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SRC / CFT の等価断面性能

SRC/CFT の等価断面性能は、ヤング係数比による等価換算断面の累加(SRC 規準の考え方)で算定し、SRC は次の式により求めます。

\[ A_n = {}_{rc}A_n + {}_s A_n \cdot (n_s - 1) \]

\[ I_e = {}_{rc}I_e + {}_s I_e \cdot (n_s - 1) \]

\[ A_s = {}_{rc}A_s + {}_s A_s \cdot (n_{gs} - 1) \]

\[ J = {}_c J + ({}_s G/{}_c G) \cdot {}_s J \] CFT は SRC 柱に準じ、鋼基準の 1/n 換算で累加します。充填コンクリートの Ec は鋼管材料の密度やヤング係数からは算定せず、Fc とコンクリートの種類から無筋コンクリートの単位体積重量 γC を求めて算定します。

算定式

換算係数(\( \nu_s = 0.3 \)、\( \nu_c = 0.2 \)):

\[ n_s = E_{\text{steel}}/E_c \]

\[ n_{gs} = n_s \cdot \frac{1 + \nu_c}{1 + \nu_s} \]

SRC 軸剛性用:

\[ A = b \cdot d + (n_s - 1) \cdot {}_s a \]

SRC 曲げ:

\[ I_y = \frac{b \cdot d^3}{12} + (n_s - 1) \cdot {}_s i_y \]

CFT(充填コンクリートを鋼基準へ換算):

\[ A = A_{\text{steel}} + {}_c a/n \]

\[ I_y = I_{y,\text{steel}} + {}_c i_y/n \]

記号・単位

記号意味単位
\( n_s \)鋼材とコンクリートのヤング係数比(\( E_{\text{steel}}/E_c \))-
\( n_{gs} \)せん断弾性係数比を考慮した換算係数-
\( E_{\text{steel}}, E_c \)鋼材・コンクリートのヤング係数N/mm²
\( \nu_s, \nu_c \)鋼材・コンクリートのポアソン比-
\( A \)等価換算後の断面積mm²
\( I_y \)等価断面二次モーメントmm⁴
\( J \)等価ねじり定数mm⁴
\( b, d \)鉄筋コンクリート部分の幅・せいmm
\( {}_{rc}\cdot,\ {}_s\cdot,\ {}_c\cdot \)鉄筋コンクリート部分・内蔵鉄骨部分・充填コンクリート部分の諸量-
\( {}_{rc}A_n, {}_s A_n \)等価換算前の鉄筋コンクリート部分・内蔵鉄骨部分の断面積mm²
\( {}_{rc}I_e, {}_s I_e \)等価換算前の鉄筋コンクリート部分・内蔵鉄骨部分の断面二次モーメントmm⁴
\( {}_{rc}A_s, {}_s A_s \)等価換算前の鉄筋コンクリート部分・内蔵鉄骨部分のせん断有効断面積mm²
\( {}_s a, {}_c a \)内蔵鉄骨部分・充填コンクリート部分の断面積mm²
\( {}_s i_y, {}_c i_y \)内蔵鉄骨部分・充填コンクリート部分の断面二次モーメントmm⁴
\( {}_s G, {}_c G \)内蔵鉄骨・コンクリートのせん断弾性係数N/mm²
\( {}_c J, {}_s J \)コンクリート部分・内蔵鉄骨部分のねじり定数mm⁴
\( A_{\text{steel}} \)CFT 鋼管部分の断面積mm²
\( I_{y,\text{steel}} \)CFT 鋼管部分の断面二次モーメントmm⁴
\( n \)CFT の鋼基準換算係数(\( n_s \) に同じ)-

実装参照:sepika_core::section_shape::SectionShape::{src_equivalent_props, cft_equivalent_props}(crates/sepika-core/src/section_shape/composite.rs)が算定します。

通常経路は SRC では Fc と主材料の密度から γRC・γC を求めて Ec を算定し、CFT では充填コンクリートの Fc と種類から γC を求めて Ec を算定して、\( n_s = E_{\text{steel}}/E_c \) を求めます。SRC/CFT の Fc が未設定・0 以下・非有限値のときは入力エラーとし、Fc が有効で形状条件だけで材料由来の値を使えない場合に限り、N_S_EQ = 15(SRC)または鋼管のみ(CFT)へフォールバックします。形状自体が等価換算の対象外(非複合形状)のときはフォールバックせず、形状レベルの値をそのまま用います。

Section が形状だけから生成する iy・iz・as_y・as_z は材料を知らないための暫定値です。Fc が有効で材料由来の等価断面性能が算定できない場合、SRC は N_S_EQ = 15 で鉄骨を等価換算し、CFT は充填コンクリートを含めず鋼管のみとします。材料由来の等価断面性能が使えるときは、要素剛性側でこれらの値を上書きします。

フォールバック時は解析前チェック/診断タブの警告と、準備計算「部材剛性」表の注記で利用者へ通知します(通知の内容は部材剛性を参照)。N_S_EQ = 15 は暫定値であり、原典照合待ちです。15 は典型的な材料由来値(\( F_c = 21 \) で約 9.5、\( F_c = 60 \) で約 6.1)より常に大きく剛性を過大評価する方向に働きます。全体変位には非保守、着目部材の応力には保守となって一方向に定まらないため、安全側とは言い切れません。