鋼材架台の選び方｜溝形鋼・H形鋼のたわみL/300計算と許容荷重表 | 電気と設備のノウハウ

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

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。

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。

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。

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。

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。

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

鋼材	曲げ応力度（許容値に対する割合）	たわみ	判定
溝形鋼 75×40	125N/mm²（80％）	8.5mm（1/294）	×（たわみ超過）
溝形鋼 100×50	67N/mm²（43％）	3.4mm（1/730）	○
溝形鋼 125×65	38N/mm²（24％）	1.6mm（1/1,610）	○
H形鋼 100×100	34N/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。

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）	1.0	1.0	50％
0.8m	0.87	0.84	68％
0.5m	0.64	0.58	80％
0.3m	0.42	0.36	88％

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。

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。