H形鋼の断面係数とは？1分でわかる規格、公式、計算方法

この記事の要点

H形鋼の断面係数は、フランジとウェブの寸法から計算で求めます。断面係数Zは曲げ応力度の算定に使います。規格品はJIS規格の表から直接読み取れます。

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h鋼の断面係数は、h鋼の規格により決まっています。構造計算では規格値を使うので、わざわざ計算して断面係数を求めることは少ないです。ただし、BH鋼のように規格に無い鋼材を使うこともあるので、h鋼の断面係数の計算を覚えましょう。今回は、h鋼の断面係数の規格、公式、計算方法について説明します。※断面係数、h鋼の意味は下記が参考になります。

断面係数とは

Ｈ形鋼とは？1分でわかる意味、規格、寸法、重量、断面係数、材質、用途

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h鋼の断面係数とは？

h鋼の断面係数は、規格により決まっています。JFEや新日鉄住金など、h鋼を製造するメーカーが、h鋼の断面性能の規格を公開しています。構造計算では、その規格値を使うので、わざわざh鋼の断面係数を計算することは無いです。断面係数の計算方法は、下記が参考になります。

断面係数とは

下図をみてください。これがh鋼です。h鋼は、文字通りローマ字のHの形ですね。同じ幅、高さの長方形と比べて、大幅に重量が減っています。その一方で、断面性能は比較的高い、効率的な部材です。

横に長い２枚の板をフランジ、縦に長い板をウェブといいます。フランジとウェブの意味は、下記をご覧ください。

ウェブとフランジとは？1分でわかる役割、違い、覚え方

h鋼の意味は下記が参考になります。

Ｈ形鋼とは？1分でわかる意味、規格、寸法、重量、断面係数、材質、用途

h鋼の断面係数と規格

h鋼の断面係数の規格を下記に整理しました。

h鋼の断面係数

h鋼の断面係数の公式

h鋼の断面係数は、下図の一番下の式が参考になります。

h鋼の断面係数

h鋼は、２枚のフランジと１枚のウェブで構成されます。よって、ウェブ分の断面係数を上式に加えれば、h鋼の断面係数の公式です。よって、

h鋼の断面係数の公式＝b(d³－d1³)/6d+bd1³/6

です。断面係数の公式は、下記の記事も参考になります。

断面係数とは

ただし、実際のh鋼はウェブとフランジの接合部分に、フィレットがあります。フィレットの分、上式よりも断面係数は大きいです。フィレットの意味は、下記が参考になります。

建築のフィレットとは？1分でわかる意味、鉄骨、フィレット部、ウェブフィレット

h鋼の断面係数の計算方法

前述の公式を使って、h鋼（H-200x100x5.5ｘ8）の断面係数を計算します。諸元を下記に整理しました。

ｄ＝200

ｄ1＝184

ｂ＝100

断面係数は、

Z＝b(d³－d1³)/6d+bd1³/6＝178 cm³（途中の計算過程は省略）

です。h鋼の規格では、Z=181です。やや小さい値ですが、公式ではフィレット分を考慮していないからです。フィレットの意味は下記をご覧ください。

建築のフィレットとは？1分でわかる意味、鉄骨、フィレット部、ウェブフィレット

混同しやすい用語

断面係数と断面二次モーメント

断面二次モーメントは断面の曲げにくさ（剛性）を表す量で、単位はmm⁴です。断面係数は断面二次モーメントを中立軸から縁端までの距離で割った値で、単位はmm³です。曲げ応力度の計算には断面係数を使います。

H形鋼とI形鋼

H形鋼はフランジとウェブで構成され、水平・垂直方向の両方に強いのが特徴です。I形鋼は縦長の断面でウェブが細く、曲げには強いですがH形鋼より流通量が少ないです。日本ではH形鋼が最もよく使われます。

試験での問われ方｜管理人の一言

H形鋼の断面係数はJIS規格表から読み取れますが、公式による手計算も覚えておくと検算できて便利です。設計では規格表の値を使いつつ、公式で確認する習慣をつけましょう。

H形鋼の断面係数を整理した表を示します。

項目	内容	備考
断面係数の定義	Z = 断面二次モーメント / 中立軸からの距離	単位はcm³またはmm³
H形鋼の特徴	フランジが上下に広がり曲げに強い断面形状	強軸と弱軸で値が異なる
JIS規格	H-100×100〜H-900×300など規格化されている	JIS G 3192に規定
設計上の使い方	曲げ応力度 σ = M / Z で許容値と比較	規格表から読み取る