【ブログ】部材のカタチ

Ｈ・Ｉ・Ｔ・Ｌ・Ｃ・Ｚ・Ｏのアルファベットに共通するものは何でしょうか？

建設業界人なら連想できると思いますが、Ｈ形鋼・Ｉ形鋼・Ｔ形鋼・山形鋼・溝形鋼(チャンネル)・Ｚ形鋼・鋼管の形鋼の形状ですね。

形鋼は、一定の断面形状に成形された鋼材で、土木・建築の構造部材に活用されています。

力学的合理性で使い分けていますが、その合理性とは何でしょうか。

物体に働く力を荷重といいます。

荷重の種類は、活荷重・死荷重・衝撃荷重・風荷重・温度変化の影響・地震の影響などがあります。

荷重によって、部材内部に生じる力を断面力(曲げモーメント、せん断力、軸力)といいます。

部材の抵抗力は、断面二次モーメントで表現されます。断面二次モーメントは部材面積に距離の２乗をかけたものを積分したものです。よって、フランジを大きく、ウェブを小さくすることが合理的なので、橋梁の主桁などに使われるのは、Ｈの形になります。

ちなみに、Ｈ形鋼・Ｉ形鋼の違いは、フランジ幅とウェブ高の比だけではありません。レールとして用いられることが多いＩ形鋼は、フランジの内側にテーパー(勾配)を設けてＨ形鋼と区別されています。

当たり前のように使用している形鋼ですが、目的に応じた最適な形状を選択することは、技術の基本だと考えています。