横補鋼材としての方杖

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鉄骨梁の断面が大きい場合、横補鋼をどうするか悩みます。大梁が横座屈したときの横補鋼力を伝えるだけの接合部を設けなければいけませんし（H-200でボルト６本とか）、それが嫌だったら小梁の断面を大きくする必要があります。

そんな、大梁と小梁の断面の差が大きい時に便利なのが方杖を設けることです。（下図参照）

方杖を設けることで横補鋼力を方杖が伝えることができますし、経済的な設計となるはずです。

では、この方杖の強度と剛性の設計はどうすれば良いでしょう？

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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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強度の確認

言うまでもありませんが、大梁が横座屈するときは梁の下端が捻れます。上は大方屋根がありますし、小梁で繋がっているからです。そのとき、横にはらみ出す力Fを次のように定めています。

F＝0.02σｙ×A/2

σy：大梁の降伏強度、Aは断面積となります。この力Fが作用し上図の場合、方杖の角度分割り増しした力が作用します。

引張り、圧縮どちらの方向もパターンとしては考えられるわけですが、圧縮力が作用した場合は、座屈という不安定現象があるため、圧縮に対して検討しておけば、引っ張りは十分OKとなるでしょう。

剛性の確認

さて、先程の強度を方杖に伝えるためには相応の剛性（硬さ）が無ければいけません。

例えて言えば、方杖が鉄の塊ではなくて、糸のようなものだとどうでしょうか。糸は強度があります。でも、やわらかいから圧縮力を伝えられませんよね。（オイラー座屈の式を思い出しましょう。）

さて、剛性の検討では、必要剛性を算定し、方杖の剛性を求め必要剛性を上回ればOKというものです。

必要剛性＝5.0×C／Lb

という式から算定します。

方杖の剛性Kはというと・・・、単純な棒の引っ張りから求める変形量、ひずみ、応力の関係から剛性Kを誘導しました。次式を用います。

P=EAδ／L

K=EA／L

あとは比較してOKかNGかを判定します。足りなければサイズアップとなります。

大梁のサイズにもよりますが、アングル材とか100角のパイプで十分たります。納まり敵にアングルが好みです。

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