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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

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。

トラス構造の圧縮材と引張材の違い

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

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    ・母屋

母屋とは何か?役割と意味について


    ・根太

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    ・胴縁

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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。

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曲げ材と横座屈の関係

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の記事が参考になります。

H鋼とは何か?

横座屈とは?3分でわかる意味と、許容曲げ応力度の関係


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。

曲げ材と許容曲げ応力度、細長比の関係

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。

細長比と座屈長さ、断面二次半径の関係


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={1−0.4×(Lb/iy)^2/(Cb×Λ^2)}×F/1.5
  • ・fb2=89000/(Lb×H/Af)

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

曲げ材の欠点は下記です。

  • ・許容応力度が小さい
  • ・引張材や圧縮材に比べて、断面性能が悪い

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。

まとめ

今回は曲げ材について説明しました。意味が理解頂けたと思います。小梁などに代表される曲げ材は、建物に沢山使います。現代では、空間を広く活用できる曲げ材が必要不可欠だからです。曲げ材の意味、曲げ材の種類、許容応力度の考え方などしっかり覚えておきましょう。

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