D9.C.5 メンバー耐力
D9.C.5.1 設計機能
H形、I形、L形、チャンネル、パイプ、チューブ、など、利用可能なすべての断面形をメンバー特性として利用可能であり、鋼構造設計を選択するとSTAAD.Proは自動的に断面形に応じた設計手順を採用します。STAAD.Proまたはユーザー定義テーブル(UPTABLE)で利用可能な鋼材テーブルを、メンバー特性に使用できます。
D9.C.5.2 方法
鋼構造設計において、STAAD.Proは日本建築学会設計規準で要求される許容応力と実応力の比較を行います。設計手順は、次の3段階によって構成されます。
断面特性の計算
このプログラムは断面特性として、断面積A、Y軸とZ軸を基準とした断面二次モーメントIyy およびIzz、およびサンブナンのねじり定数 Jを、組立鋼材テーブルから抽出します。その後、このプログラムは適切な式を使用して、弾性断面係数Zz およびZy、ねじり断面係数Zx、および断面二次半径iy およびizを計算します。I形、H形、およびチャンネル断面については、次の式を使用して、曲げに必要な断面二次半径を計算します。
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応力と許容応力の計算
長期荷重における構造用鋼材の許容応力は、次の表に示すFの値に基づいて決定されます。
表 1. テーブル:Fの値(N/mm2 ) 建設構造用鋼材 一般構造用鋼材 溶接構造用鋼材 厚さ SN400 SNR400
STKN400
SN490 SNR490
STKN490
SS400 STK400
STKR400
SSC400
SWH400
SS490 SS540 SM400 SMA400
SM490 SM490 Y
SMA490
STKR490
STK490
SM520 SM570 t≤ 40 235 325 235 275 375 235 325 355 400 40< t ≤ 100 215 295 215 255 - 215 295* 335 400 * F = 325 N/mm2(t > 75 mmの場合)
応力と許容応力を次の方法で計算します。
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軸応力:
実際の引張応力、
意味FT = 荷重 / ( A × NSF ) - NSF
= - 設計パラメータとして入力された引張の有効断面積係数
実際の圧縮応力、FC = 荷重 / A
許容引張応力、ft
- = FYLD / 1.5(長期荷重の場合)
- = FYLD(短期荷重の場合)
- FYLD
= - 設計パラメータとして入力された降伏応力
許容圧縮応力、fc
意味= fc × 1.5 (短期荷重の場合) - Λ
= - ν
= 実際のねじり応力、ft = ねじり / Zx
意味- Zx
= - J / max(tf, tw)
- tf
= - フランジの厚み
- tw
= - ウェブの厚み
-
曲げ応力:
Myによる圧縮曲げ応力
( Fbcy) = My / Zcy Mzによる圧縮曲げ応力
( Fbcz) = Mz / Zcz Myによる引張曲げ応力
( Fbty ) = My / Zty Mzによる引張曲げ応力
意味( Fbtz ) = Mz / Ztz - Zcy,Zcz
= - y軸とz軸のそれぞれを中心とした曲げによる圧縮の弾性断面係数
- Zty,Ztz
= - y軸とz軸のそれぞれを中心とした曲げによる引張の弾性断面係数
Myに対する許容曲げ応力
(fbcy) = ft
Mzに対する許容曲げ応力
(fbcz) = { 1 - .4 x (lb / i)2 / (C λ2)} ft max = 89,000/ (lb × h / Af ) 短期荷重の場合、fbcz = 1.5 x (長期荷重のfbcz)
意味- C
= - 1.75 - 1.05 (M2 / M1) + 0.3 (M2 / M1)2
- Myに対する許容曲げ応力、fbty = ft
- Mzに対する許容曲げ応力、fbtz = fbcz
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せん断応力
せん断応力は、次の式で計算されます。
意味qy = Qy / Aww - Aww
= - ウェブのせん断断面積 = せいとウェブ厚さの積
意味qz = Qz / Aff - Aff
= - フランジのせん断断面積 = 全フランジ面積の2/3倍
- fs
= - 許容せん断応力、Fs / 1.5、Fs = F / √(3)
-
-
設計要求の確認:
ユーザーによって与えられるRATIOの値(デフォルトは1.0)は、設計要求のチェックに使用されます。
次の条件が日本建築学会規準を満足するか確認します。すべての条件に対して、計算値はRATIOの値を超えてはいけません。RATIOの値を超える場合は、プログラムはその断面が不合格であるとのメッセージを与えます。
条件:
- 軸引張応力比 = FT / ft
- 軸圧縮応力比 = FC / fc
- 圧縮と曲げの組合せ圧縮応力比 = FC / fc+Fbcz/fbcz+Fbcy/fbcy
- 圧縮と曲げの組合せ引張応力比 = (Fbtz+Fbty-FC) / ft
- 引張と曲げの組合せ引張応力比 = (FT+Fbtz+Fbty) / ft
- 引張と曲げの組合せ圧縮応力比 = Fbcz/fbcz+Fbcy/fbcy- FT/ft
- Yのせん断応力率 = qy / fs
- Zのせん断応力率 = qz / fs
- von Mises応力率(von Mises応力をチェックするように設定している場合)= fm/(k⋅ft)
D9.C.5.4 軸引張に対する許容応力
引張の許容軸応力は、日本建築学会設計規準5.1(1)節に基づいて計算されます。軸引張を受けるメンバーでは、引張荷重がメンバーの引張耐力を超えてはいけません。メンバーの引張耐力は、メンバー面積に基づいて計算されます。STAADは、与えられたメンバーの引張耐力を、ユーザー設定の有効断面係数(NSF – デフォルト値は1.0ですが入力値を変えることで変更可能、表8B.1を参照)を基に計算し、メンバーの選定とコードチェックへと進みます。
D9.C.5.5 軸圧縮に対する許容応力
圧縮メンバーの許容応力は、5.1(3)節の手順に従って決定されます。圧縮抵抗は、細長比(Kl/r比)の関数であり、ユーザーは、KY、LY、KZ、LZなどのパラメータを修正することで細長比の値を制御できます。ユーザー設定の有効座屈長さの値がない場合は、メンバーの実際の長さが使われます。細長比のチェックが、日本建築学会規準11章に規定される値に対して行われます。