許容引張応力度とは

建物構造

今回は許容引張応力度についてわかりやすく解説していきたいと思います。

許容引張応力度は鋼構造を設計する際に使うとても重要な知識です。ぜひこの記事を参考にしてみて下さい!!

許容引張応力度ってなんだ??

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許容引張応力度ftとは

許容引張応力度とは許容応力度設計における許容される応力度(降伏点)に達しないように建築基準法で定められた引張の応力度です。

許容応力度には長期と短期があり、短期は降伏点応力度まで許容でき、長期は短期の2/3倍の応力度まで許容できます。

許容応力度設計とは建築基準法施行令第81条2項二のイに規定される設計法で鋼構造においては降伏応力度以下の応力度で部材サイズを選定する方法です。

応力度とは4つに大きく大別されます。

  • 引張応力度
  • 圧縮応力度
  • 曲げ応力度
  • せん断応力度

引張応力度と圧縮応力度はまとめて軸応力度として一括りする場合もありますが、ここでは分けません。

記号は[ft]で表し、単位は[N/mm2]です。鋼材の許容引張応力度を式で表すと

[長期-許容引張応力度]
\(f_{t}=\dfrac{2}{3}F\)

[短期-許容引張応力度]
\(f_{t}=F\)

F:基準強度(F値) N/mm2

長期と短期について

許容される応力度は長期短期で変わります。

長期とは長期間作用する荷重の合計つまり固定荷重や積載荷重など長期的に作用するものの合計したものを指します。

短期とは短期間作用する荷重の合計例えば地震や台風などの長期に加え短期的にも作用するものの合計したものを指します。

設計では長期許容引張応力度はLft, 短期許容引張応力度はSftで表すこともあります。

上図は私が実際の大学で行った鋼材の引張試験の応力度-変位のグラフです。

長期許容引張応力度は基準強度の2/3倍なので考え方としては降伏応力度の2/3程度のあたりまで許容するということです。

短期許容引張応力度は基準強度と同じ値なので考え方としては降伏応力度あたりまで許容するということです。

ただし基準強度F値は(SS400がF=235N/mm2のように)すでに定められているので、実際の鋼材の降伏応力度(σt=320N/mm2)を短期許容引張応力度とすることはできません。

基準強度 F値

基準強度F値鋼材の種類によって異なります。

例えばSS400の鋼材(40㎜以下)であればF値が235N/mm2になるので

長期許容引張応力度 156.6N/mm2

短期許容引張応力度 235N/mm2

SN490の鋼材(40㎜以下)であればF値が325N/mm2になるので

長期許容引張応力度 216.6N/mm2

短期許容引張応力度 325N/mm2

基準強度F値についての詳しい解説はこちらの記事を参考にしてみて下さい。

許容応力度検定

許容応力度検定許容応力度に対して部材の負担する応力度が上回らないかを検定することです。

構造設計では許容応力度分の応力度をよく検定比と呼びます。この検定比が1.0を上回らないことが許容応力度設計です。

[許容応力度検定]
\(\sigma_{t}<f_{t}\)

\(\dfrac{\sigma_{t}}{f_{t}}<1.0\)

σt:応力度 (N/mm2)

具体的な計算例を見ていきます。

ブレース材に引張力100kNの短期の荷重をかけたときの応力度検定をします。

ブレース材は仮にL-65x65x6 断面積 A=7.52cm2 SS400材とします。

まず部材に作用する応力度は

\(100\cdot 1000 / (7.52\cdot 100)=132.9\)

SS400材の短期許容応力度はft=235N/mm2 となるため応力度検定は

\(132.9/235=0.57<1.0\)

以上よりこのブレース材は許容応力度設計で問題ないことを確認できました。このように部材の設計を行っていきます。(実際には無効脚長による断面積の低減がかかるため検定比が大きくなります。)

まとめ

今回は許容引張応力度についてまとめてみました

許容応力度は構造設計をするうちで最も重要な値の一つです。この値を基準に部材サイズ・材質を決めたりしていきます。

一級建築士試験において許容引張応力度について問われることはほとんどありませんが、構造設計を生業とする場合は必ず覚えてください、というより切っても切れないほど多用するキーワードです。

許容引張応力度を確認する場合はぜひ本ブログを読み直してみて下さい!!

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