梁の上に鋼材を渡して機器を載せる|溝形鋼・H形鋼の選び方とたわみL/300の計算【計算ツール付き】

梁の上に渡す鋼材架台 たわみL/300計算

屋上や機械室で、梁と梁の間に鋼材を2本渡して、その上に機器を載せることがあります。今回私が設計したのは、太陽光のPCS用トランス(約800kg)を、スパン2.5mの鋼材2本で受ける架台です。

鋼材は「強さが足りるか」だけで選びがちですが、実際にはたわみで決まることがよくあります。この記事では、確認のしかた、計算例、サイズごとの許容荷重表を、最後に計算ツール付きでまとめます。


架台に使う鋼材の種類

H形鋼・溝形鋼・C形鋼の断面と寸法の読み方

鋼材のサイズは「高さH×幅B×ウェブの厚さt1×フランジの厚さt2」で表します。たとえば溝形鋼100×50×5×7.5なら、高さ100mm、幅50mm、ウェブ5mm、フランジ7.5mmです。

  • H形鋼:上下のフランジが左右に張り出していて、曲げにもねじれにも強い形です。重い機器や長いスパンに向きます。
  • 溝形鋼(チャンネル):片側にだけフランジがある形です。熱間圧延で作られた厚みのある鋼材で、架台では一番よく使います。荷重がかかると少しねじれやすいので、2本を横つなぎ材で連結して使います。

C形鋼は溝形鋼とは別物

形は似ていますが、C形鋼(リップ溝形鋼)は薄い鋼板を曲げて作った軽量形鋼です。板厚は1.6〜4.5mm程度と薄く、断面の値も強さもまったく違います。この記事の表やツールは、C形鋼には使えません。


確認するのは「曲げ」と「たわみ」の2つ

  1. 曲げ(強さ):機器の重さで鋼材に生じる曲げ応力度が、許容応力度を超えないか
  2. たわみ(剛性):鋼材の中央がどれだけ下がるか

強さが足りていても、鋼材が大きくたわむと、機器の傾きや、配管・ケーブルへの無理な力につながります。


たわみの許容値「L/300」とは

スパン3mの鋼材のたわみは10mm(L/300)までが目安

L/300は、「スパン(梁と梁の間隔)の300分の1まではたわんでもよい」という意味です。日本建築学会の鋼構造の規準で、梁のたわみの目安として使われている値です。

例:スパン3m(3,000mm)なら、3,000÷300=10mmまでOKです。

スパンL/300
1.5m5mm
2.0m約6.7mm
2.5m約8.3mm
3.0m10mm

一般の機器ならL/300が基本です。モーターやポンプなどの回転機、水平の精度が必要な機器では、L/500〜L/1000のように厳しくするのが実務の目安です。


計算例:スパン2.5m・鋼材2本・トランス800kg

前提

  • 鋼材はSS400。長期の許容曲げ応力度は156N/mm²(235÷1.5)
  • ヤング係数は205,000N/mm²
  • 両端を梁に載せた単純支持とし、鋼材の自重も含める
  • トランスの重さは2本に半分ずつ(1本あたり400kg)。安全側に、鋼材の中央に集中して載るとする
  • 鋼材の上側が、機器や横つなぎ材で押さえられて横に倒れない(横座屈しない)とする

計算式(1本あたり)

曲げモーメント M = P × L ÷ 4
曲げ応力度 σ = M ÷ Z(断面係数)
たわみ δ = P × L³ ÷(48 × E × I)

P:1本にかかる荷重 L:スパン E:ヤング係数 I:断面二次モーメント

結果

鋼材曲げ応力度(許容値に対する割合)たわみ判定
溝形鋼 75×40125N/mm²(80%)8.5mm(1/294)×(たわみ超過)
溝形鋼 100×5067N/mm²(43%)3.4mm(1/730)○
溝形鋼 125×6538N/mm²(24%)1.6mm(1/1,610)○
H形鋼 100×10034N/mm²(22%)1.8mm(1/1,420)○

溝形鋼75×40は、強さは足りていますが、たわみが8.5mmで許容値8.3mmを超えるのでNGです。強さではなくたわみでサイズが決まる、典型的な例です。今回は余裕を見て、溝形鋼100×50以上を選びます。


中心に置くか、端に寄せるか

同じ重さでも、置く位置で結果が変わります。中心に置いたときを1.0とすると、次のとおりです(スパン2.5m)。

置く位置(片方の梁から)曲げ最大たわみ近い側の支点にかかる割合
中心(1.25m)1.01.050%
0.8m0.870.8468%
0.5m0.640.5880%
0.3m0.420.3688%
  • 中心で選んでおけば、どこに置いても安全側です。
  • 端に寄せると鋼材は楽になりますが、近い側の取り付けボルトと建物の梁に、ほとんどの重さがかかります。
  • トランスが2本の鋼材の真ん中にない場合は、重い側の鋼材で計算し直します。

安全率と荷重の割増し

  • 許容応力度156N/mm²は、鋼材が変形し始める強さ(235N/mm²)に対して安全率1.5です。
  • 今回の溝形鋼100×50は許容値の43%なので、変形し始めるまで約3.5倍の余裕があります。
  • 据付時の衝撃や点検時の人の荷重を考えて、機器の重さを1.2〜1.5倍して計算することもあります。この「荷重の割増し係数」は、許容応力度に含まれている安全率1.5とは別の上乗せです。単位のない倍率で、たとえば800kg×1.2倍なら960kgとして計算します。

溝形鋼・H形鋼の許容荷重表

鋼材2本・中央に集中・L/300・SS400で、載せられる機器の重さ(kg)です。断面の値はJIS規格品(JIS G 3192)の値を使っています。

溝形鋼

サイズ1.5m2.0m2.5m3.0m
75×40×5×71,7001,240780530
100×50×5×7.53,1902,3801,9001,360
125×65×6×85,7604,3103,4302,850
150×75×6.5×109,7707,3105,8304,840
150×75×9×12.511,8908,9007,1005,890
180×75×7×10.513,0009,7307,7706,450
200×80×7.5×1116,58012,4109,9108,230
200×90×8×13.521,17015,85012,65010,520
250×90×9×1328,41021,27016,99014,130

H形鋼

サイズ1.5m2.0m2.5m3.0m
100×100×6×86,4204,8003,8202,750
125×125×6.5×911,3808,5206,7905,640
150×75×5×77,5505,6504,5003,740
148×100×6×911,4708,5906,8505,690
150×150×7×1018,36013,74010,9609,110
175×90×5×811,7308,7807,0105,830
198×99×4.5×713,2609,9307,9306,590
200×100×5.5×815,39011,5209,2007,650
200×200×8×1240,14030,06024,00019,960
248×124×5×823,65017,71014,15011,770
250×125×6×926,97020,20016,13013,420
  • 鋼材の上側が、機器や横つなぎ材で押さえられて横に倒れない(横座屈しない)前提です。
  • 大きなサイズでは、鋼材より先に、取り付けるボルトや建物の梁が限界になります。表は「鋼材の側の上限」です。

重心の高さと地震

重心の高さは、重さを支える計算(曲げ・たわみ)には影響しません。ただし、地震のときは重心が高いほど倒れようとする力が大きくなります。地震の力は、設備基礎の記事やアンカーボルトの記事で確認してください。


まとめ

  • 鋼材は「曲げ」と「たわみ」の両方で確認する。小さいサイズは、たわみで決まることが多い
  • たわみの基準は、一般の機器ならL/300(3mなら10mm)
  • 中心に置いた場合で選べば安全側。端に寄せるなら、取り付け部の確認が必要
  • C形鋼(軽量形鋼)は溝形鋼とは別物。この表は使えない
  • 2.5m・800kgのトランスなら、溝形鋼100×50以上が目安

計算ツール

スパン・機器の重さ・鋼材を選ぶと、1本あたりの曲げ応力度とたわみを計算し、判定します。置く位置を入れると、端に寄せた場合も計算できます。

鋼材架台 曲げ・たわみ計算








※簡易計算です。横座屈、取り付けボルト、建物の梁の強さは別途確認してください。

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この記事を書いた人
いぬみかん

電気工事の職人から始まり、消防設備の職長(約15年)、受電設備点検、太陽光・建築設備の現場管理を経験。現在は太陽光発電設備の設計とPPA案件の検査を担当しています。第一種電気工事士、第三種電気主任技術者、1級電気工事施工管理技士、消防設備士(甲種特類・1〜5類)ほか。

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