アングル材は、その経済性と製造の容易さから、構造工学において広く使用されています。しかし、アングル材を建築分野で使用する場合、 曲げ、 特に 無制限の曲げ重大な課題が浮上する。開口部の荷重を支えるためにレンガ造りのまぐさなどによく選ばれるが、 ねじり不安定性 そして 複雑なストレス反応 彼らにとって危険な選択となります。
この記事では、アングル材の曲げ挙動、設計ガイドラインの限界、および曲げと曲げの挙動について詳細な概要を示します。 BS5950 そして ユーロコード3（EN 1993-1-1）、そして代替プロファイルがより信頼性が高く、構造的に健全なソリューションとなることが多い理由について説明します。
1.0一般的な用途: 開口部を曲げる際の角度
曲げ加工されたアングル材は、住宅建築において、ドアや窓の開口部の上の石材を支えるために最も一般的に使用されています。細部はシンプルに見えますが、 偏心荷重 そして ねじり挙動 ファサードのひび割れなど、保守性の問題につながる可能性があります。
構造上の主な課題は、特に完全な横方向の拘束がない場合に曲げを受けると、 圧縮された角度の脚は平面から外れる傾向がある、メンバーが ねじれこの現象は、典型的な 垂直荷重の偏心適用これにより、垂直軸と水平軸の両方の周りにモーメントが生成されます。
2.0ねじり効果：中空断面が望ましい理由
偏心荷重を受ける構造部材はねじれます。これはアングルに限ったことではありませんが、 アングル材のねじり剛性が低い 特に影響を受けやすい。そのような場合には、 閉じた中空部分 （正方形や長方形のHSSのような）は優れた代替手段です。これらのセクションは高価で、接続部分のディテールがより複雑になる可能性がありますが、 ねじり変形の低減 多くの場合、トレードオフする価値があります。
住宅の増築やまぐさなどの実際の用途では、閉じたセクションによって耐久性が大幅に向上し、完成した構造物の目に見える欠陥が最小限に抑えられます。
3.0圧縮におけるアングルセクション：より予測可能な挙動
アングル材が圧縮（例えばトラスの一部）で使用される場合、その挙動はよく理解されています。長軸や短軸の周りの座屈とは異なり、アングル材は 主軸：その u–u そして v–v その結果、アングルの各脚はそれぞれの面外方向に座屈しようとし、 ねじり座屈モード.
設計コードなど BS 5950 条項4.7.10 そして EN 1993-1-1 セクション BB.1.2 このモードに基づいて細長度を計算する公式を提供する。計算ではねじれの影響を調整し、角度が 制約を終わらせる座屈容量に大きな影響を与えます。
4.0曲げにおけるアングル材：規格ガイダンスの制限
BS 5950 曲げ設計ガイドライン
BS 5950の条項4.3.8では、 基本的な そして 簡略化された方法 計算のための 座屈抵抗モーメント（Mb） アングルセクションの場合。簡略化された方法は、 x-x軸を中心に等角度に曲げた通常、窓の開口部などのスパン全体にわたる垂直荷重がかかっています。
BS 5950簡易法を用いた計算例:
与えられた条件:
断面：150×150×12 mm
スパン: 4 m
鋼材グレード：S275
ε = 1.0 （鋼の降伏強度に基づく）
回転半径（rv） = 29.5 mm
断面係数 Zx = 67.7×10³ mm³
簡略化した式は次のとおりです。
この結果は比較的低い抵抗を示しており、このアプローチの限界を理解することの重要性を強調しています。
EN 1993-1-1 (Eurocode 3) アプローチ: より複雑、より間接的
ユーロコードは、アングル材の曲げ抵抗を直接評価する方法を提供していません。その代わりに、適用される曲げモーメントを次の式に分解することを推奨しています。 主軸（u-u と v-v） メンバーを認証するには 相互作用方程式これにより、特に不等角度の場合に複雑さが増します。
重要なステップは、 相対的な細さ:
lambda_LT = (0.72 × v_a × f_y) / (E × phi_a × lambda_v)
どこ：
- ラムダ_LT 横方向とねじり方向の細長比
- v_a せん断補正係数
- f_y 材料の降伏強度です
- E 弾性係数
- ファイ_ア 細長係数（通常は3.77）
- ラムダ_v せん断細長比（例：L / r_v）
どこ：
φₐは細長係数（通常3.77）
vₐはλᵥと対称性指数ψₐに基づく式を用いて導かれる。
λᵥ = L / rᵥ = 4000 / 29.5 = 135.6
等しい角度（ψₐ = 1）の場合、次の式が得られます。
vₐ ≈ 0.984 → λ_LT = 0.580 → χ_LT = 0.724
断面2次モーメントと弾性係数を使用します。
Iu = 1170 cm⁴
極限ファイバー距離 = 106 mm
ウー = (1170 × 10⁴) / 106 = 110 × 103 mm3
Mb = 0.724 × 275 × 110 × 103 = 21.9 kNm
5.0インタラクションチェック：BS 5950とEurocodeの比較
14 kNmのモーメントが主軸に均等に作用すると仮定します。
与えられた条件:
Mu = Mv = 9.9 kNm
Wv = 52 × 10³ mm³
ウー = 110 × 10³ mm³
ユーロコード相互作用チェック:
BS 5950 相互作用チェック:
座屈抵抗Mb = 26 kNmを使用:
相互作用 = 1.07 ✓ 許容範囲内だが、限界に近い
簡略化された方法を使用（Mb = 13.9 kNm）：
相互作用 = 1.01 ✘ 制限を超える
6.0不等角断面：複雑さと制限の増加
アングル材の製造に関する考慮事項
アングル材を曲げ加工に使用する場合、構造上の複雑さに加え、加工にも課題が伴います。特に、正確な穴あけ、端部処理、ノッチ加工が必要な場合、その精度は顕著です。特に不等アングル材や複雑な接合部など、正確な修正を行うために、加工業者はしばしば鉄工機に頼ります。これらの機械は、鋼製アングル材のせん断、パンチング、コーピングを1回のセットアップで効率的に行うことができるため、時間を節約しながら再現性を確保できます。
プレートやガセットとの接合部をきれいに整えるための角度調整など、細かいディテール加工や内角カットが必要な用途では、板金コーナーノッチャーが頻繁に使用されます。この工具は正確なコーナートリミングを可能にし、組み立て時のフィットアップと位置合わせを向上させます。適切な加工機器を使用することで、効率が向上するだけでなく、設計時に予測された構造性能が設置まで維持されます。
BS5950 簡略化された方法は許可されない 不等角の場合。設計者は基本的な方法を使用し、モーメントを次のように分解する必要があります。 主軸重心位置、I u 、I vなどの特性は公開されている表で確認できますが、追加の 三角法, 単対称性指数計算、 そして 有効断面係数の決定.
細い脚の場合、セクションの分類が重要になります。
BS 5950 クラス3の制限: 15ε
ユーロコードクラス3の制限: 14ε（c/tに基づく）
たとえば、c ≈ 128 mm の 150×10 mm の脚の場合は次のようになります。
c/t = 12.8 < 14ε = 12.9 → 許容範囲内
構造設計と工場製作の連携
アングル材の施工を成功させるには、特に荷重に敏感な用途においては、理論的な設計だけでなく、実際の製造精度も重要です。構造部材に精密な切断、ノッチ加工、打ち抜き加工が必要な場合、特にカスタムメイドや短スパンの用途では、適切な工具の使用が不可欠です。 鉄工機械 そして 板金コーナーノッチャー は、現場での修正を減らし、設計意図への適合性を高めるために、アングル鋼を効率的かつ正確に準備するためによく使用されます。
セクションが クラス4さらに複雑さが増します。
使用 有効断面特性 （ユーロコード）、または
応用 設計強度の低下 （BS 5950）
組み合わせて 曲げと軸荷重、これは非現実的なほど複雑になる可能性があります。
7.0結論：曲げる際に角度をつける際は注意が必要
この技術レビューでは、次の 2 つの重要な設計原則に焦点を当てています。
- 重要な瞬間を伝えるのに角度は理想的ではない特に拘束されていない場合は、偏心荷重や横荷重によるねじれ挙動が性能を著しく制限し、ファサードのひび割れなどの使用不能につながる可能性があります。
- 不等角の設計は手間がかかり、間違いが起きやすい特にクラス 4 セクションまたは複合荷重シナリオを扱う場合には重要です。
推奨される方法:
使用 等角断面 少なくとも クラス3 断面。
拘束されていない曲げ状況では、 ねじり剛性セクション、例えば 中空セクション または Iビーム.
