鉄骨造の柱に角柱が多いのはなぜ？｜強度・耐震・施工性から見た理由

この記事の要点

鉄骨造の柱に角形鋼管（角柱）が多く使われるのは、断面性能がX・Y両方向で均等に高く、地震のどの方向にも対応しやすいからです。

円形鋼管と比べると梁との溶接接合がしやすく、ダイアフラムの取り付けも容易です。

設計事務所で鉄骨ラーメン構造の設計をしていたとき、角形鋼管（BCR295・BCP325）の選定は標準的な選択肢でした。

コスト・施工性・耐震性のバランスが良く、特に高層建物では冷間成形角形鋼管が広く使われています。

丸柱（円形鋼管）は美しい外観が得られますが、梁との接合が難しくコストも高くなります。

断面性能・施工性・コストのバランスから角柱が選ばれます。

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鉄骨造の柱は、ほとんどが角柱です。角柱とは、四角形の柱です。角柱を使う理由は、簡単にいうと「地震に強い」からです。今回は、鉄骨造の柱で角柱が多い理由、鉄骨造の柱の種類と特徴、角柱の種類について説明します。

※当記事では、柱の断面性能を「強さ」という表現で説明しています。強さと断面性能は、やや異なる表現ですが、説明を簡単にする工夫ですのでご了承ください。

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角柱は地震に強い

角柱を使う理由を簡単にいうと、他の柱に比べて「地震に強いから」です。下図をみてください。角柱とＨ形柱があります。矢印の方向に力が作用したとき、どちらの柱が強そうですか？

角柱とＨ形柱

何となく角柱の方が強そうですよね。角柱は、Ｘ、Ｙ方向のどちらから力が作用しても「強さ（本当は断面性能ですが、ここでは簡単に強さといいます）」は同じです。

一方、Ｈ形鋼は「力の作用する方向」によって強さが違います。建築では、方向毎に断面性能が違う場合、ＸまたはＹ方向を「強軸、弱軸」といいます。強軸、弱軸については下記の記事が参考になります。

強軸ってなに？1分でわかる強軸と弱軸の違い、それぞれの特徴

地震はどの方向からくるかわかりません。どの方向から地震がきても大丈夫な柱が望ましいです。

よって「角柱」がベターです。また、角柱なので施工性が良いメリットもあります。

後述する丸柱やＨ形柱は、角柱に比べて強さは劣ります。ただ建築物の条件に合えば、使うことがあります。

鉄骨造の柱の種類と特徴

鉄骨造の柱形状の種類を下記に整理しました。

・角柱
・丸柱
・Ｈ形柱

です。それぞれの特徴について説明します。

角柱

角柱の特徴は前述した通りです。

・方向性が無いので強い

・施工性が良い

角柱の規格は、下記が参考になります。

冷間成形角形鋼管（コラム）とは｜BCR・BCP・STKRの違いと柱材

角鋼の規格が丸わかり！角鋼の種類、サイズ、断面性能、用途

丸柱

丸柱は、下図のように円形の柱です。

丸いので、ぶつかっても怪我がしにくいです。また角柱に比べると、見た目がよいので、柱の形が外部にみえる建物に使います。例えば駐輪場の上屋、庇受けの柱などです。

・ぶつかっても怪我しにくい（角がない）

・見た目が良い

ただし、角柱に比べて弱いので大きな力が作用する場合、大きな柱が必要になります。丸柱の規格については、下記の記事が参考になります。

STK400とは？一般構造用炭素鋼鋼管の規格・サイズとSTKNとの違い

Ｈ形柱

Ｈ形柱は、Ｈ形状の柱です。下図をみてください。

Ｈ形柱

前述したように方向性があります。弱い方向に力が作用すると、簡単に変形します。ただし、Ｈ形柱は角柱に比べて「軽い」のです。よって軽微な建物や、「とにかくコストを下げたい」建物ではＨ形柱を使います。

見た目にこだわらない工場などは、柱をＨ形柱にすることも多いです。

・重量が小さいので、安い（鉄骨は重量によりコストが決まる）

角柱の種類

角柱には主に下記の種類があります。

・BCR

・BCP

・STKR

・角鋼

BCR、BCP、STKRは冷間成形角形鋼管といいます。詳細は下記が参考になります。

冷間成形角形鋼管（コラム）とは｜BCR・BCP・STKRの違いと柱材

角鋼とは、角型の鉄筋と考えてください。柱として使う機会は少ないです。角鋼の規格は、下記の記事が参考になります。

角鋼の規格が丸わかり！角鋼の種類、サイズ、断面性能、用途

混同しやすい用語

角形鋼管（コラム）

角形鋼管とは、断面が正方形または長方形の中空鋼管のことです。

X・Y両方向に均等な断面性能をもち、鉄骨造の柱として広く使われます。

円形鋼管（パイプ）

円形鋼管とは、断面が円形の中空鋼管のことです。

全方向均等な断面性能をもちますが、梁との溶接接合が難しくコストが高いため、意匠上の理由で採用されることが多いです。

鉄骨造の柱の種類を整理した表を示します。

柱の種類	特徴	主な用途・備考
角柱（角形鋼管）	X・Y両方向に均等な断面性能。施工性が良い	一般的な鉄骨造に最もよく使われる
丸柱（円形鋼管）	外観が美しく怪我しにくい。梁接合が難しい	駐輪場上屋・庇受け柱などに使用
Ｈ形柱	方向性があり弱軸方向が弱い。軽量でコスト低	工場・倉庫など外観にこだわらない建物