きくしたいときは、まずは「断面のせい(高さ)」を大きくできないか、考えてみましょう。断面係数の詳細は下記も参考になります。

断面係数とは

断面係数と応力の関係は?1分でわかる意味、単位、モーメントとの関係

断面係数の大きな形状

前述したように断面係数の大きな形状とは「断面のせい(高さ)が大きな形状」と言えます。以上を踏まえて断面を軽量し、より効果的な断面形状としたものが「H形」や「角形鋼管」などです。下図にH形鋼を示します。


H形鋼


H形鋼は幅よりもせい(高さ)が大きくなっており、かつ、余分な幅を削ることで軽量化に成功した形状です。H形鋼と断面係数の関係は下記が参考になります。

H形鋼の断面係数とは?1分でわかる規格、公式、計算方法

断面係数の大きさと断面二次モーメントの関係

断面係数Zと断面二次モーメントIは下式のように関係します。


Z=I/y


yは断面の中立軸から断面の上端(または下端)までの距離です。上式の通り、断面係数の値は断面二次モーメントの値に比例します。


断面二次モーメントが大きくなれば、断面係数も大きくなると覚えておきましょう。詳細は下記が参考になります。

断面係数とは

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、たわみとの関係

まとめ

今回は断面係数を大きくする方法について説明しました。断面係数を大きくするには「断面のせい(高さ)」を大きくすることです。なぜなら断面係数は断面の高さの二乗に比例します。また断面を軽量化した方が、建築物に使う構造部材としてより効果的です。H形鋼の断面係数等も確認してみましょう。下記が参考になります。

断面係数とは

H形鋼の断面係数とは?1分でわかる規格、公式、計算方法

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