ねじりモーメントとは？1分でわかる意味、公式、単位、トルクとの関係、ｈ鋼

この記事の要点

ねじりモーメント（トルク）とは部材の軸まわりに生じるモーメントで、単位はN・m（またはkN・m）。

力×距離の積で計算し、部材をねじる作用をもたらす。

H形鋼はフランジとウェブからなる開断面のため、閉断面に比べてねじり定数（J）が極端に小さく、ねじりに弱い。

実務ではH形鋼への偏心荷重による設計に注意が必要。

この記事では、ねじりモーメントとは何か、公式はどう計算するのか、H形鋼がねじりに弱い理由はどこにあるのかを整理します。

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ねじりモーメントとは、部材を「ねじる」ような応力のことです。

タップできる目次

ねじりモーメントとは？
ねじりモーメントの公式と問題

材軸回りに生じる曲げモーメントが、ねじりモーメントです。

特に、鉄骨部材は「ねじりモーメント」に対する抵抗力が無いです。

ねじりモーメントが生じない設計を行うべきです。

今回はねじりモーメントの意味、公式、単位、トルクとの関係、ｈ鋼のねじりモーメントに対する設計について説明します。

※力のモーメントを勉強すると、よりスムーズに理解できます。

力のモーメントとは？意味・計算方法と建築構造への応用

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ねじりモーメントとは？

ねじりモーメントは、部材を「ねじる」ような応力のことです。下図を見てください。材軸回りに曲げモーメントが生じています。この曲げモーメントは、部材を「曲げる」ではなく、「ねじり」ます。

ねじりモーメント

なお、部材に生じる曲げモーメントは、材軸直交回りに生じる応力です。※材軸、曲げモーメントの意味は、下記の記事が参考になります。

材軸方向、材軸直交方向

曲げ応力とは？1分でわかる意味、公式と演習問題、単位、曲げ応力度

ねじりモーメントの公式は下記です。

T=P×L

Tはねじりモーメント、Pは荷重、Lは距離です。これは力のモーメントを求める式と同じです。※力のモーメントの意味は、下記の記事が参考になります。

力のモーメントとは？意味・計算方法と建築構造への応用

では、どういった状況でねじりモーメントが生じるのでしょうか。下図を見てください。梁のスパン中央から片持ち梁が付いています。

ねじりモーメントと片持ち梁

片持ち梁は、固定端に鉛直、水平反力、モーメントが生じます。上図では、片持ち梁の端部に生じるモーメントは、梁の中央で「ねじりモーメント」として作用します。建築物の構造設計では「部材にねじりモーメントが生じない」ように計画します。

片持ち梁の反対側に梁を取り付ければ、ねじれは起きません。下記も参考になります。

鉄骨梁のねじり検討とは？ねじり定数・ねじり応力度の計算方法

ねじりモーメントの公式と問題

公式を用いて、ねじりモーメントを求めましょう。下図をみてください。梁の中央に片持ち梁が付く構造です。梁に生じるねじりモーメントを求めてください。

ねじりモーメントの問題

公式は、T=PLでした。

P=10ｋN

L=2.0ｍ

なので、ねじりモーメントは

T=10×2.0＝20.0ｋNm

です。

ねじりモーメントの単位

ねじりモーメントの単位は、

ｋN・m

N・m

N・ｍｍ

などです。建築では、扱う外力やスパンが大きな値になるので、ｋNmをよく使います。

ねじりモーメントとトルクの関係

ねじりモーメントを、トルクともいいます。高力ボルトを締める時、「トルク」をかけるといいます。また、高力ボルトの締め方にトルクコントロール法があります。トルクコントロール法は、下記の記事が参考になります。

トルクコントロール法とは？1分でわかる意味、手順、トルク値、本締め

ねじりモーメントとH形鋼の関係

H形鋼は、ねじりモーメントが生じないよう設計します。

H形鋼だけでなく、鋼材は極端に「ねじり」に対する抵抗が無いからです。

原則、ねじりモーメントが生じない構造計画とします。

なお、ねじりモーメントを考慮した応力度の算定も可能です。

詳細は、下記の記事が参考になります。

鉄骨梁のねじり検討とは？ねじり定数・ねじり応力度の計算方法

鉄筋コンクリート造は、比較的ねじりモーメントに対する抵抗力があります。望ましくないですが、ねじりモーメントを伝達する構造計画も可能です。また、２本打ちのフーチング、片持ちスラブの反対側が吹き抜ける梁など、ねじりモーメントが生じます。

混同しやすい用語

ねじりモーメント（トルク）

部材の材軸まわりに作用するモーメント。

偏心した荷重や片持ちスラブ、片側の荷重などで発生する。

H形鋼はこれに弱い開断面形状である。

曲げモーメント

部材の材軸に直交する軸まわりに作用するモーメント。

梁の曲げ計算で最も頻繁に扱うモーメント。

ねじりモーメントと混同しやすいが、作用する軸の方向が根本的に異なる。

ねじりモーメントを整理した表を示します。

項目	内容	備考
ねじりモーメントの公式	T = P × L（荷重×距離）	力のモーメントと同じ式
H形鋼（開断面）	ねじりに対する抵抗力がほぼない	偏心荷重を避ける設計が必要
発生しやすい状況	片持ち梁・偏心荷重・片持ちスラブ	材軸まわりのモーメントとして作用