横補剛材の本数と400N級、490N級の違い【建築士試験】
こんにちは！ゼロ所長です。
今日は、横補剛材の本数と400N級、490N級の違いについて考えるね。
こんな問題が出題されることがある。
H形断面の梁の変形能力の確保において、梁の長さ及び部材断面が同じであれば、等間隔に設置した横補剛の必要箇所数は、SM490の場合の箇所数の方が、SS400の場合の箇所数以上となる。
正解は・・・ 〇となるのだけど、なぜだかわかる？
知識ゼロの人が読んだら意味不明の文章だね。
一緒に考えてみよう。
横補剛材
やや難問だと思う！
横補剛材は、H形鋼の梁が横座屈するのを防ぐために必要な部材なんだ。
鉄骨造の梁には、普通、H形鋼を使うよね。
この梁断面は床荷重などの鉛直荷重に抵抗できるよう、H形鋼の梁は縦向き（ローマ字のIの形になるよう）に使うのが普通なんだ！
荷重を受けると梁はたわむのだけじゃなくて、「荷重を受けていない方向（横方向）」に梁が飛び出て座屈する現象を「横座屈」というんだ。
図で示すように梁の下側が矢印方向に座屈するんだよ。
そこで、梁が横方向に飛び出ないようにする「つっかえ棒」的な役割として、横補剛材を配置する。
横座屈を起こすと梁の耐力が急激に低下するから、絶対に避ける必要があるんだ。
横補剛材の本数と間隔
じゃあ、横座屈を起こさないための横補剛材は、どのくらいの間隔で何本入れる必要があるのだろう？詳細な計算方法は今回省略するけど気になる人は下記を読んで欲しいな！
今回は考え方だけ解説するね！
横補剛材の本数は「梁の長さ」「部材断面」「材質」が関係するんだ。
梁が長いほど「座屈しやすい」から、横補剛材の本数は多く必要になる。
これは何となくイメージできるよね。
それと、H形鋼の断面の「幅が大きいほど」横座屈しにくい形状になるよ。
たとえば、H-200×100よりもH-200×200の方が「幅が広い」から、横座屈しにくいから「横補剛材は少なく」済むって感じだ。
で、ここからが皆さんのイメージとズレると思うけど、強度の大きい鋼材の方が横座屈を起こしやすいから「横補剛材の本数は増える」。
つまりSM490とSS400では、SM490の方が横補剛材の本数は多く必要になるんだ（部材断面、長さが同じと仮定）。
なぜかと言うと「鋼材は強度が変わってもヤング係数が一定だから」といえるね。
SM490を使うってことは、SM490の方が強度が高いから、より大きな応力が作用しても大丈夫ってことになるね。
一方で、断面が同じSM490材とSS400材では「剛性は同じ（ヤング係数、断面が同じため）」なんだ。
剛性が大きいほど「よりかたい」から、座屈に対する抵抗力も高くなるけど、
SM490とSS400で剛性は同じだから座屈に対する抵抗力は同じだけど「SM490の方が生じる応力が大きいから、結果として座屈が起きやすい」、だから、横補剛材の本数もSM490材の方が多く必要ってことだね！
まとめ
よし。これまでの情報を元に整理しようか。
横補剛材は、H形鋼の梁が横座屈するのを防ぐために必要な部材
鋼材は強度が変わってもヤング係数が一定
SM490とSS400で剛性は同じ ⇒ 座屈に対する抵抗力は同じ ⇒ SM490の方が生じる応力が大きい ⇒ 結果としてSM490材の方が座屈が起きやすい ⇒ 横補剛材の本数もSM490材の方が多く必要
こんなかんじで問題を解けるよ。
参考
最後に参考にした記事を掲載しておくね～。それでは～。
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