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鉄筋コンクリートのｊは、なぜ7ｄ/8で求められるのか？

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以前、ＲＣの断面算定式を誘導しました。この式は、

という簡易式でしたね。ｊは応力中心間距離と呼ばれ、7ｄ/8で決められています。では、なぜ7ｄ/8で算定されるのでしょうか。

おそらく実験や経験的に求められた式だとおもいますが、今回はｊの数学的根拠について考えていきます。

下図のように設定しています。

上式を誘導するとき、コンクリートは引張力を負担できない。圧縮力はコンクリートだけで負担する、と仮定しました。Ｔは鉄筋のみで負担するので、作用位置は引張鉄筋の中心です。

次に、圧縮力はコンクリートのみで負担すると考えたので、中立軸から2／3に作用するハズです。数式で示すなら、

です。

一方、Ｔが作用する位置を数式で示すなら、

となります。

つまり、僕が求めた応力の中心間距離ｊ'は、

です。一方、ＲＣ規準等で定められている値、

とは似ても似つかわしくない式になりました。ｄｔが邪魔ですね。ｄｔはコンクリート外面から鉄筋の中心位置です。梁のスターラップや主筋径で微妙に値が異なります。つまり、数式として決めることができません。

両者の式を比較しましょう。まず、算定したｊ'に具体的な数値を代入しましょう。

ちなみに、ｄｔは下記のように算定しました。

ＳＴＰの径はＤ10～Ｄ13が一般的です。仮にＤ13とします。次に、鉄筋径は様々ですが、Ｄ22と仮定します。梁のかぶりは40ｍｍですから、

です。

となりました。

では、一方ｊは

です。

僕が誘導したｊ'の値は、規準式と違う結果となりました。536－469＝67という結果です。つまり、圧縮鉄筋のほぼ中心位置になります。

よって、

という式は、圧縮側はコンクリートのみで負担すると考えているのですが、Ｃは圧縮鉄筋に近い位置に作用する、と考えるのです。

今回はＲＣのｊに着目しました。ｊ＝7ｄ/8は、引張鉄筋と圧縮鉄筋の中心間距離に近い値になりましたね。とはいえ、今回誘導した計算式は限定的な値ですか。やっぱりＲＣは奥が深いですね。

応力中心間距離jの計算例

条件	値
梁せいD	500 mm
かぶり厚さ＋鉄筋半径	50 mm
有効せいd	500 − 50 = 450 mm

応力中心間距離jの近似式: j = 7d/8

j = 7 × 450 / 8 = 393.75 mm ≒ 394 mm

この値は鉄筋引張力Tとコンクリート圧縮力Cの作用点間距離であり、断面の曲げ耐力Muを M = T×j = C×j として計算するときに使う。

答え：j ≒ 394 mm（有効せい450mmの約7/8倍）

応力中心間距離と関連寸法の比較表

寸法記号	定義	目安
D（梁せい）	圧縮縁から引張縁までの全高さ	設計値
d（有効せい）	圧縮縁から引張鉄筋重心まで	D−かぶり等
j（応力中心間距離）	圧縮力Cと引張力Tの作用点間距離	≒7d/8
中立軸位置	引張域と圧縮域を分ける位置	≒d/3（矩形圧縮域の場合）

よくある誤解

• ×「j＝dと考えてよい」→○jはdの約7/8（≒0.875倍）であり、圧縮力の合力作用位置を考慮した距離のため、dとは異なる
• ×「中立軸位置と応力中心間距離jは同じ意味」→○中立軸は応力ゼロの位置、jは圧縮合力と引張合力の間の距離で概念が異なる
• ×「j＝7d/8は厳密な理論値」→○これは矩形断面・等分布圧縮応力度を仮定した近似式。正確には圧縮域の形状と材料強度によって変わる

一問一答

Q. 応力中心間距離jと有効せいdの関係式（近似式）は？

A. j＝7d/8（≒0.875d）。圧縮応力度が矩形分布すると仮定したときの近似値。

Q. 有効せいd＝400mmのRC梁でjを求めよ。

A. j＝7×400/8＝350mm。

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• 2010年　弊サイトを開設
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• 2017年12月に当HPが書籍化。
• 「わかる構造力学」
• 2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
• 「わかる構造力学(改訂版)」


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