断面について　～木構造のための構造力学～6

目次
第1回　計算書を読んでみよう
第2回　力のつりあい
第3回　モーメントとは？
第4回　反力
第5回　応力
第6回　断面について（今回）
第7回　図心・断面一時モーメント
第8回　断面二次モーメント
第9回　断面係数
第10回　許容応力度　

応力までは、表現は線でしたね。でも実際は木材でも鉄骨でも鉄筋コンクリートでも太さを持ちます。構造ではこの太さのことを断面といいます。その断面も太い、細いだけではなく、円形だったり長方形だったり、縦だったり横だったり、いろいろあります。その使い方・性能をここから勉強していきます。断面の性能がわかれば、先ほど紹介した応力を使って、その断面で大丈夫かを判断することが出来るようになります。

　昔は、応力を出す作業と断面を出す作業は別別でした。今でも別別のソフトでやっているものがあります。なので応力を出すまでと、断面計算は別物と捉えて勉強する必要があります。

　実際に建物を構造設計しなくても、人間はその生活の中から構造に関する間隔を持っているものです。たとえば、スパンが飛んでいる構造物であれば、太い梁を使わなければ、とか重い物を下敷きに載せればたわむ、など。そんな感覚が構造設計でも重要になります。そこで今回は梁に関してその感覚を養っていきましょう。もちろん柱なども基本は同じです。

＜梁は太いほど、頑丈である＞

　当たり前でしょうけど、上記表現はやや真実をあらわしていません。下記の梁は２つとも同じサイズです。横使いか縦使いか違うだけです。

ただ、この上に物を置いた場合、どちらが強いかわかりますか？そうですね。縦使いのほうが強いです。つまり
＜梁は縦使いのほうが強い＞
　のです（もちろん上に何か載せた場合です）。

＜梁は重ね合わせるときに注意が必要＞

　　戦国武将の毛利元就は、3人の息子に3本の矢の教えをしました。矢は一本一本だと簡単に折れるが、三本だとなかなか折れない。つまりまとまると強い、ということです。構造でも同じですが注意が必要です。

　というのは、3本集めて1本にしたとき、元から1本のものと強度が異なる！という点です。もちろん1本より3本のほうが強いのですが。果たして毛利元就はそこまで考えていたのでしょうか？？

　具体的には、重ねあわすとき、上下に重ねあわすと、特に強度のアップの度合いが減ります。これは上下の部材が単独で挙動してしまうためです。そのため在来木造でよくある「まくら梁」は注意が必要なのです。これは断面2次モーメントや断面係数の学習で学んでいきましょう。

＜材料には重さがある＞

　材料には、重さがあります。ですから梁の自重でたわむ！なんてこともあるのです。木造の構造計算では梁の自重は考慮しない（というより床の荷重の中に含めて計算する）のですが、重い材料では注意が必要です。

次回は図心と断面一時モーメントです。力のかかりぐあいで、部材の強度が変わります。その一番基本的な概念を学びます。名称が難しいだけで内容は簡単です。名前に惑わされないようにしましょうね。

第7回　図心・断面一時モーメント