C形断面のせん断中心距離:
$$e = \frac{3b^2}{h + 6b}$$そり定数(C形):
$$I_w = \frac{t\,b^3\,h^2}{12}\cdot\frac{3b+2h}{6b+h}$$主軸角:
$$\tan 2\theta_p = \frac{-2I_{yz}}{I_z - I_x}$$C形・Z形・L形・I形断面の断面積、断面二次モーメント、せん断中心、そり定数をリアルタイム計算。断面形状を描画して主軸方向も可視化。
C形断面のせん断中心距離:
$$e = \frac{3b^2}{h + 6b}$$そり定数(C形):
$$I_w = \frac{t\,b^3\,h^2}{12}\cdot\frac{3b+2h}{6b+h}$$主軸角:
$$\tan 2\theta_p = \frac{-2I_{yz}}{I_z - I_x}$$建築構造(軽量鉄骨):事務所ビルの内装間仕切りや、倉庫の補強材としてC形やZ形鋼が多用されます。軽量で施工性が良く、せん断中心の位置を考慮した接合設計が重要です。
自動車・鉄道車体:車体フレームや床下構造に薄肉開断面が使われ、軽量化に貢献しています。振動や衝撃時のねじれ挙動を評価するために、そり定数がCAE解析の入力値として使われます。
太陽光パネル架台:屋上や野立ての架台には、耐候性鋼材のZ形鋼がよく用いられます。風荷重による横座屈を防ぐため、十分なそり剛性を持つ断面が選定されます。
倉庫ラック・棚:棚を支える柱にC形鋼が使われることがあります。積載物の荷重がせん断中心からずれてかかると棚がねじれて危険なため、正しい取り付けが求められます。
まず、「薄肉」の定義を甘く見ないでください。例えば、板厚t=6mmのC形鋼は「中肉」扱いになり、ここで紹介した簡易的なせん断中心の式($$e = \frac{3b^2}{h + 6b}$$)の精度が落ちる可能性があります。このツールはあくまで「薄肉理論」に基づいているので、板厚が幅や高さの1/10を超えるようなら、より詳細な計算やFEMによる検証を併用すべきです。
次に、断面二次モーメントの「方向」を見落とすミスが非常に多いです。I_x(x軸周り)とI_y(y軸周り)では値が数倍〜数十倍違います。例えば、Z形断面を屋根材として使う時、強い方(通常はI_x)を曲げモーメントがかかる方向に向けないと、あっという間にたわんでしまいます。シミュレーターで形状を変えながら、どちらの値が急激に変化するか確認するクセをつけましょう。
最後に、実務で最も危険なのは「せん断中心は計算したからOK」で終わることです。例えば、C形鋼の梁を設計する時、せん断中心がウェブの外にあることを知っていても、実際の荷重経路(床スラブからの力)が無意識に重心を通るように接合してしまうことがあります。これではねじれが発生し、計算前提が崩れます。図面にせん断中心を明記し、力がどう伝わるかを常にトレースする意識が必要です。
C形鋼材(b=100mm、h=200mm、t=6mm)の場合、断面積A=1872mm²、y軸周り慣性モーメントIx≒67.3×10⁴mm⁴、z軸周り慣性モーメントIz≒6.8×10⁴mm⁴が得られます。せん断中心eは約18.5mmとなり、片持ちばり(長さ3000mm、先端荷重50kN)の計算時に採用する値になります。そり定数Iw≒42.0×10⁶mm⁶はノンユニフォームねじりによる断面ひずみ予測に必要です