構造設計のはじめは二次部材の検討から入ることも多いと思います。
構造設計で向き合うスラブや小梁、間柱などの「二次部材」。主要な構造部材ではないからと、その設計を単純作業だと考えていると重要な視点が身に付きません。実は、床の変形や壁のひび割れといったトラブルの多くは、この二次部材の設計に起因しています。
この記事では、「二次部材だからこそ」慎重に検討すべきポイント、計算上の仮定と現場の実態をどう繋げるか、トラブルを防ぐための境界条件の設定方法など、設計の精度を一段階引き上げるための実践的な知識を解説します。
①二次部材とは
二次部材については明確な定義はありませんが、主には建築構造において柱や梁といった長期荷重や耐震要素として直接的に地震力を負担している以外の部材を二次部材と言っています。
二次部材を経由して、柱や大梁や耐震壁や耐震ブレースに力を流している役目とも言えます。
どんなに柱や大梁を精度よく設計したとしても、そこまでに力を流すための二次部材の設計が不十分であっては役割を果たせません。
二次部材は具体的には、スラブ、小梁、間柱、胴縁などが該当します。
これらの部材は柱や大梁と比べて、局所的に大きな荷重が作用する可能性が高いので、積載荷重、風荷重などの荷重設定が非常に重要になります。
耐震設計手法のように建築基準法で細かに規定されてはいません。それだからと言うわけではありませんが、長期的、短期的にどのような大きさ、方向から力が掛かるのかを想定して検討する必要があります。ここが二次部材設計の面白い所でもあります。
二次部材は繰り返しで同じものが配置されることが多いので初期のルール設定も重要になってきます。考え方がわかりやすいルール作りを意識しましょう。
部材符号の設定の仕方に設計者の力量が見えます。ざっくり言うと符号がやたら多いと場当たり的な思考に見えてしまいます。
該当範囲が広いので施工の容易さや経済性への影響も大きくなります。
時間軸も含めてあらゆる角度から整理・検討するようにしましょう。
②計算の仮定と実態を繋げる
二次部材は不静定次数が低いこともあって計算方法が単純ではありますが、その分、安全率が低いとも言えるので、その計算の中で仮定している条件と現実が違っていると影響が露骨に現れることになります。
そのため、計算で想定している力の流れ方や、接合部の固定度の評価が現実のディテールと整合していることが重要になります。具体的にどの鉄筋やボルトなどが引張力やせん断力がどこを通って力が流れたり、回転を拘束しているのかを一致させながら断面を考えます。
計算条件では固定としていても、実際には曲げに対しての反力が取れる部材がなかったり、逆にピン支持で仮定していたのに、回転を拘束するような接合部になっているということがないようにしましょう。
構造設計の中では力の総量（荷重）が減っていない限りは、どこかで応力が小さくなっていれば、代わりにどこかの応力が大きくなっています。なので、どこかの応力が小さくなっていれば代わりにどこの応力が大きくなっているのかまでセットで確認するようにしましょう。
計算を満足させるために安易に条件を変更するのではなく、本質的な部分で調整をするようにしましょう。
参考：力の流れの作り方
③トラブルになりやすいのも二次部材
トラブルにつながりやすいものも実は二次部材です。
それは繰り返しになりますが、単純なだけにその分、安全率が低いとも言えるので、予想外の力が生じると耐えられない確率が高いです。
まず最も影響が出やすいのは変形による影響です。床、壁共に仕上げ材のひび割れや建物の使用感に悪影響を与える可能性があります。
設計を始めたばかりの時には許容応力度設計に夢中になりすぎて変形に対しての意識が薄くなりがちですが、変形はトラブルに直結しやすいこともあり、使用上支障が生じないようにと、変形については告示にも記載があるくらいです。
固定端とピン接合では応力も変形も倍半分で変わってきます。計算書としては1つの条件で検討しないといけないわけではないので、考えられるいくつかの条件を検証して、適切は判断をしていきましょう。
④境界条件の設定が重要
スラブや小梁、間柱や耐風梁と言った二次部材を検討するときには、それらの部分を全体の支持部材から切り離して、境界条件を部材単体で考慮して検討をします。
そのため境界条件の設定が非常に重要になってきます。前章でも書いているように、境界条件によって応力や変形は倍半分のオーダーで変化してきます。
切り離して検討した部材に対しては、極端なことを言えば、端部の支持条件をピンと固定の両方で検討しておいて両方を満足するような幅を持って設計しておけば、耐力、変形のどちらに対しても問題ないことになります。
ここで忘れてはいけないことは、境界条件を固定や半固定にした場合に支持部材側がその応力を処理できるのかを確認することです。あくまでも支持部材から切り離して検討をしているので、境界条件部分のところには部材があります。
対象二次部材の境界条件部分の支点反力が、外力（荷重）となり次々に部材の検討が続いていくことになります。
端部に固定度があると二次部材単体の設計としては経済的な部材になりがちですが、だからといって安易に固定度を上げてしまうと問題が生じる可能性があります。
特に固定端にした場合の曲げモーメントは、支持部材が直交方向に取りついている場合には、ねじれ力として支持部材が負担することになります。
ねじれ力は特に鉄骨のH形鋼のような開放断面にとっては非常に弱点になります。よくトラブルになる1つと言えます。
最後に繰り返しになりますが、二次部材の検討の際にはその部材そのものだけでなく、その部材事態を支持している部材にも配慮をした設計をしましょう。
まとめ：二次部材は「単純」だからこそ「嘘がつけない」
今回の記事では、構造設計の入り口でありながら、実はトラブルの温床になりやすい「二次部材」の設計について解説しました。 「たかが小梁、たかが間柱」と侮ると、思わぬ落とし穴にはまります。以下の3つの視点を常に持ちましょう。
- 力の入口としての責任： 二次部材は、地震力や風圧力を最初に受け止める重要な「力の入口」です。ここが壊れれば、どんなに立派な大梁も柱も役に立ちません。
- 計算とディテールの整合： 「計算はピン、現場は剛接合」といった不整合は、想定外の応力を生みます。「単純梁だから簡単」ではなく、単純だからこそ逃げ場（不静定次数）が少ないことを認識し、計算仮定と納まりを一致させる必要があります。
- 支持側への配慮： 二次部材を経済的にしようとして端部を固定にすると、支持する大梁には「ねじれ」という厄介な力がかかります。部材単体で完結させず、力を渡す相手のことまで考えた設計が、トラブルを防ぐ鍵となります。
【理解度チェック】知識を定着させる〇×クイズ
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問題1 スラブや小梁といった二次部材は、不静定次数が低く（単純梁に近いなど）、力の流れが明確で計算方法も単純であるため、ラーメン架構などの主要構造部に比べて力の逃げ場が多く、設計上の想定外の力が加わっても壊れにくい（安全率が高い）部材と言える。
解答1 ：× 解説： 二次部材は計算が単純ですが、それは裏を返せば「不静定次数が低い（リダンダンシーが低い）」ことを意味します。力が一点に集中しやすく、想定外の荷重に対して力の逃げ場がないため、主要構造部よりもむしろ壊れやすい（安全率の余裕が少ない）部材と言えます。そのため、荷重設定や境界条件の検討は慎重に行う必要があります。
問題2 二次部材の設計において、部材断面を小さく経済的にするために端部の境界条件を「固定（固定端）」として設計する場合、その反力として生じる曲げモーメントは、支持する側の大梁にとっては「ねじりモーメント」として作用するため、特にH形鋼のような開断面の梁に支持させる場合は注意が必要である。
解答2 ：〇 解説： 二次部材の端部を固定にすると、二次部材自体の設計は楽になりますが、その固定モーメントはすべて支持部材（大梁など）に伝達されます。支持部材が直交している場合、それは「ねじれ」として作用します。H形鋼はねじれに極端に弱いため、安易な固定端の設定は支持側のトラブル（変形・破壊）を招きます。
問題3 構造計算において、小梁の端部を「ピン（回転自由）」としてモデル化して断面算定を行い、実際の現場ではボルト本数を増やすなどして回転を強く拘束する「剛接合に近いディテール」を採用することは、小梁中央のたわみや曲げモーメントが計算値よりも小さくなるため、構造力学上、常に安全側の配慮となる。
解答3 ：× 解説： 一見、小梁にとっては中央応力が減って安全に見えますが、全体としては危険な状態になり得ます。 まず、端部には計算で見込んでいない「負の曲げモーメント」が発生し、上端筋や溶接部に想定外の力がかかります。さらに、そのモーメントは支持する大梁に「ねじれ」として伝達されるため、支持部材を痛める原因になります。「力が消える」ことはないので、どこかの応力が減れば、別の場所（端部や相手材）の負担が増えていることを忘れてはいけません。
