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断面二次極モーメントとは？1分でわかる意味、長方形の公式と計算方法、単位、断面二次モーメントとの関係

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断面二次極モーメントとは、半径rに関する（極座標に関する）断面二次モーメントです。似た用語に断面二次モーメントがあります。これは直交座標であるｘ軸またはｙ軸に対する値です。今回は断面二次極モーメントの意味、長方形の公式と計算方法、単位、断面二次モーメントとの関係について説明します。断面二次モーメントの公式、計算方法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

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学 改訂版/工学社」

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断面二次極モーメントとは？

断面二次極モーメントとは、半径rに関する（極座標）断面二次モーメントです。下式で計算します。


Ip=∫r2dA


Ipは断面二次極モーメントの値、∫は積分記号、rは原点から任意の位置までの半径、dAは任意の位置における微小面積です。下図をみてください。上式を示しました。

さらに、半径ｒはｘとｙによる変換が可能です。円の半径の公式を思い出してください。


ｒ2＝x2+y2


ですね。よって、断面二次極モーメントは下式と同じことです。


Ip=∫r2dA＝∫(x2+y2)dA＝∫ｘ2dA +∫y2dA＝Ix+Iy


断面二次極モーメントは、直交座標に関する断面二次モーメント２つを足し合わせて計算できます。ｘ軸、ｙ軸に関する断面二次モーメントの公式、求め方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

長方形の断面二次極モーメントの公式と計算方法

長方形の断面二次極モーメントの公式を計算しましょう。


まず、断面二次極モーメントの公式は、

でした。よって、ｘ軸とｙ軸に関する断面二次モーメントを足し合わせた値です。今回、下図に示す長方形の「図心」を起点に断面二次極モーメントを求めます。

長方形の断面二次極モーメント

ｘ軸、y軸の図心周りの断面二次モーメントは、


ｘ軸回り　bh3/12

ｙ軸回り　hb3/12


です。※上公式は、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


よって、断面二次極モーメントは


Iｐ＝bh3/12+ hb3/12＝bh(h2+b2)/12


です。

断面二次極モーメントの単位

断面二次極モーメントの単位は、


cm4

mm4

m4


等を使います。建築で扱う断面二次モーメントは数値の桁が大きいのでcm4が一般的です。

断面二次極モーメントと断面二次モーメントの関係

前述したように、断面二次極モーメントは直交座標におけるｘ軸とｙ軸の断面二次モーメントを足し合わせた値です。是非覚えてくださいね。

まとめ

今回は断面二次極モーメントについて説明しました。意味が理解頂けたと思います。断面二次極モーメントは、半径rに関する断面二次モーメントです。公式の意味、計算方法、断面二次モーメントとの関係を覚えましょう。下記も併せて勉強してくださいね。

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