6.5 小梁・床の断面検定
床の中の小梁とスラブの断面検定は、全体 FEM から独立して行い、設計タブの「小梁・床の設計」表に出します。表の「二次部材」列には小梁と間柱の両方が並び、間柱には「(間柱)」を付けて区別します。実際に載る荷重の分配は1.3 床荷重の分配のとおり床領域・床板の境界へ配るため、この検定は主架構の解析結果とは別に、小梁・床板それぞれを単純梁・一方向版とみなした略算です。
6.5.1 小梁の検定
対象は床領域に所属する小梁です。大梁上の小梁(両端が大梁の節点で、実 Beam 要素に
なっているもの)は主架構の一部としてここでは検定しません。
この検定は曲げ・せん断・たわみだけを見て軸力を見ません。 これは「その小梁が載る床面が 1 枚の剛体で、面内力は剛床が処理している」ことを前提にしています。したがって次の二次部材は 検定の対象外とし、表には判定「未」の行として残します(表から消すと、検定されていないことに 気づけないためです)。
- 間柱。壁版から受けるのは材軸方向の軸力で、地震時には壁の面外地震力による弱軸曲げも 受けます。軸力・面外曲げのいずれも本検定は扱いません。
- 剛床でない床の小梁。床領域の境界節点が 1 つの剛床にすべて属していない床の小梁は、 面内力を負担するため上記の前提が成り立ちません。複数の剛床にまたがる床領域(段差床の階は 1 つの階に複数の剛床を持ちます)も、境界で相対変位が生じうるため対象外です。
なお、どの床領域にも所属しない小梁・どの壁領域にも所属しない間柱があるモデルは、 解析前チェックがエラーで止めます。 所属が決まらない二次部材は、どの床面・どの構面に 載っているかが確定しておらず、荷重の行き先も検定の可否も決められないためです。
検定荷重は1.4.2 二次部材の反力の逐次伝達が 求めたものをそのまま使うため、小梁が受け持つのは次の 3 つの重ね合わせです (壁版から配られる自重は間柱だけが受けるため、小梁には現れません)。
- 1.3 床荷重の分配が小梁の材軸へ出した線荷重 (等分布・線形・三角形・台形・集中)
- 小梁自身の自重(自重算定と同じ \( \rho A g \)。鉄骨は有効重量割増。断面または材料が ない小梁には足しません)
- その小梁に架かる別の二次部材から渡された集中荷重
これを単純支持梁として重ね合わせ、曲げ・せん断・たわみを求めます。
荷重の同期(解析へ渡す荷重)と断面検定は同じ経路を通るため、「解析では受け側が架け側の 反力を受けているのに、検定では受けていない」という食い違いは生じません。ただし荷重の値そのものは 一致しません。共有するのは支持関係の判定と伝達の手順であって、面荷重強度は用途ごとに違うためです。 検定では床用の面荷重(固定荷重+床用の積載荷重)を用います。
床板の境界が途中節点で分割されていても、小梁の材軸上に載る区間は全長へ合成します(両端節点の完全一致は要求しません)。部分区間の載荷も、材軸上の該当区間へ写します。大梁の材軸の方が近い辺荷重は小梁検定には載せません(10 mm 以内に並走する小梁が外周大梁の荷重を奪わないため)。同じ位置に小梁がある(材軸距離が大梁以下)場合は小梁側を優先します。1 本の辺荷重が複数の小梁材軸に載りうる場合は、端点の材軸距離が最小の 1 本だけに載せます。材軸とみなす許容差は 1.3 と同じ 10 mm です。
曲げ・せん断の最大値はスパンを 64 等分した点(端点を含む)で探します。たわみは曲率を 80 等分した台形積分で両端ピンのたわみを求め、その最大絶対値を用います。ヤング係数は小梁断面の鋼材の \( E \)(未設定時は既定 \( 205000\ \mathrm{N/mm}^2 \))です。
たわみの制限は \( \delta/L \le 1/250 \) です。
次の小梁は部材力を算定せず、表に判定「未」として残します(OK ではありません)。診断タブは理由を分けて警告します。
- 分配から荷重が得られない(段差床・傾斜小梁・床板境界外など)
- 同じ床領域内で、境界が材軸に載り、かつその床板の分配がその辺へ線荷重を出す床板(期待床板)の寄与が 1 枚でも欠けている(内法の片側欠落。反対側に床板がない外周は片側のまま検定する)
- 載荷区間の合計がスパンの半分未満(既定の下限は 0.5)
- 断面未割当、または断面係数が取れない
- 材料が鋼材以外(本経路の曲げ検定は鋼の \( Z \) と長期 \( ft = F/1.5 \) 前提のため)
- 支持関係が一巡しているなど、逐次伝達が荷重を流せない(解析前チェックのエラーにもなる)
期待床板が 1 枚もない材軸には、床分配の線荷重を載せません(近くの大梁・別の小梁の辺を奪わないため)。
代表等分布 \( w \) は合計荷重 / スパンです。45° 分配の辺荷重は、負担幅一様(面荷重 × 間隔)より合計・曲げ・せん断が小さくなることがあります(共有辺の矩形例では等価 \( w \) が負担幅一様の約半分)。解析の大梁伝達と同じ分配を検定に使うためです。負担幅一様は小梁の需要を過大評価しうる(安全側になりうる)近似であり、本経路はそれより低い需要を出すことがあります。
小梁の許容曲げ応力度は、鋼材の長期許容値 \( ft = F/1.5 \) です。\( F \) は材料の降伏応力 \( f_y \)(未設定時は既定 \( 235\ \mathrm{N/mm}^2 \))です。
6.5.2 床(スラブ)の一方向検定
版があり板厚が正の床板だけを検定します(版 = 断面が割り当たり板厚が正)。 囲まれた矩形は単純支持相当 \( M = wL^2/8 \)(係数 8)、取り付きは片持ち \( M = wL^2/2 \)(係数 2)です。 取り付きのスパン \( L \) は張り出し量の絶対値の大きい方(\( \max |extent| \))です。台形などで矩形寸法が取れなくても、この \( L \) が正なら検定します。 版なし・スパン非正・厚さ 0 は検定しません。