曲げ材とは？1分でわかる意味、横座屈、細長比、欠点、許容応力度との関係

この記事の要点

曲げ材は主に曲げモーメントを受ける部材（梁など）であり、スパンが長くなると横座屈が生じやすく許容曲げ応力度が低減される。細長比が大きいほど横座屈が起きやすいため、梁の設計では横補剛材の有無と間隔が許容応力度の値に直結します。

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曲げ材とは、主に曲げ応力が作用する部材のことです。曲げ材は、引張材や圧縮材に比べて、許容応力度が小さい欠点があります。また許容曲げ応力度の値は、横座屈や細長比と関係します。今回は、曲げ材について説明します。※圧縮材や引張材については下記の記事が参考になります。

曲げ材とは？

曲げ材は、主に曲げ応力（曲げモーメント）が作用する部材のことです。例えば小梁は、主として長期荷重時の曲げモーメントが作用します。よって曲げ材です。柱や大梁は曲げ応力と圧縮力または引張力が作用する部材です。

下記に代表的な曲げ材を示します。※各部材の特徴はリンクからご確認ください。

・小梁

・母屋

・根太

・胴縁

曲げ材は、引張材や圧縮材に比べて部材の耐力が小さいです。横座屈が起きやすいため、曲げ許容応力度が低減されるためです。※許容曲げ応力度については後述しました。

下図をみてください。曲げ材（梁）は、鉛直の荷重を水平方向に伝達する部材です。

曲げ材と力の伝達

一方、圧縮材や引張材は、鉛直の荷重を上から下へ伝えます。力の伝達経路を考えても、明らかに効率が悪そうな部材ですね。

鉄骨造の曲げ材は、H形鋼をよく使います。H形鋼は横座屈を起こしやすい部材です。※H形鋼、横座屈については下記が参考になります。

横座屈を起こすと、部材は荷重を支えられない状態になります。よって、曲げ材の設計では「横座屈が起きないよう」、許容曲げ応力度の低減をして部材の断面算定をします。

曲げ材は横座屈に注意すべき、と説明しました。さて、横座屈を起こしやすい部材は、「細長比の大きな部材」と覚えてください。※細長比については下記の記事が参考になります。

さて、鋼構造計算基準によれば、許容曲げ応力度は下式のいずれか大きい値を採用します。

fb1は比較的新しい式です。Λは限界細長比といいます。今回は本式の説明は割愛します。fb2は昔から使われている式です。座屈長さ、梁せい、フランジの断面積から許容曲げ応力度が算定できます。

fb1とfb2を比較すると、fb2が大きくなります。許容曲げ応力度は、「fb1とfb2の大きい値を採用」するので、実務ではfb2のみ計算することも多いです。

曲げ材の欠点は下記です。

一方、トラス梁に比べると空間が広く取れるメリットもあります。

混同しやすい用語

「曲げ材（梁）」と「軸力材（柱・ブレース）」

曲げ材は主として曲げモーメントとせん断力を受ける部材（梁など）。横座屈・たわみが設計上の問題となる。

「横座屈」と「面内座屈（オイラー座屈）」

横座屈は梁が面外にはらみ出して耐力を失う座屈。面内座屈（オイラー座屈）は部材が面内で弓なりになる座屈。細長い梁では横座屈が問題となる。

試験での問われ方｜管理人の一言

曲げ材（梁）の設計では曲げ応力度・せん断応力度の確認だけでなく、横座屈・たわみ・振動の検討も必要です。特に支点間距離が長い梁では横座屈に注意が必要です。

曲げ材を整理した表を示します。