柱軸力の算定

この記事の要点

柱軸力は「負担面積×荷重」で算定します。負担面積とは柱が受け持つ屋根・床の面積で、「隣り合う柱間距離の各1/2の合計」で求めます。端部柱と中間柱で負担面積が異なるため、平面図を確認しながら計算しましょう。

【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒　建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット

基礎の設計や柱の設計を行う際に重要となるのが、柱軸力です。つまり、柱にどれだけの鉛直力が作用しているかという点が非常に重要となります。

では柱軸力はどのように求めるのでしょうか？考え方を勉強しておきましょう。下の伏図をみてください。

例えばこのＣ20という柱の柱軸力を求めるとします。

まずは、柱に軸力が伝わるまでの力の伝達について考えて見ましょう。

地球には重力が生じています。つまり物体には上から下へと力が伝わります。

建物も同じく、屋根→小梁→大梁→柱というように力が伝わります。

屋根も詳細に分解して考えると、（鋼板＋断熱材）の重さがモヤに伝わります（鉄骨モヤは通常、Ｃチャンネル600ピッチで配置する）。さらに、モヤから伝わる重量が分布荷重として小梁へ、小梁に曲げモーメントとせん断力が生じ、繋がる大梁には小梁で生じたせん断力（小梁の反力）が作用します。

すると、大梁には集中荷重が作用し曲げモーメントとせん断力が発生します。ここで作用したせん断力は柱へ鉛直力（軸力）として作用するわけです。

ざっと一連の力の流れを説明しましたが、柱軸力を算定するためにこんな面倒な計算を繰り返さなきゃいけないのか？という気持ちになりますね。

でも実際に手計算でチェックする場合には、いちいち力の流れを追うわけにはいきません。

そこで良く用いる方法が柱の軸力を『負担面積』によって計算するという方法です。

どういう方法かといいますと、例えばＣ20の柱軸力を算定しようとした場合、柱に作用する軸力は梁からのせん断力から伝わるという説明をしました。つまり、『屋根の面積』×『屋根重量』を計算すれば良いのです。

下図は柱が10本並んでいるとします。N1という中柱の負担面積は、『Ｘ方向について：両隣の柱間距離の1/2を足したもの』×『Ｙ方向について：下側に位置する柱までの距離の1/2』となります。

また、隅柱Ｎ2は『Ｘ方向について：片側のＮ1までの距離の1/2』×『Ｙ方向について：下側に位置する柱までの距離の1/2』となります。

要するに、『柱から柱までの距離の1/2』がある方向の負担幅で、例えば、下図のように、1本柱が少なかったりすると、Ｎ２の負担面積は、Ｙ方向については屋根の面までとなるわけです。

混同しやすい用語

柱軸力と梁軸力

柱軸力は柱部材に作用する圧縮・引張の鉛直力です。梁の軸力は通常ゼロとして扱いますが、温度変化や水平力の影響で発生することもあります。

負担面積と影響面積

負担面積は柱が受け持つ屋根・床の面積で、軸力算定に使います。影響面積はAISC等の設計基準で用いられる等価面積の概念で、日本の設計では主に負担面積を使います。

試験での問われ方｜管理人の一言

柱軸力の計算では、各柱の負担面積を平面図で確認しながら計算しましょう。端部柱と中間柱で負担面積が大きく異なるため、間違えないように注意が必要です。

【管理人おすすめ！】セットで3割もお得！約1,100語の用語集＋476点の図解集セット⇒　建築構造がわかる基礎用語集＆図解集セット

この記事の内容を○×クイズで確認する

この記事で学んだ内容は、無料の○×問題集でも確認できます。

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。