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。

1. 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I_yy およびI_zz、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Z_z およびZ_y、ねじり断面係数Z_x、および断面二次半径i_y およびi_z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。 

   $i=\sqrt{I_i/A_i}$

2. 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）

   注記: 短期荷重に対してメンバーをチェックする際には、第3章で説明されている応力の組み合わせを使用しますが、この章で指定されている許容応力が50%増加する可能性があります。

   応力と許容応力を次の方法で計算します。

   1. 軸応力:

      実際の引張応力、

      FT = 荷重 / ( A × NSF )

      意味

      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、F_C = 荷重 / A

      許容引張応力、f_t

      • = FYLD / 1.5（長期荷重の場合）
      • = FYLD（短期荷重の場合）
      意味

      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、f_c

      $f_c=\{\begin{array}{c}\frac{[1-0.4{\left(\frac{\lambda }{\Lambda }\right)}^2]F}{\nu }\text{ただし、}\lambda \le \Lambda \\ \frac{\begin{array}{c}0.277F\end{array}}{{\left(\frac{\lambda }{\Lambda }\right)}^2}\text{ただし、}\lambda >\Lambda \end{array}$

      = fc × 1.5 （短期荷重の場合）

      意味

      Λ	=	$\sqrt{\frac{{\pi }^{2}E}{0.6F}}$
      ν	=	$\frac{3}{2}+\frac{2}{3}{\left(\frac{\lambda }{\Lambda }\right)}^2$

      実際のねじり応力、f_t = ねじり / Z_x

      意味

      Zx	=	J / max(tf, tw)
      tf	=	フランジの厚み
      tw	=	ウェブの厚み

   2. 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

      ( Fbtz ) = Mz / Ztz

      意味

      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

      注記: ウェブは、H形、I形、チャンネル断面の Z_z の計算では無視されます（MBGパラメータが1の場合）。

      M_yに対する許容曲げ応力

      (f_bcy) = f_t

      M_z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、f_bcz = 1.5 x (長期荷重のf_bcz)

      意味

      C

      =

      1.75 - 1.05 (M2 / M1) + 0.3 (M2 / M1)2

      • M_yに対する許容曲げ応力、f_bty = f_t
      • M_zに対する許容曲げ応力、f_btz = f_bcz
      注記: パラメータCBを使用して、Cの値を直接指定することができます。

   3. せん断応力

      せん断応力は、次の式で計算されます。

      qy = Qy / Aww

      意味

      Aww

      =

      ウェブのせん断断面積 = せいとウェブ厚さの積

      qz = Qz / Aff

      意味

      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)

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:

   1. 軸引張応力比 = F_T / f_t
   2. 軸圧縮応力比 = F_C / f_c
   3. 圧縮と曲げの組合せ圧縮応力比 = F_C / f_c+F_bcz/f_bcz+F_bcy/f_bcy
   4. 圧縮と曲げの組合せ引張応力比 = (F_btz+F_bty-F_C) / f_t
   5. 引張と曲げの組合せ引張応力比 = (F_T+F_btz+F_bty) / f_t
   6. 引張と曲げの組合せ圧縮応力比 = F_bcz/f_bcz+F_bcy/f_bcy- F_T/f_t
   7. Yのせん断応力率 = q_y / f_s
   8. Zのせん断応力率 = q_z / f_s
   9. 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）= f_m/(k⋅f_t)

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。

D9.C.5.6 曲げに対する許容応力

曲げ引張と曲げ圧縮の許容応力は、脚の長さ、フランジの厚さ、圧縮フランジの支持点間距離（デフォルトはメンバー長）などの要因に依存します。曲げ（圧縮と引張）許容応力は、規準の5.1 (4)節によって計算されます。

D9.C.5.7 せん断に対する許容応力

せん断耐力は、ウェブのせい、ウェブの厚さなどの関数です。許容せん断応力は、規準の5.1 (2)節に従って計算されます。