今回はMultiframeの断面検定・断面算定機能についてご紹介させていただきます。
断面検定等の設定、検討はSteel Designerというモジュールを使用しますが、別のソフトとして起動させるのではなく、Multiframe上で設定、解析、解析結果の確認を行うことができます。また、検討結果を用いて、最適な断面に変更することも可能です。
応力解析を行うだけであれば、架構形状、断面剛性、荷重設定だけで解析することができますが、断面検定まで行う場合は、各部材に許容応力度を割り当てる必要があり、Steel
Designerでは許容応力度を算出するための条件を設定することになります。
例として鉄骨造の外壁面に配置された間柱を想定したモデルを用いて説明していきたいと思います。
1.解析モデル
高さ4m、柱脚ピン支持、柱頭部は鉛直方向をローラーとしたピン支持、荷重条件は軸力として10kN、風荷重として強軸方向に5kN/mを設定します。断面はH-100x100x6x8とします。
2.断面検定条件の設定
間柱の断面検定条件を設定していきます。 設定したい要素をダブルクリックするとデザイン部材の属性設定ウィンドウが開きます。
上部のタブを切り替えて各応力に対しての設定を行います。
「部材」 タブは断面検定に特化したタブだけではなく、 応力解析にも反映される設定内容です。
「曲げ」タブは許容曲げ応力度を算出するためのタブです。今回の例では該当しませんが、要素の中間に節点がある場合では、Lbxを圧縮フランジの支点間距離とする必要があります。
「引張力」タブではボルト孔欠損を考慮することができます。
「圧縮」タブではH形鋼の場合、強軸方向と弱軸方向それぞれについて座屈長さを設定できます。長さまたは座屈長さ係数で指定します。
「組合せ」タブでは強軸、弱軸の組み合わせ応力を考慮する比率を設定でき、強軸まわりの応力のみ考慮することもできます。
「鋼材等級」タブではF値の確認を行います。40mm超の厚さを持つ鋼材の場合は注意が必要です。
「制約条件」タブでは最適断面の条件を設定します。天井高の制限や取り付く梁のせいを超えないように設定します。
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| 図4 デザイン部材の属性「部材」 |
3.断面検定結果の確認
断面検定を行う際は予め応力解析を実行しておく必要があります。解析実行後、検討を行いたい要素を選択し、メニューバー＞デザイン＞チェックをクリックします。行いたい検討項目にチェックを入れ、「OK」をクリックします。
検討結果は「結果ウィンドウ」の「断面算定」タブまたは「レポートウィンドウ」で確認することができます。
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| 図5 レポートウィンドウ |
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| 図6 結果ウィンドウ＞断面算定 |
4.断面算定結果の確認と断面変更
断面検定の結果、断面性能が不足している、または検定比に余裕がある場合に断面を変更することができます。断面検定を満足する最軽量の断面による検定内容を表示させ、その断面に変更させます。
断面算定を行う際は応力解析を実行後、検討を行いたい要素を選択し、メニューバー＞デザイン＞デザインをクリックします。行いたい検討項目にチェックを入れ、「OK」をクリックします。
検討結果は「結果ウィンドウ」の「断面算定」タブまたは「レポートウィンドウ」で確認することができます。
断面算定を行うと結果ウィンドウ＞断面算定タブの最適セクション欄に検定を満足する最軽量の断面が入力されます。ここで表示される断面は最初にモデル化した時の部材による応力を用いた結果なので、断面変更後は自重や剛性が変わるため、最終的な応力も変わってしまうことに注意が必要です。
モデルの断面を最適セクション欄に表示された断面に変更する場合はフレームウィンドウにてセクションを変更することもできますが、メニューバー＞デザイン＞最適セクション使用から部材が複数ある場合など断面の変更を一括で行うこともできます。
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| 図7 結果ウィンドウ＞断面算定 |
図8 最適セクション使用 |
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