小梁の設計例（B-designの使い方）
この記事の要点
小梁の設計ソフト「B-design」の使い方を設計例とともに説明します。実際の設計フローに沿った解説です。
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当サイトの『二次部材の設計』で簡単に小梁の設計例を示しました。
小梁の設計が簡単にできるエクセルシートを使ってみましょう。
下図は私が作成したエクセルシート画面で、ここでは当ソフトについて使い方を説明します。
まず、対応しているモデルは『荷重条件：分布荷重、境界条件：両端ピン』の小梁のみをとり扱います。一般的な建物だと、こういった小梁が一番多いかと思います。
また、実際の建物で小梁としてよく用いられるH鋼を対象とし、
『部材断面を選択するだけで断面性能自動切り替え』
『Mo，C，Qo，fb，σ，δを自動計算』
『不等号，OKかNGかを自動判定』
等の簡易ですが便利な機能を持ち合わせています。
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B-design.vol-1の使い方
以下、使い方となっています。
※『B-design.vol-1』は簡単に小梁の設計ができるエクセルｼｰﾄです
① まずwに作用する荷重（分布荷重のみに対応）を入力します。
② 次に求めようとする小梁のスパンを入力します。
③ 小梁の座屈長さLbを入力します。
④ プルダウンをクリックして部材断面を選択します。（断面性能は自動で切り替わります。）
また、右側にみえるH－○x○x○x○などの断面表は削除せずそのままにしてください。印刷するとき邪魔になりません。
以上、使い方をざっと説明しました。用いている式などは鋼構造設計基準などを参考にしています。ダウンロードは小梁の設計(B-design.vol-1)からお願いします。
混同しやすい用語
設計荷重
構造計算に用いる外力の値（固定荷重・積載荷重・地震荷重など）。
設計応力
設計荷重によって部材に生じる軸力・曲げ・せん断などの応力の値。
小梁設計のチェックフロー
B-designなどのツールを使う前に、小梁設計の基本的な流れを確認しましょう。
| ステップ | 確認内容 | 使用する式 |
|---|---|---|
| ①荷重設定 | 積載荷重・固定荷重の合計w | 建築基準法、構造計算による |
| ②最大モーメント算定 | 両端ピン・等分布荷重 | M = wL2/8 |
| ③断面選定 | σ = M/Z ≦ fb を満たすZ | Z ≧ M/fb |
| ④せん断検定 | τ = Q/Aw ≦ fs | Q = wL/2 |
| ⑤たわみ検定 | δ ≦ L/300（使用上の支障なし） | δ = 5wL⁴/(384EI) |
計算例：両端ピン小梁の断面算定
w=5kN/m、L=4m、fb=156N/mm2 のとき必要断面係数Zは？
M = wL2/8 = 5×16/8 = 10kN・m = 10×10⁶N・mm
Z ≧ M/fb = 10×10⁶/156 = 64,103mm3 ≒ 64.1cm3 以上
よくある誤解
- ×誤り：小梁はどんなスパンでも断面検討なしで標準断面を使える
○正解：スパン・荷重が変わるたびに断面係数Zとたわみを確認する必要があります - ×誤り：曲げ検定さえOKならたわみは自動的にOK
○正解：たわみは別途 δ ≦ L/300 の検定が必要です
一問一答
Q1：両端ピン小梁、w=8kN/m、L=3m のとき最大曲げモーメントは？
A1：M = 8×32/8 = 9kN・m
Q2：たわみの許容値として一般的に用いられる上限は？
A2：スパンの1/300 （L/300）が使用上の支障のない変形の一般的な目安です
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理解度チェック
両端ピン・等分布荷重の小梁設計のチェックフローを答えてください。
答えを見る
①荷重設定（積載・固定荷重の合計w）②最大モーメント算定 M＝wL2/8 ③断面選定 σ＝M/Z≦fb を満たすZ（Z≧M/fb）④せん断検定 τ＝Q/Aw≦fs（Q＝wL/2）⑤たわみ検定 δ≦L/300（δ＝5wL4/384EI）の流れです。
w＝5kN/m、L＝4m、fb＝156N/mm2のとき、両端ピン小梁の必要断面係数Zを求めてください。
答えを見る
M＝wL2/8＝5×16/8＝10kN・m＝10×106N・mm。Z≧M/fb＝10×106/156≒64,103mm3≒64.1cm3以上です。
小梁設計で曲げ検定とたわみ検定の関係について正しい考え方を答えてください。
答えを見る
曲げ検定がOKでもたわみは自動的にOKにはなりません。たわみは別途 δ≦L/300（スパンの1/300が使用上支障のない変形の一般的な目安）の検定が必要です。スパン・荷重が変わるたびに断面係数Zとたわみを確認します。
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プロフィール
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- 名前 ハナダユキヒロ/ミツメラボ代表.
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 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。
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